JP4500335B2 - Spark plug gasket, spark plug, and spark plug gasket manufacturing method - Google Patents

Spark plug gasket, spark plug, and spark plug gasket manufacturing method Download PDF

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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2222/00Aspects relating to chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive medium
    • C23C2222/10Use of solutions containing trivalent chromium but free of hexavalent chromium

Description

本発明は内燃機関用のスパークプラグ用ガスケット、スパークプラグ及びスパークプラグ用ガスケットの製造方法に関する。   The present invention relates to a spark plug gasket for an internal combustion engine, a spark plug, and a spark plug gasket manufacturing method.

特開平6−338379号公報JP-A-6-338379

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。また、主体金具の外周面に形成される取付ねじ部の基端部にはガスケットがはめ込まれる。   Spark plugs used to ignite internal combustion engines, such as gasoline engines for automobiles, etc., have an insulator outside the center electrode and a metal shell on the outside, forming a spark discharge gap with the center electrode. The ground 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. Further, a gasket is fitted into the base end portion of the mounting screw portion formed on the outer peripheral surface of the metal shell.

主体金具及びガスケット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の亜鉛メッキが施されることが多い(特許文献1)。亜鉛メッキ層は鉄に対しては優れた防食効果を有するが、よく知られている通り、鉄上の亜鉛メッキ層は犠牲腐食により消耗しやすく、また、生じた酸化亜鉛により白く変色して外観も損なわれ易い欠点がある。そこで多くのスパークプラグでは、亜鉛メッキ層の表面をさらにクロメート被膜で覆い、メッキ層の腐食を防止することが行われている。   The metal shell and gasket are generally made of an iron-based material such as carbon steel, and the surface thereof is often galvanized for corrosion protection (Patent Document 1). Although the galvanized layer has an excellent anticorrosive effect against iron, as is well known, the galvanized layer on iron is easily consumed by sacrificial corrosion, and the appearance is changed to white due to the generated zinc oxide. There are also disadvantages that are easily damaged. Therefore, in many spark plugs, the surface of the galvanized layer is further covered with a chromate film to prevent corrosion of the plated layer.

ところで、スパークプラグの主体金具あるいはガスケットに施されるクロメート被膜としては、いわゆる黄色クロメート被膜が用いられてきた。この黄色クロメート被膜は、防食性能が良好であるため、例えば缶詰内面被覆等をはじめ、スパークプラグ以外の分野においても広く使用されてきたものである。しかしながら、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。例えばスパークプラグが多量に使用される自動車業界においては、廃棄スパークプラグによる環境への影響を考慮して、六価クロムを含有するクロメート被膜の使用は将来全廃しようとの検討も進められている。また、黄色クロメート被膜処理の処理浴は、比較的高濃度の六価クロムを含有するものが使用されるから、廃液処理に多大なコストがかかる難点がある。   By the way, a so-called yellow chromate film has been used as a chromate film applied to the metal shell or gasket of the spark plug. Since this yellow chromate film has good anticorrosion performance, it has been widely used in fields other than spark plugs, such as canned inner surface coating. However, in recent years when interest in environmental protection has been increasing on a global scale due to the fact that a part of the chromium component is contained in the form of hexavalent chromium, it has been gradually shunned. For example, in the automobile industry in which spark plugs are used in large quantities, in view of the environmental impact of waste spark plugs, the use of chromate coatings containing hexavalent chromium has been studied to be eliminated in the future. In addition, since the treatment bath for the yellow chromate film treatment contains a relatively high concentration of hexavalent chromium, there is a problem that the waste liquid treatment is very expensive.

こうした流れを受けて、六価クロムを含有しないクロメート被膜、すなわちクロム成分の実質的に全てが三価クロムの形で含有されている被膜の開発は、比較的早くから進められてきた。その処理浴は概して六価クロム濃度が低く、中には六価クロムを全く含有しない浴も開発されていて、廃液処理の問題も軽減されている。しかしながら、三価クロム系のクロメート被膜は、黄色クロメート被膜に比べて防食性能が劣るという大きな欠点があり、スパークプラグの主体金具の被覆用被膜としては、広く用いられるに至っていない。   In response to this trend, the development of a chromate film that does not contain hexavalent chromium, that is, a film in which substantially all of the chromium component is contained in the form of trivalent chromium has been underway relatively early. The treatment bath generally has a low hexavalent chromium concentration, and a bath containing no hexavalent chromium has been developed, and the problem of waste liquid treatment has been reduced. However, the trivalent chromium-based chromate film has a major drawback in that the anticorrosion performance is inferior to that of the yellow chromate film, and has not been widely used as a coating film for the metal shell of the spark plug.

また、黄色クロメート被膜を含め、クロメート被膜は耐熱性に劣るという共通の欠点がある。自動車用エンジン等においては、スパークプラグが取り付けられるシリンダヘッドは水冷されているので、スパークプラグが極端に高温になることは少ない。しかしながら、熱負荷が大きくかかる条件下でエンジンの運転を継続したり、あるいはスパークプラグがエキゾーストマニホルドに比較的近くなる位置に取り付けられたりしていると、ときには主体金具の温度が200〜300℃程度まで上昇する場合がある。このような状況下では、クロメート被膜の劣化が進みやすく、防食性能が急激に低下してしまう問題がある。   In addition, the chromate film, including the yellow chromate film, has a common drawback that it has poor heat resistance. In an automobile engine or the like, since the cylinder head to which the spark plug is attached is water-cooled, the spark plug is unlikely to become extremely hot. However, if the engine operation is continued under conditions where a large heat load is applied, or if the spark plug is mounted at a position that is relatively close to the exhaust manifold, the temperature of the metal shell sometimes becomes about 200-300 ° C. May rise to. Under such circumstances, there is a problem that the deterioration of the chromate film is likely to proceed and the anticorrosion performance is drastically lowered.

本発明の課題は、ガスケットの表面を覆うクロメート被膜の六価クロム含有量が少なく、かつ従来のクロメート被膜と比較して防食性能及び耐熱性に優れたスパークプラグ用ガスケットと、それを用いたスパークプラグ及びスパークプラグ用ガスケットの製造方法とを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a spark plug gasket that has a low hexavalent chromium content in the chromate coating covering the gasket surface and is superior in corrosion resistance and heat resistance compared to conventional chromate coatings, and a spark using the same. It is to provide a method for manufacturing a plug and a gasket for a spark plug.

課題を解決するための手段及び作用・効果Means and actions / effects for solving the problems

上記課題を解決するために、本発明のスパークプラグ用ガスケットの第一の構成は、
スパークプラグの主体金具の外周面に形成される取付ねじ部の基端部にはめ込まれて使用されるとともに、その表面の少なくとも一部が、カチオン成分としてクロム成分と燐成分とを含有し、かつクロム成分の90重量%以上が三価クロムであり、燐成分がPO換算にて1〜15重量%含有される複合クロメート被膜によって被覆されており、
複合クロメート被膜は、三価クロム系化合物中に燐成分が分散するとともに、その燐成分の含有量がPO換算にて2〜15重量%である燐成分分散クロメート層を有してなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the first configuration of the gasket for a spark plug of the present invention is:
It is used by being fitted into the base end portion of the mounting screw portion formed on the outer peripheral surface of the spark plug metal shell, and at least a part of its surface contains a chromium component and a phosphorus component as cationic components, and 90% by weight or more of the chromium component is trivalent chromium, and the phosphorus component is covered with a composite chromate film containing 1 to 15% by weight in terms of PO 4 ,
The composite chromate film has a phosphorus component-dispersed chromate layer in which the phosphorus component is dispersed in the trivalent chromium-based compound and the content of the phosphorus component is 2 to 15% by weight in terms of PO 4. Features.

なお、「カチオン成分」とは、被膜をX線光電子分光法(XPSあるいはESCA)により分析したときに得られる光電子スペクトルにおいて、着目している成分(元素あるいは原子)の結合エネルギーピークに、イオン価数が正となる向きの化学シフトが生じている成分のことをいう。   The “cationic component” means an ion valence at the binding energy peak of the component (element or atom) of interest in the photoelectron spectrum obtained when the film is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS or ESCA). This refers to a component that has a chemical shift in a direction in which the number is positive.

上記構成においては、主体金具の表面に形成されるのが、カチオン成分としてクロム成分と燐成分とを含有し、かつクロム成分の90重量%以上が三価クロムであり、燐成分がPO換算にて1〜15重量%含有される複合クロメート被膜となっている。すなわち、通常の黄色クロメート被膜では、クロム成分の25〜35重量%程度が六価クロムであるのに対し、本発明の被膜では、クロム成分に対する六価クロムの含有率が10重量%以下と少ないので、六価クロムを削減しようとする環境対策上の効果を高めることができる。また、使用されるクロメート処理液は、六価クロム成分を全く含有しないか、含有していても黄色クロメート被膜等の処理液と比較すればその量を大幅に削減できるので、排液処理の問題も生じにくい。 In the above-described structure, what is formed on the surface of the metal shell contains a chromium component and a phosphorus component as cation components, 90% by weight or more of the chromium component is trivalent chromium, and the phosphorus component is converted to PO 4 The composite chromate film is contained in an amount of 1 to 15% by weight. That is, in the normal yellow chromate film, about 25 to 35% by weight of the chromium component is hexavalent chromium, whereas in the film of the present invention, the content of hexavalent chromium with respect to the chromium component is as low as 10% by weight or less. Therefore, it is possible to enhance the effect on environmental measures to reduce hexavalent chromium. Also, the chromate treatment liquid used does not contain any hexavalent chromium component, or even if it contains it, the amount can be greatly reduced compared to the treatment liquid such as yellow chromate coating, so there is a problem with the drainage treatment. Is less likely to occur.

そして、上記本発明のスパークプラグ用ガスケットの第一の構成にて使用される複合クロメート被膜は、カチオン成分として燐成分を含んでいる点に特徴がある。複合クロメート被膜に燐成分が含有されることで、通常の三価クロム系クロメート被膜と比較して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。   The composite chromate film used in the first configuration of the spark plug gasket of the present invention is characterized in that it contains a phosphorus component as a cation component. By including a phosphorus component in the composite chromate film, the anti-corrosion performance is greatly improved as compared with the usual trivalent chromium-based chromate film, and the metal shell can be sufficiently given durability against corrosion. Become.

複合クロメート被膜中の燐成分の含有量が1重量%未満では防食性能が不十分となる。また、15重量%を超える燐成分含有量は、使用する処理液中の燐成分濃度に限界があるため、形成が非常に困難である。なお、複合クロメート被膜中の燐成分の含有量は、より望ましくは5〜10重量%とするのがよい。また、燐成分は主に燐酸イオン(PO 3−)の形で含有されていることが、複合クロメート被膜の防食性能を高める上で望ましい。 If the content of the phosphorus component in the composite chromate film is less than 1% by weight, the anticorrosion performance is insufficient. In addition, a phosphorus component content exceeding 15% by weight is very difficult to form because there is a limit to the concentration of the phosphorus component in the processing solution used. The content of the phosphorus component in the composite chromate film is more preferably 5 to 10% by weight. Further, it is desirable that the phosphorus component is mainly contained in the form of phosphate ions (PO 4 3− ) in order to improve the anticorrosion performance of the composite chromate film.

