JP4373993B2 - Spark plug - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関用のスパークプラグに関する。   The present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine.

内燃機関、例えば自動車用等のガソリンエンジンの点火に使用されるスパークプラグは、中心電極の外側に絶縁体が、さらにその外側に主体金具が設けられ、
中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極がその主体金具に取り付けられた構造を有する。そして、主体金具の外周面に形成された取付ねじ部により、エンジンのシリンダヘッドに取り付けて使用される。ところで主体金具は一般に炭素鋼等の鉄系材料で構成され、その表面には防食のために、亜鉛メッキが施されることが多い。また、防食性能を高めるために、亜鉛メッキ層の表面にさらにクロメート処理することも行われている。
A spark plug used for ignition of an internal combustion engine, for example, a gasoline engine for automobiles, is provided with an insulator on the outside of the center electrode and a metal shell on the outside thereof.
A ground electrode that forms a spark discharge gap with the center electrode is attached to the metal shell. And it attaches and uses to the cylinder head of an engine with the attaching screw part formed in the outer peripheral surface of a metal shell. By the way, the metal shell is generally made of an iron-based material such as carbon steel, and its surface is often galvanized for corrosion protection. Further, in order to enhance the anticorrosion performance, the surface of the galvanized layer is further subjected to chromate treatment.

ところで、主体金具に上記のような亜鉛メッキを施すには、いわゆるバレルメッキ処理を用いるのが、生産性向上の点で有効である。しかしながら、主体金具には上記の通り接地電極を抵抗溶接等により取り付ける必要があるが、その取付けをバレルメッキ後に行うと、亜鉛系メッキ層(あるいはクロメート層)の介在により溶接不良を起こしやすい。また、溶接部において亜鉛系メッキ層の破損が生ずるため、耐食性が低下する問題がある。従って、一般には、メッキ前に主体金具に接地電極を取り付けておき、その後、その接地電極が一体化された主体金具に、バレルメッキ等にて亜鉛メッキあるいはその後に続くクロメート処理を行うようにしている。   By the way, in order to galvanize the metal shell as described above, it is effective to improve the productivity to use a so-called barrel plating process. However, it is necessary to attach the ground electrode to the metal shell by resistance welding or the like as described above. However, if the attachment is performed after barrel plating, poor welding is likely to occur due to the interposition of the zinc-based plating layer (or chromate layer). Moreover, since the zinc-based plating layer is damaged at the welded portion, there is a problem that the corrosion resistance is lowered. Therefore, in general, a ground electrode is attached to the metal shell before plating, and thereafter, the metal shell in which the ground electrode is integrated is subjected to galvanization by barrel plating or subsequent chromate treatment. Yes.

しかしながら、上記の方法では、主体金具に一体化された接地電極の表面にも亜鉛系メッキ層やクロメート層が形成されてしまい、例えば火花ギャップの形成予定面に絶縁性のクロメート層が形成されると、放電性能に悪影響が及ぶ欠点がある。また、近年、耐火花消耗性向上のために、中心電極と接地電極の火花ギャップに対応する位置に、PtやIr等の高融点金属を主体とするチップを溶接して発火部を形成したスパークプラグも普及している。しかし、接地電極側にこのような高融点金属チップを溶接する際に、上記のような亜鉛メッキ層やクロメート層が形成されていると溶接不良の原因となり、チップ剥離等の不具合につながる。   However, in the above method, a zinc-based plating layer or a chromate layer is also formed on the surface of the ground electrode integrated with the metal shell. For example, an insulating chromate layer is formed on the surface where the spark gap is to be formed. And there is a drawback that the discharge performance is adversely affected. In recent years, in order to improve the spark wear resistance, a spark is formed by welding a tip mainly composed of a refractory metal such as Pt or Ir at a position corresponding to the spark gap between the center electrode and the ground electrode. Plugs are also popular. However, when such a refractory metal tip is welded to the ground electrode side, if a galvanized layer or a chromate layer as described above is formed, it causes welding failure and leads to defects such as chip peeling.

そこで、貴金属チップを溶接する接地電極の先端側表面には、亜鉛メッキ層を形成せずに電極下地表面を露出させ、ここに高融点金属チップを溶接することが行われている。そして、電極下地表面を露出させる方法として従来は、接地電極の先端部をゴムチューブ等で覆ってメッキ液と接触しないようにし、該先端部への亜鉛メッキ層の形成を阻止する方法が採用されているが、この方法はゴムチューブの装着等が面倒で自動化も困難であり、甚だ能率が悪い欠点がある。また、メッキ処理に関与しない接地電極の先端部分には、ゴムチューブ装着等のハンドリングを行う際に、油分や汚れ等の付着が起こりやすい。このような状態で高融点金属チップを溶接すると接合強度が損なわれ易く、チップ剥離等の不具合を生ずる場合がある。   Therefore, an electrode base surface is exposed without forming a galvanized layer on the tip side surface of the ground electrode to which the noble metal tip is welded, and a refractory metal tip is welded thereto. As a method of exposing the electrode base surface, conventionally, a method of covering the tip of the ground electrode with a rubber tube or the like so as not to come into contact with the plating solution and preventing formation of a galvanized layer on the tip is adopted. However, this method has a drawback that it is troublesome to attach a rubber tube or the like and is difficult to automate, and has a very poor efficiency. In addition, the tip portion of the ground electrode not involved in the plating process is likely to be attached with oil or dirt when handling such as attaching a rubber tube. If the refractory metal tip is welded in such a state, the bonding strength is likely to be impaired, and a defect such as tip peeling may occur.

本発明の課題は、主体金具と接地電極とを一体化した形で、接地電極先端部以外の部分に亜鉛メッキ層を効率的に形成することができるスパークプラグの製造方法に基づいて、それにより得られるスパークプラグであって、高融点金属チップを溶接した際にその接合強度が損なわれにくく、ひいてはチップ接合により形成された発火部の剥離等の不具合を生じにくいスパークプラグを提供することにある。 An object of the present invention, in a form integrated with the metal shell and the ground electrode, on the basis of the spark plug manufacturing method capable of efficiently forming a galvanized layer on a portion other than the ground electrode tip, whereby a spark plug obtained, hardly the bonding strength is impaired when welding the refractory metal tip, to provide a hard spark plug to cause trouble such as peeling of the firing portion formed by turn-chip bonding is there.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記の課題を解決するための一例としてのスパークプラグの製造方法は、中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心電極との間に火花放電ギャップを形成するように、これと対向する形で配置された接地電極とを備え、火花放電ギャップに対応する位置において少なくとも接地電極側に高融点金属チップを溶接することにより放電面を有する貴金属発火部を形成したスパークプラグの製造方法において、
筒状の主体金具の一方の開口部に接地電極の基端側が取り付けられた金具組立体を用意し、その金具組立体の主体金具と接地電極との外面に一括して、亜鉛を主成分とする亜鉛系メッキ層を形成する亜鉛系メッキ層形成工程と、
その亜鉛系メッキ層が形成された金具組立体に対し、主体金具外面の亜鉛系メッキ層は除去しつつ、接地電極の亜鉛系メッキ層のうち、少なくとも電極先端部に形成されているものを剥離除去する剥離工程と、
その剥離工程の終了後、剥離により露出した下地電極材料面に高融点金属チップを溶接する溶接工程とを含む方法を例示できる
A spark plug manufacturing method as an example for solving the above problems includes a center electrode, an insulator provided outside the center electrode, a metal shell provided outside the insulator, a center electrode, And a ground electrode disposed opposite to the spark discharge gap so as to form a spark discharge gap therebetween, and discharging by welding a refractory metal tip to at least the ground electrode side at a position corresponding to the spark discharge gap. In the method of manufacturing a spark plug having a noble metal ignition part having a surface,
Prepare a bracket assembly in which the base electrode side of the ground electrode is attached to one opening of the cylindrical metal shell, and collect zinc on the outer surface of the metal shell and ground electrode of the bracket assembly as a main component. Forming a zinc-based plating layer to form a zinc-based plating layer;
While removing the zinc-based plating layer on the outer surface of the metal shell, the zinc-based plating layer of the ground electrode is peeled off at least at the tip of the electrode while the zinc-based plating layer is formed. A stripping step to be removed;
A method including a welding step of welding a refractory metal tip to the surface of the base electrode material exposed by peeling after the peeling step is completed.

なお、本明細書にて、「主成分」(「主体」あるいは「主に」等も同義)とは、着目している物質において、含有率の最も高い成分を意味する。   Note that in this specification, “main component” (also synonymous with “main” or “mainly”) means a component having the highest content in the material of interest.

上記の方法によれば、主体金具に接地電極の基端側を取り付けた金具組立体の外面に一括して亜鉛系メッキ層を形成し、その後、電極先端側に形成されている亜鉛系メッキ層を剥離除去し、その剥離により露出した下地電極材料面に高融点金属チップを溶接して発火部を形成するようにしている。すなわち、従来のように、接地電極先端部にメッキ層を形成しないためのゴムチューブ等によるマスキングが不要となるので、高融点金属の発火部を接地電極に形成するタイプのスパークプラグを極めて高能率にて製造することが可能となる。また、亜鉛系メッキ層の剥離後は、マスキング処理が介在しない分、汚れや油分等の付着も生じにくくなり、また、剥離処理により下地電極材料の表層部が適度に除去されてさらに浄化が進む効果も期待できる。その結果、高融点金属チップの溶接強度が高められ、発火部剥離等の不具合が生じにくくなる。   According to the above method, the zinc-based plating layer is collectively formed on the outer surface of the metal fitting assembly in which the base electrode side of the ground electrode is attached to the metal shell, and then the zinc-based plating layer formed on the electrode tip side. Is peeled and removed, and a refractory metal tip is welded to the surface of the base electrode material exposed by the peeling to form an ignition part. In other words, unlike the conventional case, masking with a rubber tube or the like for avoiding the formation of a plating layer at the tip of the ground electrode is not required, so a spark plug of the type that forms a refractory metal ignition part on the ground electrode is extremely efficient. Can be manufactured. In addition, after peeling of the zinc-based plating layer, adhesion of dirt, oil, and the like is less likely to occur due to the absence of the masking treatment, and the surface layer portion of the base electrode material is appropriately removed by the peeling treatment, and further purification proceeds. The effect can also be expected. As a result, the welding strength of the refractory metal tip is increased, and problems such as ignition part peeling are less likely to occur.

剥離工程としては、イオンエッチングやショットブラストといった物理的な除去方法も可能であるが、亜鉛系メッキ層の形成された接地電極を剥離液に浸漬することにより、亜鉛系メッキ層を化学的に剥離除去する方法を採用すれば、能率をさらに高めることができる。また、剥離液によるエッチング効果により、下地電極材料面の清浄化もさらに進みやすくなる。   As the stripping process, physical removal methods such as ion etching and shot blasting are possible, but the zinc-based plating layer is chemically stripped by immersing the ground electrode on which the zinc-based plating layer is formed in a stripping solution. If the removal method is employed, the efficiency can be further increased. In addition, due to the etching effect of the stripping solution, the surface of the base electrode material can be further easily cleaned.

