KR100448839B1 - 점화 플러그와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극 모재들(30, 40)에 고정되며 백금 함금 또는 이리듐 합금으로 만들어진 귀금속 팁들(50, 60)을 제공한다. 전극 모재들(30, 40)은 니켈, 철 및 코발트로 구성된 군에서 선택된 주성분 원소와 그리고 다수의 첨가 성분들을 포함하는 합금이다. 이 합금에 함유된 첨가 원소들 중 적어도 두 종류는 주성분 원소보다 작은 표준 생성 자유 에너지를 갖는다.

Description

점화 플러그와 그 제조 방법{SPARK PLUG AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 중심 전극, 접지 전극, 및 이 중심 전극과 접지 전극 중 적어도 하나의 역할을 하는 전극 모재(electrode base material)에 고정된 귀금속 팁(noble metallic tip)을 가진 점화 플러그에 관한 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 점화 플러그는 자동차에 장착되는 내연 기관, 열병합 발전 설비, 가압 가스 공급 펌프(pressurized gas feeding pump) 등에 적용될 수 있다.

일반적으로, 내연 기관에 사용되는 점화 플러그는 중심 전극, 이 중심 전극을 유지하는 절연 애자(insulator), 이 절연 애자를 유지 고정하는 하우징, 일단부(一端部)는 하우징에 고정되고 타단부(他端部)는 중심 전극과 마주보는 접지 전극을 갖는다. 현재 엔진들의 고성능화를 만족시키고, 유지보수를 자유롭게 하기 위해 점화 플러그의 장수명화를 보장하는 것이 강하게 요청되어, 귀금속 팁이 중심 전극 및 접지 전극 선단(즉, 불꽃 방전 부분)에 접합하여 배설하고 있다.

이 경우 전극 모재와 귀금속 팁의 열팽창 계수가 다르기 때문에, 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합부(joint area)에 상당한 열응력이 작용한다. 최근 엔진들은 엄격한 배기가스 정화가 요구되며, 희박 연소 기술(lean burn combustion)을 이용하고, 점화 플러그의 전극들은 고온 연소에 노출된다. 플러그의 온도의 급격한 상승 및 하강은 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합부에 심각한 열 부하를 작용시킨다.

팁의 외주(外周) 영역에 작용하는 열응력은 크다. 열응력이 클수록, 팁의 외주로부터 그 중심으로의 산화가 더 빨리 진행된다. 달리 표현하면, 연결(또는 접합) 신뢰도가 작게 되어 귀금속 팁은 떨어지거나 전극 모재로부터 벗겨질 것이다. 이러한 열응력을 완화하기 위해, 일본국 특허 제59-47436호는 열처리에서 발산 효과를 부여 할 수 있는 완화층(relaxing layer)을 개시하고 있다.

그러나, 전술한 종래 제조 방법에 따르면, 열처리 공정의 추가로 인하여 제조비가 증가한다. 이러한 문제의 관점에서, 전극 모재와 귀금속 팁에 대해 유사한 열팽창 계수를 갖는 물질들을 선택함이 바람직할 것이다. 그러나, 이 방법에는 다음과 같은 문제점들이 있다.

예를 들어, 전극 모재의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖는 물질로 귀금속 팁을 만들면, 귀금속에 대하여 니켈과 같은 첨가 물질들을 다량 첨가하여야 할 것이다. 이것은 귀금속 팁의 불꽃 소모성(anti-exhaustion property)을 악화시키며, 따라서 점화 플러그의 만족할 만한 수명을 보장할 수 없다.

이와 반대로, 귀금속 팁의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖는 물질로 전극 모재를 만들면, 전극 모재는 텅스텐 또는 몰리브덴과 같이 열팽창 계수가 작은 성분을 포함할 필요가 있게 될 것이다. 이것은 전극 모재의 굽힘성(즉, 가공성)을 저하시킬 것이다. 이러한 재료는 점화 플러그로 사용될 수 없다.

위에서 기술한 문제들의 관점에서, 본 발명은 전극 모재의 충분한 가공성뿐만 아니라 귀금속 팁의 불꽃 소모성을 보장할 수 있는, 그리고 귀금속 팁과 전극 모재 사이의 우수한 접합 강도를 보장할 수 있는 점화 플러그를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 점화 플러그의 전체 구성을 나타낸 반단면도,

도 2는 불꽃 방전 부분과 도 1에 도시한 점화 플러그의 불꽃 방전부 주변을 도시한 도면,

도 3은 접지 전극과 도 1에 도시한 점화 플러그의 접지 전극 팁 사이의 접합 부를 도시한 확대 단면도,

도 4는 시험(검사)한 전극 모재들의 다양한 성분들을 나타낸 표,

도 5는 도 4에 이어서 시험한 전극 모재들의 다양한 구성들 중 나머지를 나타낸 표,

도 6은 전극 모재가 크롬과 알루미늄을 첨가 원소로 포함하고, 크롬의 첨가량을 16 중량 퍼센트로 고정한 경우, 박리율과 알루미늄 첨가량 사이의 관계를 나타낸 그래프,

도 7은 접지 전극 온도가 도 6의 경우보다 높을 때 박리율과 알루미늄 첨가량의 관계를 나타낸 그래프,

도 8A는 귀금속 팁이 레이저 용접에 의해 전극 모재에 접합되는 경우 불꽃 방전 부분과 그 주변을 나타낸 단면도,

도 8B는 도 8A에 도시한 점화 플러그의 접지 전극과 접지 전극 팁 사이의 굽힘 부분을 나타낸 확대 단면도,

도 9(a) 내지 도 9(e)는 접지 전극에 귀금속 팁을 붙이는데 사용되는 종래 방법을 설명하는 순서도,

도 10은 접지 전극에 귀금속을 붙이기 위한 본 발명으로 생기는 유용한 효과들을 나타낸 그래프,

도 11은 접지 전극에 귀금속 팁을 붙이기 위한 본 발명의 방법으로 생기는 또 다른 유용한 효과들을 나타낸 그래프,

도 12는 경도와 전극 모재의 알루미늄 첨가량의 관계를 나타낸 그래프,

도 13은 방전 틈새의 이산과 전극 모재의 경도의 관계를 나타낸 그래프,

도 14는 반복적인 온도 사이클에 있을 때 전극 모재의 표면 상에 형성되는 크롬 산화물과 알루미늄 산화물로 구성된 표면 피막을 도시한 확대 단면도,

도 15A는 귀금속 팁이 저항 용접에 의해 접지 전극에 붙여질 때 귀금속 팁의 외주 영역에 형성되는 크롬 산화물 및 알루미늄 산화물로 구성된 표면 피막을 도시한 평면도,

도 15B는 도 15A의 D-D선을 따라 취하여 표면 피막을 도시한 개략 단면도,

도 16A는 귀금속 팁이 레이저 용접에 의해 접지 전극에 붙여질 때 귀금속 팁의 외주 영역에 형성되는 크롬 산화물 및 알루미늄 산화물로 구성된 표면 피막을 나타낸 평면도,

도 16B는 도 16A의 E-E 선을 따라 취하여 표면 피막을 도시한 개략 단면도,

도 17A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점화 플러그를 나타낸 단면도, 및

도 17B는 도 17A에 도시한 점화 플러그를 나타낸 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 중심 전극 40 : 접지 전극

50, 60 : 귀금속 팁

위 목적 및 기타 관련 목적들을 달성하기 위해, 본 발명의 발명자들은 전극 모재에 초점을 맞춘 연구 및 개발을 하였다. 엔진이 작동하는 동안, 점화 플러그의 모든 전극 구성 요소들은 산소와 화학 반응을 일으키며 다소 산화물을 형성한다. 각각의 산화된 구성 요소의 상태는 표준 생성 자유 에너지(standard free energy of formation), 첨가량 등에 의존한다. 그러므로, 본 발명자들은 여러 조성의 전극 모재를 평가하는 실험들을 실행하였다.

실험 결과에 따르면, 주성분 원소보다 표준 생성 자유 에너지(이 경우엔 산화물의 생성에 요구되는)가 작은 둘 이상의 첨가 원소들을 첨가하는 것은 전극 모재의 표면에 한 첨가 원소의 산화물 피막(즉, 표면 산화층)을 안정적으로 형성하고 이 산화물 피막 바로 밑에 다른 종류인 첨가 원소의 산화물(즉, 내부 산화층)을 안정적으로 형성하는데 효과적이다.

표면 산화물 피막이 전극 모재의 표면에 안정적으로 형성될 때, 전극 모재의 내부 쪽으로 산화 반응이 더 진행되지 않는다. 또한, 귀금속 팁의 외주 영역에 안정적으로 존재하는 내부 산화층은 이 영역에서 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 열팽창 계수 차가 줄어들 수 있게 한다. 따라서, 귀금속 팁의 외주 영역 안에 나타나는 열응력을 줄일 수 있게 되며, 산화 반응이 외주 영역으로부터 진행되는 것이 억제되기도 하는데, 이렇게 함으로써 귀금속 팁과 전극 모재 사이의 우수한 연결 강도 또는 접합 강도를 보장한다. 본 발명은 이러한 실험적인 분석을 통해 안출된 것이다.

