专利名称：火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机用的火花塞。
背景技术：
使用于汽油发动机等的内燃机的点火的火花塞具有如下构造:在中心电极的外侧设有绝缘体，而且在绝缘体的外侧设有主体金属壳体，在主体金属壳体上安装有接地电极，在该接地电极与中心电极之间形成火花放电间隙。主体金属壳体一般由碳素钢等的铁类材料构成，且大多在其表面上实施用于防腐蚀的镀处理。作为镀层，公知有采用镀镍层和铬酸盐层的两层构造的技术(专利文献I)。但是，发明人们发现在采用这种两层以上的镀层时，火花塞在铆接时发生变形的位置处的耐腐蚀性成为较大的问题。下面，首先说明火花塞的构造例和铆接工序，说明耐腐蚀性成为问题的铆接变形的位置。图1是表示火花塞的构造的一个例子的主要部分剖视图。该火花塞100包括:筒状的主体金属壳体I ;筒状的绝缘体2 (绝缘电瓷)，其以顶端部突出的方式嵌入在该主体金属壳体I内；中心电极3，其以使顶端部突出的状态设置在绝缘体2的内侧；以及接地电极4，其以一端结合在主体金属壳体I上且另一端侧与中心电极3的顶端相对的方式配置。在接地电极4与中心电极3之间形成有火花放电间隙g。绝缘体2由例如氧化铝或氮化铝等的陶瓷烧结体构成，在其内部具有用于供中心电极3沿着绝缘体2的轴向嵌入的通孔6。在通孔6的一个端部侧插入并固定有端子金属配件13，在另一个端部侧插入并固定有中心电极3。另外，在通孔6内，在端子金属配件13与中心电极3之间配置有电阻体15。该电阻体15的两端部借助导电性玻璃密封层16、17分别与中心电极3和端子金属配件13电连接。主体金属壳体I由碳素钢等的金属形成为中空圆筒状，构成火花塞100的壳体。在主体金属壳体I的外周面上形成有用于将火花塞100安装于未图示的发动机体上的螺纹部7ο此外,六角部Ie为在将主体金属壳体I安装于发动机体上时用于卡合钳子(spanner)、扳手(wrench)等工具的工具卡合部，并具有六边形的横截面形状。工具卡合部的横截面形状(与轴线正交的截面形状)可以具有除了六边形之外的其他任意的形状，例如可以具有八边形等其他多边形形状。在主体金属壳体I的后方侧(图中的上方)的开口部的内表面与绝缘体2的外表面之间，在绝缘体2的凸缘状的突出部2e的后方侧周缘配置有环状的线密封件62，在线密封件62的再后方侧依次配置有滑石等的填充层61和环状的密封件60。在进行组装时，通过将绝缘体2朝向主体金属壳体I向前方侧(图中的下侧)压入，在该状态下将主体金属壳体I的后端的开口缘朝向密封件60(进而朝向作为铆接承受部发挥功能的突出部2e)向内侧铆接,从而形成铆接部ld，使主体金属壳体I固定于绝缘体2。在主体金属壳体I的螺纹部7的基端部嵌入有垫圈30。该垫圈30是对碳素钢等的金属板材料进行了弯曲加工而成的环状的零件，通过将螺纹部7拧进汽缸盖侧的螺纹孔，从而该垫圈30在主体金属壳体I侧的凸缘状的气密部If与螺纹孔的开口周缘部之间以在轴线方向上被压缩而被压扁的方式变形，起到密封螺纹孔与螺纹部7之间的间隙的作用。图2是表示将主体金属壳体I铆接固定于绝缘体2的工序的一个例子的说明图(省略画出接地电极4)。首先，做成如下状态:将在通孔6内预先组装了中心电极3、导电性玻璃密封层16、17、电阻体15以及端子金属配件13的绝缘体2如图2的(b)所示地从如图2的(a)所示的主体金属壳体I后端的插入开口部Ip (形成有应成为铆接部Id的铆接预定部200)插入到主体金属壳体I内，使绝缘体2的卡合部2h和主体金属壳体I的卡合部Ic借助板密封件63卡合。然后，如图2的(C)所示，从主体金属壳体I的插入开口部Ip侧向内侧配置线密封件62，形成滑石等的填充层61后配置线密封件60。然后，通过利用铆接金属模具111将铆接预定部200隔着线密封件62、填充层61以及线密封件60铆接于作为铆接承受部的突出部2e的端面2n，从而如图2的(d)那样形成铆接部ld，使主体金属壳体I铆接固定在绝缘体2上。此时，除了铆接部Id之外，处于六角部Ie与气密部If之间的槽部Ih (图1)也受到铆接时的压缩应力而弯曲变形。其理由是因为铆接部Id和槽部Ih的厚度在主体金属壳体I之中最薄，容易变形。此外，也将槽部Ih称作“薄壁部”。在图2的(d)的工序之后，通过对接地电极4向中心电极3侧进行弯曲加工而形成火花放电间隙g，从而完成图1的火花塞100。此外，在图2中说明的铆接工序为冷加工铆接(专利文献2)，但是也能够利用热铆接(专利文献3)。专利文献1:日本特开2002 - 184552号公报专利文献2:日本特开2007 - 141868号公报专利文献3:日本特开2003 - 257583号公报专利文献4:日本特开2007 - 023333号公报专利文献5:日本特开2007 - 270356号公报在上述的以往技术(专利文献I)中，实施了如铬酸盐层的铬成分的95质量％以上为三价铬这样的电解铬酸盐处理，其目的在于，使六价铬几乎变零而谋求环境负荷的减少，并且提高针对盐水的耐腐蚀性(耐盐蚀性)。但是，如上述那样，由于因铆接加工而在铆接部Id、槽部Ih处产生较大的变形，并产生较大的残余应力，因此这些部分处的耐腐蚀性成为较大的问题。即，作为铆接部Id和槽部Ih的特征，具有存在铆接变形所导致的较大的残余应力这样的特征。特别是，在利用了热铆接的情况下，因加热所导致的组织变化而使得硬度变高。如此，在硬度较高且存在较大的残余应力的位置处，有可能会产生应力腐蚀裂纹。特别是，发明人发现，在火花塞中，关于铆接部IcU槽部lh，不仅是耐盐蚀性成为较大的问题，耐应力腐蚀裂纹性也成为较大的问题。