KR100289758B1

KR100289758B1 - 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드

Info

Publication number: KR100289758B1
Application number: KR1019940703898A
Authority: KR
Inventors: 루돌프폴네르; 알폰스쉐우링그
Original assignee: 클라우스 포스; 로베르트 보쉬 게엠베하; 게오르그 뮐러
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1994-02-05
Publication date: 2001-05-15
Also published as: CN1103540A; EP0646292B1; EP0646292A1; JPH07506698A; CN1038628C; DE59403368D1; DE4306402A1; WO1994021015A1; US5565730A; KR950701462A

Abstract

스파크 플러그 접점 코어용 전도성 밀봉 컴파운드가 제시되어 있고, 상기 밀봉 컴파운드는 중심 전극의 터미널측 단면과 스파크측 단면 사이에 배치되어 있는 반면에, 상기 밀봉 컴파운드는 가융성 글래스 성분과 분쇄된 전도성 성분을 필수적으로 함유한다. 상기 밀봉 컴파운드의 전도성 성분은 밀봉 컴파운드의 분말 성분에 따라 10 내지 30 체적 % 양의 흑연으로만 구성되어 있다.

Description

[발명의 명칭]

스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드

[종래 기술]

본 발명은 청구범위 제 1 항의 특징부에 따른 스파크 플러그(spark plug) 접점 코어용 전도성 밀봉 컴파운드(sealing compound)에 관한 것이다. 밀봉 컴파운드는 스파크 플러그의 절연체에 있는 중심 전극의 누설 방지 밀봉용으로 사용되고 무선 간섭(radio interference) 방지용으로 사용된다. 상기 밀봉은 또한 저항 밀봉으로 불린다. 이와 관련하여, 상기 저항 밀봉은 각각 중심 전극의 터미널측 단면과 스파크측 단면 상에서 양호한 전도성을 갖는 접점 코어와 그 사이에 배치된 저항 코어를 포함한다.

독일 특허 명세서 제22 45 403호에는 가융성(fusible) 성분과 같은 붕규산 글래스(borosilicate glass)와 전도성 성분과 같은 흑연(graphite)과 매연(soot ; 카본 블랙)을 함유하는 일반적인 접점 코어 밀봉 컴파운드가 기술되어 있다. 또한 전도성 성분과 같은 흑연만을 함유하는 밀봉 컴파운드는 필요한 흑연의 용적에 의한 높은 비율과 상기 공정중에 나타나는 곤란성 때문에 그리고 부적합한 가스 불침 투성 때문에 부적합하다는 것이 지적되었다.

접점 코어의 밀봉 컴파운드의 공지된 조성을 갖는 스파크 플러그는 중심 전극상의 접점 코어에 함유된 매연이 타버리기 때문에 높은 열적 부하하에서 고장을 일으키게 된다. 금속 분말에 의한 매연의 대체는 높은 부하하에서 부적합한 안정성 때문에 만족스럽지 못하다.

상기 저항 코어는 글래스(glass)와, 밀봉 온도에서 용융되지 않은 충진제와 같은 다른 무기 접착제와, 전도성 성분과 같은 카본(carbon)으로 구성되어 있다. 이와 관련하여, 상기 카본은 매연으로 첨가되고 카본을 형성하는 유기 바인더(organic binder)에 의해 첨가된다. 독일 특허 명세서 제32 26 340호에는 특히 유기 바인더와 같은 카복시메틸셀룰로스(carboxymethycellulose ; CMC)의 사용이 기술되어 있다.

[발명의 장점]

저항 밀봉을 위한 밀봉 코어와 접점 코어와 같은 작용에 대해 필요한 흑연의 비율은 독일 특허 명세서 제22 45 403호에 기술된 단점이 발생되지 않도록 너무 높게 설정되지 않아야 한다. 이와 비교하면, 접점 코어로 예정되고 청구범위 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 밀봉 컴파운드는 접점 코어를 제조하기 위해 사용되는 밀봉 컴파운드가 응집(agglomerate)의 경향이 있는 미세하게 분리된 매연보다도 더 양호하게 처리될 수 있는 장점을 갖는다.