このような化学的な剥離除去方法としては、具体的には、亜鉛系メッキ層の形成された接地電極を酸性剥離液中に浸漬することにより、亜鉛系メッキ層を無電解剥離する方法を例示できる。このような酸性剥離液として、硝酸、塩酸、硫酸及び有機酸の少なくとも1種を含有するものが、亜鉛系メッキ層の剥離・除去効果に優れるので、本発明に効果的に使用することができる。とりわけ、硝酸と塩酸とを混合した酸液は、亜鉛系メッキ層の剥離効果に優れるばかりでなく、Ni系金属材料(例えばNi基耐熱合金等のNi合金)やFe基耐熱合金などで下地電極材料が構成されている場合に、下地を痛めにくく変色等も生じにい。また、処理後の下地金属材料面の、高融点金属チップに対する溶接性も良好である。   As such a chemical peeling removal method, specifically, a method of electrolessly peeling the zinc-based plating layer by immersing the ground electrode on which the zinc-based plating layer is formed in an acidic peeling solution is exemplified. it can. As such an acidic stripping solution, one containing at least one of nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and organic acid is excellent in the stripping / removing effect of the zinc-based plating layer, and can be used effectively in the present invention. . In particular, an acid solution in which nitric acid and hydrochloric acid are mixed is not only excellent in the peeling effect of the zinc-based plating layer, but also is a base electrode made of a Ni-based metal material (for example, a Ni alloy such as a Ni-based heat-resistant alloy) or an Fe-based heat-resistant alloy. When the material is configured, it is difficult to damage the ground, and discoloration is unlikely to occur. Further, the weldability of the surface of the base metal material after the treatment to the refractory metal tip is also good.

接地電極の先端側の亜鉛系メッキ層のみを剥離する方法としては、基端部が所定長さだけ液面上方に露出し、残余の先端部が剥離液中に位置するように接地電極を剥離液中に浸漬して、その浸漬部分においてのみ亜鉛系メッキ層の剥離を行う方法が合理的である。これによれば、接地電極の剥離液に対する浸漬深さを調整するのみで、先端側の所期の長さにわたって亜鉛系メッキ層の剥離を行うことができる。   As a method of peeling only the zinc-based plating layer on the tip side of the ground electrode, peel off the ground electrode so that the base end is exposed above the liquid surface by a predetermined length and the remaining tip is located in the stripping solution. It is reasonable to immerse in the liquid and peel off the zinc-based plating layer only at the immersed part. According to this, the zinc-based plating layer can be peeled over the desired length on the tip side only by adjusting the immersion depth of the ground electrode in the stripping solution.

例えば、スパークプラグが、接地電極が側方に曲げ返され、その曲げ返された接地電極の先端部と中心電極の先端部との間に火花放電ギャップが形成されるタイプのものである場合には、具体的に下記のような方法が有効である。すなわち、金具組立体として、曲げ前の接地電極が主体金具の軸線方向に直線的に延びるように取り付けられたものが使用され、その金具組立体を接地電極の取り付けられている側が下向きとなるように保持して、該接地電極の先端部を剥離液中に浸漬する。この方法によれば、剥離液の液面高さを一定に維持すれば、主体金具の高さ方向の保持位置を治具等により固定とする形で、常に一定の長さの亜鉛系メッキ層の剥離領域を簡単に形成できる利点がある。   For example, when the spark plug is of a type in which the ground electrode is bent sideways and a spark discharge gap is formed between the bent ground electrode tip and the center electrode tip. Specifically, the following method is effective. That is, a metal fitting assembly in which the ground electrode before bending is attached so as to extend linearly in the axial direction of the main metal fitting is used, and the metal fitting assembly is directed downward on the side on which the earth electrode is attached. And the tip of the ground electrode is immersed in a stripping solution. According to this method, if the liquid level of the stripping solution is kept constant, the holding position in the height direction of the metal shell is fixed by a jig or the like, and the zinc-based plating layer always having a constant length. There is an advantage that the peeling region can be easily formed.

次に、接地電極側の高融点チップとしては、Ptを主成分とするPt系金属チップを使用すれば、溶接を抵抗溶接により簡単に行うことができる。また、亜鉛系メッキ層の剥離により形成される下地金属材料側の溶接面(露出面)は、酸剥離により活性化するので、抵抗溶接の際にチップと下地金属材料との間の相互拡散が進行しやすくなり、得られる発火部の溶接強度が大幅に高められる。このような効果は、下地金属材料がNi系金属(例えばNi基耐熱合金等のNi合金)やFe基耐熱合金等で構成されている場合に特に顕著である。   Next, if a Pt-based metal tip containing Pt as a main component is used as the high melting point tip on the ground electrode side, welding can be easily performed by resistance welding. In addition, since the weld surface (exposed surface) on the base metal material side formed by peeling of the zinc-based plating layer is activated by acid stripping, interdiffusion between the tip and the base metal material occurs during resistance welding. It becomes easy to progress, and the welding strength of the obtained ignition part is greatly increased. Such an effect is particularly remarkable when the base metal material is made of a Ni-based metal (for example, a Ni alloy such as a Ni-based heat-resistant alloy) or a Fe-based heat-resistant alloy.

例えば、接地電極の下地電極材料層がNiを主体とするNi系金属あるいはFeを主体とするFe系金属にて構成される場合、上記の製法により得られるスパークプラグの構成としては
中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心電極との間に火花放電ギャップを形成するように、これと対向する形で配置された接地電極とを備え、
主体金具の外面と、該主体金具に接合される接地電極の基端部外面とが、亜鉛を主成分とする亜鉛系メッキ層と、その亜鉛系メッキ層の表面を覆うクロメート層とを含む亜鉛クロメート層により覆われるとともに、接地電極の先端部には、Niを主体とするNi系金属又はFeを主体とするFe系金属にて下地電極材料層の露出部が形成されており、
かつ、下地電極材料層の露出部の、火花放電ギャップに対応する位置において接地電極側に、Ptを主成分とするPt系金属チップを溶接することにより貴金属発火部が形成されており、
かつ、貴金属発火部と接地電極との接合界面に対応して形成される拡散層の平均的な厚さが10μm以上とすることができる
For example, in the case where the ground electrode material layer of the ground electrode is made of Ni-based metal mainly composed of Ni or Fe-based metal mainly composed of Fe, the structure of the spark plug obtained by the above manufacturing method is as follows :
In a form facing the center electrode, an insulator provided outside the center electrode, a metal shell provided outside the insulator, and a spark discharge gap between the center electrode and the center electrode. A ground electrode arranged,
Zinc including an outer surface of the metallic shell and an outer surface of the base end portion of the ground electrode joined to the metallic shell, including a zinc-based plating layer mainly composed of zinc and a chromate layer covering the surface of the zinc-based plating layer The exposed portion of the base electrode material layer is formed of Ni-based metal mainly composed of Ni or Fe-based metal mainly composed of Fe at the tip portion of the ground electrode while being covered with the chromate layer,
And, the noble metal ignition part is formed by welding a Pt-based metal tip mainly composed of Pt on the ground electrode side at a position corresponding to the spark discharge gap of the exposed part of the base electrode material layer,
In addition, the average thickness of the diffusion layer formed corresponding to the bonding interface between the noble metal firing portion and the ground electrode can be 10 μm or more.

すなわち、チップと下地金属材料との間の相互拡散が進行しやすくなることで、貴金属発火部と接地電極との接合界面に対応して形成される拡散層の平均的な厚さが10μm以上確保され、発火部の接合強度が大幅に高められる。その結果、高負荷運転時等においてもチップ剥離等の不具合が生じにくくなる。   That is, since the interdiffusion between the chip and the underlying metal material is facilitated, the average thickness of the diffusion layer formed corresponding to the bonding interface between the noble metal firing portion and the ground electrode is secured to 10 μm or more. As a result, the joining strength of the ignition part is significantly increased. As a result, problems such as chip peeling are less likely to occur even during high-load operation.

ところで、主体金具の耐食性を一層高めるためには、亜鉛系メッキ層の上にクロメート層を形成するクロメート処理工程を行うことが有効である。そして、該方法は、接地電極側に高融点金属からなる発火部を形成するか否かに拘わらず実施可能であり、これに対応した本発明のスパークプラグの構成は、
中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金具と、前記中心電極との間に火花放電ギャップを形成するように、これと対向する形で配置された接地電極とを備え、
前記主体金具の外面と、該主体金具に接合される前記接地電極の基端部外面とが、亜鉛を主成分とする亜鉛系メッキ層と、その亜鉛系メッキ層の表面を覆うクロメート層とを含む亜鉛クロメート層により覆われるとともに、前記接地電極の軸線方向の先端側には前記亜鉛系メッキ層が形成されない下地電極材料層の露出部が形成されており、
その亜鉛クロメート層において前記クロメート層は、前記亜鉛系メッキ層の前記接地電極の軸線方向端面を覆う形態にて形成されていることを特徴とする。
そして、このスパークプラグのための製造方法としては、
その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心電極との間に火花放電ギャップを形成するように、これと対向する形で配置された接地電極とを備えたスパークプラグの製造方法において、
筒状の主体金具の一方の開口部に接地電極の基端側が取り付けられた金具組立体を用意し、その金具組立体の主体金具と接地電極の基端部外面とに一亜鉛を主成分とする亜鉛系メッキ層を形成し、かつ接地電極の基端部を除く残余の部分には亜鉛系メッキ層を形成せず、下地電極材料面を露出させた状態となし、
その亜鉛系メッキ層の形成された金具組立体の下地電極材料面を含めた外面全体をクロメート処理液に浸漬して、亜鉛系メッキ層の上にクロメート処理を施すことによって実施できる
By the way , in order to further improve the corrosion resistance of the metal shell , it is effective to perform a chromate treatment step of forming a chromate layer on the zinc-based plating layer. Then, the method may be embodied regardless of whether to form a spark portion made of a refractory metal ground electrode, arrangement of the spark plug of the present invention corresponding to this,
A center electrode, an insulator provided outside the center electrode, a metal shell provided outside the insulator, and a spark discharge gap are formed between the center electrode and the center electrode. A ground electrode arranged in a shape,
A zinc-based plating layer containing zinc as a main component, and a chromate layer covering a surface of the zinc-based plating layer, the outer surface of the metal shell and the outer surface of the base end portion of the ground electrode joined to the metal shell And an exposed portion of the base electrode material layer on which the zinc-based plating layer is not formed is formed on the tip end side in the axial direction of the ground electrode.
In the zinc chromate layer, the chromate layer is formed so as to cover an end surface in the axial direction of the ground electrode of the zinc-based plating layer.
And as a manufacturing method for this spark plug,
A grounding disposed opposite to the center electrode so as to form a spark discharge gap between the insulator provided outside the center electrode, the metal shell provided outside the insulator, and the center electrode. In a method for producing a spark plug comprising an electrode,
Prepare a metal fitting assembly in which the base electrode side of the ground electrode is attached to one opening of the cylindrical metal shell, and one zinc is the main component of the metal shell of the metal fitting assembly and the outer surface of the base electrode base portion. Forming a zinc-based plating layer, and without forming a zinc-based plating layer on the remaining portion excluding the base end portion of the ground electrode, with the underlying electrode material surface exposed,
It can be carried out by immersing the entire outer surface including the base electrode material surface of the metal fitting assembly on which the zinc-based plating layer is formed in a chromate treatment solution and subjecting the zinc-based plating layer to chromate treatment.