这样的问题点特别是在使用了利用碳含量较多的材料(例如包括0.15重量％以上的碳的碳素钢)制造的主体金属壳体时较明显。另外，在采用了热铆接作为铆接工序时较明显。另外，以往作为镀镍方法，采用有仅重视了主体金属壳体的外表面的耐腐蚀性的镀处理方法，内表面的镀层厚度倾向于没有被那么重视。然而，主体金属壳体的内表面由于为密封的空间，因此容易因冷热而产生结露，另外，镀层厚度也相对于外表面来说较薄，因此更担心因腐蚀的进展所导致的应力腐蚀裂纹的问题。发明人们根据这些知识见解以及调查认识到将主体金属壳体的内表面的镀层厚度设计成能够抑制应力腐蚀裂纹这一点较重要，从而完成了本发明。此外，一般来说也认为只要主体金属壳体的内表面也能够确保与外表面相同程度的镀层厚度(能够使内表面的镀层足够厚)，就能够确保充分的耐应力腐蚀裂纹性。然而，实际上得知，若镀层过厚则会因铆接变形而在内表面镀层上产生裂纹，反过来耐应力腐蚀裂纹性会降低。因而，发现了将内表面的镀层膜厚设为适当范围的值以避免在铆接之后产生裂纹很重要。即，作为主体金属壳体的镀镍的设计，优选的是将内表面的镀镍膜厚设为重视了应力腐蚀裂纹性的适当的膜厚。特别是，期望对于外表面重视耐腐蚀、对于内表面重视应力腐蚀裂纹性，限定彼此适当的膜厚的平衡。
发明内容
本发明的目的在于提供通过适当地限定主体金属壳体的内表面的镀镍膜厚从而使耐应力腐蚀裂纹性优异的火花塞。本发明是为了解决上述的问题的至少一部分而做成的，因而能够作为以下的方式或应用例来实现。应用例I一种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于，上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；并且，上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.3 μ m 2.0 μ m。应用例2一种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于，上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，并且在上述镀镍层之上具有含有铬成分的含铬层，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.2 μ m 2.2 μ m。应用例3一种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于，上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，并且在上述镀镍层之上涂布有防锈油，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为 0.2 μ m 2.2 μ m。应用例4—种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于，上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，并且在上述镀镍层之上具有含有铬成分的含铬层，且在上述含铬层之上涂布有防锈油，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.1 μ m 2.4 μ m。应用例5根据应用例I 4中任一项所述的火花塞，其特征在于，上述工具卡合部的外表面上的上述镀镍层的厚度为3 μ m 15 μ m。应用例6根据应用例I 5中任一项所述的火花塞，其特征在于，利用热铆接来进行容纳在上述主体金属壳体的内部的绝缘体与上述主体金属壳体之间的嵌合。应用例7根据应用例I 6中任一项所述的火花塞，其特征在于，上述槽部的上述轴线方向上的高度为3.5臟 6.5臟。此外，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以火花塞、用于该火花塞的主体金属壳体以及它们制造方法等的方式来实现。根据应用例I的结构，通过将主体金属壳体的槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度设为0.3 μ m 2.0 μ m的范围内的值，从而能够提供一种耐应力腐蚀裂纹性优异的火花塞。根据应用例2的结构，在于主体金属壳体的镀镍层之上具有含有铬成分的含铬层的情况下，通过将该主体金属壳体的槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度设为0.2 μ m 2.2 μ m的范围内的值，从而能够提供一种耐应力腐蚀裂纹性优异的火花塞。根据应用例3的结构，在于主体金属壳体的镀镍层之上涂布有防锈油的情况下，通过将该主体金属壳体的槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度设为0.2 μ m 2.2 μ m的范围内的值，从而能够提供一种耐应力腐蚀裂纹性优异的火花塞。根据应用例4的结构，在于主体金属壳体的镀镍层之上具有含有铬成分的含铬层、并且在该含铬层之上涂布有防锈油的情况下，通过将该主体金属壳体的槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度设为0.1 μ m 2.4 μ m的范围内的值，从而能够提供一种耐应力腐蚀裂纹性优异的火花塞。在应用例5的结构中，能够提供一种不仅耐应力腐蚀裂纹性优异、耐腐蚀性(耐盐蚀性)和镀层耐剥离性也优异的火花塞。