청구범위 종속항에 구체화된 특징은 청구범위 제 1 항에 구체화된 저항 밀봉의 더 개량된 장점을 갖는다. 미세한 흑연 입자의 산화에 대한 높은 경향 때문에, 상기 흑연이 5㎛ 이하의 입도(grain-size) 성분을 가능한 적게 갖는다면 특히 양호하다. 상기 입도는 흑연 입자들 사이에서 상향으로 접점의 수에 의해 제한되고, 이 수는 증가하는 입도 보다 훨씬 더 적게 된다. 특정 방안으로는 평균 입자 크기가 20 내지 50㎛, 양호하게는 30 내지 40㎛ 로 가능한 입도 분포가 제한되어야 하며, 10㎛ 이하의 입도 비율은 5% 이하이어야 하고, 96㎛ 이상의 입도 비율은 10% 이하이어야만 한다. 흑연의 산화를 감소시키기 위해, 상기 접점 코어는 환원제(reducing agent)와 같은 미세한 입자의 알루미늄 분말의 체적에 의해 4% 까지 함유할 수 있다. 특히, 높은 부하하에서 양호한 안정성은 밀봉 컴파운드가 밀봉된 후에 중심 전극의 터미널측 단면상의 접점 코어가 스파크측 중심 전극상의 접점 코어보다 더 두껍다면 달성된다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 양호한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 하기에 상세히 기술되고 도시된다. 첨부 도면은 스파크 플러그를 도시한 단면도이다.

[양호한 실시예]

도시한 스파크 플러그(spark plug)는 긍속 스파크 플러그 케이싱(10)에 기밀(gastight) 방법으로 플랜지된 절연재(11)를 포함하고, 터미널측 중심 전극(13)과 스파크측 중심 전극(14)은 절연재 보어(12)내에 삽입된다. 절연재 보어(12)의 중심 단면에 저항 밀봉제(15, 16, 17)가 삽입되어 있고, 터미널측 중심 전극(13)은 스파크측 중심 전극(14)에 전기적으로 연결되어 있다. 본 실시예에서, 저항 밀봉제는 터미널측 중심 전극(13)에 인접한 제 1 접점 코어(15)와, 스파크측 중심 전극(14)과 접촉하는 제 2 접점 코어(16) 및, 상기 두 접점 코어(15, 16) 사이에 배치된 저항 코어(17)를 포함한다. 상기 접점 코어(15, 16)와 저항 코어(17)의 합성은 하기에 더 상세히 설명한다. 스파크 플러그의 접지 전극은 참조 부호 18로 지시되어 있다.

밀봉 상태에서, 스파크측 중심 전극(14)과 저항 코어(17)간의 최소 높이는 0.5mm 이고, 저항 코어(17)와 터미널측 중심 코어(13)간의 최소 높이는 2mm 이다. 이러한 조건은 밀봉 공정중에 도입 산소에 대한 접점 코어(15, 16)의 밀봉 기능에 있다. 산소가 저항 코어(17)에 침투한다면, 다수의 카본은 산화화되고, 그에 의해 저항값이 부분적으로 증가한다. 높은 부하하에서 스파크 플러그의 작동 중에, 더 많은 에너지는 증가된 저항값을 갖는 접점에서 전환된다. 이것은 스파크 플러그의 고장을 초래하는 접점에서 온도를 증가시킨다.

저항 밀봉 혼합물 또는 전도성 밀봉 컴파운드는 각각 두 접점 코어(15, 16)와 저항 코어(17)를 위해 사용된다. 본 실시예에서, 상기 접점 코어(15, 16)와 저항 코어(17) 양자의 밀봉 컴파운드는 중량 백분율에서 하기 조성의 Li Ca 붕규산 글래스(borosilicate glass)를 함유한다.

SiO₂51

Al₂O₃1

CaO 7

B₂O₃37

Li₂O 4

접점 코어(15, 16)를 제조하기 위해 사용되는 전도성 밀봉 컴파운드는 체적 백분율의 하기 조성을 갖는다.

