JP2002235137A - 耐火花消耗性に優れた点火プラグ電極材 - Google Patents

耐火花消耗性に優れた点火プラグ電極材

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JP2002235137A
JP2002235137A JP2001027996A JP2001027996A JP2002235137A JP 2002235137 A JP2002235137 A JP 2002235137A JP 2001027996 A JP2001027996 A JP 2001027996A JP 2001027996 A JP2001027996 A JP 2001027996A JP 2002235137 A JP2002235137 A JP 2002235137A
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Akira Mihashi
章 三橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の耐火花消耗性に優れた点火プラグ
電極材を提供する。 【解決手段】質量%で、Cr:14〜17%、Fe:6
〜10%、Al:0.08〜0.3%未満、Si:0.
1〜0.5%、Mn:0.1〜0.8%、C:0.01
超〜0.05%、B:0.0005〜0.01%、M
g:0.001%未満、S:0.002%未満を含有
し、残りがNiと不可避不純物からなる組成を有するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車エンジン
など内燃機関の点火プラグの電極に用いる耐火花消耗性
に優れた使用寿命の長い点火プラグ電極材に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】内燃機関における点火プラグの電極部分
に使用される点火プラグ電極材として、質量%で(以下
%は質量%を示す)、C:0.1%以下、Si:1.0
%以下、Mn:2.0%以下、Cr:12〜32%、F
e:20%以下、Ti:0.03%以下(0を含む)、
Mg:0.001〜0.04%、S:0.01%以下
(ただし、Mg/S≧1)を含有し、さらに必要に応じ
てAl:5%以下を含有し、残りがNiと不可避不純物
からなる組成を有する点火プラグ電極材が知られており
(特開2000−3336446号公報参照)、この点
火プラグ電極材は高温耐酸化性および熱間加工性に優れ
ていると言われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、内燃機
関の高出力化および低燃費化を同時に達成させるため
に、点火プラグの電極は一層高温の燃焼ガス雰囲気に曝
され、そのために一層高温耐酸化性に優れた点火プラグ
電極材が求められている。その一方で、都市部での道路
の渋滞はますます激しくなり、これに伴って走行と停止
の繰り返し回数が増加し、走行中の高速回転運転と停止
中のアイドリングの繰り返し運転が頻繁に行なわれ、か
かる高速回転運転とアイドリングの繰り返し運転が頻繁
に行なわれると、通常の高速回転運転よりも内燃機関に
組み込まれた点火プラグ電極の火花消耗が一段と進行
し、比較的短い期間で使用寿命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上述のような観点から、高速回転運転とアイドリングを
繰り返す運転回数が増加しても火花消耗の少ない点火プ
ラグ電極材を開発すべく研究を行った。その結果、B:
0.0005〜0.01%を必須成分として含有させ、
さらにMgの含有量を0.001%未満およびSの含有
量を0.002%未満となるように極端に減少させ、そ
の他の成分をバランス良く含有させて、Cr:14〜1
7%、Fe:6〜10%、Al:0.08〜0.3%未
満、C:0.01超〜0.05%、Si:0.1〜0.