上記複合クロメート被膜は、三価クロム系化合物中に燐成分が分散するとともに、その燐成分の含有量がPO換算にて2〜15重量%である燐成分分散クロメート層を含むものである。このような燐成分分散クロメート層は、リン酸又はリン酸塩を含有するクロメート処理浴中に主体金具を浸漬することにより容易に形成することができ、かつ三価クロム系化合物と燐成分とが分散状態を形成することで、複合クロメート被膜の防食性能を一層向上させることができる。この場合、燐成分は、クロメート処理浴中に含有されるリン酸又はリン酸塩に由来するものとなる。 The composite chromate film includes a phosphorus component-dispersed chromate layer in which a phosphorus component is dispersed in a trivalent chromium-based compound and the content of the phosphorus component is 2 to 15% by weight in terms of PO 4 . Such a phosphorus component-dispersed chromate layer can be easily formed by immersing the metal shell in a chromate treatment bath containing phosphoric acid or phosphate, and the trivalent chromium-based compound and the phosphorus component are By forming the dispersed state, the anticorrosion performance of the composite chromate film can be further improved. In this case, the phosphorus component is derived from phosphoric acid or phosphate contained in the chromate treatment bath.

上記のような燐成分分散クロメート層の燐成分濃度は、防食性能確保の観点からPO換算にて2重量%以上とすることが望ましい。他方、使用するクロメート処理液中の燐成分濃度に限界があるため、燐成分濃度がPO換算にて15重量%を超える燐成分分散クロメート層を形成することは非常に困難である。また、燐成分分散クロメート層の厚さは0.2〜0.4μmとする。該厚さが0.2μm未満になると、燐成分分散クロメート層の防食性能が不十分となる。また、0.4μmを超える厚膜のクロメート層を、三価クロム系クロメート処理により実現することは困難である。 The phosphorus component concentration of the phosphorus component-dispersed chromate layer as described above is desirably 2% by weight or more in terms of PO 4 from the viewpoint of ensuring anticorrosion performance. On the other hand, since there is a limit to the phosphorus component concentration in the chromate treatment solution to be used, it is very difficult to form a phosphorus component-dispersed chromate layer having a phosphorus component concentration exceeding 15% by weight in terms of PO 4 . The thickness of the phosphor component-dispersed chromate layer is 0.2 to 0.4 μm. When the thickness is less than 0.2 μm, the anticorrosion performance of the phosphor component-dispersed chromate layer becomes insufficient. Moreover, it is difficult to realize a thick chromate layer exceeding 0.4 μm by trivalent chromium-based chromate treatment.

次に、本発明のスパークプラグ用ガスケットの第二の構成は、スパークプラグの主体金具の外周面に形成される取付ねじ部の基端部にはめ込まれて使用されるとともに、その表面の少なくとも一部が、カチオン成分としてクロム成分と珪素成分とを含有し、含有されるクロム成分の90重量%以上が三価クロムであり、かつ珪素成分がSiO換算にて5〜75重量%含有される複合クロメート被膜によって被覆されており、
複合クロメート被膜は、三価クロム系化合物中に珪素成分が分散するとともに、その珪素成分の含有量がSiO換算にて10〜40重量%である珪素成分分散クロメート層を有してなることを特徴とする。
Next, the second configuration of the spark plug gasket of the present invention is used by being fitted into the base end portion of the mounting screw portion formed on the outer peripheral surface of the spark plug metal shell, and at least one of its surfaces. Part contains a chromium component and a silicon component as a cation component, 90% by weight or more of the chromium component contained is trivalent chromium, and the silicon component is contained in an amount of 5 to 75% by weight in terms of SiO 2. It is covered with a composite chromate film,
The composite chromate film has a silicon component-dispersed chromate layer in which the silicon component is dispersed in the trivalent chromium-based compound and the content of the silicon component is 10 to 40% by weight in terms of SiO 2. Features.

上記構成においても使用される複合クロメート被膜は、クロム成分に対する六価クロムの含有率が10重量%以下と少ないので、六価クロムを削減しようとする環境対策上の効果を高めることができ、また、排液処理の問題も生じにくい。また、カチオン成分として珪素成分を含んでいることにより、通常の三価クロム系クロメート被膜と比較して防食性能及び耐熱性が大幅に向上し、主体金具の腐食に対する耐久性を大幅に向上できるようになる。   The composite chromate film also used in the above configuration has a low hexavalent chromium content of 10% by weight or less with respect to the chromium component, so that the effect on environmental measures to reduce hexavalent chromium can be enhanced. The problem of drainage treatment is also less likely to occur. In addition, by including a silicon component as a cation component, the anticorrosion performance and heat resistance are greatly improved as compared to a normal trivalent chromium-based chromate coating, and the durability against corrosion of the metal shell can be greatly improved. become.

複合クロメート被膜中の珪素成分の含有量が5重量%未満では、防食性能及び耐熱性の確保が困難となる。また、75重量%を超えると、クロメート化合物の含有比率が相対的に低下し、防食性能が却って損なわれることにつながる。なお、複合クロメート被膜中の珪素成分の含有量は、より望ましくは15〜40重量%とするのがよい。   When the content of the silicon component in the composite chromate film is less than 5% by weight, it is difficult to ensure anticorrosion performance and heat resistance. Moreover, when it exceeds 75 weight%, the content rate of a chromate compound will fall relatively, and it will lead to corrosion protection performance being impaired on the contrary. The content of the silicon component in the composite chromate film is more preferably 15 to 40% by weight.

上記複合クロメート被膜は、三価クロム系化合物中に珪素成分が分散するとともに、その珪素成分の含有量がSiO換算にて10〜40重量%である珪素成分分散クロメート層である。このような珪素成分分散クロメート層は、アルカリケイ酸塩を含有するクロメート処理浴中に主体金具を浸漬することにより容易に形成することができ、かつ三価クロム系化合物と珪素成分とが分散状態を形成することで、複合クロメート被膜の防食性能及び耐熱性を一層向上させることができる。この場合、珪素成分は、クロメート処理浴中に含有されるアルカリケイ酸塩に由来するものとなる。 The composite chromate film is a silicon component-dispersed chromate layer in which a silicon component is dispersed in a trivalent chromium-based compound and the content of the silicon component is 10 to 40% by weight in terms of SiO 2 . Such a silicon component-dispersed chromate layer can be easily formed by immersing the metal shell in a chromate treatment bath containing an alkali silicate, and the trivalent chromium compound and the silicon component are dispersed. By forming, the anticorrosion performance and heat resistance of the composite chromate film can be further improved. In this case, the silicon component is derived from the alkali silicate contained in the chromate treatment bath.

上記のような珪素成分分散クロメート層中の珪素成分濃度は、防食性能及び耐熱性確保の観点からSiO換算にて10重量%以上とすることが望ましい。なお、使用するクロメート処理液中の、アルカリケイ酸塩濃度に限界があるため、珪素成分濃度がSiO換算にて40重量%を超える珪素成分分散クロメート層を形成することは非常に困難である。 The silicon component concentration in the silicon component-dispersed chromate layer as described above is desirably 10% by weight or more in terms of SiO 2 from the viewpoint of ensuring corrosion resistance and heat resistance. In addition, since there is a limit to the alkali silicate concentration in the chromate treatment liquid to be used, it is very difficult to form a silicon component dispersed chromate layer having a silicon component concentration exceeding 40% by weight in terms of SiO 2. .

また、本発明のスパークプラグは、主体金具の外周面に形成される取付ねじ部の基端部に、上記本発明のスパークプラグ用ガスケットが嵌め込まれてなることを特徴とする。該スパークプラグにおいてガスケットは、主体金具のねじ部をシリンダヘッド側のねじ孔にねじ込むことにより、ねじ部基端側に形成されたフランジ状のガスシール部と、ねじ孔の開口周縁部との間で潰れるように圧縮変形して、ねじ孔とガスシール部との間をシールする役割を果たす。   The spark plug of the present invention is characterized in that the gasket for a spark plug of the present invention is fitted into a base end portion of a mounting screw portion formed on the outer peripheral surface of the metal shell. In the spark plug, the gasket is formed by screwing the threaded portion of the metal shell into the threaded hole on the cylinder head side, so that the flange-shaped gas seal portion formed on the proximal end side of the threaded portion and the opening periphery of the threaded hole It compresses and deforms so as to be crushed, and serves to seal between the screw hole and the gas seal portion.

なお、燐成分分散クロメート層の構造と珪素成分分散クロメート層との構成を、互いに複合させること(例えば、燐成分分散クロメート層の観点から見た場合、珪素成分が10〜40重量%の範囲にて含有されていること)も可能である。これにより、燐成分分散による防食性能の向上効果と、珪素成分分散による防食性能及び耐熱性の向上効果とが複合して、一層性能に優れた複合クロメート被膜が実現される。   In addition, the structure of the phosphorus component dispersed chromate layer and the structure of the silicon component dispersed chromate layer are combined with each other (for example, when viewed from the viewpoint of the phosphorus component dispersed chromate layer, the silicon component is in the range of 10 to 40% by weight. It is also possible to be contained. As a result, the effect of improving the anticorrosion performance by dispersing the phosphorus component and the effect of improving the anticorrosion performance and heat resistance by dispersing the silicon component are combined to realize a composite chromate film with even better performance.

なお、燐成分分散クロメート層の中の燐成分は、主に燐酸イオン(PO 3−)の形で含有されていることが、複合クロメート被膜の防食性能を高める上で望ましい。また、珪素成分は主に珪素酸化物(例えば二酸化珪素(SiO))の形で含有されていることが、複合クロメート被膜の防食性能及び耐熱性能を高める上で望ましい。本明細書では、前述のXPSの光電子スペクトルにおいて、+5又はこれに近い価数の燐のピークと、−2又はこれに近い価数の酸素のピークとが同時に検出されれば、燐成分は酸素と結合した形で含有されているものと考える。また、+4又はこれに近い価数の珪素のピークと、−2又はこれに近い価数の酸素のピークとが同時に検出されれば、珪素成分は酸素と結合した形で含有されているものと考える。 In addition, it is desirable that the phosphorus component in the phosphorus component-dispersed chromate layer is mainly contained in the form of phosphate ions (PO 4 3− ) in order to improve the anticorrosion performance of the composite chromate film. Further, it is desirable that the silicon component is mainly contained in the form of silicon oxide (for example, silicon dioxide (SiO 2 )) in order to improve the anticorrosion performance and heat resistance performance of the composite chromate film. In the present specification, if the peak of phosphorus having a valence of +5 or close thereto and the peak of oxygen having a valence of −2 or close thereto are detected simultaneously in the above-mentioned XPS photoelectron spectrum, the phosphorus component is oxygen. It is thought that it is contained in a combined form. Further, if a silicon peak having a valence of +4 or close to this and a peak of oxygen having a valence of -2 or close thereto are detected simultaneously, the silicon component is contained in a form bonded to oxygen. Think.

クロメート被膜は、下地金属と、クロメートイオンを含有する溶液との反応により形成されるものであるが、この被膜形成反応は、三価クロムが水酸基及び酸素のブリッジによってポリマー状の錯体を形成することにより、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われている。三価クロムに水酸基が結合すると、水酸基に含まれるプロトンの影響で、クロムの価数は見掛け上+4にシフトする。本明細書では、前述のXPSの光電子スペクトルにおいて、三価クロムのピーク位置から概ね+4の価数に対応する位置へ化学シフトしたピーク成分が観察されれば、クロム成分はクロメート被膜の構成成分となっているものと考える。   The chromate film is formed by the reaction between the base metal and a solution containing chromate ions. In this film formation reaction, trivalent chromium forms a polymer-like complex by a bridge of hydroxyl and oxygen. Therefore, it is said that the main mechanism is to precipitate and deposit in the form of gel on the surface of the underlying metal. When a hydroxyl group is bonded to trivalent chromium, the valence of chromium is apparently shifted to +4 due to the influence of protons contained in the hydroxyl group. In the present specification, if a peak component chemically shifted from a trivalent chromium peak position to a position corresponding to a valence of approximately +4 is observed in the XPS photoelectron spectrum, the chromium component is regarded as a component of the chromate film. I think that it has become.