この場合、上記のクロメート処理工程を剥離工程の終了後に行うことが望ましい。例えば剥離液への浸漬による化学的な解剥離を行う場合、クロメート処理工程の終了後に剥離工程を行おうとすると、形成されるクロメート層が保護膜となって、亜鉛系メッキ層の剥離が却って困難になる場合がある。また、クロメート層形成後に剥離を行った場合、図6(d)に示すように、下地金属材料の露出面(140a)と、残留している層(141,142)との境界位置には、亜鉛系メッキ層141の端面が露出してしまい、亜鉛系メッキ層の腐食が進行しやすくなる場合がある。しかしながら、亜鉛系メッキ層141の剥離後にクロメート処理を行えば、図6(c)に示すように、亜鉛系メッキ層(141)の端面も含めてクロメート層(142)により被覆することができ、耐食性を一層高めることができる。   In this case, it is desirable to perform the chromate treatment step after the peeling step. For example, when chemical detachment is performed by immersion in a stripping solution, if the detachment process is performed after completion of the chromate treatment process, the formed chromate layer becomes a protective film, making it difficult to separate the zinc plating layer. It may become. When peeling is performed after the chromate layer is formed, as shown in FIG. 6 (d), the boundary position between the exposed surface (140a) of the base metal material and the remaining layers (141, 142) is In some cases, the end surface of the zinc-based plating layer 141 is exposed, and corrosion of the zinc-based plating layer is likely to proceed. However, if the chromate treatment is performed after the zinc-based plating layer 141 is peeled off, it can be covered with the chromate layer (142) including the end surface of the zinc-based plating layer (141) as shown in FIG. Corrosion resistance can be further increased.

以下、本発明の実施の形態に付き、図面に示す実施例を参照して説明する。
図1及び図2は、本発明に係るスパークプラグの一実施例を示す。該スパークプラグ100は、筒状の主体金具1、先端部21が突出するようにその主体金具1の内側に嵌め込まれた絶縁体2、先端に形成された高融点金属発火部31を突出させた状態で絶縁体2の内側に設けられた中心電極3、及び主体金具1に一端が溶接等により結合されるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極3の先端部と対向するように配置された接地電極4等を備えている。また、接地電極4には上記高融点金属発火部31に対向するPt系金属発火部(これも、高融点金属発火部の一つとみなす)32が形成されており、それら高融点金属発火部31と、Pt系金属発火部32との間の隙間が火花放電ギャップgとされている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to examples shown in the drawings.
1 and 2 show an embodiment of a spark plug according to the present invention. The spark plug 100 has a cylindrical metal shell 1, an insulator 2 fitted inside the metal shell 1 so that the tip 21 protrudes, and a refractory metal ignition part 31 formed at the tip. In the state, one end of the center electrode 3 provided inside the insulator 2 and the metal shell 1 is coupled by welding or the like, and the other end is bent back to the side. A ground electrode 4 and the like arranged to face each other are provided. The ground electrode 4 is formed with a Pt-based metal ignition part (also considered as one of the refractory metal ignition parts) 32 facing the refractory metal ignition part 31, and these refractory metal ignition parts 31. And the Pt-based metal ignition part 32 is a spark discharge gap g.

なお、本明細書でいう「発火部」とは、接合された被固着部材のうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分(例えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分)を指すものとする。   The “ignition part” as used in the present specification is a part of the bonded member that is not affected by the composition variation due to welding (for example, alloyed with the material of the ground electrode or the center electrode by welding). The remaining part excluding the part).

絶縁体2は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極3を嵌め込むための貫通孔6を有している。貫通孔6の一方の端部側に端子金具13が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極3が挿入・固定されている。また、該貫通孔6内において端子金具13と中心電極3との間に抵抗体15が配置されている。この抵抗体15の両端部は、導電性ガラスシール層16,17を介して中心電極3と端子金具13とにそれぞれ電気的に接続されている。   The insulator 2 is made of, for example, a ceramic sintered body such as alumina or aluminum nitride, and has a through-hole 6 for fitting the center electrode 3 along its own axial direction. A terminal fitting 13 is inserted and fixed on one end side of the through hole 6, and the center electrode 3 is inserted and fixed on the other end side. A resistor 15 is disposed between the terminal fitting 13 and the center electrode 3 in the through hole 6. Both ends of the resistor 15 are electrically connected to the center electrode 3 and the terminal fitting 13 through the conductive glass seal layers 16 and 17, respectively.

主体金具1は、炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ100のハウジングを構成するとともに、その外周面には、プラグ100を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部7が形成されている。なお、1eは、主体金具1を取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部であり、六角状の軸断面形状を有している。他方、主体金具1の後方側開口部内面と、絶縁体2の外面との間には、フランジ状の突出部2eの後方側周縁と係合するリング状の線パッキン62が配置され、そのさらに後方側にはタルク等の充填層61を介してリング状のパッキン60が配置されている。そして、絶縁体2を主体金具1に向けて前方側に押し込み、その状態で主体金具1の開口縁をパッキン60に向けて内側に加締めることにより加締め部1dが形成され、主体金具1が絶縁体2に対して固定されている。   The metal shell 1 is formed in a cylindrical shape from a metal such as carbon steel, and constitutes a housing of the spark plug 100. On the outer peripheral surface thereof, there is a screw portion 7 for attaching the plug 100 to an engine block (not shown). Is formed. In addition, 1e is a tool engaging part which engages tools, such as a spanner and a wrench, when attaching the metal shell 1, and has a hexagonal axial cross-sectional shape. On the other hand, a ring-shaped wire packing 62 that engages with the rear peripheral edge of the flange-shaped protrusion 2e is disposed between the inner surface of the rear opening of the metal shell 1 and the outer surface of the insulator 2, and further On the rear side, a ring-shaped packing 60 is arranged via a filling layer 61 such as talc. Then, the insulator 2 is pushed forward toward the metal shell 1, and in this state, the crimping portion 1d is formed by crimping the opening edge of the metal shell 1 toward the packing 60 inward. It is fixed with respect to the insulator 2.

また、主体金具1のねじ部7の基端部には、ガスケット30がはめ込まれている。このガスケット30は、炭素鋼等の金属板素材を曲げ加工したリング状の部品であり、ねじ部7をシリンダヘッド側のねじ孔にねじ込むことにより、主体金具1側のフランジ状のガスシール部1fとねじ孔の開口周縁部との間で、軸線方向に圧縮されてつぶれるように変形し、ねじ孔とねじ部7との間の隙間をシールする役割を果たす。   Further, a gasket 30 is fitted into the base end portion of the threaded portion 7 of the metal shell 1. The gasket 30 is a ring-shaped part formed by bending a metal plate material such as carbon steel. By screwing the screw portion 7 into the screw hole on the cylinder head side, the flange-shaped gas seal portion 1f on the metal shell 1 side. Between the screw hole and the periphery of the opening of the screw hole, it is deformed so as to be compressed and crushed in the axial direction, and serves to seal the gap between the screw hole and the screw part 7.

次に、主体金具1の下地層(例えば炭素鋼)40外面全体には防食のための亜鉛メッキ層41(亜鉛系メッキ層)が形成され、そのさらに外側がクロメート層42で覆われて、亜鉛クロメート層が形成されている。また、ガスケット30の外面にも、同様に亜鉛メッキ層45とクロメート層46とからなる亜鉛クロメート層が形成されている。そして、図1に示すように、主体金具1側の亜鉛メッキ層41とクロメート層42とは、接地電極4の基端部までを覆っており、該接地電極4の残余の先端側は、下地金属材料140の表面が露出する形となっている。そして、クロメート層142は、亜鉛メッキ層141の接地電極4の軸線方向端面を覆う形態にて形成されている。   Next, a zinc plating layer 41 (zinc-based plating layer) for corrosion prevention is formed on the entire outer surface of the base layer (for example, carbon steel) 40 of the metal shell 1, and the outer side thereof is covered with a chromate layer 42, and zinc A chromate layer is formed. Similarly, a zinc chromate layer comprising a galvanized layer 45 and a chromate layer 46 is also formed on the outer surface of the gasket 30. As shown in FIG. 1, the galvanized layer 41 and the chromate layer 42 on the metal shell 1 side cover up to the base end portion of the ground electrode 4, and the remaining distal end side of the ground electrode 4 The surface of the metal material 140 is exposed. The chromate layer 142 is formed so as to cover the end face in the axial direction of the ground electrode 4 of the galvanized layer 141.

主体金具1及びガスケット30の亜鉛メッキ層及びクロメート層は、いずれも同一の方法によって形成されるものであり、以下、主体金具1側で代表させて説明を行う。亜鉛メッキ層41は、公知の電解亜鉛メッキ法により形成されるものであり、厚さは、例えば3〜10μm程度とされる。この厚さが3μm未満では耐食性を十分に確保できなくなる場合がある。逆に、10μmを超える膜厚は耐食性確保という観点においては過剰スペックであり、またメッキ時間も長くなって製造能率が低下するので、コストアップにつながる。   The galvanized layer and the chromate layer of the metal shell 1 and the gasket 30 are both formed by the same method, and will be described below representatively on the metal shell 1 side. The galvanized layer 41 is formed by a known electrolytic galvanizing method, and has a thickness of about 3 to 10 μm, for example. If this thickness is less than 3 μm, sufficient corrosion resistance may not be ensured. On the contrary, a film thickness exceeding 10 μm is excessive in terms of ensuring corrosion resistance, and the plating time is lengthened and the production efficiency is lowered, leading to an increase in cost.