5%、Mn:0.1〜0.8%、B:0.0005〜
0.01%、Mg:0.001%未満、S:0.002
%未満を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる成
分組成を有するように調整した点火プラグ電極材は、高
速回転運転とアイドリングを繰り返す運転回数が増加し
ても火花消耗が減少して使用寿命が延びる、という研究
結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、質量%で、Cr:14〜17%、
Fe:6〜10%、Al:0.08〜0.3%未満、S
i:0.1〜0.5%、Mn:0.1〜0.8%、C:
0.01超〜0.05%、B:0.0005〜0.01
%、Mg:0.001%未満、S:0.002%未満を
含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成を有す
る点火プラグ電極材に特徴を有するものである。
【0006】この発明の点火プラグ電極材は、まず、通
常の大気中溶解(一層好ましくは、真空溶解)を行な
い、出湯前にMgを添加して脱硫処理を施しながら溶湯
を金型に注入して一次インゴットを作製し、この一次イ
ンゴットを電極としてエレクトロスラグ溶解を行なうこ
とによりMg:0.001%未満、S:0.002%未
満となるように一段と精製した二次インゴットを作製
し、この二次インゴットに熱間鍛造を施して丸棒とし、
この熱間鍛造丸棒に熱間溝ロール圧延を施し、さらにこ
の丸棒に軟化熱処理を施しながら冷間伸線加工を繰り返
し施して線材とし、最終的に前記線材に寸法出しのため
の冷間圧延を施して製造する。前記エレクトロスラグ溶
解して得られた二次インゴットを熱間鍛造、熱間溝ロー
ル圧延および冷間伸線加工を繰り返し施して線材に加工
する間にB含有量は減少し、目標のB含有量から外れる
ことが多い。これを防止するために前記二次インゴット
を熱間鍛造および熱間溝ロール圧延する際の加熱雰囲気
並びに冷間圧延前の軟化熱処理雰囲気をいずれも酸素含
有量:0.1ppm以下、露点:−70℃以下の水素ガ
スまたは不活性ガス雰囲気で行なうとBの減少は無くな
り、目標のB含有量を有する点火プラグ電極材が得られ
る。
【0007】つぎに、この発明の点火プラグ電極材の成
分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a)Cr Crはマトリックス中に存在することにより高温におい
て材料表面に酸化クロム被膜を形成して高温での耐酸化
性を向上させ、それとともに耐火花消耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が14%未満では所望の効果
が得られず、一方、17%を越えて含有すると加工性が
低下すると共に酸化クロム被膜が剥離しやすくなるので
好ましくない。したがって、Crの含有量は14〜17
%に定めた。
【0008】(b)Fe Feは高温強度を低下させる元素であるが、添加しない
と熱間加工性が著しく悪くなるので製造上必要な元素で
あるが、その添加量が6%未満では十分な熱間加工性が
えられず、一方、10%を越えて添加すると耐高温酸化
性が低下するので好ましくない.したがって、Fe含有
量を6〜10%に定めた。
【0009】(c)Al Alは表面に酸化被膜を生成して高温耐酸化性および耐
火花消耗性を向上させる作用があるが、その含有量が
0.08%未満では前記作用に所望の向上効果が得られ
ず、一方その含有量が0.3%以上含まれると、冷間伸
線加工で微細クラックが発生し易くなることから、その
含有量を0.08〜0.3%未満と定めた。
【0010】(d)Si Siは、溶湯に対して強力な脱酸作用を発揮するほか表
面に酸化被膜を生成して高温耐酸化性および耐火花消耗
性を向上させる作用があるが、その含有量が0.1%未
満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その
含有量が0.5%を越えると、熱間鍛造で割れが発生し
易くなることから、その含有量を0.1〜0.5%、望
ましくは0.2〜0.45%と定めた。
【0011】(e)Mn Mn成分には、高温強度を向上させる作用があるが、そ
の含有量が0.1%未満では前記作用に所望の向上効果
が得られず、一方、その含有量が0.8%を越えると、
高温耐酸化性が低下するようになることから、Mn含有
量を0.1〜0.8%、望ましくは0.1〜0.4%と
定めた。
【0012】(f)C Cは、Cr等と炭化物を形成し、結晶粒の粗大化を防止
する作用があるので少量含有させる必要があるが、その
含有量が0.01%以下では所望の向上効果が得られ
ず、一方その含有量が0.05%を越えると、冷間加工
性が低下するようになることから、その含有量を0.0
1超〜0.05%と定めた。
【0013】(g)B Bは、少量で高温強度を向上させると共に高温耐酸化性