글래스(glass ; 입도 63 내지 400㎛) 64.2

SiC(입도 150 내지 210㎛) 15.0

알루미늄 분말(입도 대략 8㎛) 0.8

흑연(입도 5 내지 80㎛) 20.0

글래스, SiC 및 알루미늄 분말은 건조 상태로 혼합된다. 그런 다음, 글래스, SiC 입자 및, 알루미늄 입자 샘플은 바인더와 같은 수성 덱스트린(aqueous dextrin) 용액을 사용하는 흑연으로 피복된다. 덱스트린 비율은 대략 1% 이다. 그런 다음, 상기 혼합물이 건조된다. 따라서 거친 성분은 스크린닝(screening)에 의해 분해되거나 또는 분리된다.

저항 컴파운드를 제조하기 위해, 초기 저항 혼합물이 생성한다. 6 킬로오옴(KΩ)의 초기 저항 혼합물은 중량 백분율의 하기 조성을 갖는다.

서멀 블랙(thermal black) 3.7

ZrO₂81.0

글래스(입도 ＜ 63㎛) 15.3

초기 저항 혼합물은 체적 백분율의 하기 조성식에서 다른 글래스와 융합 강옥(fused corundum)으로 최종적으로 혼합된다.

글래스(입도 63 내지 400㎛) 59.0

융합 강옥(입도 120 내지 250㎛) 25.0

초기 저항 혼합물 16.0

글래스와 융합 강옥은 건조 상태로 혼합된다. 그런 다음, 거친 글래스 입자와 강옥 입자는 정제된 Ca 카복시메틸 셀룰로스(carboxymethycellulose ; CMC)의 수성 용액을 사용하여 미리 접지된 초기 저항 혼합물로 피복된다. 최종 저항 컴파운드에서 CMC 비율은 0.1 내지 1.0 질량 %, 양호하게는 0.2 질량 % 이다. 상기 혼합물은 최종적으로 건조되고 거친 성분은 스크린닝에 의해 분해되거나 분리된다. 저항 코어(17)의 저항값은 매연 성분과, 초기 저항 혼합물 및 CMC 양을 변경시키므로써 조정된다.

저항 밀봉을 생성하기 위해, 먼저 스파크측 접점 코어(16)의 전도성 밀봉 컴파운드, 그 다음에 저항 코어(17)의 저항 컴파운드, 그리고 최종적으로 접점 코어(15)의 전도성 밀봉 컴파운드가 램(ram)을 사용하여 삽입되고 미리 소형화되는 스파크측 중심 전극(14)을 갖는 절연재(11)의 절연재 보어(12) 안으로 도입된다. 터미널측 중심 전극(13)은 상부 접점 코어(15)에 배치되어 하향으로 가압된다. 이 방법에서 미리 조립된 절연재(11)는 850 내지 900℃의 온도로 가열된다. 이 온도에서, 터미널측 중심 전극(13)은 접점 코어(15)의 유연한 접점 컴파운드로 가압된다.

전도성 밀봉 컴파운드와 도입된 저창 컴파운드의 양은 이들이 도입되고 미리 소형화된 후에 터미널측 중심 전극(13)이 절연재(11)의 단부면위로 대략 6 내지 8mm 돌출하고, 중심 전극(13)을 가열하고 가압한 후에 하기 코어 높이가 얻어지도록 선택된다.

스파크측 접점 코어 0.5 내지 5mm

저항 코어 5 내지 8mm

터미널측 접점 코어 2mm 이상

본 발명에 따른 저항 밀봉을 갖는 스파크 플러그는 접점 코어에서 전도성 위상(phase)과 같은 매연과 흑연을 갖는 스파크 플러그와 비교하면 높은 열적 부하하의 엔진에서 작동된다. 매연 함유 접점 코어를 갖는 스파크 플러그의 경우에, 200 메가오옴 이상까지의 저항 증가가 대략 200 가동 시간 후에 발생한다. 이들 스파크 플러그의 경우에, 표시된 다공성 프린지(fringe)는 중심 전극 헤드 주변에서 탐지될 수 있고, 상기 프린지는 엔진 작동 중에 높은 열적 부하로 인해 매연의 연소에 의해 생성된다. 본 발명과 상술한 실시예에 따른 저항 밀봉을 갖는 스파크 플러그는 500 가동 시간 후에 약간의 저항 변경만을 나타내고, 어떤 다공성이 중심 전극 헤드 주변에서 탐지되지 않으며, 상기 다공성은 흑연의 산화를 나타낸다.

