JPH0270019A

JPH0270019A - 点火プラグ主体金具用鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH0270019A
Application number: JP22197288A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kagawa; 加川　純一; Shinzo Ashida; 芦田　真三
Original assignee: Kobe Steel Ltd; NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Niterra Co Ltd
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1990-03-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】皮栗上皇剋■公団本発明は、高破断トルクと共に、すぐれた熱かしめ性と
冷聞かしめ性とを有し、ねじ部引張強さが７０ｋｇｆ／
ｍｍ”以上である主として非調質型の点火プラグ主体金
具用鋼の製造方法に関する。

従来（２）鼓± 内燃機関のシリンダーヘッドに螺着する点火プラグ主体
金具のための鋼材料としては、従来、８１０Ｃ乃至５２
ＯＣ鋼のような機械構造用低炭素鋼が主として用いられ
ている。しかし、近年、自動車エンジンにおいては、低
燃費、軽量化、高出力化等の要請に伴って、点火プラグ
の取付空間容積が狭小化し、点火プラグの取付ねし径の
小さいＭＩＯ以下の小型点火プラグの使用が試みられる
に至っている。

かかる小型点火プラグにおいては、第１図に示すように
、その主体金具１０の大径胴部１１と取付ねじ部１２と
の間のねし首１３の肉厚が必然的に薄肉となり、例えば
、ＭＩＯ点火プラグの場合には１．１４ｉｎ程度、Ｍ８
点火プラグの場合には０゜８６顛程度にすぎない。従っ
て、前記した５１００や３２０　Ｇｍのような低炭素鋼
を用いたときは、点火プラグのシリンダーヘッドへの締
付けによる取付けに際して、上記ねし首１３の部分で破
断が生じやすい。他方、主体金具１０の腔内に嵌装され
る絶縁体２０及び中心電極３０の直径をそれぞれ小さく
することは、絶縁体の構造的強度及び耐電圧性能を低下
させ、また、中心電極の軸方向の熱伝導性の低下による
耐消耗性及び耐熱性を劣化させるので、絶縁体及び中心
電極を小径化することによって、ねじ首１３の肉厚を厚
くし、ねじ首部分での上記破断を防止することも実用上
、困難である。

更に、主体金具のねじ部破断強度を向上させることを目
的として、３３０Ｃや３３５Ｃ鋼等のような高Ｃ量の鋼
材料を用いても、別な問題が生じるのを避けることがで
きない。即ち、第１図に示すように、点火プラグにおい
ては、中心電極３０を保持した絶縁体２０を主体金具１
０の内腔内に挿入して、絶縁体２０の大径部２工に連な
る段部２２をパツキン４０を介して、主体金具１０の有
する内方に隆起する段部１４に係止し、他方、絶縁体２
０の上部小径部２３と前記主体金具１０の内腔との間に
シール材５０及びパツキン６０を嵌装したうえで、前記
主体金具の胴部１１とボルトヘッド状の六角環等の締結
部１５との間の薄肉の加熱部１６に電流を通電し、或い
は高周波誘導加熱によって加熱すると共に、主体金具の
上端周縁１７をかしめる所謂熱かしめにて絶縁体２０が
固定されている。

このように、絶縁体２０は、通常、主体金具１０の熱か
しめによって固定されるので、上記したｃｌの多い５３
０ＣやＳ　３５　Ｃｍを用いるときは、この熱かしめに
際して、前記加熱部１６が急冷される結果、マルテンサ
イト組織となり、加熱部に亀裂や割れ等が生じることと
なり、製品としての価値を失う。

他方、かしめ方法には、−上記した熱かしめ以外に、熱
を加えない冷聞かしめも知られており、熱かしめに代え
て、冷聞かしめによって、主体金具を絶縁体に固定する
こともできる。前記した５１０Ｃや３２０Ｃ鋼は、何ら
問題なしに冷聞かしめすることができるが、前述したよ
うに、ねじ首部分で破断が生じやすい。３３０Ｃや３３
５　Ｃｍのような高炭素鋼を用いるときは、これらが靭
性が十分でないと共に、ねじ首部が薄肉であるところか
ら、冷聞かしめ時に亀裂や割れが生じる。