および耐火花消耗性を向上させる効果があるので含有さ
せるが、その含有量が0.0005%未満では所望の効
果が得られず、一方、0.01%を越えて含有すると脆
化するために加工が困難となる。したがって、B含有量
は0.0005〜0.01%に定めた。
【0014】(h)Mg,S Sを0.002%以上含むNi基合金は熱間加工性が悪
くなるので溶解時にMgを添加してMgと化合物を生成
させて除去し、さらにエレクトロスラグ溶解時に除去す
ることにより0.002%未満とすることが好ましい。
また、Mgが多量に含有するとNiとNi2Mg化合物
を生成し、この化合物が粒界に晶出して熱間加工性を低
下させるので0.001%未満とすることが好ましい。
したがって、Mg,Sの含有量はMg<0.001%、
S<0.002%に定めた。
【0015】
【発明の実施の態様】つぎに、この発明の点火プラグ電
極材を実施例により具体的に説明する。原料を所定の割
合に配合し、これを通常の真空溶解炉にて真空溶解し、
出湯前にMgを添加して脱硫処理を施した後、直径:1
10mm×長さ:250mmの寸法をもったインゴット
に真空鋳造し、このインゴットを電極として用いてエレ
クトロスラグ溶解することにより精製処理を施し、つい
でこのエレクトロスラグ溶解により精製処理したインゴ
ットを酸素含有量:0.1ppm以下、露点:−70℃
以下の窒素ガス雰囲気中、温度:800〜1200℃の
範囲内の所定温度に加熱したのち熱間鍛造を施して直
径:30mmの丸棒とし、この熱間鍛造丸棒をさらに酸
素含有量:0.1ppm以下、露点:−70℃以下の窒
素ガス雰囲気中、温度:800〜1150℃の範囲内の
所定温度に加熱したのち熱間溝ロール圧延して直径:
9.5mmの丸棒とし、さらにこの丸棒に、酸素含有
量:0.1ppm以下、露点:−70℃以下の窒素ガス
雰囲気中、温度:750〜1100℃の範囲内の所定温
度に所定時間保持の軟化熱処理を施したのち冷間伸線加
工する操作を繰り返し施して直径:2.4mmの線材と
し、最終的に前記線材に寸法出しのための冷間圧延を施
して2.5mm×1.4mmの断面寸法とすることによ
り、それぞれ表1に示される成分組成をもったNi合金
からなる本発明点火プラグ電極材(以下、本発明電極材
と云う)1〜11および比較点火プラグ電極材(以下、
比較電極材と云う)1〜4それぞれ製造した。また、こ
れらとは別に市販のJISG4901、NCF600を
使用した従来点火プラグ電極材(以下、従来電極材と云
う)を準備した。
【0016】つぎに、上記の各種電極材を、所定の長さ
に切断して、点火プラグ本体に接地電極として溶接にて
取り付け、Ni合金製中心電極との対向面間距離を0.
8mmに調整した状態で1800ccガソリンエンジン
に組み込み、回転数:5800r.p.m.の高速回転
運転を10分間行ない、引き続いて回転数:700r.
p.m.のアイドリング運転を5分間行い、この高速回
転運転とアイドリング運転の繰り返しを120時間行っ
たのち、耐火花消耗性を評価する目的で前記接地電極の
中心電極との対向面における最大消耗深さを測定した。
この測定結果を表1に示した。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】表1に示される結果から、高速回転運転
とアイドリング運転の繰り返し運転を行なった本発明電
極材1〜11は、いずれも従来電極材に比べて最大消耗
深さが格段に小さいところから、本発明電極材1〜11
は従来電極材に比べて耐火花消耗性に優れていることが
分かる。しかし、成分組成がこの発明の範囲から外れて
含む比較電極材1〜4は最大消耗深さが大きいかまたは
加工ができなくなるので好ましくないことが分かる。上
述のように、この発明の点火プラグ電極材は、特に内燃
機関の高速回転運転とアイドリング運転の繰り返し運転
に対して優れた耐火花消耗性を示すので、この発明の点
火プラグ電極材を組み込んだ点火プラグは一層長期にわ
たって使用できるものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】質量%で、Cr:14〜17%、Fe:6
    〜10%、Al:0.08〜0.3%未満、Si:0.
    1〜0.5%、Mn:0.1〜0.8%、C:0.01
    超〜0.05%、B:0.0005〜0.01%、M
    g:0.001%未満、S:0.002%未満を含有
    し、残りがNiと不可避不純物からなる組成を有するこ
    とを特徴とする点火プラグ電極材。
JP2001027996A 2001-02-05 2001-02-05 耐火花消耗性に優れた点火プラグ電極材 Withdrawn JP2002235137A (ja)

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Effective date: 20080513