一方、クロメート層42は、一般に使用される黄色クロメート被膜を用いてもよいが、黄色クロメート被膜は、クロム成分の一部が六価クロムの形で含有されていることが災いして、環境保護に対する関心が地球規模で高まりつつある近年では次第に敬遠されるようになってきている。この観点においてクロメート層は、含有されるクロム成分の95重量%以上が三価クロムである三価クロム系クロメート層を使用することが望ましい。   On the other hand, the chromate layer 42 may use a commonly used yellow chromate film. However, the yellow chromate film suffers from the fact that part of the chromium component is contained in the form of hexavalent chromium, thereby protecting the environment. In recent years, when the interest in is increasing globally, it has gradually been shunned. From this viewpoint, it is desirable to use a trivalent chromium-based chromate layer in which 95% by weight or more of the chromium component contained is trivalent chromium.

クロメート層42を三価クロム系クロメート被膜とする場合、例えばユニクロ等と通称される光沢クロメート被膜、あるいは青色クロメート被膜層等の従来の三価クロム系クロメート被膜の場合、その形成膜厚が最大で0.1μm程度と薄いため、スパークプラグの主たる使用環境において主体金具に対し十分な耐食性と耐熱性が確保できない場合がある。そこで、クロメート層42の膜厚を0.2μm以上に確保することにより、三価クロムが主体のクロメート被膜の防食性能が大幅に向上し、主体金具に腐食に対する耐久性を十分に付与することができるようになる。また、温度が上昇しやすく酸のアタック等も受けやすいスパークプラグ特有の環境においても、主体金具1の耐食性を十分に維持することができるようになる。クロメート層42の膜厚が0.2μm未満では、防食性能と耐熱性とを十分に確保できなくなる。また、膜厚が0.5μmを超えると、層にクラックを生じたり(例えば組付け等における加工時)、あるいは層の脱落等が生じやすくなって、却って防食性能が損なわれることにつながる。クロメート層42の膜厚は、望ましくは0.3〜0.5μmとするのがよい。また、クロメート層42は、六価クロムを実質的に含有しないものとなっていることが望ましい。   When the chromate layer 42 is a trivalent chromium-based chromate film, for example, in the case of a conventional trivalent chromium-based chromate film such as a glossy chromate film commonly called UNIQLO or a blue chromate film layer, the film thickness is maximum. Since it is as thin as about 0.1 μm, sufficient corrosion resistance and heat resistance may not be ensured for the metal shell in the main use environment of the spark plug. Therefore, by securing the film thickness of the chromate layer 42 to 0.2 μm or more, the anticorrosion performance of the chromate film mainly composed of trivalent chromium can be greatly improved, and sufficient durability against corrosion can be imparted to the metal shell. become able to. In addition, the corrosion resistance of the metal shell 1 can be sufficiently maintained even in an environment unique to a spark plug that easily rises in temperature and is susceptible to acid attack. If the thickness of the chromate layer 42 is less than 0.2 μm, the anticorrosion performance and the heat resistance cannot be sufficiently secured. On the other hand, if the film thickness exceeds 0.5 μm, cracks are likely to occur in the layer (for example, during processing during assembly), or the layer may easily fall off, leading to a loss of corrosion protection performance. The thickness of the chromate layer 42 is desirably 0.3 to 0.5 μm. The chromate layer 42 is preferably substantially free of hexavalent chromium.

次に、中心電極3及び接地電極4は、上記の亜鉛クロメート層の下地をなす金属材料として、Ni又はFeを主成分とする耐熱合金にて構成されている。例えば、Ni又はFeを主成分とする耐熱合金としては、次のようものが使用可能である。
(1)Ni基耐熱合金:本明細書では、Niを40〜85重量%含有し、残部の主体が、Cr、Co、Mo、W、Nb、Al、Ti及びFeの1種又は2種以上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用できる(いずれも商品名;なお、合金組成については、文献(改訂3版金属データブック(丸善);p138)に記載されているので、詳細な説明は行わない):
ASTROLOY、CABOT 214、D-979、HASTELLOY C22、HASTELLOY C276、HASTELLOY G30、HASTELLOY S、HASTELLOY X、HAYNES 230、INCONEL 587、INCONEL 597、INCONEL 600、INCONEL 601、INCONEL 617、INCONEL 625、INCONEL 706、INCONEL 718、INCONEL X750、KSN、M-252、NIMONIC 75、NIMONIC 80A、NIMONIC 90、NIMONIC 105、NIMONIC 115、NIMONIC 263、NIMONIC 942、NIMONIC PE11、NIMONIC PE16、NIMONIC PK33、PYROMET 860、RENE 41、RENE 95、SSS 113MA、UDIMET 400、UDIMET 500、UDIMET 520、UDIMET 630、UDIMET 700、UDIMET 710、UDIMET 720、UNITEP AF2-1 DA6、WASPALOY。
Next, the center electrode 3 and the ground electrode 4 are made of a heat-resistant alloy containing Ni or Fe as a main component as a metal material that forms the base of the zinc chromate layer. For example, the following can be used as the heat-resistant alloy mainly composed of Ni or Fe.
(1) Ni-base heat-resistant alloy: In the present specification, Ni is contained in an amount of 40 to 85% by weight, and the main component of the balance is one or more of Cr, Co, Mo, W, Nb, Al, Ti and Fe. The heat-resistant alloy consisting of Specifically, the following can be used (all are trade names; the alloy composition is described in the literature (Revised 3rd edition Metal Data Book (Maruzen); p138)). Do not do):
ASTROLOY, CABOT 214, D-979, HASTELLOY C22, HASTELLOY C276, HASTELLOY G30, HASTELLOY S, HASTELLOY X, HAYNES 230, INCONEL 587, INCONEL 597, INCONEL 600, INCONEL 601, INCONEL 617, INCONEL 706, INCONEL 706, INCONEL 706 , INCONEL X750, KSN, M-252, NIMONIC 75, NIMONIC 80A, NIMONIC 90, NIMONIC 105, NIMONIC 115, NIMONIC 263, NIMONIC 942, NIMONIC PE11, NIMONIC PE16, NIMONIC PK33, PYROMET 860, RENE 41, RENE 95, SSS 113MA, UDIMET 400, UDIMET 500, UDIMET 520, UDIMET 630, UDIMET 700, UDIMET 710, UDIMET 720, UNITEP AF2-1 DA6, WASPALOY.

(2)Fe基耐熱合金:本明細書では、Feを20〜60重量%含有し、残部の主体が、Cr、Co、Mo、W、Nb、Al、Ti及びNiの1種又は2種以上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用できる(いずれも商品名;なお、合金組成については、文献(改訂3版金属データブック(丸善)、p138)に記載されているので、詳細な説明は行わない);
A-286、ALLOY 901、DISCALOY、HAYNES 556、INCOLOY 800、INCOLOY 801、INCOLOY 802、INCOLOY 807、INCOLOY 825、INCOLOY 903、INCOLOY 907、INCOLOY 909、N-155、PYROMET CTX-1、PYROMET CTX-3、S-590、V-57、PYROMET CTX-1、16-25-6、17-14CuMo、19-9DL、20-Cb3。
(2) Fe-based heat-resistant alloy: In the present specification, Fe is contained in an amount of 20 to 60% by weight, and the balance is mainly one or more of Cr, Co, Mo, W, Nb, Al, Ti and Ni. The heat-resistant alloy consisting of Specifically, the following can be used (all are trade names; the alloy composition is described in the literature (Revised 3rd edition Metal Data Book (Maruzen), p138)). Do not do);
A-286, ALLOY 901, DISCALOY, HAYNES 556, INCOLOY 800, INCOLOY 801, INCOLOY 802, INCOLOY 807, INCOLOY 825, INCOLOY 903, INCOLOY 907, INCOLOY 909, N-155, PYROMET CTX-1, PYROMET CTX-3, S-590, V-57, PYROMET CTX-1, 16-25-6, 17-14CuMo, 19-9DL, 20-Cb3.

なお、本実施例では中心電極3及び接地電極4ともにINCONEL 600を使用している(ただし、内部に熱引き向上用のCu系金属層を挿入してもよい)。その概略組成は、Ni:76重量%−Cr:15.5重量%−Fe:8重量%である。   In the present embodiment, the INCONEL 600 is used for both the center electrode 3 and the ground electrode 4 (however, a Cu-based metal layer for improving heat absorption may be inserted inside). The approximate composition is Ni: 76 wt%-Cr: 15.5 wt%-Fe: 8 wt%.

次に、中心電極3側の高融点金属発火部31(ひいては、それを形成するためのチップ31’)は、Ir、Rh、Pt、W、Re及びRuのいずれかを主成分とする高融点金属、例えばIrを主成分とする高融点金属を主体に構成されている。これらの高融点金属の使用により、中心電極の温度が上昇しやすい環境下においても、発火部の耐消耗性を良好なものとすることができる。また、上記のような耐熱合金に対する溶接性も良好である。他方、接地電極側のPt系金属発火部32(ひいては、それを形成するためのチップ32’)は、Pt単体の他、Pt−Ni合金(例えばPt−1〜30重量%Ni合金)、Pt−Ir合金、Pt−Ir−Ni合金等にて構成される。Pt系金属発火部32は、亜鉛クロメート層に覆われない下地金属材料層140の露出表面(下地金属材料面)に、Pt系金属チップ32’を抵抗溶接により接合して形成したものである。   Next, the refractory metal ignition part 31 on the side of the center electrode 3 (and thus the chip 31 ′ for forming the refractory metal ignition part 31) has a high melting point mainly composed of any one of Ir, Rh, Pt, W, Re, and Ru. It is mainly composed of a metal, for example, a refractory metal mainly composed of Ir. Use of these refractory metals can improve the wear resistance of the ignition part even in an environment where the temperature of the center electrode is likely to rise. Moreover, the weldability with respect to the above heat-resistant alloys is also favorable. On the other hand, the Pt-based metal ignition part 32 on the ground electrode side (and thus the chip 32 ′ for forming the Pt-based metal ignition part) is not only Pt but also Pt—Ni alloy (for example, Pt-1 to 30 wt% Ni alloy), Pt -Ir alloy, Pt-Ir-Ni alloy, etc. The Pt-based metal ignition part 32 is formed by bonding a Pt-based metal tip 32 ′ by resistance welding to an exposed surface (underlying metal material surface) of the underlying metal material layer 140 that is not covered with the zinc chromate layer.

なお、高融点金属発火部31をIrを主体に構成する場合、Irが高温域において酸化・揮発しやすい性質を有しているため、そのまま発火部に使用すると、火花消耗よりも酸化・揮発による消耗が問題となる欠点がある。そこで、高融点金属発火部を、Irを主成分として、Pt、Rh、Ru、Pd及びReの1種または2種以上を添加したIr合金を主体に構成することで、このようなIrの酸化揮発を効果的に抑制することができ、発火部の耐消耗性を良好なものとすることができる。   When the refractory metal ignition part 31 is mainly composed of Ir, since Ir has a property of being easily oxidized and volatilized in a high temperature region, if it is used as it is in the ignition part, it is caused by oxidation and volatilization rather than spark consumption. There is a drawback that wear is a problem. Therefore, the refractory metal ignition part is mainly composed of an Ir alloy containing Ir as a main component and one or more of Pt, Rh, Ru, Pd, and Re added thereto, thereby oxidizing such Ir. Volatilization can be effectively suppressed, and the wear resistance of the ignition part can be improved.