하기 표에는 다른 조성의 접점 코어의 시험 결과와 높이가 도시되어 있다.

Claims

밀봉 컴파운드가 가융성 글래스 성분과 분쇄된 전도성 성분을 필수적으로 함유하고, 중심 전극의 터미널측 단면과 스파크측 단면 사이의 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드에 있어서, 상기 전도성 성분은 카본 블랙이 없는 흑연을 함유하고, 이 흑연은 밀봉 컴파운드에 함유된 분쇄된 성분에 따라 10 내지 30 체적 %의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제1항에 있어서, 상기 흑연은 카본 블랙이 없는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제2항에 있어서, 상기 흑연은 20 내지 50㎛ 의 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제3항에 있어서, 상기 흑연은 30 내지 40㎛ 의 입도를 갖고, 10㎛ 이하의 평균 입도 비율은 5% 이하이며, 96㎛ 이상의 입도 비율은 10% 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제1항에 있어서, 상기 흑연은 밀봉 컴파운드에 함유된 분쇄된 성분에 따라 18 내지 22 체적 %의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제1항에 있어서, 밀봉 컴파운드는 각 경우에 터미널측 중심 전극(13)과 스파크측 중심 전극(14)상에 제공되고, 내부 밀봉후 터미널측 중심 전극(13)상의 밀봉 컴파운드는 스파크측 중심 전극(14)상의 밀봉 컴파운드보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제6항에 있어서, 저항 컴파운드(17)는 터미널측 중심 전극(13)상의 밀봉 컴파운드와 스파크측 중심 전극(14)상의 밀봉 컴파운드 사이에 배치되고, 밀봉 컴파운드 측상에 있는 스파크측 중심 전극(14)의 단부면과 저항 컴파운드(17) 사이의 공간은 적어도 0.5mm이며, 밀봉 컴파운드 측상에 있는 터미널측 중심 전극(13)의 단부면과 저항 컴파운드(17) 사이의 공간은 적어도 2mm 인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제1항에 있어서, 상기 흑연은 20내지 50㎛의 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
제8항에 있어서, 상기 흑연은 30 내지 40㎛ 의 입도를 갖고, 10㎛ 이하의 평균 입도 비율은 5% 이하이며, 96㎛ 이상의 입도 비율은 10% 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그용 전도성 밀봉 컴파운드.
중심 스파크 플러그 전극의 터미널측 단면과 스파크측 단면 사이에 배치된 전도성 밀봉 컴파운드를 가지며, 가융성 글래스 성분과 분쇄된 전도성 성분을 필수적으로 함유하는 스파크 플러그에 있어서, 상기 전도성 성분은 카본 블랙이 없는 흑연을 함유하고, 이 흑연은 밀봉 컴파운드에 함유된 분쇄된 성분에 따라 10 내지 30 체적 %의 양으로 존재하며, 상기 밀봉 컴파운드는 각 경우에 터미널측 중심 전극(13)과 스파크측 중심 전극(14)상에 제공되고, 밀봉후 터미널측 중심 전극(13)상의 밀봉 컴파운드는 스파크측 중심 전극(14)상의 밀봉 컴파운드보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
제10항에 있어서, 저항 컴파운드(17)는 터미널측 중심 전극(13)상의 밀봉 컴파운드와 스파크측 중심 전극(14)상의 밀봉 컴파운드 사이에 배치되고, 밀봉 컴파운드 측상에 있는 스파크측 중심 전극(14)의 단부면과 저항 컴파운드(17) 사이의 공간은 적어도 0.5mm 이며, 밀봉 컴파운드 측상에 있는 터미널측 중심 전극(13)의 단부면과 저항 컴파운드(17) 사이의 공간은 적어도 2mm 인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
제10항에 있어서, 상기 흑연은 밀봉 컴파운드에 함유된 분쇄된 성분에 따라 18 내지 22 체적 %의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
제10항에 있어서, 상기 흑연은 20 내지 50㎛ 의 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
제13항에 있어서, 상기 흑연은 30 내지 40㎛ 의 입도를 갖고, 10㎛ 이하의 평균 입도 비율은 5% 이하이며, 96㎛ 이상의 입도 비율은 10% 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.