根据应用例6的结构，即使在因热铆接所引起的铆接变形导致耐应力腐蚀裂纹性成为问题这样的情况下，通过将主体金属壳体的内周面的顶端的下端处的镀镍层的厚度设为上述的适当的范围内的值，也能够提供一种耐应力腐蚀裂纹性优异的火花塞。一般来说，若工具卡合部的对边尺寸(例如六角部的相对的边之间的距离)成为小径(例如14_以下)，则为了确保气密性而需要增大槽部的高度(轴向长度)。该理由是因为，通过增大槽部的高度，能够增大铆接时的槽部的变形量，从而能够更牢固地进行固定。在应用例7的结构中，只要将槽部的高度设为3.5mm以上，槽部的变形量就会变大，更容易产生应力腐蚀裂纹，因此防止应力腐蚀裂纹这样的本发明的效果更明显。另一方面，若使槽部的高度大于6.5_，则槽部的变形将极端地变大，因此应力腐蚀裂纹的防止效果将会被抑制。
图1是表示火花塞的构造的一个例子的主要部分剖视图。图2是表示将主体金属壳体固定于绝缘体的铆接工序的一个例子的说明图。图3是表示主体金属壳体的镀处理的步骤的流程图。图4是表示有关于在进行了冲击镍处理和镀镍处理的情况下槽部内表面的镀镍厚度对主体金属壳体的耐应力腐蚀裂纹性带来的影响的实验结果的说明图。图5是表示镀层厚度的测量位置的主体金属壳体的剖视图。图6是表示有关于在进行了冲击镍处理、镀镍处理以及电解铬酸盐处理的情况下槽部内表面的镀镍厚度对主体金属壳体的耐应力腐蚀裂纹性带来的影响的实验结果的说明图。图7是表示有关于在进行了冲击镍处理、镀镍处理以及防锈油涂布的情况下槽部内表面的镀镍厚度对主体金属壳体的耐应力腐蚀裂纹性带来的影响的实验结果的说明图。图8是表示有关于在进行了冲击镍处理、镀镍处理、电解铬酸盐处理以及防锈油涂布的情况下槽部内表面的镀镍厚度对主体金属壳体的耐应力腐蚀裂纹性带来的影响的实验结果的说明图。图9是表示有关于外表面的镀镍厚度变化对耐腐蚀性和镀层耐剥离性带来的影响的实验结果的说明图。图10是表示有关于外表面的镀镍厚度变化对耐腐蚀性和镀层耐剥离性带来的影响的实验结果的说明图。图11是表示有关于冲击镍处理的有无对耐应力腐蚀裂纹性带来的影响的实验结果的说明图。图12是表示有关于主体金属壳体的槽部截面积对耐应力腐蚀裂纹性带来的影响的实验结果的说明图。图13是表示有关于主体金属壳体的槽部高度对耐应力腐蚀裂纹性带来的影响的实验结果的说明图。
具体实施例方式作为本发明的一实施方式的火花塞具有图1所示的结构。由于该结构在之前已叙述，因而在此省略说明。该火花塞100例如通过按照图2中所示的铆接工序固定主体金属壳体I和绝缘体2而制造。对于主体金属壳体1，在铆接工序之前进行镀处理。图3是表示主体金属壳体的镀处理的步骤的流程图。在步骤TlOO中，根据需要进行镀冲击镍。该镀冲击镍是为了清洗利用碳素钢形成的主体金属壳体的表面，并且提高镀层与基底金属之间的密合性而进行的。但是，镀冲击镍也可以省略。作为镀冲击镍的处理条件，能够利用通常所利用的处理条件。具体的优选处理条件的例子如下。<镀冲击镍的处理条件的例子 > 镀浴组成:氯化镍:150g/L 600g/L ；35%盐酸:50ml/L 300ml/L ;溶剂:去离子水；处理温度(浴温度):25°C 40°C;阴极电流密度:0.2A/dm2 0.4A/dm2 ;处理时间:5分钟 20分钟。在步骤TllO中，进行电解镀镍处理。作为电解镀镍处理，能够利用使用了旋转滚筒的滚筒式电解镀镍处理，另外，还可以利用静镀法等其他镀处理方法。作为电解镀镍的处理条件，能够利用通常所利用的处理条件。具体的优选处理条件的例子如下。<电解镀镍的处理条件的例子 > 镀浴组成:硫酸镍:100g/L 400g/L ;氯化镍:20g/L 60g/L ;硼酸:20g/L 60g/L ;溶剂:去离子水；浴pH:2.0 4.8 ;处理温度(浴温度):25°C 600C ;阴极电流密度:0.02A/dm2 3.0A/dm2 ;处理时间:5分钟 600分钟。此外，阴极电流密度越小，主体金属壳体的外表面与内表面的镀镍层的膜厚的差越变小，阴极电流密度越大，其差越变大。另一方面，处理时间越长，镀镍层的膜厚越变大。因而，主体金属壳体的外表面与内表面的镀镍层的膜厚的平衡能够通过组合阴极电流密度与处理时间来进行调整。在步骤T120中，根据需要进行电解铬酸盐处理而形成铬酸盐层(也称作“含铬层”)。在电解铬酸盐处理中也能够利用旋转滚筒，另外，还可以利用静镀法等其他镀处理方法。电解铬酸盐处理的优选处理条件的例子如下。<电解铬酸盐处理的处理条件的例子 > 处理浴(铬酸盐处理液)组成:重铬酸钠:20g/L 70g/L ;溶剂:去离子水；浴pH:2 6 ;处理温度(浴温度):20°C 60°C ;阴极电流密度:0.02A/dm2 0.45A/dm2 ;处理时间:1分钟 10分钟。此外，作为重铬酸盐，除了重铬酸钠之外还能够利用重铬酸钾。另外，其他处理条件(重铬酸盐的量、阴极电流密度、处理时间等)根据理想的铬酸盐层膜厚能够采用与上述不同的组合。该电解铬酸盐处理是铬酸盐层中的大部分铬成分为三价铬的电解三价铬酸盐处理。此外，铬酸盐处理的优选处理条件与实验结果一起在后边叙述。若被进行镀镍处理和电解铬酸盐处理，则镀镍层与铬酸盐层的两层构造的覆膜形成在主体金属壳体的外表面和内表面上。其中，电解铬酸盐处理能够省略。另外，在镀镍层与铬酸盐层的两层构造之上还可以形成其他保护覆膜。在步骤T130中，根据需要，涂布防锈油作为保护覆膜。作为防锈油，能够使用市场中销售的各种防锈油。防锈油的涂布例如能够通过使主体金属壳体全部浸溃在防锈油中进行。