クロメート処理は、下地金属を酸化溶出させながら、クロム成分をいわば置換堆積させる一種の化成処理である。従って、外部から電力を供給しない無電解型のクロメート処理においては、下地金属はクロメート処理浴中に溶出可能な金属である必要がある。スパークプラグにおいて主体金具あるいはガスケットは、炭素鋼等の鉄系材料で構成されるのが一般的であり、その表面には防食のために、金属成分の主体が亜鉛からなる亜鉛系メッキ層を形成することができる。この亜鉛系メッキ層は、上記の意味において、クロメート被膜を形成するための下地金属として好都合である。この場合、溶出した亜鉛成分は、クロメート被膜中に取り込まれることが多い。なお、亜鉛系メッキ層は公知の電解亜鉛メッキあるいは溶融亜鉛メッキにより形成することができる。   The chromate treatment is a kind of chemical conversion treatment in which the chromium component is replaced and deposited while the base metal is oxidized and eluted. Therefore, in the electroless chromate treatment in which power is not supplied from the outside, the base metal needs to be a metal that can be eluted in the chromate treatment bath. In spark plugs, the metal shell or gasket is generally composed of an iron-based material such as carbon steel, and a zinc-based plating layer consisting mainly of zinc is formed on the surface of the metal for corrosion protection. can do. In this sense, this zinc-based plating layer is convenient as a base metal for forming a chromate film. In this case, the eluted zinc component is often taken into the chromate film. The zinc-based plating layer can be formed by known electrolytic galvanization or hot dip galvanization.

他方、電解クロメート処理法を採用すれば、金属成分の主体がニッケルからなるニッケル系メッキ層等であっても、クロメート被膜を形成することができる。   On the other hand, if the electrolytic chromate treatment method is employed, a chromate film can be formed even if the metal component is mainly a nickel-based plating layer made of nickel.

なお、燐成分分散クロメート層あるいは珪素成分分散クロメート層は、カチオン成分の総重量から燐成分もしくは珪素成分の重量を除いた残余の部分において、クロム成分の総重量が50重量%以上となっていることが、防食性能を確保する上で望ましい。この場合、そのクロム成分以外の他のカチオン成分が、例えば亜鉛、ニッケル等の成分となっていてもよい。   In the phosphorus component-dispersed chromate layer or silicon component-dispersed chromate layer, the total weight of the chromium component is 50% by weight or more in the remaining portion excluding the weight of the phosphorus component or silicon component from the total weight of the cation component. It is desirable to ensure anticorrosion performance. In this case, other cation components other than the chromium component may be components such as zinc and nickel.

なお、複合クロメート被膜の表層部には、珪素酸化物を主体とするシリカ系層を形成することができる。これにより、複合クロメート被膜の防食性能及び耐熱性をさらに高めることができる。この場合、このシリカ系層も同様に、カチオン成分の総重量に対し、珪素成分の総重量が50重量%以上となっていればよく、残部が他のカチオン成分、例えばクロムあるいは亜鉛、ニッケル等の成分となっていてもよい。   A silica-based layer mainly composed of silicon oxide can be formed on the surface layer portion of the composite chromate film. Thereby, the anticorrosion performance and heat resistance of a composite chromate film can be further improved. In this case, the silica-based layer similarly needs to have a total weight of the silicon component of 50% by weight or more with respect to the total weight of the cation component, and the balance is other cation components such as chromium, zinc, nickel, etc. It may be a component of.

なお、シリカ系層の形成は、下地三価クロム系クロメート層(例えば、燐成分分散クロメート層あるいは珪素成分分散クロメート層:なお、燐成分あるいは珪素成分を、燐成分分散クロメート層あるいは珪素成分分散クロメート層における下限を超える含有量で含有しないクロメート層であってもよい。この場合、シリカ系層も含めた複合クロメート層全体の珪素成分の含有量は5〜75重量%となっていればよい)が形成された主体金具に対し、アルカリケイ酸塩を所定の溶媒中に溶解させたケイ酸塩溶液を塗布した後、その溶媒を蒸発させることにより、形成することができる。この場合、シリカ系層は、カチオン成分の主体がアルカリ金属元素と珪素とからなる酸化物により主に構成されるものとなる。   The silica-based layer is formed by using a base trivalent chromium-based chromate layer (for example, phosphorus component-dispersed chromate layer or silicon component-dispersed chromate layer: phosphorus component or silicon component, phosphorus component-dispersed chromate layer or silicon component-dispersed chromate). (It may be a chromate layer that does not contain at a content exceeding the lower limit of the layer. In this case, the silicon component content of the entire composite chromate layer including the silica-based layer may be 5 to 75% by weight) After applying a silicate solution in which an alkali silicate is dissolved in a predetermined solvent to the metal shell in which is formed, the solvent can be evaporated. In this case, the silica-based layer is mainly composed of an oxide mainly composed of an alkali metal element and silicon.

また、シリカ系層の形成には、高周波スパッタリング、反応性スパッタリング、イオンプレーティングあるいは化学蒸着法(CVD)など、気相成膜法を使用してもよい。しかしながら、ケイ酸塩溶液の塗布による上記方法によれば、クロメート処理後の主体金具(あるいはガスケット)をケイ酸塩溶液中に浸漬したり、あるいはケイ酸塩溶液をスプレー噴霧等により塗布した後、塗膜を乾燥させるのみで簡単にシリカ系層を形成できる。   In addition, for the formation of the silica-based layer, a vapor phase film forming method such as high-frequency sputtering, reactive sputtering, ion plating, or chemical vapor deposition (CVD) may be used. However, according to the above method by application of the silicate solution, the metal shell (or gasket) after the chromate treatment is immersed in the silicate solution, or after the silicate solution is applied by spraying or the like, A silica-based layer can be easily formed simply by drying the coating film.

なお、下地三価クロム系クロメート層とシリカ系層との間には、それら両層の中間の含有比率にて三価クロム成分と珪素成分とが分散する、三価クロム−珪素分散層が形成されていてもよい。これにより、複合クロメート被膜の防食性能あるいは耐熱性をさらに向上できる場合がある。例えば、上記のような三価クロム−珪素分散層が形成されるということは、三価クロム系クロメート層とシリカ系層との間に、一種の組成傾斜構造が形成されるということであり、三価クロム系クロメート層とシリカ系層との密着力向上や、加熱時の三価クロム系クロメート層とシリカ系層との収縮率差に基づく応力軽減などの効果により、上記のような被膜の性能改善が達成できる。   In addition, a trivalent chromium-silicon dispersion layer in which the trivalent chromium component and the silicon component are dispersed between the base trivalent chromium-based chromate layer and the silica-based layer at an intermediate content ratio between the two layers is formed. May be. Thereby, the anticorrosion performance or heat resistance of the composite chromate film may be further improved. For example, the formation of the trivalent chromium-silicon dispersion layer as described above means that a kind of composition gradient structure is formed between the trivalent chromium-based chromate layer and the silica-based layer. Due to the effects of improving the adhesion between the trivalent chromium-based chromate layer and the silica-based layer and reducing the stress based on the difference in shrinkage between the trivalent chromium-based chromate layer and the silica-based layer during heating, Performance improvement can be achieved.

黄色クロメート被膜等において防食性能が良好なのは、腐食環境下で被膜が破壊された場合も、含有される六価クロムの働きにより三価クロムの網目構造が修復されることがその要因であるといわれている。しかしながら、三価クロム系クロメート層では、六価クロムによるそのような修復効果は期待できないので、被膜にピンホール等の欠陥が生じると、腐食の影響が亜鉛系メッキ層等の下地へ直接及び、急速に腐食が進行してしまうと考えられる。しかしながら、上記構成の複合クロメート被膜では、三価クロム系クロメート層がシリカ系層でいわばオーバーコートされる形となり、腐食の影響が三価クロム系クロメート層ひいては下地層表面に到達しにくくなり、防食性能が改善されるものと推測される。   It is said that the anti-corrosion performance of yellow chromate coatings, etc., is due to the fact that the trivalent chromium network is restored by the action of the hexavalent chromium contained even when the coating is destroyed in a corrosive environment. ing. However, in the trivalent chromium-based chromate layer, since such a repair effect due to hexavalent chromium cannot be expected, if defects such as pinholes occur in the coating, the influence of corrosion directly affects the base such as the zinc-based plating layer, It is thought that corrosion progresses rapidly. However, in the composite chromate film with the above structure, the trivalent chromium-based chromate layer is overcoated with a silica-based layer, and the influence of corrosion is difficult to reach the surface of the trivalent chromium-based chromate layer and thus the underlayer, thereby preventing corrosion. It is estimated that the performance will be improved.

他方、従来のクロメート被膜が耐熱性に劣るのは、クロメート被膜が加熱により収縮し、クラック等の欠陥が生じやすいためであると考えられている。しかしながら、上記の構成では、仮に三価クロム系クロメート層に上記のような欠陥が生じたとしても、その表面が耐熱性の良好なシリカ系層でオーバーコートされているため、防食性能が劣化しにくくなるものと推測される。   On the other hand, it is considered that the conventional chromate film is inferior in heat resistance because the chromate film is contracted by heating and defects such as cracks are likely to occur. However, in the above configuration, even if the above-described defects occur in the trivalent chromium-based chromate layer, the anticorrosion performance deteriorates because the surface is overcoated with a silica-based layer having good heat resistance. Presumed to be difficult.

なお、均一なシリカ系層を形成するためには、ケイ酸塩溶液と、下地三価クロム系クロメート層との間のぬれ性を良好にすることも重要である。例えば、下地三価クロム系クロメート層にピンホールやクラック等の欠陥(この場合、傷や異物付着等による下地の欠陥を引き継いだものも含む)が形成されていると、これとぬれ性のよくないケイ酸塩溶液を使用した場合に、欠陥内に気泡等が残留しやすくなる。この場合、ケイ酸塩水溶液中に適量の界面活性剤を配合することも有効である。   In order to form a uniform silica-based layer, it is also important to improve the wettability between the silicate solution and the base trivalent chromium-based chromate layer. For example, if defects such as pinholes or cracks (including those that inherit defects in the ground due to scratches or adhesion of foreign matter) are formed in the ground trivalent chromium-based chromate layer, the wettability is good. When no silicate solution is used, bubbles and the like are likely to remain in the defect. In this case, it is also effective to mix an appropriate amount of a surfactant in the aqueous silicate solution.