보다 상세히는, 본 발명은 중심 전극, 이 중심 전극을 유지하는 절연 애자, 이 절연 애자를 유지 고정하는 하우징, 일단부는 하우징에 고정되고 타단부는 중심 전극과 마주보는 접지 전극, 및 전극 모재에 접합되어 중심 전극과 접지 전극 중 적어도 하나의 역할을 하는 귀금속 팁으로 이루어진 제1점화 플러그를 제공한다. 전극 모재는 니켈(Ni), 철(Fe) 및 코발트(Co)로 구성된 군에서 선택된 주성분 원소, 다수의 첨가 원소를 함유하는 합금이며, 이 합금에 함유되어 있는 첨가 원소들 중 적어도 두 종류는 주성분 원소보다 표준 생성 자유 에너지가 더 작은 것이 이 제1점화 플러그의 특징이다.

이러한 구성에 따르면, 전극 모재 안에 함유된 첨가 원소가 주성분 원소보다 작은 표준 생성 자유 에너지를 갖는다. 그러므로, 첨가 원소는 주성분 원소보다 큰 산소 친화 층을 갖는다. 달리 표현하면, 전극 모재 안에 함유된 첨가 원소는 주성분 원소에 비해서 자신의 산화물로 변하려는 경향이 크다. 따라서, 전극 모재에 함유된 첨가 원소는 전극 모재의 표면에서 쉽게 산화한다.(즉, 쉽게 산화층으로 변한다.)

본 발명자들이 실행한 실험들에 의해 증명된 것처럼, 이러한 특성들이 있는 두 종류의 첨가 원소들을 전극 모재에 첨가함으로써 표면 산화층 밑에 위치한 내부 산화층 뿐만 아니라 표면 산화층을 이 전극 모재의 표면 상에 안정적으로 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명은 전극 모재의 안쪽 부분의 산화를 억제하므로, 전극 모재로서 기본적으로 요구되는 내열 및 내산화(oxidation resistance) 특성을 보장한다. 더욱이, 본 발명은 전극 모재의 경계와 귀금속 팁의 외주 영역에 작용하는 열응력을 줄이고, 전극 모재의 외주 영역으로부터 안쪽으로 산화가 진행됨을 억제한다. 따라서, 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 또는 연결 강도가 현저히 향상될 수 있다.

더욱이, 표면 산화물 피막과 내부 산화층의 형성은 엔진을 사용함에 따라 점진적으로 진행된다. 그러므로, 각 첨가 원소의 첨가량이 적절하게 조절된다면, 전극 모재의 초기 작업 또는 가공 조건에서 문제가 없을 것이다. 더욱이, 귀금속 팁의 성분을 변화시킬 필요가 없다. 이것은 귀금속 팁의 불꽃 소모성을 적절히 유지할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명은 전극 모재의 충분한 가공성 뿐만 아니라 귀금속 팁의 충분한 불꽃 소모성을 보장할 수 있으며, 귀금속 팁과 전극 모재 사이의 접합 강도가 우수하도록 보장할 수 있는 점화 플러그를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전극 모재의 주성분 원소는 니켈인 것이 바람직하며, 이렇게 하여 전극 모재는 우수한 고온 강도와 내열 및 내산화 특성을 갖는 니켈을 주성분 원소로 하는 합금으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명자들은 2 이상의 첨가 원소들 중에서 표준 생성 자유 에너지가 상대적으로 큰 첨가 원소가 표면 산화물 피막을 형성하는 경향이 크며, 표준 생성 자유 에너지가 상대적으로 작은 첨가 원소가 내부 산화층을 형성한다는 것을 실험으로 확인하였다.

표준 생성 자유 에너지가 큰 첨가 원소는 표준 생성 자유 에너지가 작은 첨가 원소에 비해 산화가 어렵다. 전극 모재의 표면은 산소 환경에 노출되어 있다. 따라서, 표준 생성 자유 에너지가 더 큰 첨가 원소는 전극 모재의 표면 상에서 전극 모재의 안쪽보다 산화되는 경향이 더 있는 것으로 알려져 있다.

위 설명의 관점에서, 전극 모재는 표준 생성 자유 에너지가 서로 다른 적어도 두 종류의 첨가 원소들을 함유하는 것이 바람직하다. 표준 생성 자유 에너지가 보다 작은 첨가 원소는 내부 산화층을 형성하는 반면, 표준 생성 자유 에너지가 더 큰 첨가 원소는 견고한 표면 산화물 피막을 형성한다.

특히, 점화 플러그가 1,000~1,100℃의 고온 범위에서 사용될 때, 점화 플러그는 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 강도 뿐만 아니라 전극 모재의 내열성에 비해 충분한 내구성을 가져야만 한다. 이러한 관점에서, 본 발명은 이러한 고온 환경에서 사용되는 점화 플러그에 적용될 수 있다.

또한, 전극 모재의 성분은 다음 관계, 즉, E1 < 1.2 ×E0 및 E2 < 1.2 ×E1 을 만족하는 것이 바람직한데, 여기서 E0는 1,000~1,100℃의 온도 범위에서의 주성분 원소의 표준 생성 자유 에너지를 나타내며, E1은 1,000~1,100℃의 온도 범위에서의 한 첨가 원소의 표준 생성 자유 에너지를 나타내고, E2는 1,000~1,100℃의 온도 범위에서의 또 다른 적어도 하나인 첨가 원소의 표준 생성 자유 에너지를 나타낸다.

상대적으로 작은 표준 생성 자유 에너지 E2를 갖는 첨가 원소가 내부 산화층을 형성하는 반면, 1,000~1,100℃의 고온 범위에서 사용되는 점화 플러그에서 상대적으로 높은 표준 생성 자유 에너지 E1을 갖는 첨가 원소가 표면 산화물 피막을 형성할 수 있게하도록, E1 < 1.2 ×E0 및 E2 < 1.2 ×E1 관계를 만족시키는 두 종류의 첨가 원소들을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명가들에 의해 실행된 실험적 연구는, 1,000~1,100℃의 온도 범위에서 보다 큰 표준 생성 자유 에너지 E1을 갖는 첨가 원소의 첨가량이 1,000~1,100℃의 온도 범위에서 보다 작은 표준 생성 자유 에너지 E2를 갖는 첨가 원소의 첨가량보다 3배 이상인 경우에 바람직한 결과를 얻을 수 있음을 보여주었다. 보다 큰 표준 생성 자유 에너지 E1을 갖는 첨가 원소는 보다 작은 표준 생성 자유 에너지 E2를 갖는 각 첨가 원소와 비교할 때 곧바로 산화되고 전극 모재의 표면 상에 표면 산화물 피막을 안정적으로 형성한다.

본 발명의 제1점화 플러그는 이러한 연구로부터 도출되었다. 환언하면, 표준 생성 자유 에너지 E2를 갖는 첨가 원소의 첨가량은 1.5 중량 퍼센트 이상이며 표준 생성 자유 에너지 E1을 갖는 첨가 원소의 첨가량은 표준 생성 자유 에너지 E2를 갖는 각 첨가 원소의 첨가량의 적어도 3배인 것이 바람직하다.

이것은 본 발명의 효과를 충분히 달성하는데 바람직하다. 더욱이, 표준 생성 자유 에너지 E2를 갖는 첨가 원소의 첨가량을 1.5 중량 퍼센트로 조절함으로써, 표준 생성 자유 에너지 E2를 갖는 첨가 원소는 열응력을 줄일 수 있는 내부 산화층을 확실히 형성할 수 있다.

더욱이, 표준 생성 자유 에너지가 E1인 첨가 원소는 크롬(Cr)을 포함하는 것이 바람직하다. 표준 생성 자유 에너지가 E2인 첨가 원소는 알루미늄(Al)을 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 전극 모재의 주성분 원소는 니켈인데, 니켈의 표준 생성 자유 에너지 E0는 1,000℃에서 -60 ㎉이다. 한편, 크롬의 표준 생성 자유 에너지 E1은 -120 ㎉이다. 알루미늄의 표준 생성 자유 에너지 E2는 -200 ㎉이다. 이들 데이터는 표준 생성 자유 에너지에 대한 위의 관계를 만족시킨다.

전극 모재가 첨가 원소들인 크롬과 알루미늄의 화합물을 함유하고, 알루미늄의 첨가량이 1.5 중량 퍼센트 이상이고 크롬의 첨가량이 알루미늄의 첨가량의 적어도 3배인 경우, 접합 강도가 향상될 수 있다.