作为成分，能够使用含有(:(矿物油)、8&工&、似、以及3中的至少1种的防锈油。若Ba过多则有可能在主体金属壳体的外观上产生变色。另外，除了 Ba之外的其他成分，若过少则有可能降低耐腐蚀性，若过多则有可能在涂布之后产生颜色不均匀或变色。此外，防锈油的涂布可以省略。在这样形成了各种保护覆膜之后，通过铆接工序将主体金属壳体与绝缘体等固定而制造火花塞。作为铆接工序，除了冷加工铆接之外，还能够利用热铆接。实施例(I)第I实施例(冲击镍+镀镍):在第I实施例中，执行图3的步骤TlOO (镀冲击镍处理)和步骤TllO (电解镀镍处理)，并且省略步骤S120 (电解铬酸盐处理)和步骤T130(涂布防锈油)，制造了内表面的镀镍膜厚不同的多个主体金属壳体样品。而且，对这些主体金属壳体进行了耐应力腐蚀裂纹性评价试验。首先，使用了 JISG3539规定的冷镦用碳素钢丝SWCH17K作为材料，通过冷锻制造了主体金属壳体I。在该主体金属壳体I上焊接接合接地电极4，并进行了脱脂、水洗，之后，以下述的处理条件进行了使用了旋转滚筒的镀冲击镍处理。〈镀冲击镍的处理条件 > 镀浴组成:氯化镍:300g/L35% ;盐酸:100ml/L ;处理温度(浴温度):30°C ;阴极电流密度:0.3A/dm2 ;处理时间:15分钟。接着，通过使用旋转滚筒并以下述的处理条件来进行电解镀镍处理，从而形成了镀镍层。〈电解镀镍的处理条件 > 镀浴组成:硫酸镍:250g/L ;氯化镍:50g/L ;硼酸:40g/L ；浴pH:4.0 ;处理温度(浴温度):55°C;阴极电流密度:0.03A/dm2 2.4A/dm2 ;处理时间:5分钟 600分钟。图4是表示关于上述的处理中所制作的样品SlOl S113的镀镍处理的处理条件(处理时间及阴极电流密度)、镀镍厚度以及耐应力腐蚀裂纹性的试验结果的说明图。图5表示了镀镍厚度的测量位置。样品SlOl S113的槽部Ih的水平截面积(以下，称作“横截面积”或“与轴线正交的截面积”)为28mm2。槽部Ih的横截面积为沿着图5的水平方向剖切了槽部Ih时的环状截面的面积。在镀层厚度测量中，以包含轴线的截面剖切样品，利用荧光X射线膜厚计测量了六角部Ie的外表面上的镀镍厚度和槽部Ih的下端的内表面(槽部Ih的内周面的顶端)上的镀镍厚度。六角部Ie的外表面上的镀镍厚度在所有的样品SlOl SI 13中几乎都是5μπι的恒定值。在图4中，在进行了冲击镍处理和镀镍处理的情况下，能够读取槽部Ih的内表面上的镀镍厚度给耐应力腐蚀裂纹性带来的影响。在这些样品SlOl S113中，为了将六角部Ie的外表面上的镀层厚度维持为恒定并且使槽部Ih的内表面上的镀层厚度发生变化，使镀镍处理的处理时间在7.5分钟 555分钟之间变化，另外，使阴极电流密度在2.4A/dm2 0.032A/dm2之间变化。其结果，能够使槽部Ih的内表面上的镀层厚度在0.05 μ m 2.5 μ m的范围内变化。对于这些样品SlOl S113进行了有关于下述耐应力腐蚀裂纹性的评价试验。作为有关于耐应力腐蚀裂纹性的评价试验，实施了以下的加速腐蚀试验。首先，在各样品(主体金属壳体)的槽部Ih处开四处直径约为2mm的孔，之后，通过铆接来固定绝缘体等。开孔的理由是为了使试验用的腐蚀液进入主体金属壳体的内部。加速腐蚀试验的试验条件如下。<加速腐蚀试验(耐应力腐蚀裂纹性评价试验)的试验条件 > 腐蚀液组成:四水硝酸钙:1036g ;硝酸铵:36g ；高锰酸钾:12g ;纯水:116g ；pH:3.5 4.5 ;处理温度:300C ±10°C。在此，在腐蚀液中投入了作为氧化剂的高锰酸钾的理由是为了加速腐蚀试验。在该试验条件下在10小时之后取出样品，从外部使用放大镜观察槽部lh，调查了在槽部Ih处是否产生有裂纹。在未产生有裂纹时，更换腐蚀液并在相同条件下再次追加进行10小时的加速腐蚀试验，重复进行该试验，直至累计试验时间达到80小时。在槽部Ih上，作为铆接工序的结果，产生有较大的残余应力。因而，通过该加速腐蚀试验，能够评价槽部Ih处的耐应力腐蚀裂纹性。在样品SlOl S103、S109 S113中，在累计试验时间为20小时以下的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S104、S107、S108中，在累计试验时间超过20小时且不满50小时的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S105、S106中，SP使累计试验时间达到了 80小时也未在槽部Ih处产生裂纹。能够理解出，在进行镀冲击镍处理和镀镍处理而不进行电解铬酸盐处理、防锈油涂布的情况下，出于耐应力腐蚀裂纹性的观点，主体金属壳体的内表面上的镀镍层的膜厚优选在0.3 μ m 2.0 μ m的范围内，更优选在0.4μπ 1.8μ 的范围内。(2)第2实施例(冲击镍+镀镍+电解铬酸盐):在第2实施例中，执行图3的步骤TlOO (镀冲击镍处理)、步骤TllO (电解镀镍处理)以及步骤Τ120 (电解铬酸盐处理)，并且省略Τ130 (涂布防锈油)来制造主体金属壳体，进行了耐应力腐蚀裂纹性评价试验。步骤Τ100、Τ110的处理条件设定为与第I实施例相同。在步骤Τ120中的电解铬酸盐处理中，通过使用旋转滚筒在下述的处理条件下进行，从而在镀镍层之上形成了铬酸盐层。〈电解铬酸盐处理的处理条件 > 处理浴(铬酸盐处理液)组成:重铬酸钠:40g/L ;溶剂:去离子水；处理温度(浴温度):35°C ;阴极电流密度:0.2A/dm2 ;处理时间:5分钟。