別の方法として、主体金具の成形後にねし首部及びかし
め部に熱処理を施すことは、各部が狭小であるために困
難を伴うほか、製造費用を高めることとなる。

以上のように、特に、小型点火プラグ用主体金具の製造
においては、用いる鋼材が主体金具の製造後の後熱処理
なしにて、高破断トルクとすくれた熱かしめ性と冷聞か
しめ性とを有することが必要不可欠であるが、従来、か
かる新規な性質を具備した点火プラグ主体金具のための
鋼は知られていない。

が　゛　しようとする問題占本発明は、特に、取付ねし径の小さいＭＩＯ以下の小型
点火プラグの製造における上記した問題を解決するため
になされたものであって、高破断トルクと共に、すぐれ
た熱かしめ性と冷聞かしめ性とを有し、ねじ部引張強さ
が７０　ｋｇｆ／ｍｍ２以上である主として非調質型の
点火プラグ主体金具用鋼の製造方法を提供することを目
的とする。

問題占を解決するための手段本発明による７　０ｋｇｆ／ｍｍ２以上のねじ部引張強
さを有する点火プラグ主体金具用鋼の製造方法は、重量
％で（ａ）Ｃ０．０２〜０．１０％、Ｓｉ　　１％以下、Ｍｎ　　１．０〜２．５％、Ａ＃０．０５〜０．０８％を含有し、更に、ｆｂ）Ｔｉ
　　０．００５〜０６２５％、Ｚｒ　００００５〜０゜
２５％、Ｖ　　　０．０１〜０．２５％、及びＮｂ　　０．００５〜０．１０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼を９００〜１１０
０℃に加熱し、仕上温度を８５０〜１２００℃として仕
上圧延した後、８ＱＯ〜９５０℃の温度範囲から平均冷
却速度１〜ｂ００℃以下の温度範囲まで冷却して、体積含有率６０％
以上のフェライトと残部がマルテンサイト若しくはベイ
ナイト又はそれらの混合組織からなる低温変態生成相と
の複合組織とすることを特徴とする。

先ず、本発明において用いる鋼の化学成分について説明
する。

Ｃは、固溶強化によって鋼に所要の強度を与えるために
必要であり、本発明においては少なくとも０．０２％の
添加を必要とする。しかし、０．１０％を越えるときは
、低温変態生成相中の０ｔｕｔ度が高くなりすぎて、靭
性が劣化し、かしめ部に亀裂が生じることとなる。

Ｓｉは、Ｃと同様に固溶強化によって鋼の強度を高める
効果が大きいが、過多に添加するときは、著しい靭性劣
化をもたらし、更に、脱炭をも著しく増大させる。従っ
て、本発明においては、Ｓｉの添加量の上限を１％とす
る。

Ｍｎは、鋼の強靭化と、熱間圧延後の冷却に際して、所
望の組織を得るために添加されるが、添加量が１．０％
よりも少ないときは、上記効果を十分に得ることができ
ず、一方、２．５％を越えるときには、製造時にＭｎの
偏析増大に伴って、靭性が劣化し、点火プラグ主体金具
の成形時の加工性を劣化させ、更に、熱かしめ性及び冷
聞かしめ性のいずれをも劣化させる。

Ａｌは、結晶粒微細化及び固溶Ｎの低減によって、点火
プラグ主体金具の成形時の加工性を向上させ、また、か
しめ性を向上させるために必要である。しかし、添加量
が０．０５％を越えるときは、清浄度が低下すると共に
靭性を損ない、点火プラグ主体金具を冷間鍛造するとき
に、割れが生じたり、或いは冷間又は熱聞かしめ時に割
れが生じたりする。

Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂも、結晶粒微細化及び固溶Ｎの低減
による靭性向上を図るために添加される。

しかし、いずれの元素についても、その添加量が０、０
０５％よりも少ないときは、上記効果を十分に得ること
ができない。しかし、Ｔｉ及びＺｒについては、０．２
５％を越えて過多に添加しても、また、Ｎｂについては
０．１０％を越えて過多に添加しても、その効果が飽和
する。従って、本発明においては、Ｔｉ及びＺｒについ
ては、添加量は０．００５〜０．２５％とし、Ｎｂは０
．００５〜０．１０％とする。

同様に、■も、結晶粒微細化及び固溶Ｎの低減による靭
性向上を図るために添加される。しかし、添加量が０．
０１％よりも少ないときは、上記効果を十分に得ること
ができず、一方、０．２５％を越えて過多に添加しても
、また、Ｎｂについては０゜１０％を越えて過多に添加
しても、その効果が飽和する。従って、■は、０．０１
〜０．２５％の範囲で添加される。