이 경우, 내부 산화층의 역할을 하는 알루미늄 산화물은 전극 모재 안에 쌓이며 전극 모재와 알루미늄 산화물로 구성된 혼합층을 형성한다. 알루미늄 산화물의 열팽창 계수는 상대적으로 작다. 이 혼합층의 전체 열팽창 계수는 전극 모재 자체의 열팽창 계수보다 작고 귀금속 팁의 열팽창 계수에 가까운 값이다. 따라서, 전극 모재와 귀금속 팁의 외주 영역의 경계 상에 작용하는 열응력을 완화시킬 수 있고, 산화 반응이 외주 영역으로부터 전극 모재 내부로 진행되는 것을 억제할 수 있게 된다. 따라서, 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 또는 결합 강도가 향상될 수 있다.

전극 모재가 첨가 원소인 크롬과 알루미늄의 화합물을 함유하는 경우, 크롬의 첨가량은 10~20 중량 퍼센트의 범위에 있으며, 알루미늄의 첨가량은 1.5~5.5 중량 퍼센트의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이것은 전극 모재의 가공성을 개선하고, 또한 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 강도를 향상시킨다. 더욱이, 알루미늄의 첨가량은 2.2~5.0 중량 퍼센트의 범위에 있는 것이 더 바람직하다.

크롬의 첨가량 범위와 관련하여, 위에서 정한 하한값은 표면 산화물 피막을 형성하는데 필수적인 첨가량이고 상한값은 전극 모재의 가공성을 보장하는데 필수적인 첨가량이다. 알루미늄의 첨가량 범위와 관련하여, 위에서 정한 하한값은 열응력을 완화하는데 필수적인 첨가량이며, 위에서 정한 상한값은 전극 모재의 가공성을 보장하는데 필수적인 첨가량이다.

더욱이, 본 발명의 제1점화 플러그에 있어서, 전극 모재가 철을 함유하는 것이 바람직하며, 여기서 철의 첨가량은 알루미늄의 첨가량보다 많다. 비록 전극 모재의 가공성이 조금 떨어지더라도, 철을 부가하는 것은 전극 모재의 가공성을 향상시키는데 효과적이다.

또한, 주성분 원소, 크롬 및 알루미늄 외의 원소들의 총 양은 20 중량 퍼센트 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 제1점화 플러그에 있어서, 주성분 원소, 크롬 및 알루미늄 외의 원소들을 첨가하는 것은 탈산(脫酸) 및 단조 특성들을 향상시키는데 효과적이다. 주성분 원소, 크롬 및 알루미늄 외의 원소들의 총 양을 20 중량 퍼센트 이하로 제한하면 악영향이 없다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극 모재에 알루미늄을 첨가하는 것은 전극 모재의 경도를 향상시킬 수 있으므로 가공성이 떨어지게 된다. 따라서, 방전 틈새를 성형하기 위해 접지 전극에 굽힘 가공을 할 경우, 접지 전극의 스프링 백(spring back)은 전극 모재의 경도가 증가함에 따라 더 커진다. 이것은 방전 틈새 성형의 정밀성을 떨어뜨린다.

이 문제는 전극 모재의 경도를 낮춤으로써 해결될 수 있다. 이 경우, 이 문제를 해결하기 위한 비결은 굽힘 가공되지 않는 전극 모재의 일부분(달리 표현하면, 굽힘 가공에 의해 경화되지 않는 부분)의 경도이다. 더 상세히는, 비커스 경도(Vickers' hardness; Hv0.5)가 210 이하일 때 실용적으로 허용 가능한 범위 내에서 스프링 백을 적절하게 제한할 수 있으므로, 방전 틈새가 정확하게 형성될 수 있다. 비커스 경도(Hv0.5)가 190 이하이면, 방전 틈새가 보다 정밀하게 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 비커스 경도 데이터는 시험력(testing force)이 4.903 N(Hv0.5)이고 JIS:Z2244에서 규정되어 있는 마이크로 비커스 시험 방법(micro Vickers' hardness testing method)에 따라 측정된 것들 중 하나이다.

따라서, 전극 모재의 일부분이 가공 경화에 노출되지 않고 210 이하의 경도(Hv0.5)를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 가공성이 우수한 전극 모재를 갖는 점화 플러그를 제공하는데 효과적이다. 더욱이, 전극 모재의 일부분이 가공 경화에 노출되지 않고 경도(Hv0.5)가 190이하인 것이 바람직하다. 이것은 가공성이 보다 우수한 전극 모재를 갖는 점화 플러그를 제공하는데 효과적이다.

또한, 본 발명은 중심 전극, 이 중심 전극을 유지하는 절연 애자, 이 절연 애자를 유지 고정하는 하우징, 일단은 하우징에 고정되고 타단은 중심 전극과 마주보는 접지 전극, 및 전극 모재에 접합된 귀금속 팁으로 구성되는 제2점화 플러그를 제공하는데, 여기서, 전극 모재는 중심 전극과 접지 전극 중 적어도 하나의 역할을 하며, 전극 모재는 주성분 원소로 NCF600 그리고 첨가 원소로 알루미늄을 함유한다.

NCF600은 일본 공업 규격(JIS)에서 규정된 니켈 합금이다. 본 발명의 전극 모재에 따르면, 주성분 원소는 NCF600에 함유된 니켈이다. 동시에 NCF600에 함유되어 있는 크롬은 첨가 원소 역할을 한다. 첨가 원소로 첨가된 알루미늄은 첨가 원소 역할을 한다. 따라서, 제2점화 플러그에는 제1점화 플러그와 동일한 효과가 있다.

더욱이, 본 발명의 제2점화 플러그에 있어서, 알루미늄의 첨가량은 1.5~5.5 중량 퍼센트의 범위 내(더 바람직하게는, 2.2~5.0 중량 퍼센트 범위 내)에 있는 것이 바람직하다.

더욱이, 본 발명의 제2점화 플러그에 있어서, 전극 모재의 일부분이 가공 경화에 노출되지 않고 210 이하의 경도(Hv0.5)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극 모재의 일부분이 가공 경화에 노출되지 않고 190 이하의 경도(Hv0.5)를 갖는 것이 더 바람직하다.

또한, 본 발명은 중심 전극, 이 중심 전극을 유지하는 절연 애자, 이 절연 애자를 유지 고정하는 하우징, 일단은 하우징에 고정되고 타단은 중심 전극과 마주보는 접지 전극, 및 전극 모재에 접합된 귀금속 팁으로 구성된 제3점화 플러그를 제공하는데, 전극 모재는 중심 전극 및 접지 전극 중 적어도 하나로서의 역할을 하며, 온도가 300℃ 이하에서부터 1,000℃ 이상으로 적어도 100회 반복적으로 변하고 전극 모재가 1시간 이상의 총 시간 동안 1,000℃ 이상의 온도 수준으로 유지되며 전극 모재가 대기 환경에 노출될 경우, 크롬 산화물이 전극 모재 표면 상에 형성되고 알루미늄 산화물이 크롬 산화물 보다도 내부에 형성된다.

이와 같은 구성에 따르면, 점화 플러그가 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 강도에 심각한 영향을 주는 1,000℃ 이상의 고온 환경에서 사용될 때, 크롬 산화물이 표면 산화물 피막으로서 안정적으로 형성되며, 알루미늄 산화물이 이 표면 산화물 피막보다도 내부에 위치하는 내부 산화층으로서 안정적으로 형성된다.

이 경우, 표면 산화물 피막의 역할을 하는 크롬 산화물과 내부 산화층의 역할을 하는 알루미늄 산화물은 엔진이 사용되는 동안 점진적으로 형성된다. 그러므로, 본 발명의 제1점화 플러그와 마찬가지로, 전극 모재의 초기 가공 또는 작업 조건에 문제가 없다. 더욱이, 귀금속 팁의 성분을 바꿀 필요성이 없다. 이것은 귀금속 팁의 불꽃 소모성을 적절히 유지할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명은 전극 모재의 만족할만한 가공성 뿐만 아니라 귀금속 팁의 만족할만한 불꽃 소모성을 보장할 수 있고, 귀금속 팁과 전극 모재 사이의 우수한 접합 강도를 보증할 수 있는 점화 플러그를 제공한다.

이 경우, 전극 모재의 크롬 산화물 및 알루미늄 산화물은 귀금속 팁의 외주 영역에 형성됨으로써 본 발명의 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 내지 제3점화 플러그들에 있어서, 귀금속 팁은 주성분원소로 백금을 그리고 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru) 및 오스뮴(Os)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 한가지 첨가 원소를 함유하는 백금 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다.

더 상세하게는, 귀금속 팁에 바람직한 재료는 백금을 주성분 원소로 하고 이리듐(50 중량 퍼센트 이하), 니켈(40 중량 퍼센트 이하), 로듐(50 중량 퍼센트 이하), 텅스텐(30 중량 퍼센트 이하), 팔라듐(40 중량 퍼센트 이하), 루테늄(30 중량 퍼센트 이하) 및 오스뮴(20 중량 퍼센트 이하)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가 원소를 포함하는 백금 합금이다.

다른 방법으로, 귀금속 팁이 이리듐을 주성분 원소로 하고, 로듐(Rh), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru) 및 오스뮴(Os)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 첨가 원소를 함유하는 이리듐 합금으로 만들어지는 것도 바람직하다.