上記スパークプラグ100の製造方法について説明する。
まず、主体金具1への亜鉛クロメート層の形成を以下のようにして行う。主体金具1には、その取付ねじ部7側の開口部に接地電極4の基端側を溶接により取り付け、金具組立体Wとしておく。この段階で接地電極4は曲げ加工前であり、主体金具1の軸線方向に直線的に延びた状態となっている。これに、図3に示すバレルメッキ装置199を用いてバレルメッキにより亜鉛メッキを施す。バレルメッキ装置199においては、壁面が網や穴開き板等により液通に構成された保持容器202内に、複数の金具組立体Wがバラ積み状態で挿入され、メッキ層200内の亜鉛メッキ浴L1内に浸漬される。また、メッキ浴L1中には対向電極203が配置される。モータ201により保持容器202を水平な回転軸線周りに回転駆動しながら、保持容器202内の通電電極205を介して、金具組立体Wと対向電極203との間で直流電源204により通電すれば、金具組立体Wは接地電極4を含むその外面全面に亜鉛メッキが施されることとなる。バレルメッキは、上記のような回転バレルメッキの他、揺動バレルメッキを採用することも可能である。
A method for manufacturing the spark plug 100 will be described.
First, the zinc chromate layer is formed on the metal shell 1 as follows. To the metal shell 1, the base end side of the ground electrode 4 is attached by welding to the opening on the side of the mounting screw 7, thereby forming a metal fitting assembly W. At this stage, the ground electrode 4 is before bending and is in a state of linearly extending in the axial direction of the metal shell 1. This is galvanized by barrel plating using a barrel plating apparatus 199 shown in FIG. In the barrel plating apparatus 199, a plurality of metal fitting assemblies W are inserted into a holding container 202 whose wall surface is configured to be liquid-permeable by a net, a perforated plate, or the like, and a galvanizing bath in the plating layer 200 is inserted. It is immersed in L1. A counter electrode 203 is disposed in the plating bath L1. If the DC power supply 204 is energized between the metal fitting assembly W and the counter electrode 203 via the energizing electrode 205 in the holding container 202 while rotating the holding container 202 around the horizontal rotation axis by the motor 201, The metal fitting assembly W is galvanized on the entire outer surface including the ground electrode 4. As the barrel plating, swing barrel plating can be adopted in addition to the rotating barrel plating as described above.

上記のように亜鉛メッキを施すと、図6(a)に示すように、亜鉛メッキ層141は、接地電極4の全面、すなわち下地金属材料層140の全面に形成される。図2に示すように、接地電極4の先端部へは、貴金属チップ、例えばPt系金属チップ32’が溶接されて発火部32が形成されるが、亜鉛メッキ層141が形成されたままであると、溶接部に亜鉛が溶け込んで発火部32の接合強度が大きく低下することにつながる。そこで、接地電極4に形成された亜鉛メッキ層141は、図5に示す工程にて、その先端側の部分だけが剥離される。   When galvanizing is performed as described above, the galvanized layer 141 is formed on the entire surface of the ground electrode 4, that is, the entire surface of the underlying metal material layer 140, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, a noble metal tip, for example, a Pt-based metal tip 32 ′ is welded to the tip of the ground electrode 4 to form the ignition portion 32, but the galvanized layer 141 remains formed. The zinc melts into the welded portion, leading to a significant decrease in the joint strength of the ignition portion 32. Therefore, the galvanized layer 141 formed on the ground electrode 4 is peeled only at the tip side in the process shown in FIG.

この装置は、剥離液、例えば塩酸と硝酸とを含有する酸性剥離液L3が収容された剥離槽210を有する。剥離槽210の上面開口部は、組立体挿入口212aが孔設された保持板212により塞がれている。そして、その組立体挿入口212aには、接地電極4が下となるように組立体Wのねじ部7が軸線方向に挿入され、ガスシール部1fにおいて組立体挿入口212aの内縁部に支持される。他方、剥離槽210の剥離液供給口214からは、ポンプ213により図示しない剥離液タンクより剥離液L3が供給される。そして、槽内に設けられた液面センサ211により液面レベルが検出されるとともに、液面レベルが低下した場合は、センサ211の検出信号を参照して制御部212がポンプ213を作動させ、剥離液L3の液面SHの高さが一定に維持される。   This apparatus has a stripping tank 210 in which a stripping solution, for example, an acidic stripping solution L3 containing hydrochloric acid and nitric acid is accommodated. The upper surface opening of the peeling tank 210 is closed by a holding plate 212 in which an assembly insertion port 212a is formed. Then, the screw portion 7 of the assembly W is inserted in the assembly insertion port 212a in the axial direction so that the ground electrode 4 faces down, and is supported by the inner edge portion of the assembly insertion port 212a in the gas seal portion 1f. The On the other hand, the peeling liquid L3 is supplied from a peeling liquid tank (not shown) from the peeling liquid supply port 214 of the peeling tank 210 by a pump 213. Then, the liquid level is detected by the liquid level sensor 211 provided in the tank, and when the liquid level is lowered, the control unit 212 operates the pump 213 with reference to the detection signal of the sensor 211, The height of the liquid surface SH of the stripping solution L3 is kept constant.

これにより、各組立体Wは保持板212により高さ方向の位置が固定され、その接地電極4は、基端側の一定長さを液面SHの上方に突出させた状態にて、先端側が剥離液L3中に浸漬される。これにより、図6(b)に示すように、浸漬部分の亜鉛メッキ層141が溶解・剥離される。このとき、下地金属材料層140の露出表面140aも酸によるエッチングを受けて活性化される。   As a result, the position of each assembly W in the height direction is fixed by the holding plate 212, and the ground electrode 4 has a fixed length on the base end side protruding above the liquid level SH, and the tip side is It is immersed in the stripping solution L3. Thereby, as shown in FIG.6 (b), the zinc plating layer 141 of an immersion part is melt | dissolved and peeled. At this time, the exposed surface 140a of the base metal material layer 140 is also activated by acid etching.

剥離液L3として、例えば硝酸と塩酸との水溶液を使用する場合、剥離効果を過不足なく生じさせるためには、硝酸の配合量は10〜30重量%、塩酸の配合量は20〜30重量%とするのがよい。また、塩酸の配合量WHCl(重量%)と硝酸の配合量WHNO3(重量%)との比WHCl/WHNO3は0.5〜4程度とすることが、剥離後の下地金属材料層の仕上がり状態を良好とする上で望ましい。   For example, when an aqueous solution of nitric acid and hydrochloric acid is used as the stripping liquid L3, the blending amount of nitric acid is 10 to 30% by weight and the blending amount of hydrochloric acid is 20 to 30% by weight in order to produce the stripping effect without excess or deficiency. It is good to do. Further, the ratio WHCl / WHNO3 of the hydrochloric acid blending amount WHCl (wt%) and the nitric acid blending amount WHNO3 (wt%) should be about 0.5 to 4 to determine the finished state of the base metal material layer after peeling. Desirable for good.

なお、主体金具1のねじ部7の開口端面から液面SHまでの高さは、例えば1mm以上となるように調整するのがよい。該高さが1mm未満では、僅かな液面揺れが発生しただけで剥離液L3が主体金具1の端面に接触し、主体金具1側の望まざる部分まで亜鉛メッキ層141が剥離されたり、あるいは仮に剥離液L1が仮に接触しなくとも、酸成分を含んだ蒸気の影響を受けやすくなるので、耐食性確保の点で望ましくない。   The height from the opening end face of the threaded portion 7 of the metal shell 1 to the liquid level SH is preferably adjusted to be 1 mm or more, for example. When the height is less than 1 mm, the peeling liquid L3 comes into contact with the end surface of the metal shell 1 with only slight liquid level fluctuation, and the galvanized layer 141 is peeled off to an undesired portion on the metal shell 1 side. Even if the stripping solution L1 does not come into contact, it is likely to be affected by the vapor containing the acid component, which is not desirable in terms of ensuring corrosion resistance.

亜鉛メッキ層141の剥離が終了すればこれを一旦洗浄・乾燥し、クロメート処理を行う。この実施例では、図4に示すクロメート処理槽200(図3との共通の部分には同一の符号を付与している)を用い、ここにクロメート処理液L2を満たしてバレル方式にて処理を行っている。ただし、行うクロメート処理は非電解型のものであり、通電を行うための電極や電源は設けられていない(なおし、電解クロメート処理を行うことも可能であり、この場合は図3と同様の装置構成を採用すればよい)。   When peeling of the galvanized layer 141 is completed, this is once washed and dried, and chromate treatment is performed. In this embodiment, the chromate treatment tank 200 shown in FIG. 4 (the same reference numerals are assigned to the parts common to FIG. 3), and the chromate treatment liquid L2 is filled therein and the treatment is performed by the barrel method. Is going. However, the chromate treatment to be performed is of a non-electrolytic type, and no electrode or power source for energization is provided (in addition, the electrolytic chromate treatment can be performed. In this case, an apparatus similar to FIG. Adopt the configuration).

クロメート処理液L3としては、三価クロム塩と、三価クロムに対する錯化剤とを配合したものを用いることにより、一般的なクロメート処理法では困難な緻密で厚膜の三価クロム系クロメート層を形成することが可能となり、ひいては0.2〜0.5μmの三価クロム系のクロメート層を容易に形成できる。このようなクロメート処理液については、ドイツ公開特許公報DE19638176A1号に詳細が開示されている。以下に、その概略を説明する。   As the chromate treatment liquid L3, a dense and thick trivalent chromium-based chromate layer, which is difficult to obtain by a general chromate treatment method, is obtained by using a mixture of a trivalent chromium salt and a complexing agent for trivalent chromium. Thus, a trivalent chromium-based chromate layer of 0.2 to 0.5 μm can be easily formed. Details of such a chromate treatment solution are disclosed in German Published Patent Publication DE19638176A1. Below, the outline is demonstrated.