他方、クロメート処理工程が終了後、主体金具の表面を未乾燥又は半乾燥の状態でこれをケイ酸塩溶液中に浸漬することにより、シリカ系層形成工程を行う方法もある。すなわち、クロメート処理終了後、未乾燥又は半乾燥の状態の主体金具の表面には、若干水分を含んだ状態で下地三価クロム系クロメート層が形成されており、引き続き塗布されるケイ酸塩水溶液とのなじみも良好となる。その結果、下地三価クロム系クロメート層に欠陥が形成されていても、該欠陥内にケイ酸塩水溶液が十分に浸透し、気泡等の残留が生じにくくなって被膜の防食性能を良好なものとすることができる。また、別の効果としては、形成された下地三価クロム系クロメート層の表層部に残留するクロメート処理液が、塗布されたケイ酸塩水溶液の一部と混合され、前記した三価クロム−珪素分散層を形成しやすい利点がある。三価クロム−珪素分散層形成の効果についてはすでに説明済みである。   On the other hand, after completion of the chromate treatment step, there is also a method of performing a silica-based layer forming step by immersing the surface of the metal shell in a silicate solution in an undried or semi-dried state. That is, after completion of the chromate treatment, a base trivalent chromium-based chromate layer is formed on the surface of the metal shell in an undried or semi-dried state with a slight moisture content, and the silicate aqueous solution to be subsequently applied is formed. Familiarity with is also good. As a result, even if defects are formed in the underlying trivalent chromium-based chromate layer, the silicate aqueous solution sufficiently penetrates into the defects, making it difficult for bubbles and the like to remain, resulting in good anticorrosion performance of the coating It can be. Further, as another effect, the chromate treatment liquid remaining in the surface layer portion of the formed base trivalent chromium chromate layer is mixed with a part of the applied aqueous silicate solution, and the trivalent chromium-silicon described above is mixed. There is an advantage that a dispersed layer is easily formed. The effect of forming the trivalent chromium-silicon dispersion layer has already been described.

なお、下地金属層を亜鉛メッキ層とし、この上に前記した複合クロメート被膜を形成することにより、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」を行ったときに、亜鉛メッキ層の腐食に由来する白錆が全表面のおよそ20%以上現われるまでの耐久時間を、40時間以上確保することが可能となる。これは、スパークプラグの主体金具が備えているべき耐食性のレベルとしては十分なものである。   When the base metal layer is a galvanized layer and the above-described composite chromate film is formed thereon, the “5. neutral salt spray test” in the plating corrosion resistance test method defined in JISH8502 is performed. Further, it is possible to secure a durability time of 40 hours or more until white rust derived from corrosion of the galvanized layer appears about 20% or more of the entire surface. This is a sufficient level of corrosion resistance that the spark plug metal shell should have.

また、スパークプラグ特有の問題として、熱負荷が大きくかかる条件下でエンジンの運転を継続したり、あるいはスパークプラグがエキゾーストマニホルドに比較的近くなる位置に取り付けられたりしていると、ときには主体金具の温度が200〜300℃程度まで上昇する場合がある。しかしながら、下地金属層を亜鉛メッキ層とし、前記した複合クロメート被膜を形成することにより、このような状況を想定した下記のような試験においても、良好な耐久性能が得られる。すなわち、大気中にて200℃で0.5時間加熱した後、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」を行ったときに、亜鉛メッキ層の腐食に由来する白錆が全表面のおよそ20%以上現われるまでの耐久時間が、40時間以上確保できる。   Also, as a problem unique to spark plugs, if the engine continues to run under conditions where a large heat load is applied, or if the spark plug is mounted in a position relatively close to the exhaust manifold, sometimes the The temperature may rise to about 200-300 ° C. However, when the base metal layer is a galvanized layer and the above-described composite chromate film is formed, good durability performance can be obtained even in the following test assuming such a situation. That is, after heating in the atmosphere at 200 ° C. for 0.5 hour, when the “5. Neutral salt spray test method” in the plating corrosion resistance test method stipulated in JISH8502 is performed, corrosion of the galvanized layer is caused. Durability time until white rust derived from the surface appears about 20% or more can be secured for 40 hours or more.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面を用いて説明する。
図1に示す本発明の適用対象の一例たる抵抗体入りスパークプラグ100は、筒状の主体金具1、先端部が突出するようにその主体金具1内に嵌め込まれた絶縁体2、先端部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に一端が結合され、他端側が中心電極3の先端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。接地電極4と中心電極3の間には火花放電ギャップgが形成されている。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A spark plug 100 with a resistor as an example of an application target of the present invention shown in FIG. 1 includes a cylindrical metal shell 1, an insulator 2 fitted into the metal shell 1 so that the tip portion protrudes, and a tip portion. A center electrode 3 provided on the inner side of the insulator 2 in a protruding state, and a ground electrode 4 and the like that are disposed so that one end is coupled to the metal shell 1 and the other end faces the tip of the center electrode 3. ing. A spark discharge gap g is formed between the ground electrode 4 and the center electrode 3.

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 via 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。   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.

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。   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、本発明のスパークプラグ用ガスケット(以下、単にガスケットともいう)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 spark plug gasket (hereinafter also simply referred to as a gasket) 30 of the present invention is fitted into the proximal 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、そのさらに外側が複合クロメート被膜42で覆われている。また、ガスケット30の外面にも、同様に亜鉛メッキ層45と複合クロメート被膜46とが形成されている。これら亜鉛メッキ層及び複合クロメート被膜は、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。   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 the composite chromate film 42. . Similarly, a galvanized layer 45 and a composite chromate film 46 are also formed on the outer surface of the gasket 30. The galvanized layer and the composite chromate film are both formed by the same method, and will be described below representatively on the metal shell 1 side.

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り、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、コストアップにつながる。また、接地電極4に曲げ加工を施したり、加締め部1dを形成する際にメッキ層に割れを生じやすくなる。   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 the thickness is less than 3 μm, sufficient corrosion resistance may not be ensured. Conversely, a film thickness exceeding 10 μm is excessive in terms of ensuring corrosion resistance, leading to an increase in cost. Further, when the ground electrode 4 is bent or when the caulking portion 1d is formed, the plating layer is easily cracked.

一方、複合クロメート被膜42は、カチオン成分の主体がクロム成分であり、かつそのクロム成分の90重量%以上が三価クロムからなる三価クロム系クロメート層であり、以下のいずれかとして形成されている。
(1)燐成分分散クロメート層:三価クロム系化合物中に燐成分が分散するとともに、その燐成分の含有量がPO換算にて2〜15重量%である。燐成分は、主に燐酸イオンとして含有されているのがよい。
(2)珪素成分分散クロメート層:三価クロム系化合物中に珪素成分が分散するとともに、その珪素成分の含有量がSiO換算にて10〜40重量%である。珪素成分は、主に珪素酸化物として含有されているのがよい。また、燐成分がPO換算にて1〜15重量%の範囲で含有されていてもよく、複合クロメート被膜42の防食性能を一層向上させることができる。なお、クロム成分は、なるべく多くの部分が三価クロム成分となっているのがよく、望ましくはクロム成分の実質的に全てが三価クロム成分となっているのがよい。
On the other hand, the composite chromate film 42 is a trivalent chromium-based chromate layer in which the main component of the cation component is a chromium component and 90% by weight or more of the chromium component is composed of trivalent chromium, and is formed as one of the following. Yes.
(1) Phosphorus component-dispersed chromate layer: The phosphorous component is dispersed in the trivalent chromium compound, and the content of the phosphorous component is 2 to 15% by weight in terms of PO 4 . The phosphorus component is preferably contained mainly as phosphate ions.
(2) Silicon component-dispersed chromate layer: The silicon component is dispersed in the trivalent chromium compound, and the content of the silicon component is 10 to 40% by weight in terms of SiO 2 . The silicon component is preferably contained mainly as silicon oxide. Further, the phosphorus component may be contained in the range of 1 to 15% by weight in terms of PO 4 , and the anticorrosion performance of the composite chromate film 42 can be further improved. It should be noted that as much of the chromium component as possible should be a trivalent chromium component, and desirably substantially all of the chromium component should be a trivalent chromium component.

また、複合クロメート被膜42の厚さは0.2〜0.4μmとなっているのがよい。該厚さが0.2μm未満になると、複合クロメート被膜42の防食性能が不十分となる場合がある。また、0.4μmを超える厚膜のクロメート層を、三価クロム系クロメート処理により実現することは困難である。   The thickness of the composite chromate film 42 is preferably 0.2 to 0.4 μm. If the thickness is less than 0.2 μm, the anticorrosion performance of the composite chromate film 42 may be insufficient. Moreover, it is difficult to realize a thick chromate layer exceeding 0.4 μm by trivalent chromium-based chromate treatment.

上記のような複合クロメート被膜42は、公知の電解亜鉛メッキ法等により所定の膜厚の亜鉛メッキ層を形成した主体金具を、クロメート処理液に浸漬することで形成することができる。使用可能なクロメート処理液としては、次のような成分を含有するものを例示できる(いわゆる、無色あるいは青色クロメート処理液)。
無水クロム酸:0.1〜2g/リットル
硫酸:0.3〜5g/リットル
硝酸:0.5〜10g/リットル
燐酸:必要に応じて2g/リットル程度まで添加される
弗酸:必要に応じて2g/リットル程度まで添加される
この処理液は、六価クロム源である無水クロム酸の使用量が、いわゆる黄色クロメート処理液の4〜10g/リットルと比較して、その半分以下に低減されている。なお、硫酸は反応促進剤として機能し、硝酸は下地金属溶出のための酸化剤として機能する。他方、燐酸は、クロメート被膜の下地金属に対する密着力を向上させる役割を有し、弗酸は被膜中にアニオンとして取り込まれ、ポリマー状錯体構造におけるブリッジ結合を強化して、被膜強度ひいては防食性能を向上させる役割を果たす。
The composite chromate film 42 as described above can be formed by immersing a metal shell in which a zinc plating layer having a predetermined film thickness is formed by a known electrolytic galvanization method or the like in a chromate treatment solution. Examples of usable chromate treatment liquid include those containing the following components (so-called colorless or blue chromate treatment liquid).
Chromic anhydride: 0.1 to 2 g / l Sulfuric acid: 0.3 to 5 g / l Nitric acid: 0.5 to 10 g / l Phosphoric acid: Add to about 2 g / l as needed Fluoric acid: As needed In this treatment liquid added to about 2 g / liter, the amount of chromic anhydride, which is a hexavalent chromium source, is reduced to less than half that of 4-10 g / liter of the so-called yellow chromate treatment liquid. Yes. Sulfuric acid functions as a reaction accelerator, and nitric acid functions as an oxidizing agent for elution of the base metal. On the other hand, phosphoric acid has the role of improving the adhesion of the chromate film to the underlying metal, and hydrofluoric acid is incorporated into the film as an anion, strengthening the bridge bond in the polymer complex structure, and improving the film strength and thus the anticorrosion performance. Play a role to improve.

また、六価クロム源となる溶質を使用しない以下のような液を使用することも可能である(いわゆるクロム(III)クロメート処理液)。
硫酸クロムカリウム(いわゆるクロム明礬):2.5〜3.5g/リットル
硝酸:3.5〜4.5g/リットル
弗酸:1.5〜2.5g/リットル
In addition, it is also possible to use the following liquid that does not use a solute serving as a hexavalent chromium source (so-called chromium (III) chromate treatment liquid).
Chromium potassium sulfate (so-called chromium alum): 2.5 to 3.5 g / liter Nitric acid: 3.5 to 4.5 g / liter Hydrofluoric acid: 1.5 to 2.5 g / liter

一方、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ので、以下に液組成の一例を示すに留める。
塩化クロム(III)(CrCl・6HO):50g/リットル
硝酸コバルト(II)(Co(NO):3g/リットル
硝酸ナトリウム(NaNO):100g/リットル
マロン酸:31.2g/リットル
On the other hand, by using a compound containing a trivalent chromium salt and a complexing agent for trivalent chromium, it is possible to form a dense and thick trivalent chromium-based chromate layer, which is difficult with a general chromate treatment method. It becomes possible. Details of such a chromate treatment liquid are disclosed in German Published Patent Publication DE19638176A1, so only an example of the liquid composition is shown below.
Chromium chloride (III) (CrCl 3 · 6H 2 O): 50g / l of cobalt nitrate (II) (Co (NO 3 ) 2): 3g / liter sodium nitrate (NaNO 3): 100g / l malonic acid: 31.2 g /liter

なお、得られるクロメート被膜中のクロム成分に対する三価クロムの含有比率が90重量%以上のものとできるものであれば、クロメート処理液は上記のものに限られるものではない。   Note that the chromate treatment liquid is not limited to the above as long as the content ratio of trivalent chromium to the chromium component in the chromate film can be 90% by weight or more.