더 상세하게는, 귀금속 팁으로 바람직한 재료는 이리듐을 주성분 원소로 하고, 로듐(50 중량 퍼센트 이하), 백금(50 중량 퍼센트 이하), 니켈(40 중량 퍼센트 이하), 텅스텐(30 중량 퍼센트 이하), 팔라듐(40 중량 퍼센트 이하), 루테늄(30 중량 퍼센트 이하) 및 오스뮴(20 중량 퍼센트 이하)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 한가지 첨가 원소를 포함하는 이리듐 함금이다.

전술한 귀금속 팁을 사용하는 것은 우수한 불꽃 소모성을 갖는 팁을 제공할 수 있게 한다. 이것은 심한 열 부하(thermal load)에 노출될 장래 엔진에 사용될 점화 플러그의 충분한 수명을 보증한다.

더욱이, 본 발명은 위에서 설명한 본 발명의 제 1 내지 제3점화 플러그를 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 소정의 길이를 갖는 중심 전극과 접지 전극 중 적어도 하나의 최종 형상으로 전극 모재를 절단하는 단계와 귀금속 팁을 전극 모재에 접합하는 단계로 구성된다.

종래 방법에 의하면, 접지 전극용 전극 모재가 접지 전극의 최종 길이보다 긴 길이를 갖는 반완성된 형상(semifinished shape)으로 잘려진다. 귀금속 팁은 반완성된 접지 전극의 소정의 부분에 붙여진다. 그 다음, 전극 모재가 소정의 길이를 갖는 접지(또는 중심) 전극의 최종 형상으로 더 잘린다. 이러한 복잡한 방법은 절단 가공시 처짐(sag) 또는 끝말림(burr)을 유발하는 종래 모재의 고유 특성으로 인하여 불가피한 것이다. 절단 가공시 발생하는 처짐 또는 끝말림을 고려하면, 이 절단 작업을 두 단계로 분리하는 것이 절대적으로 필요하다. 즉, 제 1 단계에서는, 전극 모재가 처짐 또는 끝말림에 대한 여유를 남기기 위해 상대적으로 긴 형상으로 잘린다. 그 다음, 전극 모재에 귀금속 팁을 붙이는 작업에 뒤따르는 제 2 단계에서는, 전극 모재가 접지 전극의 최종 형상으로 정확하게 절단된다.

이러한 관점에서, 본 발명의 전극 모재가 접지(또는 중심) 전극으로 사용될 때, 접지(또는 중심) 전극은 종래 전극 모재에 비해 우수한 경도를 갖는다. 따라서, 절단 가공시 처짐 또는 끝말림의 발생을 제한하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 전극 모재가 접지(또는 중심) 전극의 최종 형상으로 단지 1회의 절단 작업으로 절단될 수 있다. 심지어 귀금속 팁이 절단 부분에 근접하는 부분에 붙여지는 경우에도, 귀금속 팁과 전극 모재 사이의충분한 접합 강도를 보장할 수 있다. 게다가, 절단 작업을 두 단계로 분리할 필요가 없다. 이것은 점화 플러그의 제조에서 요구되는 단계들의 수를 줄이는데 그리고 재료비를 절감하는 데도 효과적이다.

예를 들어, 본 발명은 중심 전극, 이 중심 전극을 유지하는 절연 애자, 이 절연 애자를 유지 고정하는 하우징, 일단은 하우징에 고정되고 타단은 중심 전극과 마주보는 접지 전극, 및 이 접지 전극의 역할을 하는 전극 모재에 붙여지는 귀금속 팁으로 구성된 점화 플러그를 제조하는 방법을 제공하는데, 여기서 전극 모재는 니켈, 철 및 코발트로 구성된 군에서 선택된 주성분 원소와 다수의 첨가 원소를 포함하는 합금이며, 이 합금에 함유된 적어도 두 종류의 첨가 원소들은 주성분 원소보다 작은 표준 생성 자유 에너지를 가지며, 이 제조 방법은 전극 모재를 소정의 길이를 갖는 접지 전극의 최종 형상으로 절단하는 단계, 및 전극 모재에 귀금속 팁을 붙이는 단계로 구성된다.

본 발명의 상기 및 그 외 목적들, 특징들, 잇점들은 첨부한 도면들을 참고로 기술하는 아래의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 아래에서 설명한다. 같은 부분들은 도면들에 걸쳐 동일한 참조 번호들로 표시되었다.

본 발명의 한가지 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 이제 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 점화 플러그(S1)의 전체 구성을 나타낸 반(半)단면도이다. 도 2는 점화 플러그(S1)의 불꽃 방전 부분을 도시한 확대도이다.

점화 플러그(S1)는 자동차 엔진의 점화 장치에 적용될 수 있고 엔진의 연소실을 구획형성하는 엔진 헤드(도시하지 않음)에 설치된 나사 구멍 안으로 삽입되어 고정된다.

점화 플러그(S1)는 전기 도전성의 철강 재료(예를 들어, 저탄소강)로 만들어진 원통형 금속 하우징(10)을 포함한다. 금속 하우징(10)에는 엔진 블록(도시하지 않음)에 점화 플러그(S1)를 확고히 고정하기 위한 나사 부분(10a)이 있다. 금속 하우징(10)은 알루미나 세라믹(Al₂O₃) 등으로 만들어진 절연체(절연 애자)(20)를 고정되게 유지하기 위한 내부 공간을 갖는다. 절연 애자(20)의 일단부(21)는 금속 하우징(10)의 일단부(11)의 바깥으로 노출된다.

절연 애자(20)는 중심 전극(30)을 고정되게 유지하기 위한 축방향 구멍(22)을 갖는다. 따라서, 중심 전극(30)은 절연 애자(20)를 통해 금속 하우징(10)에 의해 유지된다. 중심 전극(30)은 열 전도성이 우수한 구리(Cu) 또는 이에 상당하는 금속 부재와 같은 내부 부재와 내열성 및 내부식성이 우수한 니켈을 주성분 원소로 하는 합금, 철이 주성분 원소인 합금, 코발트를 주성분 원소로 하는 합금 또는 이에 상당하는 금속 부재와 같은 외부 부재로 구성되는 원통형 몸체를 갖는다. 도 2에 도시한 바와 같이, 중심 전극(30)은 절연 애자(20)의 일단(21)의 바깥쪽으로 노출된 탭 가공된 일단(31)을 갖는다.

니켈 합금, 철 합금, 코발트 합금으로 그리고 다각형 형상(예를 들어 정사각형 봉)으로 만들어진 접지 전극(40)은 금속 하우징(10)의 일단(11)에 용접으로 확고하게 고정되는 일단부(41)를 갖는다. 접지 전극(40)은 중간 부분에서 구부러져 있다. 접지 전극(40)의 타단부(42)는 중심 전극(30)의 일단(31)과 마주보도록 중심 전극(30) 쪽으로 뻗는다.

중심 전극(30)과 접지 전극(40)은 각각 전극 모재의 역할을 한다. 백금, 이리듐 등으로 되는 귀금속으로 만들어진 귀금속 팁(즉, 중심 전극 팁)(50)은 저항 용접에 의해 중심 전극(30)의 일단(31)에 접합된다. 백금, 이리듐 등의 귀금속으로 만들어진 또 다른 귀금속 팁(즉, 접지 전극 팁)(60)이 저항 용접에 의해 접지 전극(40)의 타단부(42)에 접합된다.

전술한 바와 같이, 중심 전극(30)과 접지 전극(40)은 니켈기(基)(Ni-base) 합금, 철기 합금 또는 코발트기 합금과 같은 전극 모재로 만들어 진다. 이 실시예에 따르면, 합금은 니켈, 철 및 코발트로 구성된 군에서 선택된 주성분 원소(즉, 전극 모재에서 가장 많은 양을 갖는 성분)에 더하여 적어도 2종류인 첨가 원소들을 포함하는 전극 모재를 구성한다.

이 경우, 적어도 2종류인 첨가 원소들(예를 들어, 크롬, 알루미늄, 규소)은 주성분 원소(니켈, 철, 코발트)보다 산화에 대해 표준 생성 자유 에너지가 작다.

이 실시예에 따르면, 중심 전극(30) 및 접지 전극(40)에 대한 전극 모재는 크롬, 알루미늄 및 규소를 첨가 원소로 그리고 니켈을 주성분 원소로 함유하는 니켈기 합금이다. 추가로, 단조 특성을 향상하기 위해 전극 모재는 철을 포함한다. 또한, 제조 공정 과정에서 탈산(脫酸) 특성(deoxiding property)을 향상시키기 위해 전극 모제는 망간을 포함한다.

예를 들어, JIS(즉, 일본 공업 규격)에 따라 규정된 NCF600은 유용한 니켈 기 합금이다. NCF600과 알루미늄과 같은 부가물들을 함유한 전극 모재는 중심 전극(30)과 접지 전극(40)으로 사용될 수 있다.