前述の通り、クロメート層の形成過程は、処理浴中において下地金属(例えば亜鉛)の酸化溶出がまず起こり、その溶出した下地金属成分と、クロメートイオンを含有する溶液とが反応して、三価クロムが水酸基あるいは酸素のブリッジによってポリマー状の錯体を形成して下地金属表面上にゲル状に沈殿・堆積する機構が主体になっているというのが定説である。この場合、クロメート層が成長するためには、下地金属の溶出と、溶出した下地金属と浴中のクロメートイオンとの反応・堆積とが並行して進まなければならない。しかしながら、クロメート層がある程度堆積すると、浴液との界面を介した不均一反応である下地金属層の溶出反応が妨げられ、層の成長は停滞する。   As described above, in the process of forming the chromate layer, oxidation elution of the base metal (for example, zinc) first occurs in the treatment bath, and the eluted base metal component reacts with the solution containing chromate ions to form trivalent. The theory is that chromium mainly forms a polymer complex by hydroxyl or oxygen bridges and precipitates and deposits on the surface of the underlying metal in a gel state. In this case, in order for the chromate layer to grow, the elution of the base metal and the reaction / deposition of the eluted base metal and chromate ions in the bath must proceed in parallel. However, if the chromate layer is deposited to some extent, the elution reaction of the base metal layer, which is a heterogeneous reaction through the interface with the bath solution, is hindered, and the growth of the layer is stagnated.

前記したドイツ公開特許公報の開示内容によれば、層の厚膜化を図るには、下地金属の溶解と、溶解した下地金属成分と三価クロムとの反応による層沈殿との速度を大きくしつつ、堆積したクロメート層の逆溶解の速度をなるべく小さくすることが重要である。そして、上記の方法では、適当な錯化剤を浴中に添加して三価クロムを錯体化することにより層沈殿が促進され、厚膜化が可能になると考えられる。   According to the disclosure of the above-mentioned German published patent publication, in order to increase the thickness of the layer, the rate of dissolution of the base metal and layer precipitation due to the reaction between the dissolved base metal component and trivalent chromium is increased. However, it is important to reduce the rate of reverse dissolution of the deposited chromate layer as much as possible. And in said method, it is thought that layer precipitation is accelerated | stimulated by adding a suitable complexing agent in a bath and complexing trivalent chromium, and a film thickness increase is attained.

錯化剤としては、各種キレート剤(ジカルボン酸、トリカルボン酸、オキシ酸(水酸基ジカルボン酸あるいは水酸基トリカルボン酸等:例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、コルク酸、アセレイン酸、セバシン酸、マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸等)を用いることが有効であるが、他の錯化剤を用いてもよい。使用可能な錯化剤については、前記ドイツ特許公報に記載されている通りである。   Complexing agents include various chelating agents (dicarboxylic acid, tricarboxylic acid, oxyacid (hydroxyl dicarboxylic acid or hydroxytricarboxylic acid etc .: for example, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, corkic acid Aceleic acid, sebacic acid, maleic acid, phthalic acid, terephthalic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid, ascorbic acid and the like are effective, but other complexing agents may be used. The complexing agent is as described in the German Patent Publication.

また、層厚さを大きくするには、クロメート処理浴の温度を20〜80℃程度に昇温することも有効である。浴温が20℃未満では、昇温による層厚さ増大の効果がほとんど見込めず、80℃以上では浴からの水分の蒸発が激しいため浴条件の制御が困難となる。また、クロメート浴への被処理物(主体金具、ガスケットなど)の浸漬時間は20〜80秒とするのがよい。浸漬時間が20秒未満になるとクロメート層の形成膜厚を十分に確保できなくなる場合がある。他方、浸漬時間が80秒を超えると、形成されたクロメート層が厚くなり過ぎ、層にクラックを生じたり(例えば組付け等における加工時)、あるいは層の脱落等が生じやすくなり、却って防食性能が損なわれる場合がある。   In order to increase the layer thickness, it is also effective to raise the temperature of the chromate treatment bath to about 20 to 80 ° C. If the bath temperature is less than 20 ° C., the effect of increasing the layer thickness due to the temperature rise is hardly expected. If the bath temperature is 80 ° C. or more, the evaporation of water from the bath is intense, and thus it becomes difficult to control the bath conditions. Further, the immersion time of the object to be processed (metal shell, gasket, etc.) in the chromate bath is preferably 20 to 80 seconds. If the immersion time is less than 20 seconds, there may be a case where a sufficient film thickness of the chromate layer cannot be secured. On the other hand, if the immersion time exceeds 80 seconds, the formed chromate layer becomes too thick, and the layer is cracked (for example, during processing during assembly), or the layer is liable to fall off. May be damaged.

他方、下地金属の溶解促進を図るには、沈殿形成された層の再溶解が激しくならない範囲にて、クロメート処理液のpHを下げることが有効である。望ましいpHの範囲は、例えば1.5〜3程度である。また、沈殿形成された層の再溶解を抑制するには、層中にニッケル、コバルトあるいは銅などの再溶解しにくい水酸化物を層に組み込むことが有効である。この目的のため、クロメート処理浴中に、上記金属の化合物を溶解・配合することができる。   On the other hand, in order to promote dissolution of the base metal, it is effective to lower the pH of the chromate treatment solution within a range in which the re-dissolution of the precipitated layer does not become intense. A desirable pH range is, for example, about 1.5 to 3. Moreover, in order to suppress remelting of the layer formed by precipitation, it is effective to incorporate a hydroxide such as nickel, cobalt or copper which is difficult to remelt into the layer. For this purpose, the metal compound can be dissolved and blended in the chromate treatment bath.

他方、本発明者らがさらに検討を重ねた結果、クロメート層中のナトリウム成分の含有量が2〜7重量%となるように、所定量のナトリウム塩(例えば、硝酸ナトリウムなど)をクロメート処理浴中に配合することで、緻密なクロメート層を厚膜に形成することが一層容易となることが判明した。その詳細な機構については不明であるが、ナトリウムイオンがクロメート層中に取り込まれると、クロメート層の処理浴中への再溶解がより起こりにくくなるためではないかと推測される。クロメート層中のナトリウム成分の含有量が2〜7重量%の範囲を外れると、クロメート層の厚膜を0.2μm以上に確保するのが困難となる場合がある。なお、クロメート処理層中のナトリウム成分の含有量は、より望ましくは2〜6重量%とするのがよい。   On the other hand, as a result of further studies by the present inventors, a predetermined amount of sodium salt (for example, sodium nitrate) is added to the chromate treatment bath so that the content of the sodium component in the chromate layer is 2 to 7% by weight. It has been found that it becomes easier to form a dense chromate layer in a thick film by blending it into the thick film. Although the detailed mechanism is unknown, it is presumed that when sodium ions are taken into the chromate layer, the dissolution of the chromate layer into the treatment bath is less likely to occur. If the content of the sodium component in the chromate layer is out of the range of 2 to 7% by weight, it may be difficult to ensure the thick film of the chromate layer to 0.2 μm or more. The content of the sodium component in the chromate treatment layer is more preferably 2 to 6% by weight.

なお、ガスケット30に対して亜鉛クロメート層を形成する場合も、上記工程において主体金具1(あるいは組立体W)をガスケットに置き換えることにより、剥離処理を行わない点を除いては全く同様の方法が適用できる。   Note that when a zinc chromate layer is formed on the gasket 30, the same method is used except that the metal shell 1 (or assembly W) is replaced with a gasket in the above-described process, except that no peeling treatment is performed. Applicable.

さて、上記のクロメート処理においては、図4に示すように、組立体Wは亜鉛メッキ層141が剥離された接地電極4の先端側表面を含めて、その全面がクロメート処理液に浸漬される。しかしながら、図6(c)に示すように、クロメート層142が形成されるのは、亜鉛との置換反応が進行可能な亜鉛メッキ層141の表面のみであり、下地金属材料の露出表面140aにはクロメート層の形成はほとんど進行しない。他方、亜鉛メッキ層141においては、その端面でもクロメート層の形成が進行し、最終的に亜鉛メッキ層141は端面も含めてクロメート層142により覆われ、露出部がほとんど生じなくなる。これが、スパークプラグ使用時の亜鉛メッキ層141の腐食進行を抑制する上で有利であることはいうまでもない。   Now, in the above chromate treatment, as shown in FIG. 4, the entire surface of the assembly W including the tip side surface of the ground electrode 4 from which the galvanized layer 141 has been peeled is immersed in the chromate treatment solution. However, as shown in FIG. 6C, the chromate layer 142 is formed only on the surface of the galvanized layer 141 where the substitution reaction with zinc can proceed, and on the exposed surface 140a of the underlying metal material, The formation of the chromate layer hardly proceeds. On the other hand, in the galvanized layer 141, the formation of the chromate layer also proceeds at the end face, and finally the galvanized layer 141 is covered by the chromate layer 142 including the end face, and the exposed portion hardly occurs. Needless to say, this is advantageous in suppressing the progress of corrosion of the galvanized layer 141 when the spark plug is used.

次に、図2に戻り、発火部31,32の形成方法の一例を説明する。これら発火部31,32の形成は、主体金具1への絶縁体2あるいは中心電極3を組み付ける前にそれぞれ完了させておく。まず、中心電極側高融点金属発火部31であるが、中心電極3の先端面に発火部31の構成高融点金属からなるチップ(例えば円板状のもの)を位置決めした後、環状の溶接ビード10を形成することにより、チップを中心電極3に接合して発火部31となす。   Next, returning to FIG. 2, an example of a method for forming the ignition portions 31 and 32 will be described. The formation of the ignition parts 31 and 32 is completed before the insulator 2 or the center electrode 3 is assembled to the metal shell 1. First, in the center electrode side refractory metal ignition part 31, after positioning a tip (for example, disk-shaped) made of a refractory metal constituting the ignition part 31 on the tip surface of the center electrode 3, an annular weld bead is placed. By forming 10, the chip is joined to the center electrode 3 to form the ignition part 31.

一方、接地電極4側のPt系金属発火部32は、次のようにして形成する。まず、図7に示すように、中心電極3側の発火部31に対応する位置において接地電極4の側面に同様の位置決め凹部4aを形成する。そして、例えばPt系金属ロッドを放電加工等により輪切りにしたり、あるいはPt系金属板の打抜き加工により形成された円板状のPt系金属チップ(以下、単にチップともいう)32’を位置決め凹部4bに嵌め入れる。続いて、接地電極4とチップ材32’を通電電極150,150により挟持し、図示しない溶接電源により通電することで、層状の拡散層(溶接部)32aを形成する。   On the other hand, the Pt-based metal ignition part 32 on the ground electrode 4 side is formed as follows. First, as shown in FIG. 7, the same positioning recess 4 a is formed on the side surface of the ground electrode 4 at a position corresponding to the ignition part 31 on the center electrode 3 side. Then, for example, the Pt-based metal rod is rounded by electric discharge machining or the like, or a disk-shaped Pt-based metal chip (hereinafter also simply referred to as a chip) 32 ′ formed by punching a Pt-based metal plate is positioned in the positioning recess 4b. Fit in. Subsequently, the ground electrode 4 and the tip material 32 ′ are sandwiched between the energizing electrodes 150, 150 and energized by a welding power source (not shown) to form a layered diffusion layer (welded portion) 32 a.