そして、上記のクロメート処理液に、燐成分源としてリン酸が0.1〜2g/リットル、珪素成分源としてアルカリケイ酸塩(例えばケイ酸ソーダ)が1.0〜4.0g/リットルの範囲にて配合される。なお、ケイ酸塩としては、いわゆる水ガラスの水溶液を使用することができる。水ガラスは、一般式がMO・nSiOで表される(ただし、Mはナトリウム、カリウム等のアルカリ金属元素である)。 In the chromate treatment liquid, phosphoric acid is 0.1 to 2 g / liter as a phosphorus component source, and alkali silicate (for example, sodium silicate) is 1.0 to 4.0 g / liter as a silicon component source. It is blended with. As the silicate, a so-called aqueous solution of water glass can be used. The general formula of water glass is represented by M 2 O · nSiO 2 (where M is an alkali metal element such as sodium or potassium).

水ガラスとしては、nが2〜4程度のものが使用される。nが2以下になると、ゲル化がほとんど起こらず水溶性のものとなってしまうので、安定した被膜が得られなくなる。他方、nが4を超えると、クロメート処理液中においてアルカリケイ酸塩の加水分解が進み過ぎ、二酸化珪素ゲルが析出・沈殿するため、クロメート処理工程を安定に実施することができなくなる。なお、nは、より望ましくは3〜4の範囲のものを使用するのがよい。   As water glass, n is about 2-4. When n is 2 or less, gelation hardly occurs and the water-soluble one is obtained, so that a stable film cannot be obtained. On the other hand, when n exceeds 4, hydrolysis of the alkali silicate proceeds excessively in the chromate treatment solution, and silicon dioxide gel precipitates and precipitates, making it impossible to stably carry out the chromate treatment step. Note that n is more preferably in the range of 3-4.

クロメート処理時の反応については、概ね次のようなものであると考えられる。すなわち、亜鉛メッキ層を形成した主体金具を液中に浸漬すると、亜鉛の溶解によって、液中のクロムイオンがこれと置換する形で、水酸化クロム(III)を主体とするゲル状被膜として沈殿するとともに、燐成分をなす燐酸イオンあるいはアルカリケイ酸塩成分が被膜中に取り込まれ、これに分散する。例えば、珪素成分分散クロメート層の場合、図2(a)に示すように、三価クロムのポリマー状錯体基質42d中に、アルカリケイ酸塩と二酸化珪素とを主体とするゲル状硬化物42eが分散した構造を有するものになると考えられる。   The reaction during the chromate treatment is considered to be as follows. That is, when the metal shell with the galvanized layer is immersed in the liquid, the zinc ions dissolve and the chromium ions in the liquid are replaced by this, and precipitate as a gel-like film mainly composed of chromium (III) hydroxide. At the same time, phosphate ions or alkali silicate components forming the phosphorus component are taken into the film and dispersed therein. For example, in the case of a silicon component-dispersed chromate layer, as shown in FIG. 2A, a gel-like cured product 42e mainly composed of alkali silicate and silicon dioxide is contained in a polymer complex substrate 42d of trivalent chromium. It is thought to have a distributed structure.

なお、溶解した亜鉛の一部も、例えばクロム酸亜鉛等の形で被膜中に取り込まれる。一方、形成されるクロメート被膜の構造としては、例えば図2(b)のような形のものが推定される(ただし、燐成分あるいは珪素成分は描いていない)。すなわち、水酸基あるいは酸素のブリッジによって網目状につながった三価クロムのポリマー状錯体が形成され、その網目の一部が、クロメート、ジクロメート、硫酸、塩化物あるいはフッ化物等のアニオン(アニオンの種類は使用するクロメート処理液の組成に応じて異なる)の1種又は2種以上にて置換されたものである。なお、クロメート層の形成厚さの調整は、例えば主体金具のクロメート処理液中への浸漬時間、液温度及び液pHの調整により行うことができる。   A part of the dissolved zinc is also taken into the film in the form of, for example, zinc chromate. On the other hand, the structure of the chromate film to be formed is presumed to have, for example, a shape as shown in FIG. 2B (however, no phosphorus component or silicon component is drawn). That is, a polymer complex of trivalent chromium formed in a network by a hydroxyl group or oxygen bridge is formed, and a part of the network is an anion such as chromate, dichromate, sulfuric acid, chloride or fluoride (type of anion). Are different depending on the composition of the chromate treatment solution to be used). The formation thickness of the chromate layer can be adjusted, for example, by adjusting the immersion time, liquid temperature, and liquid pH of the metal shell in the chromate treatment liquid.

このようにして処理された主体金具1あるいはガスケット30は、その亜鉛メッキ層上に形成される複合クロメート被膜42が、従来の三価クロム系クロメート被膜、さらには黄色クロメート被膜よりも大幅に高い防食性能あるいは耐熱性を有し、亜鉛メッキ層に対し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。   The metal shell 1 or gasket 30 treated in this way has a composite chromate coating 42 formed on its galvanized layer, which is significantly higher in corrosion protection than conventional trivalent chromium-based chromate coatings and further yellow chromate coatings. It has performance or heat resistance, and can sufficiently impart durability against corrosion to the galvanized layer.

次に、図3(a)に示すように、カチオン成分の主体がクロム成分であり、かつそのクロム成分の90重量%以上が三価クロムからなる下地三価クロム系クロメート層(以下、クロメート(III)層とも記す)42aの表面を、珪素の酸化物を主体に構成されるシリカ系層42cにより覆うこともできる。シリカ系層42cを形成する場合、下地三価クロム系クロメート層42aと合わせて、全体を複合クロメート被膜142とみなす。この場合、複合クロメート被膜全体142に占める珪素成分含有量は5〜75重量%とする。なお、両層42a,42cの間には、該両層の中間の含有比率にて三価クロム成分と珪素成分とが分散する、三価クロム−珪素分散層42bが形成される。   Next, as shown in FIG. 3 (a), a base trivalent chromium-based chromate layer (hereinafter referred to as a chromate (hereinafter referred to as chromate)) in which the main component of the cation component is a chromium component and 90% by weight or more of the chromium component is composed of trivalent chromium. The surface of 42a (also referred to as III) layer) can be covered with a silica-based layer 42c composed mainly of silicon oxide. When the silica-based layer 42c is formed, the whole is regarded as the composite chromate film 142 together with the base trivalent chromium-based chromate layer 42a. In this case, the silicon content in the entire composite chromate film 142 is 5 to 75% by weight. A trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b in which a trivalent chromium component and a silicon component are dispersed at an intermediate content ratio between the two layers 42a and 42c is formed.

クロメート(III)層42aは、燐成分あるいは珪素成分を含有しない通常の三価クロム系クロメート被膜としてもよいが、上記のごとき燐成分分散クロメート層あるいは珪素成分分散クロメート層とすることで、防食性能あるいは耐熱性をさらに向上させることができる。特に、燐成分分散クロメート層は珪素成分分散クロメート層よりは防食性に優れ、耐熱性にはやや劣るが、シリカ系層の形成によりその耐熱性が大幅に補われ、防食性と耐熱性のバランスに一層優れた複合クロメート層を実現できる。   The chromate (III) layer 42a may be an ordinary trivalent chromium-based chromate film that does not contain a phosphorus component or silicon component. However, by using a phosphor component-dispersed chromate layer or a silicon component-dispersed chromate layer as described above, anticorrosion performance is achieved. Alternatively, the heat resistance can be further improved. In particular, the phosphor component-dispersed chromate layer has better anti-corrosion properties than the silicon component-dispersed chromate layer and is slightly inferior in heat resistance, but the formation of a silica-based layer greatly compensates for the heat resistance, and the balance between anti-corrosion and heat resistance. A more excellent composite chromate layer can be realized.

複合クロメート被膜142の全厚さは、例えば0.8〜1.5μmとされる。該全厚さが0.8μm未満になると、亜鉛メッキ層41に対する防食性能及び耐熱性付与効果が不十分となる場合がある。他方、逆に1.5μm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、コストアップにつながる。また、複合クロメート被膜142が剥離しやすくなる場合もある。   The total thickness of the composite chromate film 142 is, for example, 0.8 to 1.5 μm. When the total thickness is less than 0.8 μm, the anticorrosion performance and heat resistance imparting effect on the galvanized layer 41 may be insufficient. On the other hand, a film thickness exceeding 1.5 μm is excessive in terms of ensuring corrosion resistance, leading to an increase in cost. In addition, the composite chromate film 142 may be easily peeled off.

また、クロメート(III)層42aの厚さは0.2〜0.4μmとなっているのがよい。該厚さが0.2μm未満になると、複合クロメート被膜142の防食性能が不十分となる場合がある。また、0.4μmを超える膜厚で形成しようとすると、被膜中に六価クロムが残留しやすくなり、所期の組成のクロメート(III)層42aが得られなくなる場合がある。他方、シリカ系層42cの厚さは0.2〜0.8μmとなっているのがよい。該厚さが0.2μm未満になると、複合クロメート被膜142の防食性能及び耐熱性が不十分となる場合がある。また、逆に0.8μmを超える膜厚は過剰スペックであり、コストアップにつながるばかりでなく、被膜が剥離しやすくなる場合もある。   The thickness of the chromate (III) layer 42a is preferably 0.2 to 0.4 μm. When the thickness is less than 0.2 μm, the anticorrosion performance of the composite chromate film 142 may be insufficient. On the other hand, if the film thickness exceeds 0.4 μm, hexavalent chromium tends to remain in the film, and the chromate (III) layer 42a having the desired composition may not be obtained. On the other hand, the thickness of the silica-based layer 42c is preferably 0.2 to 0.8 μm. When the thickness is less than 0.2 μm, the anti-corrosion performance and heat resistance of the composite chromate film 142 may be insufficient. On the other hand, a film thickness exceeding 0.8 μm is an excessive specification, which not only leads to an increase in cost, but also the film may be easily peeled off.

図4は、複合クロメート被膜142の形成方法の一例を模式的に示している。まず、公知の電解亜鉛メッキ法等により所定の膜厚の亜鉛メッキ層を形成した主体金具1を、クロメート処理液50に浸漬する。これにより、図5(a)に示すように、主体金具1の亜鉛メッキ層41の表面には、クロメート(III)層42aが形成される。クロメート処理液50の組成は前述の通りであるが、燐酸あるいはケイ酸塩を配合しなければ通常の三価クロム系クロメート被膜となる。   FIG. 4 schematically shows an example of a method for forming the composite chromate film 142. First, the metal shell 1 on which a galvanized layer having a predetermined film thickness is formed by a known electrolytic galvanizing method or the like is immersed in the chromate treatment solution 50. As a result, as shown in FIG. 5A, a chromate (III) layer 42 a is formed on the surface of the galvanized layer 41 of the metal shell 1. The composition of the chromate treatment solution 50 is as described above. However, if phosphoric acid or silicate is not blended, an ordinary trivalent chromium-based chromate film is obtained.