또한, 중심 전극 팁(50) 및 접지 전극 팁(60)에 사용할 유용한 재료는 주성분 원소로 백금을 그리고 첨가 원소로 이리듐, 니켈, 로듐, 텅스텐, 팔라듐, 루테늄 및 오스뮴으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 백금 합금이다. 또한, 중심 전극 팁(50) 및 접지 전극 팁(60)에 사용할 유용한 재료는 주성분 원소로 이리듐을 그리고 첨가 원소로 로듐, 백금, 니켈, 텅스텐, 팔라듐, 루테늄 및 오스뮴으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 이리듐 합금이다.

더 상세히는, 주성분 원소로 백금을 그리고 첨가 성분으로 이리듐(50 중량 퍼센트 이하), 니켈(40 중량 퍼센트 이하), 로듐(50 중량 퍼센트 이하), 텅스텐(30 중량 퍼센트 이하), 팔라듐(40 중량 퍼센트 이하), 루테늄(30 중량 퍼센트 이하) 및 오스뮴(20 중량 퍼센트 이하)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 백금 합금이다.

귀금속 팁(50, 60)이 이리듐 합금으로 만들어 진 경우, 주성분 원소로 이리듐을 그리고 첨가 원소로 로듐(50 중량 퍼센트 이하), 백금(50 중량 퍼센트 이하), 니켈(40 중량 퍼센트 이하), 텅스텐(30 중량 퍼센트 이하), 팔라듐(40 중량 퍼센트 이하), 루테늄(30 중량 퍼센트 이하) 및 오스뮴(20 중량 퍼센트 이하)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 이리듐 합금인 것이 바람직하다.

이러한 재료들을 팁들(50, 60)에 사용함으로써, 불꽃 소모성이 우수한 귀금속 팁을 제공할 수 있게 된다. 이는 극심한 열 부하에 받게 되는 장래의 엔진에 사용되는 점화 플러그에 있어서 충분한 수명을 보장한다.

점화 플러그(S1)에 따르면, 불꽃 방전이 귀금속 팁들(50, 60) 사이에 형성된 방전 틈새(70)에서 발생하여 연소실 안에 있는 혼합 가스를 점화한다. 점화 플러그(S1)에 의한 점화로 방전 틈새(70) 안에 불꽃 핵(flame kernel)을 형성하는데, 이 불꽃 핵은 연소실에서 커져서 연소실에 채워진 가스 혼합물의 연소하게 된다.

이 실시예에 따르면, 귀금속 팁(50, 60)은 전극 모재들(30, 40)에 접합되는데, 이 전극 모재들은 니켈, 철 및 코발트의 군에서 선택된 주성분 원소와 적어도 두 종류인 첨가 원소들을 포함하는 합금으로 만들어진 것이다. 이 첨가 원소들은 주성분 원소보다 표준 생성 자유 에너지(산화에 대한 표준 생성 자유 에너지)가 작다.

전술한 구성을 갖는 전극 모재를 사용함으로써, 전극 모재들(30, 40)과 귀금속 팁들(50, 60) 사이의 접합 강도를 현저히 향상시킬 수 있게 된다. 도 3은 접지 전극(즉, 전극 모재)(40)과 접지 전극 팁(60) 사이의 접합을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 접합 강도의 향상 효과를 도 3을 참조하여 이하에 설명한다. 그러나, 중심 전극(즉, 전극 모재)(30)과 중심 전극 팁(50) 사이의 접합 구성에 동일한 설명이 적용될 수 있을 것이다.

고온 엔진 작동 환경에서, 표준 생성 자유 에너지가 상대적으로 작은 첨가 원소는 표준 생성 자유 에너지가 상대적으로 큰 주성분 원소에 비해 쉽게 산화되는 경향이 있다. 따라서, 표준 생성 자유 에너지가 상대적으로 작은 첨가 원소는 접지 전극(40)의 표면(40a) 쪽으로 이동하여 산화물을 형성한다.

주성분 원소보다 표준 생성 자유 에너지가 작은 첨가 원소를 적어도 2종류 첨가하면, 각 첨가 원소가 산화되는 경향이 다름으로 인하여 복층(double-layer) 구성을 형성할 수 있다. 적어도 한 첨가 원소는 접지 전극(40)의 표면(40a) 상에 표면 산화물 피막을 안정적으로 형성한다. 다른 적어도 한 첨가 원소는 표면 산화물 피막 아래에 내부 산화층을 형성한다.

따라서, 표면 산화물 피막이 접지 전극(40)의 표면(40a) 상에 안정적으로 형성되기 때문에, 전극 모재의 안쪽으로 산화 반응이 진행되는 것을 억제할 수 있게 된다. 따라서, 전극 모재의 기본 특성으로서 필요한 내열 및 내산화 특성을 확보할 수 있다.

또한, 접지 전극(40)에서, 내부 산화층은 산화 반응의 기점(起點)이 되는 귀금속 팁(60)의 외주 영역(40b)의 근처에 안정적으로 존재한다. 귀금속 팁(60)의 외주 영역(40b)에 안정적으로 존재하는 내부 산화층에 의해 접지 전극(40)과 이 영역의 귀금속 팁(60) 사이의 열팽창 계수 차이를 줄일 수 있다. 따라서, 산화 반응의 기점이 되는 귀금속 팁(60)의 외주 영역(40b)에 나타나는 열응력을 줄일 수 있다. 이것은 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 강도를 현저히 향상시킨다.

만일 전극 모재가 한 종류의 첨가 원소만을 포함한다면, 표면 산화층은 전극 모재의 표면상에 형성될 것이다. 접지 전극(즉, 전극 모재)(40)과 귀금속 팁(60) 사이의 접합 표면(40c)을 따라, 산화 반응이 팁의 외주 영역으로부터 진행될 수 있다. 이와는 달리 내부 산화층만이 접지 전극(40) 내부에 형성될 가능성도 있다. 이 경우, 산화 반응은 접지 전극(40) 쪽으로 진행된다. 전극 모재는 충분한 내열 및 내산화 특성을 확보할 수 없게 된다.

또한, 표면 산화물 피막 및 내부 산화층의 형성은 엔진 사용에 따라 점진적으로 진행된다. 그러므로, 각 첨가 원소의 첨가량이 적절하게 조절된다면, 접지 전극(즉, 전극 모재)(40)에 관한 초기 작업 또는 가공 조건에 문제가 없을 것이다. 또한, 귀금속 팁(60)의 조성을 변경할 필요도 없다. 이것은 귀금속 팁(60)의 불꽃 소모성을 적절하게 유지할 수 있게 한다.

따라서, 이 실시예는 전극 모재들(30, 40)의 충분한 가공성 뿐만 아니라 귀금속 팁들(50, 60)의 충분한 불꽃 소모성을 보장할 수 있으며, 또한 귀금속 팁과 전극 모재 사이의 우수한 접합 강도를 보장할 수 있는 점화 플러그를 제공한다.

특히, 점화 플러그(S1)는 가혹한 고온 조건(예를 들어, 1,000~1,100℃의 사용 온도)에서 사용될 수 있다. 이러한 가혹 조건에서도, 전극 모재가 표준 생성 자유 에너지에 있어서 전술한 관계들을 만족한다면 이 실시예의 효과들을 항상 얻을 수 있을 것이다.

더 상세히는 이 실시예에 있어서, 전극 모재의 성분들이 다음 관계를 만족한다.

E1 < 1.2 ×E0 및 E2 < 1.2 ×E1

여기서 E0는 온도가 1,000~1,100℃일 때 주성분 원소의 표준 생성 자유 에너지를 나타내며, E1은 온도가 1,000~1,100℃일 때 한 종류의 첨가 원소의 표준 생성 자유 에너지를 나타내며, E2는 온도가 1,000~1,100℃일 때 또 다른 한 종류의 첨가 원소의 표준 생성 자유 에너지를 나타낸다.

이 구성에 따르면, 점화 플러그가 1,000~1,100℃의 고온 범위에서 사용될 때, 표준 생성 자유 에너지(E1)가 상대적으로 큰 첨가 원소는 견고한 표면 산화물 피막을 형성하고, 동시에 표준 생성 자유 에너지(E2)가 상대적으로 작은 첨가 원소는 내부 산화층을 형성한다.

전술한 것처럼 이 실시예에 따르면, 전극 모재들(30, 40)은 NCF600에 알루미늄 등의 첨가 원소들을 함유한다. 즉, 전극 모재들(30, 40)은 주성분 원소로 니켈을 그리고 첨가 원소들로 크롬, 알루미늄, 규소를 함유하는 니켈기 합금으로 만들어진다. 또한, 단조 특성 및 탈산 특성을 향상시키기 위해, 이 니켈기 합금은 철 및 망간을 더 함유할 수 있다. 이런 니켈기 합금이 사용되는 이유를 아래에 설명한다.

첫째, 니켈이 주성분 원소로 사용되는 것은, 전극 모재들(30, 40)이 내열 및 내산화성뿐 아니라 고온 강도에 있어서 우수한 특성을 갖는 니켈기 합금으로 구성될 수 있기 때문이다.