图6是表示关于上述处理中所制作的样品S201 S213的镀镍处理的处理条件(处理时间及阴极电流密度)、镀镍厚度、以及耐应力腐蚀裂纹性的试验结果的说明图。样品S201 S213的槽部Ih的横截面积为28mm2。另外，六角部Ie的外表面上的镀镍厚度在所有的样品S201 S213中几乎都是5 μ m的恒定值。在第2实施例中，与第I实施例相同，为了将六角部Ie的外表面上的镀层厚度维持为恒定并且使槽部Ih的内表面上 的镀层厚度发生变化，使镀镍处理的处理时间在7.5分钟 555分钟之间变化，另外，使阴极电流密度在2.4A/dm2 0.032A/dm2之间变化。其结果，能够使槽部Ih的内表面上的镀层厚度在0.05 μ m 2.5 μ m的范围内变化。对于这些样品S201 S213，进行了有关上述的耐应力腐蚀裂纹性的评价试验。如图6所示，在样品S201、S202、S211 S213中，在累计试验时间在20小时以下的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S203、S209、S210中，在累计试验时间超过20小时且不满50小时的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S204 S208中，即使累计试验时间达到了 80小时，也未在槽部Ih处产生裂纹。能够理解出，在进行镀冲击镍处理、镀镍处理以及电解铬酸盐处理且不进行防锈油涂布的情况下，出于耐应力腐蚀裂纹性的观点，主体金属壳体的内表面上的镀镍层的膜厚优选在0.2μηι 2.2μηι的范围内，更优选的是在0.3μπι 2.Ομπι的范围内。此外，在第2实施例中，与第I实施例相比，优选的镀镍厚度的范围略微变宽。该理由推断为，在第2实施例中，通过电解铬酸盐处理而形成的铬酸盐层有助于耐应力腐蚀裂纹性的提高。(3)第3实施例(冲击镍+镀镍+防锈油):在第3实施例中，执行图3的步骤TlOO(镀冲击镍处理)、步骤TllO (电解镀镍处理)，并省略步骤Τ120 (电解铬酸盐处理)，并且执行步骤Τ130 (涂布防锈油)来制造主体金属壳体，进行了耐应力腐蚀裂纹性评价试验。步骤Τ100、Τ110的处理条件设定为与第I实施例相同。在步骤Τ130中的防锈油涂布中，通过将主体金属壳体浸溃在防锈油之中10秒钟来进行了涂布。图7是表示有关于上述处理中所制作的样品S301 S313的镀镍处理的处理条件(处理时间及阴极电流密度)、镀镍厚度以及耐应力腐蚀裂纹性的试验结果的说明图。样品S301 S313的槽部Ih的横截面积为28mm2。另外，六角部Ie的外表面上的镀镍厚度在所有的样品S301 S313中几乎都是5 μ m的恒定值。在第3实施例中，与第I及第2实施例相同，为了将六角部Ie的外表面上的镀层厚度维持为恒定并且使槽部Ih的内表面上的镀层厚度发生变化，使镀镍处理的处理时间在7.5分钟 555分钟之间变化，另外，使阴极电流密度在2.4A/dm2 0.032A/dm2之间变化。其结果，能够使槽部Ih的内表面上的镀层厚度在0.05 μ m 2.5 μ m的范围内变化。对于这些样品S301 S313，进行了有关上述的耐应力腐蚀裂纹性的评价试验。如图7所示，在样品S301、S302、S311 S313中，在累计试验时间在20小时以下的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S303、S309、S310中，在累计试验时间超过20小时且不满50小时的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S304 S308中，即使累计试验时间达到了 80小时，也未在槽部Ih处产生裂纹。能够理解出，在进行镀冲击镍处理、镀镍处理以及防锈油涂布且不进行电解铬酸盐处理的情况下，出于耐应力腐蚀裂纹性的观点，主体金属壳体的内表面上的镀镍层的膜厚优选在0.2μηι 2.2μηι的范围内，更优选的是在0.3μπι 2.Ομπι的范围内。此外，在第3实施例中，与第I实施例相比，优选的镀镍厚度的范围略微变宽。该理由推断为，在第3实施例中，防锈油的涂布层有助于耐应力腐蚀裂纹性的提闻。(4)第4实施例(冲击镍+镀镍+电解铬酸盐+防锈油):在第4实施例中，图3的步骤TlOO Τ130全部执行而制造了主体金属壳体,并进行了耐应力腐蚀裂纹性评价试验。步骤Τ100、Τ110的处理条件设定为与第I实施例相同，步骤Τ120的处理条件设定为与第2实施例相同，步骤Τ130的处理条件设定为与第3实施例相同。图8是表示有关于上述处理中所制作的样品S401 S413的镀镍处理的处理条件(处理时间及阴极电流密度)、镀镍厚度以及耐应力腐蚀裂纹性的试验结果的说明图。样品S401 S413的槽部Ih的横截面积为28mm2。另外，六角部Ie的外表面上的镀镍厚度在所有的样品S401 S413中几乎都是5 μ m的恒定值。在第4实施例中，与第I 第3实施例相同，为了将六角部Ie的外表面上的镀层厚度维持为恒定并且使槽部Ih的内表面上的镀层厚度发生变化，使镀镍处理的处理时间在7.5分钟 555分钟之间变化，另外，使阴极电流密度在2.4A/dm2 0.032A/dm2之间变化。其结果，能够使槽部Ih的内表面上的镀层厚度在0.05 μ m 2.5 μ m的范围内变化。对于这些样品S401 S413，进行了有关上述的耐应力腐蚀裂纹性的评价试验。如图8所示，在样品S401、S413中，在累计试验时间在20小时以下的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S402、S411、S412中，在累计试验时间超过20小时且不满50小时的情况下，在槽部Ih处产生了裂纹。