接地電極4の側面に発火部32を形成する場合、チップ32’をレーザー溶接にて接合してもよいのであるが、横方向に伸びる電極4にチップ32’を位置決めした状態で、レーザービーム発生部と電極4とを、チップ32’の周方向に相対回転させる必要があるため、幾分面倒である。しかしながら、Pt系金属を発火部の材質として採用すれば、Ir等と比較すれば低融点であるため、抵抗溶接等の簡易な溶接方法を採用しても十分な接合強度を達成できる。   When the ignition part 32 is formed on the side surface of the ground electrode 4, the tip 32 ′ may be joined by laser welding, but the laser beam is generated with the tip 32 ′ positioned on the laterally extending electrode 4. Since it is necessary to relatively rotate the part and the electrode 4 in the circumferential direction of the chip 32 ′, it is somewhat troublesome. However, if a Pt-based metal is used as the material for the ignition part, the melting point is lower than that of Ir or the like, so that sufficient bonding strength can be achieved even if a simple welding method such as resistance welding is employed.

また、中心電極3側を負とする極性で使用する一般的なスパークプラグでは、中心電極3の先端部に形成された発火部は31温度上昇しやすく、火花放電に由来する正イオンのアタックも非常に受けやすいため消耗しやすいが、接地電極4側の発火部32は、これに比べれば温度上昇が小さく正イオンのアタックも受けにくいので、中心電極3側の発火部31ほどには消耗は進行しにくい。従って、接地電極4側の発火部32は、Pt系金属でも耐消耗性レベルは十分であり、抵抗溶接を採用しても剥離等の問題はほとんど生じない。さらに、Pt系金属は加工性も良好で、発火部形成のための金属部材の製造も容易である。   Moreover, in the general spark plug used with the polarity which makes the center electrode 3 side negative, the ignition part formed in the front-end | tip part of the center electrode 3 is easy to raise 31 temperature, and also the attack of the positive ion derived from a spark discharge The ignition part 32 on the ground electrode 4 side is less susceptible to positive ion attack than the ignition part 32 on the center electrode 3 side. Difficult to progress. Therefore, the ignition part 32 on the ground electrode 4 side has a sufficient wear resistance level even with a Pt-based metal, and even if resistance welding is employed, problems such as peeling hardly occur. Furthermore, the Pt-based metal has good workability, and it is easy to manufacture a metal member for forming the ignition part.

さて、このようにして形成した発火部32は、亜鉛メッキ141層の剥離により形成される下地金属材料側の露出表面140aが酸剥離により活性化するので、抵抗溶接の際にチップ32’と下地金属材料層140との間の相互拡散が進行しやすい。その結果、発火部32と接地電極4との接合界面に対応して形成される拡散層32aの平均的な厚さを大きくすること、具体的にはこれを10μm以上確保できるようになり、発火部32の接合強度を大幅に高めることができる。   Now, in the ignition part 32 formed in this way, the exposed surface 140a on the base metal material side formed by peeling of the galvanized 141 layer is activated by acid peeling, so that the chip 32 ′ and the base are exposed during resistance welding. Interdiffusion with the metal material layer 140 tends to proceed. As a result, the average thickness of the diffusion layer 32a formed corresponding to the bonding interface between the ignition part 32 and the ground electrode 4 can be increased, specifically, this can be ensured by 10 μm or more. The joint strength of the part 32 can be significantly increased.

なお、拡散層32aの厚さは以下のように定義する。まず、図7(b)に示すように、発火部32と下地金属材料層140との接合部に対し、その発火面32aと直交する断面を取り、該断面上にて発火面32bと直交する向きに分析ラインを設定する。そして、その分析ラインに沿って電子線微小分析(Electron Probe Micro Analysis:EPMA)により、発火部32の主成分たるPtと、下地金属材料層140の主成分、ここではNiとの、特性X線強度分布の線分析プロファイルを測定する。なお、得られた線分析プロファイルは、ノイズ除去のために波長1μm未満の微小な強度変動成分をフィルタリングにより除去しておくことが望ましい。   The thickness of the diffusion layer 32a is defined as follows. First, as shown in FIG. 7 (b), a cross section perpendicular to the ignition surface 32a is taken at the junction between the ignition portion 32 and the base metal material layer 140, and the cross section orthogonal to the ignition surface 32b is taken on the cross section. Set the analysis line in the direction. Then, by X-ray microanalysis (EPMA) along the analysis line, characteristic X-rays of Pt as the main component of the ignition portion 32 and the main component of the base metal material layer 140, here, Ni. Measure the line analysis profile of the intensity distribution. The obtained line analysis profile desirably removes a minute intensity fluctuation component having a wavelength of less than 1 μm by filtering in order to remove noise.

次に、図8に示すように、発火部32中の平均的なPt特性X線の強度をIPt1、同じくNi特性X線の強度をINi2とする一方、下地金属材料層140の平均的なNi特性X線の強度をINi1、同じくPt特性X線の強度をIPt2とする。次に、上記分析ラインに沿って得られたPt及びNiの各線分析プロファイルを、縦軸を特性X線強度I、横軸を分析ラインに沿って測定した距離xにて表される座標平面上にて表す。Ni線分析プロファイルPFNiと、I=INi1−0.01(INi1−INi2)を表す直線との交点のx座標をx1、同じくPt線分析プロファイルPFPtと、I=IPt2+0.01(IPt−IPt2)を表す直線との交点のx座標をx2として、(x1+x2)/2=xm1として定める。また、同様にしてPt線分析プロファイルPFPtと、I=IPt1−0.01(IPt−IPt2)を表す直線との交点のx座標をx3、Ni線分析プロファイルPFNiと、I=INi2+0.01(INi1−INi2)を表す直線との交点のx座標をx4として、(x3+x3)/2=xm2として定める。そして、拡散層の厚さtは、t≡|xm1−xm2|にて定義する。なお、分析ラインの設定位置によりtの測定値が変動する場合は、分析ラインの位置を変えながら複数点の測定を行い、それらの平均的な値として求めることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 8, the average Pt characteristic X-ray intensity in the ignition portion 32 is set to IPt1, and the Ni characteristic X-ray intensity is set to INi2, while the average Ni of the base metal material layer 140 is set to The intensity of the characteristic X-ray is INi1, and the intensity of the Pt characteristic X-ray is IPt2. Next, the Pt and Ni line analysis profiles obtained along the analysis line are plotted on the coordinate plane represented by the characteristic X-ray intensity I on the vertical axis and the distance x measured along the analysis line on the horizontal axis. Represented by The x-coordinate of the intersection of the Ni line analysis profile PFNi and the straight line representing I = INi1-0.01 (INi1-INi2) is x1, and the same Pt line analysis profile PFPt and I = IPt2 + 0.01 (IPt-IPt2) The x coordinate of the intersection with the straight line to be represented is defined as x2, and (x1 + x2) / 2 = xm1. Similarly, the x coordinate of the intersection of the Pt line analysis profile PFPt and the straight line representing I = IPt1−0.01 (IPt−IPt2) is x3, the Ni line analysis profile PFNi, and I = INi2 + 0.01 (INi1). -Xi2 is defined as (x3 + x3) / 2 = xm2, where the x coordinate of the intersection with the straight line representing -INi2) is x4. The thickness t of the diffusion layer is defined by t≡ | xm1−xm2 |. When the measurement value of t varies depending on the set position of the analysis line, it is desirable to measure a plurality of points while changing the position of the analysis line and obtain an average value thereof.

発火部31及び32の形成が終了すれば、主体金具1に対し絶縁体2及び中心電極3等を組み付け、さらに発火部31と発火部32とが図2に示す位置関係で互いに対向するように、接地電極4に曲げ加工を施せば、図1に示すスパークプラグ100が完成する。   When the formation of the ignition parts 31 and 32 is completed, the insulator 2 and the center electrode 3 are assembled to the metal shell 1, and the ignition part 31 and the ignition part 32 are opposed to each other in the positional relationship shown in FIG. If the ground electrode 4 is bent, the spark plug 100 shown in FIG. 1 is completed.

実験例Experimental example

以下、本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。まず、接地電極4の素材としてINCONEL 600の線材(1.5mm×2.8mmの角状断面)を用意し、長さ14mmに切断した。一方、JISG3539に規定された冷間圧造用炭素鋼線SWCH8Aを素材として用い、図1に示す形状の主体金具1を冷間鍛造により製造した。なお、主体金具1のねじ部7の呼び径は14mmであり、軸方向長さは約19mmとした。次いで、これに上記のINCONEL 600の線材を抵抗溶接により接合して、図3に示す組立体Wを作成した。そして、その組立体Wに対し、図3のバレルメッキ装置により、公知のアルカリシアン化物浴を用いた電解亜鉛メッキ処理を施し、膜厚約6μmの亜鉛メッキ層を形成した。   Hereinafter, the following experiment was performed in order to confirm the effect of the present invention. First, an INCONEL 600 wire (1.5 mm × 2.8 mm square cross section) was prepared as a material for the ground electrode 4 and cut to a length of 14 mm. On the other hand, using the cold forging carbon steel wire SWCH8A defined in JIS G3539 as a material, the metal shell 1 having the shape shown in FIG. 1 was manufactured by cold forging. The nominal diameter of the threaded portion 7 of the metal shell 1 was 14 mm, and the axial length was about 19 mm. Next, the above-mentioned INCONEL 600 wire was joined to this by resistance welding to produce an assembly W shown in FIG. Then, the assembly W was subjected to electrolytic galvanization using a known alkali cyanide bath by the barrel plating apparatus of FIG. 3 to form a galvanized layer having a thickness of about 6 μm.

次に、剥離液として表1に示す各種組成にて硝酸あるいは塩酸を含有した水溶液を用意し、図5に示す方法により接地電極4から亜鉛メッキ層を剥離した。ただし、主体金具1のねじ部7の開口端面から液面SHまでの高さは1mmとし、浸漬時間は120秒とした。   Next, aqueous solutions containing nitric acid or hydrochloric acid with various compositions shown in Table 1 were prepared as stripping solutions, and the galvanized layer was stripped from the ground electrode 4 by the method shown in FIG. However, the height from the opening end surface of the threaded portion 7 of the metal shell 1 to the liquid level SH was 1 mm, and the immersion time was 120 seconds.