또한, 니켈기 합금(즉, 전극 모재)은 니켈을 주성분 원소로 포함한다. 니켈의 표준 생성 자유 에너지(E0)는 1,000℃에 -60㎉이다. 한편, 크롬의 표준 생성 자유 에너지(E1)는 -120㎉이다. 알루미늄의 표준 생성 자유 에너지(E2)는 -200㎉이다. 이러한 데이터는 표준 생성 자유 에너지에 관련하여 위에서 언급한 관계 E1 < 1.2 E0 및 E2 < 1.2 E1 을 만족한다.

엔진이 작동하는 동안에 고온 환경에서, 상대적으로 큰 표준 생성 자유 에너지(E1)를 갖는 크롬은 산화되어 표면 산화물 피막을 형성하며, 동시에 상대적으로 작은 표준 생성 자유 에너지(E2)를 갖는 알루미늄은 내부 산화층을 형성한다.

또한, 본 발명자들은 다수의 첨가 원소들 중에서 양이 많은 첨가 원소가 표면 산화물 피막을 형성한다는 것을 실험으로 확인하였다. 2 성분계(成分系) 상태도(two-pcomponent series state)에 따르면, 크롬은 니켈 안에 함유된 첨가 원소들 중 고체 용해성이 가장 크다. 따라서, 많은 양의 첨가 원소로 크롬을 선택하는 것은 크롬이 견고한 표면 산화물 피막을 형성하고 알루미늄(즉, 크롬 외의 첨가 원소)은 내부 산화층을 형성함을 보장한다.

또한, 크롬 외의 첨가 원소로 알루미늄을 사용하면 연결 또는 접합 강도를 향상시키는데 효과적인데, 이것은 알루미늄 산화물은 전극 모재들(30, 40)에 쌓이는 내부 산화층의 역할을 하며, 전극 모재와 알루미늄 산화물로 이루어진 복합 층을 형성하기 때문이다.

알루미늄 산화물은 상대적으로 작은 열팽창 계수를 갖는다. 이 복합층의 총 열팽창 계수는 귀금속 팁들(50, 60)의 열팽창 계수에 근접하게 된다. 따라서, 전극 모재와 귀금속 팁의 외주 영역의 경계 상에 작용하는 열응력을 완화될 수 있게 된다. 또한, 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 연결 또는 접합 강도가 개선될 수 있다.

<전극 모재의 특성들을 증명하기 위한 시험>

본 발명자들은 전극 모재들(이 실시예에서는 접지 전극(40))의 가공성과 내산화성을 점검하기 위하여, 또한 전극 모재와 귀금속 팁들(50, 60) 사이의 접합 강도를 점검하기 위한 몇몇 시험들을 수행하였다. 서로 다른 조성을 갖는 다양한 전극 모재들이 이 시험들에 사용되었다.

시험된 전극 모재들은 크롬, 알루미늄, 철, 규소, 망간 및 나머지(니켈 + 불가피한 불순물들)로 구성된 니켈 합금이다. 불가피한 불순물들은 티탄(0.5 중량 퍼센트 이하), 탄소(0.06 중량 퍼센트 이하), 황(0.05 중량 퍼센트 이하), 구리(0.1 중량 퍼센트 이하), 및 몰리브덴(0.1 중량 퍼센트 이하)을 포함한다.

도 4와 도 5는 전극 모재의 시험 샘플 No. 1 내지 No. 12의 조성을 나타낸다. 이어서 가공성이 양호한(O으로 표시) 시험 샘플들만으로 접합 강도 또는 접합성 뿐만 아니라 내열 및 내산화 특성을 점검하기 위한 엔진 시험을 하였다. 가공성이 나쁜(X로 표시) 샘플 No. 19와 21은 와이어 드로잉 동작 동안 크랙의 발생을 방지하기에는 너무 단단하다. 비교를 위해, 도 5에는 종래 전극 모재의 시험 데이터를 도시한다.

가공성이 양호한 샘플들에 대해 엔진 시험을 실행하도록, 직경이 1㎜이고 Pt-20Ir-2Ni로 만들어진 원형 접지 전극 팁(60)이 저항 용접에 의해 각 시험 대상 샘플(즉, 접지 전극(40))에 고정된다.

저항 용접에 대한 조건은 아래와 같다.

압력은 30kg. 사이클 수는 10. 전류는 각 시험 샘플의 조성에 따라 1.1~1.5㎄의 범위 안에서 조절될 수 있다.

엔진 시험들은 2,000㏄ 엔진에서 6,000rpm으로 완전 스로틀 개방 조건 1분과 공회전 작동 1분으로 구성된 온도 사이클 테스트의 3,000 사이클을 완전하게 수행하였다.

이 시험 조건은 실용 엔진으로 100,000㎞를 주행한 것과 같은 것이다. 엔진 시험을 완료한 후, 각 시험 샘플의 내열 및 내산화 특성이 점검되었다. 그리고 또한, 각 샘플의 전극 모재(40)와 팁(60) 사이의 접합 강도가 점검되었다.

내열 및 내산화 특성(즉, 산화 저항(oxidation resistivity))에 대하여, O로 표시된 각 시험 샘플은 접지 전극(40) 위에 안정적으로 형성된 충분한 표면 산화물 피막(즉, 크롬 산화물)을 가지며, 전극 모재 내부에서 산화가 진행되지 않는다. X로 표시된 각 시험 샘플은 불충분한 표면 산화물 피막을 가지며 산화가 전극 모재 안에서 조금 진행된다.

전극 모재(40)와 팁(60) 사이의 접합 강도(즉, 팁 접합성)에 대하여, X로 표시된 각 샘플은 25%보다 큰 박리율을 갖는 반면 O로 표시된 각 시험 샘플은 25% 이하의 박리율을 갖는다. 박리율은 (B1+B2)/A %로 정의되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 여기서 'A'는 전극 모재(40)와 귀금속 팁(60) 사이의 접합 표면의 처음 길이를 나타내고, 'B1+B2'는 엔진 시험 후의 총 박리 길이를 나타낸다.

도 4와 도 5가 가공성, 내산화성 및 팁 접합성 모두의 평가 결과를 나타내고 있다. 도 4와 도 5에 나타낸 평가 결과로부터, 크롬의 양이 10 중량 퍼센트 이상인 각 시험 샘플이 전극 모재에 기본적으로 요구되는 특성인 만족할만한 내산화성을 가질 수 있는 것으로 이해된다. 크롬의 함유량이 10 중량 퍼센트 이하이면, 표면 산화물 피막이 전극 모재 위에 꾸준하게 형성되지 않는다. 또한, 가공성을 고려하면 크롬의 상한값은 20 중량 퍼센트이다.

더욱이, 크롬의 첨가량이 알루미늄의 첨가량의 3배보다 작으면 팁 접합성이 만족스럽지 않은 것으로 이해된다. 이 경우, 크롬 산화물이 아닌 알루미늄 산화물이 표면 산화물 피막을 형성하는 것으로 생각된다. 다른 한편으로, 크롬 산화물은 내부 산화층을 형성한다.

크롬의 첨가량이 적어도 알루미늄의 첨가량의 3배와 같다면, 크롬 산화물 피막은 꾸준하게 형성되고 표면 산화층의 역할을 한다. 열팽창 계수가 상대적으로 작은 알루미늄 산화층은 전극 모재 안에 쌓여져 내부 산화층의 기능을 한다. 열응력은 완화되고 접합성이 향상된다. 샘플 No. 11은 비록 접합성이 향상되지는 않으나 규소 내부 산화층이 형성된다.

도 6과 도 7은 크롬의 첨가량을 16 중량 퍼센트로 고정하면서 알루미늄의 첨가량을 변경하여 얻은 팁 접합성의 시험 결과(즉, 박리율)를 나타낸다. 도 6은 접지 전극(40)의 길이 L(도2 참조)이 10㎜이고 접지 전극(40)의 타단부(42)에서의 엔진 시험 동안의 온도가 950℃(즉, 타단 온도 = 950℃)인 조건하에서 얻은 시험 결과를 나타낸다. 도 7은 접지 전극(40)의 길이 L이 15㎜이고 타단 온도가 1,050℃인 조건하에서 얻어진 시험 결과를 나타낸다.

엔진 기술의 발전에 따라, 장래 엔진의 전극 온도는 현재 엔진(즉, 도 6에 나타낸 엔진 시험의 조건)보다 100℃ 더 높을 것으로 예측되고 있다. 도 7의 엔진 시험 조건이 이러한 장래 엔진의 동향을 반영한 것이다. 도 7의 현상을 해석해 보면, 접지 전극(40)의 돌출 양이 증가하고 따라서 접지 전극(40)의 길이가 보통 값보다 긴 5㎜가 되었다. 이러한 방법으로, 도 7의 엔진 시험 상태는 전극 온도를 강제로 증가시켜 내구성 시험을 함으로써 실현되었다.