在样品S403 S410中，即使累计试验时间达到了 80小时，也未在槽部Ih处产生裂纹。能够理解出，在镀冲击镍处理、镀镍处理、电解铬酸盐处理以及防锈油涂布全部进行了的情况下，出于耐应力腐蚀裂纹性的观点，主体金属壳体的内表面上的镀镍层的膜厚优选在0.Ιμπι 2.4μπι的范围内，更优选的是在0.2 μ m 2.2 μ m的范围内。此外，在第4实施例中，与第I 第3实施例相比，优选的镀镍厚度的范围再次变宽。该理由推断为，在第4实施例中，铬酸盐层和防锈油的涂布层这两者有助于耐应力腐蚀裂纹性的提高。(5)第5实施例(外表面的镀镍厚度带来的影响):在上述的第I 第4实施例中，将主体金属壳体的外表面的镀层厚度维持在5μπι的恒定值，但是在第5实施例中，对于使主体金属壳体的外表面的镀层厚度变化了的情况进行了耐腐蚀性和镀层耐剥离性的评价试验。图9表示有关于第5实施例的样品的镀镍处理的处理条件(处理时间及阴极电流密度)、镀镍厚度、耐腐蚀性以及镀层耐剥离性的试验结果的说明图。在图3的制造工序中，执行步骤TlOO (镀冲击镍处理)和步骤TllO (电解镀镍处理)并且省略步骤S120 (电解铬酸盐处理)和步骤T130 (涂布防锈油)来制造了主体金属壳体。步骤TlOO和步骤TllO的处理条件设定为与第I实施例相同。在这些样品S501 S509中，使镀镍处理的处理时间在16分钟 160分钟之间变化，另外，将阴极电流密度设为0.45A/dm2的恒定值。其结果，使六角部Ie的外表面上的镀层厚度在2 μ m 20 μ m的范围内变化，另外，能够使槽部Ih的内表面上的镀层厚度几乎在0.3μπι的恒定值。对这些样品S501 S509进行了下述的耐腐蚀性(耐盐蚀性)和镀层耐剥离性的评价试验。作为有关于耐腐蚀性的评价试验，进行了 JISH8502规定的中性盐雾试验。在该试验中，在进行了 48小时的盐雾试验之后，测量了红锈的产生面积占样品的主体金属壳体的表面积的比例。在求出产生面积比例的值时，拍摄试验之后的样品的照片，测量了在其照片中产生有红锈的部分的面积Sa和照片中的主体金属壳体的面积Sb，计算出其面积比Sa/Sb作为红锈的产生面积比例。在样品S501中，红锈的产生面积比例超过了 10%。在样品S502、S503中，红锈的产生面积比例超过了 5%且为10%以下。在样品S504中，红锈的产生面积比例超过了 0%且为5%以下。在样品S505 S509中，未产生红锈。在进行镀冲击镍处理和镀镍处理而不进行电解铬酸盐处理、防锈油涂布的情况下，出于耐盐蚀性的观点，主体金属壳体的外表面的镀镍膜厚优选的是3 μ m以上，更优选的是5 μ m以上，最优选的是9 μ m以上。在镀层耐剥离性试验中，通过进行铆接工序来将绝缘体等固定于各样品的主体金属壳体，之后观察了铆接部Id上的镀状态并进行了判断。具体地说，测量了镀层产生浮起的面积(以下，称作“镀层浮起面积”)占铆接部Id的表面积的比例。与上述的红锈的产生面积比例的测量相同，该测量是使用照片进行的。在样品S501 S506中，未在镀层上观察到浮起、剥离，相对于此，在样品S507 S509中，观察到了镀层浮起或剥离。在进行镀冲击镍处理和镀镍处理而不进行电解铬酸盐处理、防锈油涂布的情况下，出于镀层耐剥离性的观点，主体金属壳体的外表面的镀镍膜厚优选为15 μ m以下。根据图9的结果，若考虑耐腐蚀性(耐盐蚀性)和镀层耐剥离性这两者，则主体金属壳体的外表面的镀镍膜厚优选在3μπι 15μπι的范围内，更优选的是在5 μ m 15 μ m的范围内，最优选的是在9μπι 15 μ m的范围内。图10表示图3的步骤TlOO T130全部执行而制造主体金属壳体，并进行了耐腐蚀性和镀层耐剥离性的评价试验的结果。步骤T100、T110的处理条件设定为与第I实施例相同，步骤Τ120的处理条件设定为与第2实施例相同，步骤Τ130的处理条件设定为与第3实施例相同。对于这些样品S601 S609,也与图9相同，使镀镍处理的处理时间在16分钟 160分钟之间变化，另外，将阴极电流密度设为0.45A/dm2的恒定值。其结果，使六角部Ie的外表面上的镀层厚度在2μπι 20μπι的范围内变化，另外，能够使槽部Ih的内表面上的镀层厚度几乎在0.3 μ m的恒定值。对这些样品S601 S609进行了上述的耐腐蚀性和镀层耐剥离性的评价试验。在耐腐蚀性试验中，在样品S601中，红锈的产生面积比例超过了 10%。在样品S602中，红锈的产生面积比例超过5%且为10%以下。在样品S603中，红锈的产生面积比例超过0%且为5%以下。在样品S604 S609中，未产生红锈。在镀冲击镍处理、镀镍处理、电解铬酸盐处理以及防锈油涂布全部进行了的情况下，出于耐盐蚀性的观点，主体金属壳体的外表面上的镀镍膜厚优选的是3 μ m以上，更优选的是4 μ m以上，最优选的是5 μ m以上。