本発明においては、必要に応じて、鋼にＣｒ　　１．５
％以下、Ｍｏ０．３％以下、及びＮｉ　　１％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を添加す
ることができる。

これらの元素の添加によって、鋼の一層の強靭化を図る
ことができると共に、熱間加工後の冷却に際して、後述
する所望の組織をより容易に得ることができる。

本発明によれば、上記した化学成分を有する鋼を９００
〜１１００℃に加熱し、仕上温度を８５０〜１２００℃
として仕上圧延した後、８００〜９５０℃の温度範囲か
ら平均冷却速度１〜１５℃／秒にて４００℃以下の温度
範囲まで冷却して、体積含有率６０％以上のフェライト
と残部がマルテンサイト若しくはベイナイト又はそれら
の混合組織からなる低温変態生成相との複合組織とし、
かかる方法によって、高破断１−ルクと共に、すぐれた
熱かしめ性と冷聞かしめ性とを有し、ねじ部引張強さが
７０ｋｇｆ／ｍｍ２以上である主として非調質型の点火
プラグ主体金具用鋼を得ることができる。

先ず、本発明の方法において、鋼を９００〜１１００℃
の範囲の温度に加熱した後、熱間圧延を行なう。加熱温
度が９００℃よりも低いときは、熱間圧延に際して変形
抵抗が高くなり、生産性が低下する。他方、畑加熱温度
が１１００℃を越えるときは、結晶粒の粗大化や脱炭が
増大する。更に、Ｎｂの炭化物や窒化物の固溶温度は比
較的高いが、しかし、鋼加熱温度が１１００℃を越える
ときは、結晶粒の粗大化が生じ、点火プラグ主体金具の
成形時の加工性やかしめ性の劣化を招くこととなる。

本発明においては、このように加熱した鋼を熱間圧延す
るが、圧延仕上温度は８５０〜１２００℃の範囲とし、
好ましくは９００〜１１５０℃の範囲である。圧延仕上
温度が１２００℃を越える高温であるときは、結晶粒が
粗大化するので、点火プラグ主体金具の成形時の冷間鍛
造性や冷聞かしめ性、ねじ転造性等の加工性を劣化させ
る。

他方、圧延仕上温度は、結晶粒の挙動からみれば、低温
度であるほど、結晶粒が細かくなり、鋼の靭性が向上す
るが、反面、生産性の低下が著しいので、本発明におい
ては、圧延仕上温度は、８５０℃以上とする。

本発明においては、上記の熱間圧延後の冷却開始温度を
８００〜９５０℃の温度範囲とし、この温度範囲から平
均冷却速度１〜１５℃／秒にて４００℃以下の温度範囲
まで冷却する。冷却開始温度が９５０℃を越える高温で
あるときは、フェライト析出量の調整が困難であり、結
晶粒も大きくなるので、すぐれた靭性を得ることができ
ない。

一方、冷却開始温度が８００℃よりも低いときも、フェ
ライト析出量の調整が困難であり、得られる製品の品質
を一定に保つことが困難となる。

次いで、上記冷却開始温度から平均冷却速度１〜ｂ却することにより、得られる鋼組織を体積含有率６０％
以上のフェライトと残部がマルテンサイト、ベイナイト
又はこれらの混合組織からなる低温変態生成相との複合
組織とする。冷却速度が１℃／秒よりも遅いときは、フ
ェライト相の析出に引き続いてパーライト相が析出する
ことがあるので好ましくなく、他方、１５℃／秒を越え
るときは、所要のフェライト体積含有率を有する複合組
織を得ることが困難となり、この結果、強度及び靭性の
ばらつきが大きくなる傾向が高まる。更に、延靭性が低
下し、点火プラグ主体金具の冷間鍛造性や冷聞かしめ性
を劣化させ、ねじ転造時にねじ山に折れ込みが発生しや
すくなる。従って、本発明の方法においては、平均冷却
速度を１〜１５℃／秒の範囲とする。

本発明の方法において、４００℃以上まで冷却するのは
、４００℃を越える温度で冷却を停止すると、熱間圧延
後の強度ばらつきは小さいが、低温変態生成相の自己焼
戻し効果のばらつきに伴って、点火プラグ主体金具の冷
間成形時の加工硬化が異なり、ねじ部の強度ばらつきを
招き、また、かしめ時に割れが生じたりする。