次に、図3(b)に示すように、クロメート(III)層42aを形成後の主体金具1は、未乾燥あるいは半乾燥の状態で、ケイ酸塩水溶液51(ケイ酸塩溶液)中に浸漬され、次いでこれを乾燥することにより、図5(c)に示すように、三価クロム−珪素分散層42b及びシリカ系層42cが形成される。   Next, as shown in FIG. 3 (b), the metal shell 1 after the formation of the chromate (III) layer 42a is in an undried or semi-dried state in an aqueous silicate solution 51 (silicate solution). By dipping and then drying, a trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b and a silica-based layer 42c are formed as shown in FIG. 5 (c).

ケイ酸塩水溶液51としては、水ガラスの水溶液を使用することができる。ここでも水ガラスとしては、nが2〜4程度のものが使用され。なお、複合クロメート被膜42全体における、MOの形に換算したアルカリ金属Mの含有量をμ1、同じくSiOに換算した珪素成分の含有量をμ2とすれば、μ2/μ1の値を2〜4、望ましくは3〜4の範囲で調整することが望ましい。 As the silicate aqueous solution 51, an aqueous solution of water glass can be used. Here, as the water glass, those having n of about 2 to 4 are used. If the content of alkali metal M converted to M 2 O in the entire composite chromate film 42 is μ1, and the content of silicon component converted to SiO 2 is μ2, then the value of μ2 / μ1 is 2 It is desirable to adjust in the range of -4, preferably 3-4.

ケイ酸塩水溶液51は、クロメート(III)層42a上にシリカ系層42cをなるべく均一に形成するために、アルカリケイ酸塩の濃度を30〜200g/リットルに調整することが望ましい。濃度が30g/リットル未満になると、シリカ系層42cの形成厚さが不十分となり、複合クロメート被膜142の防食性能あるいは耐熱性能が確保できなくなる場合がある。他方、濃度が200g/リットルを超えると、ケイ酸水溶液51の粘性が高くなり過ぎ、塗布ムラ等の発生により、均一なシリカ系層を形成することが困難となる。   In order to form the silica-based layer 42c as uniformly as possible on the chromate (III) layer 42a, the silicate aqueous solution 51 is desirably adjusted to a concentration of alkali silicate of 30 to 200 g / liter. When the concentration is less than 30 g / liter, the formation thickness of the silica-based layer 42c becomes insufficient, and the anticorrosion performance or heat resistance performance of the composite chromate film 142 may not be ensured. On the other hand, when the concentration exceeds 200 g / liter, the viscosity of the aqueous silicic acid solution 51 becomes too high, and it becomes difficult to form a uniform silica-based layer due to the occurrence of coating unevenness and the like.

図5(a)に示すように、クロメート処理液50から引き上げた直後のクロメート(III)層42aの表層部にはクロメート処理液50が残留しており、これをケイ酸塩水溶液51に浸漬すると、同図(b)に示すように、例えば塗布されたケイ酸塩水溶液51の一部と混合されて混合層42b’が形成される。これを乾燥すれば、図5(c)に示すように、クロメート(III)層42aとシリカ系層42cとの間には、上記混合層42b’に由来する三価クロム−珪素分散層42bが形成される。三価クロム−珪素分散層42bは、クロメート処理液50とケイ酸塩水溶液51との混合(あるいはクロメート(III)層42aへのケイ酸塩水溶液51の浸透)により形成されるため、2つの層42a,42cの中間の含有比率にて三価クロム成分と珪素成分とが分散するものとなる。これは、クロメート(III)層42aとシリカ系層42cとの間に、三価クロム−珪素分散層42bを介して一種の組成傾斜構造が形成されるということであり、両層42a,42cの密着力向上や、熱収縮率差に基づく応力軽減などの効果を奏することができる。なお、三価クロム−珪素分散層42bが複合クロメート被膜142の表面にまで到達し、明確なシリカ系層が形成されない場合がある。また、三価クロム−珪素分散層42bが亜鉛メッキ層41側にまで広がり、珪素が分散しないクロメート(III)層42aの存在も不明確となる場合がある。極端な場合、複合クロメート被膜142の全体が、単一の三価クロム−珪素分散層42bにて占められる形となるが、この場合も、珪素成分の分布が複合クロメート被膜142の表層側にて大きく、亜鉛メッキ層41側にて小さい、一種の組成傾斜構造が形成される。   As shown in FIG. 5 (a), the chromate treatment liquid 50 remains on the surface portion of the chromate (III) layer 42 a immediately after being pulled up from the chromate treatment liquid 50, and is immersed in the silicate aqueous solution 51. As shown in FIG. 5B, for example, a mixed layer 42b ′ is formed by mixing with a part of the applied aqueous silicate solution 51. When this is dried, as shown in FIG. 5 (c), a trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b derived from the mixed layer 42b ′ is formed between the chromate (III) layer 42a and the silica-based layer 42c. It is formed. The trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b is formed by mixing the chromate treatment solution 50 and the silicate aqueous solution 51 (or the penetration of the silicate aqueous solution 51 into the chromate (III) layer 42a). The trivalent chromium component and the silicon component are dispersed at an intermediate content ratio between 42a and 42c. This means that a kind of composition gradient structure is formed between the chromate (III) layer 42a and the silica-based layer 42c via the trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b. Effects such as improved adhesion and stress reduction based on the difference in thermal shrinkage can be achieved. In addition, the trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b may reach the surface of the composite chromate film 142, and a clear silica-based layer may not be formed. In addition, the trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b may extend to the zinc plating layer 41 side, and the presence of the chromate (III) layer 42a in which silicon is not dispersed may be unclear. In an extreme case, the entire composite chromate film 142 is occupied by a single trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b. In this case as well, the distribution of the silicon component is on the surface side of the composite chromate film 142. A kind of composition gradient structure which is large and small on the galvanized layer 41 side is formed.

クロメート処理終了後、未乾燥又は半乾燥の状態の主体金具1’の表面は、クロメート(III)層42aが湿潤状態で形成されており、ケイ酸塩水溶液51とのなじみが良好となる。従って、図6(a)に示すように、クロメート(III)層42aにピンホール等の欠陥defが形成されていても、ここにケイ酸塩水溶液51が十分に浸透しやすく、形成されるシリカ系層42c内に気泡等を残留しにくくすることができる(図6(b))。   After completion of the chromate treatment, the surface of the metal shell 1 ′ in an undried or semi-dried state is formed with the chromate (III) layer 42 a in a wet state, and the familiarity with the silicate aqueous solution 51 is improved. Accordingly, as shown in FIG. 6A, even if a defect def such as a pinhole is formed in the chromate (III) layer 42a, the silicate aqueous solution 51 is sufficiently easily permeated here and the formed silica. It is possible to make it difficult for bubbles and the like to remain in the system layer 42c (FIG. 6B).

なお、クロメート処理終了後、主体金具1’の表面を乾燥し、ケイ酸水溶液51に浸漬するようにしてもよい。この場合は、クロメート(III)層42aが一旦乾燥されるため、クロメート処理液50とケイ酸塩水溶液51との混合層42b’は形成されにくい。従って、図3(b)に示すように、クロメート(III)層42aとシリカ系層42cとの間に明確な三価クロム−珪素分散層42bが形成されない場合がある。   After the chromate treatment, the surface of the metallic shell 1 ′ may be dried and immersed in the silicate aqueous solution 51. In this case, since the chromate (III) layer 42a is once dried, the mixed layer 42b 'of the chromate treatment solution 50 and the silicate aqueous solution 51 is hardly formed. Therefore, as shown in FIG. 3B, a clear trivalent chromium-silicon dispersion layer 42b may not be formed between the chromate (III) layer 42a and the silica-based layer 42c.

(実施例1)
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すことにより、膜厚約6μmの亜鉛メッキ層を施した。
Example 1
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, an electrolytic galvanizing treatment using a known alkali cyanide bath was performed on the galvanized layer to give a galvanized layer having a thickness of about 6 μm.

次いで、図4に示すクロメート処理液50として、脱イオン水に対し、硫酸クロムカリウム3g/リットル、硝酸4g/リットル、弗酸2g/リットルの割合で溶解し、さらに燐酸を0.1〜1.0g/リットル、NaO・3.5SiO2の組成を有するケイ酸ソーダ(水ガラス)を、1.0〜3.5g/リットルの各種割合で配合たものを用意し、液温20℃に保持した。他方、NaO・3.5SiOの組成を有するケイ酸ソーダ(水ガラス)を、100g/リットルの濃度で脱イオン水に溶かし、ケイ酸塩水溶液51を用意した。 Next, the chromate treatment solution 50 shown in FIG. 4 is dissolved in deionized water at a rate of 3 g / liter of potassium potassium sulfate, 4 g / liter of nitric acid, 2 g / liter of hydrofluoric acid, and phosphoric acid is 0.1 to 1. Prepare a mixture of sodium silicate (water glass) having a composition of 0 g / liter, Na 2 O.3.5SiO 2 at various ratios of 1.0 to 3.5 g / liter, and keep the liquid temperature at 20 ° C. did. On the other hand, sodium silicate (water glass) having a composition of Na 2 O.3.5SiO 2 was dissolved in deionized water at a concentration of 100 g / liter to prepare an aqueous silicate solution 51.

そして、亜鉛メッキ後の主体金具を上記クロメート処理液50に15秒浸漬し、次いで液切りのみを行い、80℃の温風により乾燥して、各種複合クロメート被膜を形成した(表1:試料番号2〜11)。また、試料番号5及び10については、クロメート被膜を乾燥後、これを上記のケイ酸塩水溶液51中に浸し、さらに80℃の温風により乾燥してシリカ系層を形成した。なお、比較のため、燐酸あるいは水ガラスを配合しないクロメート処理液を用いた試験品(番号1)、及びクロメート被膜を形成せず、シリカ系層のみを形成した試験品(番号12)も作成した。また、番号5と同じクロメート処理液50に15秒浸漬し、次いで液切りのみを行って乾燥を行わない状態ですぐにこれをケイ酸塩水溶液51中に浸し、さらに80℃の温風により乾燥した試験品も作成した(番号13)。   Then, the galvanized metal shell was immersed in the chromate treatment solution 50 for 15 seconds, then drained only, and dried with warm air at 80 ° C. to form various composite chromate films (Table 1: Sample numbers). 2-11). For sample numbers 5 and 10, the chromate film was dried, immersed in the silicate aqueous solution 51, and dried with hot air at 80 ° C. to form a silica-based layer. For comparison, a test product (No. 1) using a chromate treatment liquid not containing phosphoric acid or water glass and a test product (No. 12) in which only a silica-based layer was formed without forming a chromate film were also prepared. . Further, it is immersed in the same chromate treatment solution 50 as that of No. 5 for 15 seconds, then only drained and immediately dried in a silicate aqueous solution 51 without drying, and further dried with hot air at 80 ° C. A test product was also prepared (No. 13).