亜鉛メッキ層の剥離が終了した組立体Wは洗浄後、図4に示す装置を用いてクロメート処理を行った。ただし、クロメート処理浴は、脱イオン水に対し1リットル当り、塩化クロム(III)(CrCl・6HO)を50g、硝酸コバルト(II)(Co(NO)を3g、硝酸ナトリウム(NaNO)を100g、マロン酸31.2gの割合で溶解しすることにより建浴し、ヒータにより液温60℃に保持するとともに、浴のpHを苛性ソーダ水溶液の添加により2.0に調整した。またクロメート処理液への浸漬時間は60秒とし、水洗・乾燥後、80℃の温風により乾燥した。形成されたクロメート層の膜厚をSEMにより測定したところ、約0.30μmであり、図6(c)に示すように亜鉛メッキ層141の端面部分も、クロメート層142にて覆われていることを確認した。なお、比較のため、亜鉛メッキ層の剥離を行わない試験品も合わせて作成した(表1:試験品2)。 The assembly W from which the galvanized layer had been peeled was washed and chromated using the apparatus shown in FIG. However, the chromate treatment bath is 50 g of chromium (III) chloride (CrCl 3 .6H 2 O), 3 g of cobalt nitrate (II) (Co (NO 3 ) 2 ) and sodium nitrate per liter of deionized water. (NaNO 3 ) was dissolved in a ratio of 100 g and malonic acid 31.2 g, and the bath was maintained at a liquid temperature of 60 ° C. with a heater, and the pH of the bath was adjusted to 2.0 by addition of an aqueous caustic soda solution. . The immersion time in the chromate treatment solution was 60 seconds, washed with water and dried, and then dried with warm air at 80 ° C. When the thickness of the formed chromate layer was measured by SEM, it was about 0.30 μm, and the end surface portion of the galvanized layer 141 was also covered with the chromate layer 142 as shown in FIG. It was confirmed. For comparison, a test product in which the galvanized layer was not peeled was also prepared (Table 1: Test product 2).

次いで、接地電極4の先端部(露出表面)にPtチップ((直径1.5mm、厚さ0.2mm)を、図7(a)に示す抵抗溶接により接合し、発火部32を形成した。ただし、溶接条件は、通電電極150,150間の加圧荷重を40kgf、二次電流を1kAとした。なお、比較のため、亜鉛クロメート処理を施す前の組立体についても、接地電極4へのチップの溶接を行った(表1:試験品1)。   Next, a Pt tip ((diameter: 1.5 mm, thickness: 0.2 mm)) was joined to the tip portion (exposed surface) of the ground electrode 4 by resistance welding shown in FIG. However, the welding conditions were such that the pressure load between the current-carrying electrodes 150 and 150 was 40 kgf and the secondary current was 1 kA For comparison, the assembly before the zinc chromate treatment was also applied to the ground electrode 4. The chip was welded (Table 1: Test sample 1).

こうして発火部32を形成した組立体の評価を以下のようにして行った。まず、クロメート処理後の接地電極4の外観について、特に亜鉛メッキ層の剥離境界部分を目視観察し、大きな変色が観察されたものを△、変色がほとんど観察されなかったものを○、変色が全く観察されなかったものを◎として評価した。   Thus, the assembly which formed the ignition part 32 was evaluated as follows. First, with regard to the appearance of the ground electrode 4 after the chromate treatment, in particular, the peeling boundary part of the galvanized layer was visually observed, △ when the large discoloration was observed, ◯ when the discoloration was hardly observed, and no discoloration at all What was not observed was evaluated as (double-circle).

また、耐食性については、JISH8502に規定されたメッキの耐食性試験方法における「5.中性塩水噴霧試験方法」を48時間まで行った。評価は、亜鉛メッキ層の腐食に由来する白錆が、その亜鉛クロメート層の全面積のおよそ10%以上現われたものを×、白錆びの発生はあったが、面積率が10%未満であったものを○、白錆びの発生が認められなかったものを◎とした。   As for the corrosion resistance, the “5. Neutral salt spray test method” in the plating corrosion resistance test method defined in JISH8502 was performed for up to 48 hours. The evaluation was x when white rust derived from corrosion of the galvanized layer appeared about 10% or more of the total area of the zinc chromate layer. Although white rust was generated, the area ratio was less than 10%. The case where the occurrence of white rust was not recognized was rated as ◎.

また、溶接性については、バーナーにより接地電極4を最高到達温度が900℃となる用に2分加熱した後、室温にて1分放冷するサイクルを1000回繰返し、断面組織を光学顕微鏡にて観察することにより、チップ剥離が生じていたものを×、剥離が特に認められなかったものを◎として評価した。   As for weldability, a cycle in which the ground electrode 4 was heated with a burner for 2 minutes so that the maximum temperature reached 900 ° C. and then allowed to cool at room temperature for 1 minute was repeated 1000 times, and the cross-sectional structure was observed with an optical microscope. By observing, the case where chip peeling occurred was evaluated as x, and the case where peeling was not particularly recognized was evaluated as ◎.

この結果を見てもわかる通り亜鉛メッキ層を酸剥離した後クロメート処理したものについては、いずれも塩水噴霧試験及び溶接性ともに優れた結果を示している。特に、剥離液として硝酸/塩酸水溶液を用いたものは外観も良好である。これに対し、メッキなし、あるいは接地電極4のメッキ剥離を行わずにチップ溶接したもの(試験品1、2)は、溶接性が良好でないことがわかる。   As can be seen from these results, both the salt spray test and weldability of the galvanized layer that had been acid peeled and then chromated were excellent. In particular, those using a nitric acid / hydrochloric acid aqueous solution as the stripper have a good appearance. On the other hand, it can be seen that those that are not plated or chip-welded without performing plating peeling of the ground electrode 4 (test samples 1 and 2) have poor weldability.

なお、試験品1及び試験品6について、拡散層32aの厚さを図8を用いて既に説明した方法により測定した(ただし、電子プローブスポット径は1μmとした)。その、EPMAによる線分析プロファイルを図9に示す。(a)は、本発明品である試験品6のプロファイルを示しており、拡散層の厚さtは約22μmであった。これに対し、(b)は、比較例品である試験品1のプロファイルを示しており、拡散層の厚さtは10μm程度と小さいことがわかる。なお、溶接前において、両試験品の接地電極の溶接予定表面の炭素存在量をX線光電子分光法により測定したところ、試験品6の表面炭素存在量は試験品1の1/4以下であることがわかった。これは、メッキ剥離に伴い、接地電極4の下地金属材料層140の表面炭素存在量が減少して活性化され、抵抗溶接時のPt系金属チップ32’との間の相互拡散が促進されたためであると考えられる。   Note that the thickness of the diffusion layer 32a was measured for the test product 1 and the test product 6 by the method already described with reference to FIG. 8 (however, the electron probe spot diameter was 1 μm). The line analysis profile by EPMA is shown in FIG. (A) has shown the profile of the test article 6 which is this invention goods, and thickness t of the diffusion layer was about 22 micrometers. On the other hand, (b) shows the profile of the test product 1 as a comparative product, and it can be seen that the thickness t of the diffusion layer is as small as about 10 μm. Before welding, when the carbon abundance on the surfaces to be welded of the ground electrodes of both test products was measured by X-ray photoelectron spectroscopy, the surface carbon abundance of the test product 6 was 1/4 or less that of the test product 1. I understood it. This is because the surface carbon abundance of the base metal material layer 140 of the ground electrode 4 is reduced and activated due to the plating peeling, and the interdiffusion with the Pt-based metal tip 32 ′ during resistance welding is promoted. It is thought that.

本発明の一実施例たるスパークプラグを示す縦半断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The longitudinal half sectional view which shows the spark plug which is one Example of this invention. 図1の要部を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of FIG. バレルメッキによる電解亜鉛メッキの工程説明図。Process explanatory drawing of the electrolytic zinc plating by barrel plating. バレル法によるクロメート処理の工程説明図。Process explanatory drawing of the chromate process by a barrel method. 剥離工程の説明図。Explanatory drawing of a peeling process. 本発明での亜鉛クロメート層の形成過程を、従来工程と対比させて説明する図。The figure explaining the formation process of the zinc chromate layer in this invention in contrast with the conventional process. 抵抗溶接により接地電極に発火部を形成する方法を示す工程説明図。Process explanatory drawing which shows the method of forming an ignition part in a ground electrode by resistance welding. 拡散層の厚さの定義を示す図。The figure which shows the definition of the thickness of a diffused layer. EPMA線分析プロファイルによる拡散層厚さの測定例を示す図。The figure which shows the example of a measurement of the diffused layer thickness by an EPMA line analysis profile.

符号の説明Explanation of symbols

1 主体金具
2 絶縁体
3 中心電極
4 接地電極
30 ガスケット
41,45 亜鉛メッキ層
42,46 クロメート層
100 スパークプラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal shell 2 Insulator 3 Center electrode 4 Ground electrode 30 Gasket 41,45 Zinc plating layer 42,46 Chromate layer 100 Spark plug

Claims (2)

中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金具と、前記中心電極との間に火花放電ギャップを形成するように、これと対向する形で配置された接地電極とを備え、
前記主体金具の外面と、該主体金具に接合される前記接地電極の基端部外面とが、亜鉛を主成分とする亜鉛系メッキ層と、その亜鉛系メッキ層の表面を覆うクロメート層とを含む亜鉛クロメート層により覆われるとともに、前記接地電極の軸線方向の先端側には前記亜鉛系メッキ層が形成されない下地電極材料層の露出部が形成されており、
その亜鉛クロメート層において前記クロメート層は、前記亜鉛系メッキ層の前記接地電極の軸線方向端面を覆う形態にて形成されていることを特徴とするスパークプラグ。
A center electrode, an insulator provided outside the center electrode, a metal shell provided outside the insulator, and a spark discharge gap are formed between the center electrode and the center electrode. A ground electrode arranged in a shape,
A zinc-based plating layer containing zinc as a main component, and a chromate layer covering a surface of the zinc-based plating layer, the outer surface of the metal shell and the outer surface of the base end portion of the ground electrode joined to the metal shell And an exposed portion of the base electrode material layer on which the zinc-based plating layer is not formed is formed on the tip end side in the axial direction of the ground electrode.
In the zinc chromate layer, the chromate layer is formed so as to cover an end face in the axial direction of the ground electrode of the zinc-based plating layer.
前記火花放電ギャップに対応する位置において少なくとも前記接地電極側に、Ptを主成分とするPt系金属チップを溶接することにより貴金属発火部が形成されており、
かつ、前記貴金属発火部と前記接地電極との接合界面に対応して形成される拡散層の厚さが10μm以上である請求項記載のスパークプラグ。
A noble metal ignition part is formed by welding a Pt-based metal tip containing Pt as a main component at least on the ground electrode side at a position corresponding to the spark discharge gap,
And spark plug of claim 1, wherein the thickness of the diffusion layer is 10μm or more, which is formed corresponding to the bonding interface between the ground electrode and the noble metal spark portion.
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