도 6과 도7의 두 경우에서, 팁 접합성은 알루미늄의 첨가량이 1.5 중량 퍼센트 이상일 경우 향상될 수 있다. 도 7의 경우, 알루미늄의 첨가량이 5.5 중량 퍼센트를 초과하면 오히려 팁 접합성이 더 나빠진다. 전극 온도가 더 높아지면, 내부 알루미늄 산화물은 과도하게 증가하고 팁 접합성에 악영향을 준다. 또한, 알루미늄의 첨가량이 5.5 중량 퍼센트를 초과하면, 전극 모재의 가공성이 나빠진다.(도 5의 샘플 No. 19를 참조)

도 4 내지 도 7에 나타낸 검토 결과들로부터, 이 실시예의 니켈 합금에 있어서, 크롬의 첨가량이 적어도 알루미늄의 첨가량의 3배이며, 알루미늄의 첨가량이 1.5~5.5 중량 퍼센트(더 바람직하게는 2.2~5.0 중량 퍼센트)이고 동시에 크롬의 첨가량은 10~20 중량 퍼센트인 것이 바람직하다.

이것은, 니켈 합금으로 만들어진 이 실시예의 전극 모재에 있어서, 니켈, 크롬 알루미늄 외 성분들(예를 들어, 철, 규소, 망간)의 총 양이 20 중량 퍼센트 이하인 것이 바람직하다.

철을 첨가하면, 전극 모재의 단조 특성을 향상시키는데 효과적이다. 그러나, 철을 과도하게 첨가하면 크롬 산화물 및 알루미늄 산화물의 상태를 악화시킨다. 또한, 규소 및 망간을 첨가하면, 전극 모재의 제조시 전극 모재의 탈산 특성을 향상시키는데 효과적이다. 그러나, 규소 및 망간을 과도하게 첨가하는 것은 전극 모재의 단조 특성을 악화시킨다.

전극 모재(30, 40)는 적어도 한 종류의 희토류 원소(rare earth element)를 1 중량 퍼센트 이하의 양만큼 포함한다. 희토류 원소를 첨가하는 것은 내산화성을 향상시키는데 효과적이다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 귀금속 팁들(50, 60)은 레이저 용접에 의해 용융부(35, 45)를 통해 전극 모재(30, 40)에 접합될 수 있다. 이러한 구성으로 동일한 효과들을 얻을 수 있다. 또한, 백금 합금을 사용하는 대신 귀금속 팁들(50, 60)로 이리듐 합금을 사용하는 것도 바람직하다.

<귀금속 팁을 전극 모재에 접합하는 방법>

점화 플러그(S1)는 종래 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 그러나, 귀금속 팁(60)을 접지 전극(40)에 붙일 때 다른 방법도 사용할 수 있다. 이하에서 귀금속 팁(60)을 접지 전극(40)에 접합하기 위한 이 실시예의 방법을 설명한다.

먼저, 비교를 위해, 귀금속 팁(60)을 접지 전극(40)에 접합하는 종래 방법을 도 9를 참조하여 설명한다.

접지 전극의 역할을 하는 봉 모양인 전극 모재(400)가 금속 하우징(10)의 일단(11)에 용접된다.(도 9(a) 참조) 전극 모재(400)는 접지 전극(40)의 최종 길이 보다 긴 길이를 갖는 형상으로 잘려진다.(도 9(b) 참조) 그 다음, 귀금속 팁(60)이 전극 모재(400)의 소정의 부분에 용접된다.(도 9(c) 참조) 이어서, 전극 모재(400)가 소정의 길이를 갖는 접지 전극(40)의 최종 형상으로 다시 잘려진다.(도 9(d) 참조)

종래 제조 방법이 복잡한 이유를 아래에 설명한다. 도 9(e)는 도 9(b)의 원 부분 'G'를 확대하여 도시한 것이다. 도 9(e)에 도시한 바와 같이, 접지 전극에 사용되는 종래 전극 모재(400)에 따르면, 전극 모재(400)는 그 절단 부분(401)에서 처짐(sag) 또는 끝말림(burr)을 야기한다. 만일 귀금속 팁(60)이 변형된 절단 부분(401)에 용접되면, 만족할만한 접합성을 얻을 수 없을 것이다.

따라서, 만족할만한 접합성을 보장하도록 귀금속 팁(60)을 전극 모재(400)의 평평한 표면 상에 용접하는 첫 단계를 실행하고, 그 후에 전극 모재(400)를 접지 전극(40)의 최종 형상으로 다시 절단하는 두번째 단계를 실행하는 것이 필수적이다.

이와 반대로, 이 실시예의 전극 모재는 위에서 설명한 양만큼의 첨가 원소들로서 크롬 및 알루미늄을 함유한다. 이 전극 모재가 접지 전극을 제조하는데 사용되면, 이 실시예의 전극 모재가 종래 전극 모재보다 더 굳기 때문에 처짐이나 끝말림이 발생하지 않는다.

따라서, 접지 전극이 이 실시예의 전극 모재에 의해 제조되면, 전극 모재가 소정의 길이를 갖는 접지 전극(40)의 최종 형상으로 곧바로 절단된다. 그 다음, 귀금속 팁(60)이 저항 용접 또는 레이저 용접에 의해 전극 모재에 붙여진다.

이 실시예의 제조 방법에 따르면, 처짐이나 끝말림에 대한 여유를 두지 않고 전극 모재가 접지 전극(40)의 최종 형상으로 절단된다. 비록 귀금속 팁(60)이 절단 부분 근방에 붙여지더라도, 우수한 접합성이 보장될 수 있다. 전극 모재의 절단 작업을 두 단계로 분리할 필요가 없다. 이것은 제조 단계가 줄어들 수 있을 뿐만 아니라 여유 재료에 대한 비용도 절약할 수 있다는 이유로 유익하다.

도 10과 도 11은 이 실시예에 따라 귀금속 팁을 전극 모재에 붙이는 방법의 상세한 효과들을 나타낸 것이다. 이 평가에서 사용된 전극 모재들은 샘플 No. 14와 샘플 No. 16 및 도 5에 나타낸 종래 샘플이다. 각 샘플에 대해, 접지 전극 팁(60)의 팁 접합성이 도 9를 참조하여 설명한 종래 방법과 본 발명의 방법으로 시험하였다.

접지 전극 팁(60)의 용접 작업은 도 4와 도 5의 평가에서 사용된 동일한 저항 용접 조건을 사용하여 수행되었다. 팁 접합성은 엔진 시험이 종료된 후에 평가되었고, 도 4 와 도 5의 평가에서 사용된 위에서 설명한 박리율로서 도 10은 시험 결과를 나타내는데, 이것은 접지 전극(40)의 길이(L, 도 2 참조)가 10㎜이고 엔진 시험 동안 접지 전극(40)의 타단부(42)의 온도가 950℃(즉, 타단 온도=950℃)인 조건에서 수행된 것이다. 도 11은 접지 전극(40)의 길이(L)가 15㎜이고 타단 온도가 1,050℃인 조건하에서 얻은 시험 결과를 나타낸다.

도 10 과 도 11의 결과로부터, 본 발명의 방법은 박리율을 낮출 수 있고 따라서 종래 방법에 비해 팁 접합성을 향상시킬 수 있는 것으로 이해된다. 샘플 No. 14와 No. 16에 관해서, 만족할 만한 박리율들이 종래 방법 또는 본 발명의 방법에 의해 얻어질 수 있다.

<전극 모재의 경도>

또한, 이 실시예에 따르면, 전극 모재의 경도(Hv0.5)가 210 이상인 경우 방전 틈새를 정확하게 형성하는 것이 가능하게 된다. 전극 모재의 경도(Hv0.5)가 190이상이면 방전 가스가 더 정확하게 형성될 수 있다. 위에서 설명한 것처럼, 전극모재의 경도는 알루미늄의 첨가량이 증가됨에 따라 증가한다.

이 경우, 전극 모재의 경도를 낮추기 위해 고용화 처리를 실행하는 것이 바람직하다. 이것은 방전 틈새를 조절하기 위한 굽힘 가공을 수월하게 한다. 도 12는 본 발명자들에 의하여 NCF600을 주성분 원소로 알루미늄을 첨가 원소로 함유하는 전극 모재의 경도에 대한 평가 결과를 나타낸 것이다. 이 평가에서, 시험된 전극 모재의 경도는 알루미늄의 첨가량을 다양하게 변경함으로써 측정되었다. 고용화(固溶化) 처리된 전극 모재는 비록 알루미늄의 첨가량이 증가하는 경우에도 고용화 처리되지 않은 것(즉, 이 실시예에서 풀림된 것)에 비해 낮은 경도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

도 13은 전극 모재의 경도와 관련하여 방전 틈새의 이산(離散)을 도시하고 있다. 전극 모재의 경도(Hv0.5)가 210 이하인 경우 방전 틈새가 정확하게 형성될 수 있는 것으로 이해된다. 방전 틈새는 전극 모재의 경도(Hv0.5)가 190 이상인 경우 더 정확하게 형성될 수 있다. 달리 말하면, 위에서 설명한 범위 안의 경도를 갖는 전극 모재는 우수한 가공성을 제공한다.