在镀层耐剥离性试验中，在样品S601 S606中，未在镀层上观察到浮起、剥离，相对于此，在样品S607 S609中，观察到了镀层浮起或剥离。在镀冲击镍处理、镀镍处理、电解铬酸盐处理以及防锈油涂布全部进行了的情况下，出于镀层耐剥离性的观点，主体金属壳体的外表面的镀镍膜厚优选为15 μ m以下。根据图10的结果，若考虑耐腐蚀性和镀层耐剥离性这两者，则主体金属壳体的外表面的镀镍膜厚优选在3 μ m 15 μ m的范围内，更优选的是在4 μ m 15 μ m的范围内，最优选的是在5 μ m 15 μ m的范围内。(6)第6实施例(有无冲击镍的影响):在第6实施例中，评价了有无冲击镍处理给耐应力腐蚀裂纹性带来的影响。图11是表示第6实施例的实验结果的说明图。在第6实施例中，对图3的步骤TlOO T130的处理全部进行了的情况和省略步骤TlOO (冲击镍处理)而进行了其他步骤TllO T130的处理的情况进行了比较。步骤T100、T110的处理条件设定为与第I实施例相同，步骤Τ120的处理条件设定为与第2实施例相同，步骤Τ130的处理条件设定为与第3实施例相同。在图11中，分别将主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组和较小的样品组作为试验对象。对于主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组，六角部Ie的外表面的镀镍厚度为5 μ m，槽部Ih的内表面的镀镍厚度为0.3 μ m。为了实现这些镀层厚度，在步骤TllO的镀镍处理中，将镀处理时间设为40分钟，将阴极电流密度设为0.45A/dm2。另一方面，对于主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较小的样品组，六角部Ie的外表面的镀镍厚度为5 μ m，槽部Ih的内表面的镀镍厚度为0.1 μ m。为了实现这些镀层厚度，在步骤Tl 10的镀镍处理中，将镀处理时间设为15分钟，将阴极电流密度设为1.2A/dm2。对这两个样品组分别进行了上述的耐应力腐蚀裂纹性的评价试验。在该评价试验中，在经过24小时的试验时间之后，调查了在100个样品之中有几个产生了裂纹。在主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组中，裂纹产生个数在进行了冲击镍处理的情况下和省略了冲击镍处理的情况下均为零。另一方面，在主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较小的样品组中，进行了冲击镍处理的情况下，在100个之中有80个产生了裂纹，在省略了冲击镍处理的情况下,在100个之中有95个产生了裂纹。从其结果中可知，通过进行冲击镍处理，耐应力腐蚀裂纹性略微提高。耐应力腐蚀裂纹性提高的理由推断为，通过进行冲击镍处理，主体金属壳体的表面上的针孔被堵塞，从而表面变得更光滑。但是，能够理解出，只要充分增大内表面的镀镍厚度，即使不进行冲击镍处理，也能够充分地确保耐应力腐蚀裂纹性。(7)第7实施例(槽部截面积的影响):在第7实施例中，评价了槽部Ih的横截面积给耐应力腐蚀裂纹性带来的影响。图12是表示第7实施例的实验结果的说明图。在第7实施例中，图3的步骤TlOO T130的处理全部进行而制作了主体金属壳体的样品。步骤T100、T110的处理条件设定为与第I实施例相同，步骤Τ120的处理条件设定为与第2实施例相同，步骤Τ130的处理条件设定为与第3实施例相同。在图12中，与图11相同，分别将主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组和较小的样品组作为试验对象。对于主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组，六角部Ie的外表面的镀镍厚度为5 μ m，槽部Ih的内表面的镀镍厚度为0.3 μ m。为了实现这些镀层厚度，在步骤TllO的镀镍处理中，将镀处理时间设为40分钟，将阴极电流密度设为0.45A/dm2。另一方面，对于主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较小的样品组，六角部Ie的外表面的镀镍厚度为5 μ m，槽部Ih的内表面的镀镍厚度为0.Ιμπι。为了实现这些镀层厚度，在步骤TllO中的镀镍处理中，将镀处理时间设为15分钟，将阴极电流密度设为1.2Α/dm2。此外，在各个样品组中，分别制作了槽部Ih的横截面积在20mm2 44mm2的范围内具有不同值的、不同类型的主体金属壳体的样品。对这两个样品组分别进行了上述的耐应力腐蚀裂纹性的评价试验。在该评价试验中，在经过24小时的试验时间之后，调查了在100个样品之中有几个产生了裂纹。在主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组中，与槽部Ih的横截面积的值无关，裂纹产生个数均为零。另一方面，在主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较小的样品组中，在槽部Ih的横截面积为20mm2 36mm2的样品中产生了裂纹。根据该结果，能够理解出，使主体金属壳体的内表面的镀镍厚度变大的效果在槽部Ih的横截面积在36mm2以下的主体金属壳体中尤其明显。(8)第8实施例(槽部的高度的影响):在第8实施例中，评价了槽部Ih的高度给耐应力腐蚀裂纹性带来的影响。图13是表示第8实施例的实验结果的说明图。在第8实施例中，在与第7实施例相同的处理条件下进行图3的步骤TlOO T130的全部处理而制作了主体金属壳体的样品。在图13中，与图12相同，分别将主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组和较小的样品组作为试验对象。镀镍厚度的值、样品制作条件与第7实施例相同。对这两个样品组分别进行了上述的耐应力腐蚀裂纹性的评价试验。在该评价试验中，与第4实施例相同，利用在槽部Ih处产生裂纹的试验时间判断了耐应力腐蚀裂纹性。