番号5の複合クロメート被膜を、厚さ方向にエッチングしながらXPSの光電子スペクトルを測定したところ、カチオン成分は主体がクロムであり、次いで亜鉛が多く検出された。また、そのクロム(2p2/3)のピークをさらに詳しく調べた結果、クロム成分はその99重量%以上が三価クロムとなっていた。シリカ系被膜を形成しない各試験品(番号1〜4、6〜9、11)については、上記XPS測定に加え、蛍光X線分析法も併用して複合クロメート被膜の組成分析を行ったところ、表1に示す燐成分及び珪素成分濃度を有していることがわかった。また、XPSスペクトルにおいて燐及び珪素のピークに正の価数方向への化学シフトが見られ、かつ酸素が同時検出されたことから、両成分は燐酸イオン及び珪素酸化物(おそらくはSiO)の形で存在していると推測された。複合クロメート被膜の膜厚をSEMによる断面からの実測により測定したところ、0.25〜0.30μm程度であった。 When the XPS photoelectron spectrum was measured while etching the composite chromate film of No. 5 in the thickness direction, the main component of the cation component was chromium, and then a large amount of zinc was detected. Further, as a result of examining the peak of the chromium (2p2 / 3) in more detail, 99% by weight or more of the chromium component was trivalent chromium. About each test article (numbers 1-4, 6-9, 11) which does not form a silica system coat, in addition to the above-mentioned XPS measurement, when the composition analysis of the composite chromate coat was performed using fluorescent X-ray analysis together, It was found to have the phosphorus component and silicon component concentrations shown in Table 1. In addition, since chemical shifts in the positive valence direction were observed in the phosphorus and silicon peaks in the XPS spectrum, and oxygen was detected simultaneously, both components were in the form of phosphate ions and silicon oxide (probably SiO 2 ). Was presumed to exist. When the film thickness of the composite chromate film was measured by actual measurement from a cross section by SEM, it was about 0.25 to 0.30 μm.

また、シリカ系層を形成した試験品(番号5及び10)については、厚さ方向にエッチングしながらのXPSの光電子スペクトルの測定と蛍光X線分析により、シリカ系層は珪素をSiO換算した値にて77重量%、ナトリウムをNaO換算した値にて22重量%含有する酸化物系被膜となっていることがわかった。また、SEMによる断面からの実測によりシリカ系層の膜厚を測定したところ、約0.7μmとなっていることがわかった。 Further, the silica-based layer the formed specimen for (number 5 and 10), by measuring the X-ray fluorescence analysis of XPS photoelectron spectrum while etching in the thickness direction, the silica-based layer was SiO 2 in terms of silicon It was found that the oxide-based film contained 77 wt% in terms of value and 22 wt% in terms of sodium converted to Na 2 O. Moreover, when the film thickness of the silica-type layer was measured by actual measurement from the cross section by SEM, it turned out that it is about 0.7 micrometer.

次に、番号13の試料について、複合クロメート被膜を、厚さ方向にエッチングしながらXPSの光電子スペクトルを測定した結果を図7に示す。各エッチング深さにおける各成分のスペクトルピーク強度から、表面から深さ方向に珪素成分が徐々に減少する組成傾斜構造を有するクロメート層の形成が観察された。また、複合クロメート被膜全体における燐成分及び珪素成分の含有率を上記と同様にして測定したところ、燐成分はPO換算にて8重量%、珪素成分はSiO換算にて14重量%となっていることがわかった。 Next, FIG. 7 shows the result of measuring the XPS photoelectron spectrum of the sample No. 13 while etching the composite chromate film in the thickness direction. From the spectral peak intensity of each component at each etching depth, formation of a chromate layer having a composition gradient structure in which the silicon component gradually decreases in the depth direction from the surface was observed. Further, when the contents of the phosphorus component and silicon component in the entire composite chromate film were measured in the same manner as described above, the phosphorus component was 8% by weight in terms of PO 4 and the silicon component was 14% by weight in terms of SiO 2. I found out.

以上の試験品に対し、JISZ2371に規定された塩水噴霧試験を行い、亜鉛メッキ層の腐食に由来する白錆が全表面のおよそ20%以上現われるまで、もしくは下地の鉄層の腐食に由来する赤錆が少しでも目視確認されるまでの時間により、耐久評価を行った。その結果を表1に示す。   The above test product is subjected to a salt spray test specified in JISZ2371, and white rust derived from corrosion of the galvanized layer appears about 20% or more of the entire surface, or red rust derived from corrosion of the underlying iron layer. Durability evaluation was carried out according to the time until a slight visual check was made. The results are shown in Table 1.

Figure 0004500335
Figure 0004500335

複合クロメート被膜を形成した試験品は、比較例の試験品よりも圧倒的に優れた耐久性を示していることがわかる。次に、上記と同様の試験品を、200℃で30分大気中で加熱処理した後、同様に塩水噴霧試験を行った結果を表1に示す。本発明品である試験品、特に、珪素成分を分散させた番号6〜9及び11の試験品、及びシリカ系被膜を形成した番号5、10及び13の試験品は、極めて良好な耐久性を示していることがわかる。   It can be seen that the test article on which the composite chromate film was formed showed an overwhelmingly superior durability than the test article of the comparative example. Next, Table 1 shows the results of the same salt spray test after heat-treating a test product similar to the above at 200 ° C. for 30 minutes in the air. The test products of the present invention, in particular, the test products of Nos. 6 to 9 and 11 in which a silicon component is dispersed, and the test products of Nos. 5, 10 and 13 in which a silica-based film is formed have extremely good durability. You can see that

(実施例2)
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すことにより、膜厚約6μmの亜鉛メッキ層を施した。
(Example 2)
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, an electrolytic galvanizing treatment using a known alkali cyanide bath was performed on the galvanized layer to give a galvanized layer having a thickness of about 6 μm.

次いで、図4に示すクロメート処理液50として、脱イオン水に対し、硫酸クロムカリウム3g/リットル、硝酸4g/リットル、弗酸2g/リットルの割合で溶解したものを用意し、液温20℃に保持した。他方、NaO・3.5SiOの組成を有するケイ酸ソーダ(水ガラス)を、100g/リットルの濃度で脱イオン水に溶かし、ケイ酸塩水溶液51を用意した。そして、亜鉛メッキ後の主体金具を上記クロメート処理液50に15秒浸漬し、次いで液切りのみを行って乾燥を行わない状態ですぐにこれをケイ酸塩水溶液51中に浸し、さらに80℃の温風により乾燥して、複合クロメート被膜を形成した(試験品(3):本発明品)。 Next, as the chromate treatment solution 50 shown in FIG. 4, a solution prepared by dissolving 3 g / liter of potassium chromium sulfate, 4 g / liter of nitric acid, and 2 g / liter of hydrofluoric acid in deionized water is prepared, and the liquid temperature is set to 20 ° C. Retained. On the other hand, sodium silicate (water glass) having a composition of Na 2 O.3.5SiO 2 was dissolved in deionized water at a concentration of 100 g / liter to prepare an aqueous silicate solution 51. Then, the galvanized metal shell is immersed in the chromate treatment solution 15 for 15 seconds, and then is immediately immersed in the silicate aqueous solution 51 in a state where only the liquid is removed and drying is not performed. A composite chromate film was formed by drying with warm air (test product (3): product of the present invention).

この複合クロメート被膜を、厚さ方向にエッチングしながらXPSの光電子スペクトルを測定した結果を図8に示す。各エッチング深さにおける各成分のスペクトルピーク強度から、表面からおよそ0.4μm程度までは、クロム(2p2/3)のピークはほとんど観察されず、珪素の酸化物を主体とするシリカ系層となっていることがわかる。なお、蛍光X線分析法によりさらに詳しく調べたところ、シリカ系層は、珪素をSiO換算した値にて約77重量%、ナトリウムをNaO換算した値にて約22重量%含有していることがわかった。 FIG. 8 shows the result of measuring the photoelectron spectrum of XPS while etching this composite chromate film in the thickness direction. From the spectral peak intensity of each component at each etching depth, up to about 0.4 μm from the surface, the peak of chromium (2p2 / 3) is hardly observed, and a silica-based layer mainly composed of silicon oxide is obtained. You can see that Further, when examined in more detail by fluorescent X-ray analysis, the silica-based layer contains about 77% by weight of silicon in terms of SiO 2 and about 22% by weight of sodium in terms of Na 2 O. I found out.

一方、表面から0.7〜1μmの深さにおいては、若干の珪素のピークが観察されるものの、カチオン成分は主体がクロムであり、次いで亜鉛が多く検出された。また、そのクロム(2p2/3)のピークをさらに詳しく調べた結果、クロム成分はその99重量%以上が三価クロムとなっていた。すなわち、上記深さ範囲の厚さおよそ0.3μm部分は、三価クロム系クロメート層となっていることがわかった。   On the other hand, although a slight silicon peak was observed at a depth of 0.7 to 1 μm from the surface, the cation component was mainly chromium and then a large amount of zinc was detected. Further, as a result of examining the peak of the chromium (2p2 / 3) in more detail, 99% by weight or more of the chromium component was trivalent chromium. That is, it was found that the approximately 0.3 μm portion in the depth range was a trivalent chromium-based chromate layer.

そして、上記両層の中間に位置する厚さ約0.3μmの部分は、XPSの各成分のスペクトルピーク強度から、両層の中間の組成にてクロム成分及び珪素成分を含有する三価クロム−珪素分散層となっていることがわかった。また、XPSの深さ方向分析プロファイルから、複合クロメート被膜全体に占める珪素成分の含有量は、8重量%であることがわかった。   Then, the portion having a thickness of about 0.3 μm located in the middle of the two layers is a trivalent chromium containing a chromium component and a silicon component in an intermediate composition of both layers from the spectral peak intensity of each component of XPS. It was found that it was a silicon dispersion layer. Further, from the XPS depth profile, it was found that the content of the silicon component in the entire composite chromate film was 8% by weight.

なお、クロメート処理液50に15秒浸漬した後、ケイ酸塩水溶液51に浸漬せず、そのまま乾燥したもの(試験品(2):比較例)、逆に、クロメート処理液50に浸漬せず、ケイ酸塩水溶液51にのみ浸漬して乾燥したもの(試験品(4):比較例)も合わせて用意した。試験品(2)及び(4)の形成被膜を、XPS及び蛍光X線分析法により分析したところ、前者はクロム成分中の三価クロムの重量含有比率がほぼ99%以上の、厚さ約0.5μmのクロメート被膜となっており、後者は珪素をSiO換算した値にて77重量%、ナトリウムをNaO換算した値にて22重量%含有する酸化物系被膜となっていることがわかった。 In addition, after being immersed in the chromate treatment liquid 50 for 15 seconds, not immersed in the silicate aqueous solution 51 but dried as it is (test product (2): comparative example), conversely, not immersed in the chromate treatment liquid 50, What was immersed and dried only in the silicate aqueous solution 51 (test product (4): comparative example) was also prepared. When the formed films of the test products (2) and (4) were analyzed by XPS and X-ray fluorescence analysis, the former had a thickness content of about 0% with a trivalent chromium content in the chromium component of approximately 99% or more. The latter is an oxide film containing 77% by weight of silicon in terms of SiO 2 and 22% by weight of sodium in terms of Na 2 O. all right.