本発明において用いる鋼は、例えばＬＤ転炉にて溶製さ
れるが、溶製方法については何ら制限されるものではな
い。

本発明による鋼を用いて点火プラグ主体金具を製造する
には、例えば、減面率２０〜３０％の冷間引抜きにて鋼
線を製造し、又は減面率数％の軽度の冷間伸線加工にて
鋼線を製造し、この鋼線を切削加工し、又は冷間鍛造し
、又はこれらの組み合わせとしての加工を施し、所要形
状に成形した後、切削、転造等によってねじ切加工を施
せばよい。

発訓坏υ火果以上のように、本発明による点火プラグ主体金具用鋼は
、所定の化学成分を有し、すぐれた加工性を有するのみ
ならず、高破断トルクと共に、ずくれた熱かしめ性とす
ぐれた冷聞かしめ性とを併せ有するために、かかる鋼よ
り製造される点火プラグ主体金具は、後熱処理を要せず
して、従来材よりも引張強さが高く、従って、主体金具
の絶縁体への熱かしめに際しては、熱かしめ部の割れの
発生もなく、また、冷間かしめによるときは、薄肉部分
に割れが生じることなもなく、且つ、ねじ部の性状も良
好である。点火プラグのシリンダーヘッドへのねじ込み
取付けに際して、主体金具のねじ首部の破断がないので
、特に、ねじ部の引張強さを７．　Ｏｋｇｆ／ｍｍ２以
上とした小型点火プラグ用主体金具の製造に好適に用い
ることができる。

実施拠以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１本実施例は、本発明鋼、従来鋼及び比較網をそれぞれ冷
間引抜き伸線して鋼線とし、これを切削加工によって点
火プラグ主体金具に成形する例を示す。

第１表に示す化学成分を有する鋼を真空溶解炉にて溶製
し、第１表に示す圧延条件にて熱間圧延し、その後、減
面率２０〜３０％の冷間引抜き加工を施して鋼線を製造
した。次いで、この鋼線から切削加工にて取付けねし径
がＭＩＯである点火プラグ主体金具を成形し、ねじ首部
の破断トルクを測定した。圧延材の組織、上記引抜き加
工鋼線の機械的性質、主体金具のねじ部引張強さと共に
、結果を第１表に示す。

尚、第１表において、鋼番号１〜３は、それぞれ市販さ
れている機械構造用低炭素銅の一例である。また、主体
金具ねし首部の破断トルクの測定において、破断ｌ・ル
クは、治工具及び主体金具の表面状態、即ち、摩擦の程
度によって著しく影響を受けるので、主体金具及び治工
具共に潤滑油を塗布し、摩擦係数を一定（０，１５）と
した状態にて測定し、従来材５１７Ｃ材を１００とする
相対的な比較評価を行なった。

第１表に示す結果から明らかなように、本発明による鋼
から切削加工にて成形して製造した点火プラグ主体金具
は、いずれも十分な強度を有し、ねじ部の引張強さはい
ずれも７０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であった。また、ねじ首
部の破断トルクは、３１７Ｃ材からの主体金具に比較し
て、約２０％から５０％も高い値を示す。従って、本発
明鋼は、特に、小型点火プラグ主体金具として用いるに
適することが理解される。

次に、主体金具の薄肉の加熱部を通電加熱後、熱かしめ
を施し、その後、その部分の割れの発生の有無を調べた
結果、第１表に示すように、本発明による鋼材から成形
製造した点火プラグ主体金具によれば、割れば全く認め
られなかった。また、ねじ山の折れ込みもなく、ねじ性
状は良好であつた。

上記熱かしめに代えて、熱を加えない冷間かしめによっ
て、絶縁体を主体金具に固定した。この冷聞かしめによ
る場合も、結果を第１表に示すように、主体金具の薄肉
部分（第１図において加熱部１６に相当する。）に割れ
は全く生じなかった。

実施例２本実施例は、本発明鋼、従来鋼及び比較鋼をそれぞれ軽
度の伸線加工によって鋼線とし、これを前記切削加工よ
りも厳しい加工性が要求される冷間鍛造加工によって点
火プラグ主体金具に成形する例を示す。