在主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较大的样品组中，对于槽部Ih的高度(轴向长度)为3mm 6.5mm的样品，即使累计试验时间达到了 80小时也未在槽部Ih处产生裂纹。另外，在槽部Ih的高度为7mm的样品中，在累计试验时间在20小时 50小时之间的情况下产生了裂纹。另一方面，在主体金属壳体的内表面的镀镍厚度较小的样品组中，在槽部Ih的高度在3_ 7_之间的任一个样品中，在累计试验时间在20小时以下的情况下产生了裂纹。特别是，在槽部Ih的高度为3.5mm 7mm的样品中，在累计试验时间在10小时以下的情况下产生了裂纹。根据该结果，能够理解出，使主体金属壳体的内表面的镀镍厚度变大的效果在槽部Ih的高度为3.5mm 6.5mm的主体金属壳体中尤其明显。附图标记说明I主体金属壳体；lc卡合部；ld铆接部；le六角部(工具卡合部)；lf气密部(凸缘部)；lh槽部(薄壁部)；lp插入开口部；2绝缘体(绝缘电瓷)；2e突出部；2h卡合部；2n端面；3中心电极；4接地电极；6通孔；7螺纹部；13端子金属配件；15电阻体；16、17导电性玻璃密封层；30垫圈；60线密封件；61填充层；62线密封件；63板密封件；100火花塞；111模具；200铆接预定部。
权利要求
1.一种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于， 上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；并且，上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.3 μ m 2.0 μ m。
2.一种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于， 上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，并且在上述镀镍层之上具有含有铬成分的含铬层，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.2 μ m 2.2 μ m0
3.一种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于， 上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，并且在上述镀镍层之上涂布有防锈油，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.2 μ m 2.2 μ m。
4.一种火花塞，该火花塞包括:筒状的绝缘电瓷，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；中心电极，其配置在上述轴孔的顶端侧；以及主体金属壳体，其设置于上述绝缘电瓷的外周；上述火花塞的特征在于， 上述主体金属壳体具有:工具卡合部，其向外周方向突出，且与轴线正交的截面形状呈多边形状；气密部，其向外周方向突出；以及槽部，其形成在上述工具卡合部与上述气密部之间，且与轴线正交的截面积为36mm2以下；上述主体金属壳体被镀镍层覆盖，并且在上述镀镍层之上具有含有铬成分的含铬层，且在上述含铬层之上涂布有防锈油，上述槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.1 μ m 2.4 μ m。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的火花塞,其特征在于， 上述工具卡合部的外表面上的上述镀镍层的厚度为3 μ m 15 μ m。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的火花塞,其特征在于， 利用热铆接来进行容纳在上述主体金属壳体的内部的绝缘体与上述主体金属壳体之间的嵌合。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的火花塞,其特征在于， 上述槽部的上述轴线方向上的高度为3.5mm 6.5mm。
全文摘要
本发明提供一种通过适当限定主体金属壳体的内表面的镀镍膜厚从而耐应力腐蚀裂纹性优异的火花塞。火花塞包括被镀镍层覆盖的主体金属壳体，该主体金属壳体在工具卡合部与气密部之间设有与轴线正交的截面积为36mm2以下的槽部。在第1结构中，槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.3μm～2.0μm，在第2结构中，在镀镍层之上具有含铬层，槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.2μm～2.2μm，在第3结构中，在镀镍层之上涂布有防锈油，槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.2μm～2.2μm，在第4结构中，在镀镍层之上具有含铬层，在含铬层之上涂布有防锈油，槽部的内周面的顶端处的镀镍层的厚度为0.1μm～2.4μm。
文档编号H01T13/02GK103081264SQ20118004136
公开日2013年5月1日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年8月26日
发明者那须弘哲, 杉田真, 佐藤昭人, 桑原伸吾 申请人:日本特殊陶业株式会社