他方、黄色クロメート処理液として、脱イオン水に対し、無水クロム酸7g/リットル、硫酸3g/リットル、硝酸3g/リットルの割合で溶解したものを用意し、液温20℃に保持した。そして、これに主体金具を約15秒浸漬して引き上げ、乾燥させたものを比較例として作製した(試験品(1))。形成された被膜をXPSにより分析したところ、クロム成分中の約30重量%が六価クロム、残部が三価クロムである厚さ約0.5μmクロメート被膜となっていることがわかった。   On the other hand, a yellow chromate treatment solution prepared by dissolving chromic anhydride at a rate of 7 g / liter, sulfuric acid 3 g / liter, and nitric acid 3 g / liter in deionized water was prepared and kept at a liquid temperature of 20 ° C. Then, the metal shell was dipped in this for about 15 seconds, pulled up, and dried to prepare a comparative example (test product (1)). When the formed film was analyzed by XPS, it was found that the chromate film had a thickness of about 0.5 μm, in which about 30% by weight of the chromium component was hexavalent chromium and the balance was trivalent chromium.

以上(1)〜(4)の試験品に対し、JISZ2371に規定された塩水噴霧試験を行い、亜鉛メッキ層の腐食に由来する白錆が全表面のおよそ20%以上現われるまで、もしくは下地の鉄層の腐食に由来する赤錆が少しでも目視確認されるまでの時間により、耐久評価を行った。その結果を図9に示す。すなわち、複合クロメート被膜を形成した本発明品である試験品(3)は、黄色クロメート処理した試験品(1)も含め、いずれの比較例の試験品よりも圧倒的に優れた耐久性を示していることがわかる。また、試験品(2)及び(4)の結果から、三価クロム系クロメート層あるいはシリカ系層を単独で形成した場合は、良好な耐久性は得られていないことがわかる。   A salt spray test specified in JISZ2371 is performed on the test items (1) to (4) above, until white rust derived from corrosion of the galvanized layer appears about 20% or more of the entire surface, or the underlying iron Durability evaluation was performed based on the time until red rust derived from the corrosion of the layer was visually confirmed. The result is shown in FIG. That is, the test product (3) which is the product of the present invention in which the composite chromate film is formed exhibits overwhelmingly superior durability than the test product of any comparative example, including the test product (1) treated with yellow chromate. You can see that Further, from the results of the test products (2) and (4), it is understood that when the trivalent chromium-based chromate layer or the silica-based layer is formed alone, good durability is not obtained.

次に、上記各試験品(1)〜(4)を、200℃で30分大気中で加熱処理した後、同様に塩水噴霧試験を行った結果を図10に示す。黄色クロメート処理を行った試験品(1)は、熱処理により耐久時間が大幅に低下しているのに対し、本発明品である試験品(3)は、極めて良好な耐久性を示していることがわかる。   Next, the test results (1) to (4) above were heat-treated at 200 ° C. for 30 minutes in the air, and then the results of the salt spray test were similarly shown in FIG. The test product (1) subjected to the yellow chromate treatment has a significantly reduced durability due to heat treatment, whereas the test product (3) according to the present invention exhibits extremely good durability. I understand.

本発明の適用対象の一例たるスパークプラグを示す縦半断面図。The longitudinal half sectional view which shows the spark plug which is an example of the application object of this invention. 複合クロメート被膜の構造を示す概念図。The conceptual diagram which shows the structure of a composite chromate film. シリカ系層を有する複合クロメート被膜の構造を示す概念図。The conceptual diagram which shows the structure of the composite chromate film which has a silica type layer. クロメート処理工程及びシリカ系層形成工程の説明図。Explanatory drawing of a chromate treatment process and a silica type layer formation process. 図4の工程における複合クロメート被膜の形成過程及びクロメート層の推定構造を説明する図。The figure explaining the formation process of the composite chromate film in the process of FIG. 4, and the presumed structure of a chromate layer. クロメート処理後、未乾燥状態でシリカ系層を形成する方法の効果を説明する図。The figure explaining the effect of the method of forming a silica type layer in an undried state after chromate treatment. 実施例1の試験品13に形成した複合クロメート被膜のXPSによる分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by XPS of the composite chromate film formed in the test article 13 of Example 1. FIG. 実施例2の試験品(3)に形成した複合クロメート被膜のXPSによる分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by XPS of the composite chromate film | membrane formed in the test article (3) of Example 2. FIG. 実施例の試験品に対する塩水噴霧試験の結果を示すグラフ(加熱処理なし)。The graph which shows the result of the salt spray test with respect to the test article of an Example (no heat processing). 実施例の試験品に対する塩水噴霧試験の結果を示すグラフ(加熱処理後)。The graph which shows the result of the salt spray test with respect to the test article of an Example (after heat processing).

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 スパークプラグ用ガスケット
41,45 亜鉛メッキ層
42,46,142 複合クロメート被膜
42a 三価クロム系クロメート層
42b 三価クロム−珪素分散層
42c シリカ系層
100 スパークプラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main metal fitting 2 Insulator 3 Center electrode 4 Ground electrode 30 Spark plug gasket 41, 45 Zinc plating layer 42, 46, 142 Composite chromate coating 42a Trivalent chromium system chromate layer 42b Trivalent chromium-silicon dispersion layer 42c Silica system layer 100 spark plug

Claims (9)

スパークプラグの主体金具の外周面に形成される取付ねじ部の基端部にはめ込まれて使用されるとともに、その表面の少なくとも一部が、カチオン成分としてクロム成分と燐成分とを含有し、かつクロム成分の90重量%以上が三価クロムであり、燐成分がPO換算にて1〜15重量%含有される複合クロメート被膜によって被覆されており、
前記複合クロメート被膜は、三価クロム系化合物中に燐成分が分散するとともに、その燐成分の含有量がPO換算にて2〜15重量%である燐成分分散クロメート層を有してなることを特徴とするスパークプラグ用ガスケット。
It is used by being fitted into the base end portion of the mounting screw portion formed on the outer peripheral surface of the spark plug metal shell, and at least a part of its surface contains a chromium component and a phosphorus component as cationic components, and 90% by weight or more of the chromium component is trivalent chromium, and the phosphorus component is covered with a composite chromate film containing 1 to 15% by weight in terms of PO 4 ,
The composite chromate film has a phosphorus component-dispersed chromate layer in which a phosphorus component is dispersed in a trivalent chromium compound and the content of the phosphorus component is 2 to 15% by weight in terms of PO 4. A gasket for spark plugs.
スパークプラグの主体金具の外周面に形成される取付ねじ部の基端部にはめ込まれて使用されるとともに、その表面の少なくとも一部が、カチオン成分としてクロム成分と珪素成分とを含有し、含有されるクロム成分の90重量%以上が三価クロムであり、かつ珪素成分がSiO換算にて5〜75重量%含有される複合クロメート被膜によって被覆されており、
前記複合クロメート被膜は、三価クロム系化合物中に珪素成分が分散するとともに、その珪素成分の含有量がSiO換算にて10〜40重量%である珪素成分分散クロメート層を有してなることを特徴とするスパークプラグ用ガスケット。
It is used by being fitted into the base end of the mounting screw part formed on the outer peripheral surface of the spark plug metal shell, and at least a part of the surface contains a chromium component and a silicon component as a cation component. 90% by weight or more of the chromium component to be formed is covered with a composite chromate film containing trivalent chromium and containing 5 to 75% by weight of silicon component in terms of SiO 2 .
The composite chromate film has a silicon component-dispersed chromate layer in which a silicon component is dispersed in a trivalent chromium compound and the content of the silicon component is 10 to 40% by weight in terms of SiO 2. A gasket for spark plugs.
前記珪素成分分散クロメート層は、燐成分をPO換算にて1〜15重量%の範囲にて含有する請求項2記載のスパークプラグ用ガスケット。 The spark plug gasket according to claim 2, wherein the silicon component-dispersed chromate layer contains a phosphorus component in a range of 1 to 15% by weight in terms of PO 4 . 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」を行ったときに、亜鉛メッキ被膜の腐食に由来する白錆が全表面のおよそ20%以上現われるまでの耐久時間が、40時間以上である請求項1ないし3のいずれかに記載のスパークプラグ用ガスケット。   Durability time until white rust derived from corrosion of galvanized coating appears about 20% or more of the entire surface when performing “5. Neutral salt spray test method” in the corrosion resistance test method of plating specified in JISH8502 The spark plug gasket according to any one of claims 1 to 3, wherein is at least 40 hours. 大気中にて200℃で30分加熱した後、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」を行ったときに、亜鉛メッキ被膜の腐食に由来する白錆が全表面のおよそ20%以上現われるまでの耐久時間が、40時間以上である請求項1ないし4のいずれかに記載のスパークプラグ用ガスケット。   After heating at 200 ° C. for 30 minutes in the air, white rust derived from corrosion of the galvanized film when the “5. Neutral salt spray test method” in the plating corrosion resistance test method prescribed in JISH8502 is performed. The gasket for a spark plug according to any one of claims 1 to 4, wherein a durability time until approximately 20% or more of the entire surface appears is 40 hours or more. 主体金具の外周面に形成される取付ねじ部の基端部に、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のスパークプラグ用ガスケットが嵌め込まれてなることを特徴とするスパークプラグ。   6. A spark plug, wherein the spark plug gasket according to claim 1 is fitted into a base end portion of a mounting screw portion formed on an outer peripheral surface of the metal shell. 請求項1記載のスパークプラグ用ガスケットの製造方法であって、
ガスケットを、リン酸又はリン酸塩を含有するクロメート処理浴中に浸漬することにより、該ガスケットの表面に、含有されるクロム成分の90重量%以上が三価クロムであり、かつ前記リン酸又はリン酸塩に由来する燐成分がPO換算にて2〜15重量%含有される燐成分分散クロメート被膜を形成するクロメート処理工程を含むことを特徴とするスパークプラグ用ガスケットの製造方法。
It is a manufacturing method of the gasket for spark plugs of Claim 1,
By immersing the gasket in a chromate treatment bath containing phosphoric acid or phosphate, 90% by weight or more of the chromium component contained on the surface of the gasket is trivalent chromium, and the phosphoric acid or A method for producing a gasket for a spark plug, comprising a chromate treatment step of forming a phosphorous component-dispersed chromate film containing a phosphorous component derived from a phosphate in an amount of 2 to 15% by weight in terms of PO 4 .
請求項2記載のスパークプラグ用ガスケットの製造方法であって、
ガスケットを、アルカリケイ酸塩を含有するクロメート処理浴中に浸漬することにより、該ガスケットの表面に、含有されるクロム成分の90重量%以上が三価クロムであり、かつ前記アルカリケイ酸塩に由来する珪素成分がSiO換算にて10〜40重量%含有される珪素成分分散クロメート被膜を形成するクロメート処理工程を含むことを特徴とするスパークプラグ用ガスケットの製造方法。
A method for producing a gasket for a spark plug according to claim 2,
By immersing the gasket in a chromate treatment bath containing alkali silicate, 90% by weight or more of the chromium component contained on the surface of the gasket is trivalent chromium, and the alkali silicate A method for producing a gasket for a spark plug, comprising a chromate treatment step of forming a silicon component-dispersed chromate film containing 10 to 40% by weight of a silicon component derived from SiO 2 .
前記クロメート処理浴はリン酸又はリン酸塩を含有するものであり、前記珪素成分分散クロメート被膜は、前記リン酸又はリン酸塩に由来する燐成分がPO換算にて1〜15重量%含有されるものである請求項8記載のスパークプラグ用ガスケットの製造方法。 The chromate treatment bath contains phosphoric acid or phosphate, and the silicon component-dispersed chromate film contains 1 to 15% by weight of the phosphoric acid or phosphate component derived from phosphate in terms of PO 4. The method for producing a spark plug gasket according to claim 8.
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