第２表に示す化学成分を有する鋼を真空溶解炉にて溶製
し、第２表に示す圧延条件にて熱間圧延し、その後、減
面率４〜５％程度の軽微な冷間伸線加工を施して鋼線を
製造した。次いで、この鋼線に冷間鍛造加工を施して、
取付けねし径がＭｌｏである点火プラグ主体金具を成形
し、ねじ首部の破断トルクを測定した。尚、冷間鍛造に
よる主体金具の成形においては、前述した切削による方
法と異なり、冷間鍛造時の加工硬化による強度上昇が生
じるので、素材鋼線は、実施例１による切削加工用材の
場合に比べて低強度のものを用いた。

ねじ首部の破断トルク、熱かしめ性及び冷聞かしめ性の
評価は、実施例１と同様にして行なった。

第２表において、鋼番号１〜４は、それぞれ市販されて
いる機械構造用低炭素鋼の一例であって、フェライト・
パーライト組織を有する圧延材及びその後に球状化焼鈍
を行なったものを用いた。

第２表に上記伸線加工鋼線の機械的性質と組織、冷間鍛
造加工による主体金具成形時の割れによる不良率、主体
金具のねじ部引張強さ及びねじ首部の破断トルクを示す
。

第２表に示す結果から明らかなように、本発明による鋼
から冷間鍛造にて成形して製造した点火プラグ主体金具
は、いずれも十分な強度を有し、ねじ部の引張強さはい
ずれも７０　ｋｇｆ／ｍｍ２以上であった。更に、ねじ
首部のねじ破断トルクも高い値を示すと共に、熱かしめ
性及び冷聞かしめ性のいずれにもすぐれ、また、ねじ山
の折れ込みもなく、ねじ性状は良好であった。従って、
本発明による複合組織鋼は、小型点火プラグ主体金具と
して用いるに適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は点火プラグを示す部分断面図である。１０・・・点火プラグ主体金具、１１・・・大径胴部、
１２・・・取付けねじ部、１３・・・主体金具ねし首、
１４・・・段部１．１５・・・締結部、１６・・・加熱
部、１７・・・主体金具上端周縁、２０・・・絶縁体、
２１・・・絶縁体大径部、２２・・・段部、３０・・・
中心電極、４０・・・パツキン、５０・・・シール材、
６０・・・パツキン。特許出願人　日本特殊陶業株式会社同　　株式会社神戸製鋼所

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で（ａ）Ｃ０．０２〜０．１０％、Ｓｉ１％以下、Ｍｎ１．０〜２．５％、Ａｌ０．０５〜０．０８％を含有し、更に、（ｂ）Ｔｉ
０．００５〜０．２５％、Ｚｒ０．００５〜０．２５％、Ｖ０．０１〜０．２５％、及びＮｂ０．００５〜０．１０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有し
、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼を９００〜１１０
０℃に加熱し、仕上温度を８５０〜１２００℃として仕
上圧延した後、８００〜９５０℃の温度範囲から平均冷
却速度１〜１５℃／秒にて４００℃以下の温度範囲まで
冷却して、体積含有率６０％以上のフェライトと残部が
マルテンサイト若しくはベイナイト又はそれらの混合組
織からなる低温変態生成相との複合組織とすることを特
徴とする７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上のねじ部引張強さを
有する点火プラグ主体金具用鋼の製造方法。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．０２〜０．１０％、Ｓｉ１％以下、Ｍｎ１．０〜２．５％、Ａｌ０．０５〜０．０８％を含有し、更に、（ｂ）Ｔｉ
０．００５〜０．２５％、Ｚｒ０．００５〜０．２５％、Ｖ０．０１〜０．２５％、及びＮｂ０．００５〜０．１０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、（ｃ）Ｃｒ１．５％以下、Ｍｏ０．３％以下、及びＮｉ１％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有
し、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼を９００〜１１０
０℃に加熱し、仕上温度を８５０〜１２００℃として仕
上圧延した後、８００〜９５０℃の温度範囲から平均冷
却速度１〜１５℃／秒にて４００℃以下の温度範囲まで
冷却して、体積含有率６０％以上のフェライトと残部が
マルテンサイト若しくはベイナイト又はそれらの混合組
織からなる低温変態生成相との複合組織とすることを特
徴とする７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上のねじ部引張強さを
有する点火プラグ主体金具用鋼の製造方法。