이 실시예에서, 경도는 굽힘 가공에 의해 변형되지 않은 전극 모재의 부분(환언하면, 전극 모재의 가공 경화되지 않는 부분)에서 측정된다.

<전극 모재의 산화 형태>

점화 플러그(S1)는 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 강도 뿐만 아니라 전극 모재의 내열 및 내산화 특성에 심각한 영향을 주는 1,000℃를 넘는 고온 환경에서 사용될 수 있다. 따라서, 점화 플러그(S1)가 이러한 고온 환경에서 사용되는 경우, 전극 모재의 표면 상에 표면 산화물 피막을 형성하고 짧은 시간(대략 1시간)안에 전극 모재 안에 내부 산화층을 형성하는 것이 필수적이다.

또한, 본 발명자들의 검토에 의하면, 산화의 진행을 막기 위해, 표면 산화물 피막과 내부 산화층을 300℃ 이하에서부터 1,000℃ 이상으로의 반복적인 온도 변화(100 사이클 이상)에 대한 반응으로 발생하는 열응력으로부터 보호 또는 유지하는 것이 필수적이다.

위의 관점에서, 온도가 300℃ 이하에서부터 1,000℃ 이상으로 반복적으로 적어도 100회 변하는 대기 환경에 전극 모재가 노출되고 전극 모재가 1,000℃ 이상의 온도 수준으로 1 시간 이상의 누적 시간동안 유지되는 경우, 점화 플러그(S1)용 전극 모재가 확실하게 표면 산화층 및 내부 산화층을 형성할 수 있는 것이 바람직하다.

이러한 관점에서, 전극 모재(30, 40)는 니켈을 주성분 원소로 포함하며, 니켈보다 더 작은 표준 생성 자유 에너지를 갖는 크롬 및 알루미늄을 포함하는 첨가 원소들 중 적어도 두 종류를 함유하는 합금으로 만들어 지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바람직한 전극 모재는 전술한 바와 같이 NCF600을 주성분 원소로 그리고 알루미늄을 첨가 원소로 포함하는 니켈 합금이다.

실제적인 예로서, 위에서 설명한 NCF600과 알루미늄을 포함하는 니켈 합금은 전극 모재들(30, 40)을 제조하는데 사용된다. 그리고, 전극 모재들(30, 40)은 100 사이클의 온도 사이클 시험을 거치는데, 이 시험은 1,050℃ 환경(3분)과 상온 환경(3분)으로 구성된다.

위에서 설명한 반복적인 온도 사이클 시험이 완료된 후, 도 14에 나타낸 것처럼, 크롬 산화물 Cr₂O₃피막(즉, 표면 산화물 피막)(80)이 전극 모재들(30, 40) 상에 형성되고 알루미늄 산화물 Al₂O₃층(즉, 내부 산화층)(81)이 표면 산화물 피막(80) 아래에 형성된다.

이러한 방식으로, 전극 모재가 위에서 설명한 환경적인 변화를 겪는 조건 하에서 크롬 산화물이 전극 모재의 표면 상에 형성되고 알루미늄 산화물이 크롬 산화물 아래에 형성될 때, 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 접합 강도 뿐만 아니라 전극 모재의 내열 및 내산화 특성이 실용 레벨로 유지된다.

또한, 표면 산화물 피막 역할을 하는 크롬 산화물과 내부 산화층 역할을 하는 알루미늄 산화물의 형성은 이러한 고온 환경에서의 전극을 사용함으로써 점차적으로 진행된다. 그러므로, 각 첨가 원소의 첨가량이 적절하게 조절되면, 전극 모재에 있어서 초기 가공 또는 작업 조건에서 문제가 생기지 않을 것이다. 더욱이, 귀금속 팁의 조성을 변경할 필요가 없다. 이것은 귀금속 팁의 불꽃 소모성을 적절하게 유지할 수 있게 한다.

따라서, 전극 모재가 위에서 설명한 환경 변화를 받을 때, 크롬 산화물과 알루미늄 산화물이 확실하게 형성되는 한, 귀금속 팁의 불꽃 소모성과 전극 모재의 가공성을 보장할 수 있고, 또한 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 우수한 접합 강도를 확보할 수 있는 점화 플러그를 제공할 수 있다.

실제로, 상기한 열 사이클에 관한 전극 모재의 구체예에 대해서, 상기 도4, 도5에서 설명한 검토와 같은 가공성, 내열 산화성 및 칩 접합성을 평가한 바, 결과는 양호하였다.

또한, Cr₂O₃피막(즉, 표면 산화물 피막)(80)과 Al₂O₃층(즉, 내부 산화층)(81)으로 구성된 완전하게 평평한 피막을 항상 형성할 필요는 없다. 따라서, 피막(80)과 층(81)은 각각 산화되지 않은 부분을 가질 수도 있다.

크롬 산화물(80)과 알루미늄 산화물(81)이 전극 모재들(30, 40) 상의 귀금속 팁들(50, 60)의 적어도 주위에 형성되도록 하면, 상기 효과를 발휘할 수 있다. 도 15와 도 16은 이 실시예의 전극 모재에 의해 형성된 접지 전극(40)의 예들을 나타낸다.

도 15는 귀금속 팁(즉, 접지 전극 팁)(60)을 접지 전극(40)의 타단부(42)에 접합하는데 저항 용접을 사용하는 일 예를 나타낸다. 도 15A는 귀금속 팁(60)과 귀금속 팁 접합면에 수직한 방향에서 본 귀금속 팁 주변을 나타내는 평면도이고, 도 15B는 도 15A의 D-D 선을 따라 절취한, 귀금속 팁(60)과 귀금속 팁 주변을 나타낸 개략 단면도이다. 도 16A는 귀금속 팁 접합면의 수직 방향으로부터 본 귀금속 팁(60) 및 귀금속 팁 주변을 나타낸 평면도이고, 도 16B는 도 16A의 E-E선을 따라 취한 귀금속 팁(60) 및 귀금속 팁 주변을 나타낸 개략 단면도이다.

각 경우에서, 위에서 설명한 크롬 산화물 및 알루미늄 산화물(도 14에서 도시한 Cr₂O₃피막(80)과 Al₂O₃층(81)에 대응하는)로 구성되는 표면 피막(82)은 도 15에 도시한 예에 따라 귀금속 팁(60)의 외주 영역 또는 도 16의 예에 따라 용융부(45)의 외주 영역에 형성된다.

도 15와 도 16에 도시한 것처럼, 귀금속 팁(60)의 외주 영역은 귀금속 팁과 용융부를 포함하는 전극 모재 사이의 접합면의 주변에서의 접지 전극(즉, 전극 모재)(40)의 한 부분이다. 전극 모재가 위에서 설명한 환경 변화를 받는 조건하에서, 귀금속 팁의 외주 영역에 표면 피막(82)을 형성할 필요가 있다.

귀금속 팁을 접지 전극에 붙이기 위한 전술한 방법이 도 15 및 도 16의 전극 모재(즉, 접지 전극)(40)에 직접 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 중심 전극 또는 접지 전극 중 하나에 접합되는 귀금속 팁이 하나만 있는 점화 플러그에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 다수의 접지 전극을 가지며 귀금속 팁들이 각각 그 위에 고정되는 점화 플러그에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 전극들과 귀금속 팁들의 구조 또는 형상을 제한하지 않는다.

또한, 본 발명의 전극 모재는 도 17A와 도 17B에 나타낸 전극 구성을 갖는 점화 플러그에 적용될 수 있다. 도 17A는 내부 부분에 위치되는 구리, 니켈 등으로 된 중심 부재(46)와 이 중심 부재(46)를 완전히 둘러싸는 커버 부재(47)로 구성되는 접지 전극(40)을 나타낸 개략 단면도이다. 이 경우, 커버 부재(47)는 전극 모재로 만들어진 바깥층의 역할을 한다.

또한, 도 17B는 방전 부분을 나타낸 측면도이다. 열복사 특성을 향상시키기 위해, 접지 전극(40)(즉, 전극 모재)의 타단부(42)에 고정된 귀금속 팁(60)은 종래에 비해 중심 전극(30) 쪽으로 뻗어(예를 들어 1㎜ 정도) 있다.

이 경우, 접지 전극(40)은 귀금속 팁(60)의 뻗은 양만큼 더 길어진다. 이 내열성은 적절하게 유지되어야만 한다. 이러한 요구는 위에서 설명한 구성을 갖는 전극 모재를 적용함으로써 쉽게 만족될 수 있다.

본 발명의 점화 플러그 및 그 제조 방법을 적용하면, 점화 플러그가 극심한 고온 환경에서 사용될 때 크롬 산화물 및 알루미늄 산화물이 확실하게 형성되어, 귀금속 팁의 불꽃 소모성과 전극 모재의 가공성이 보장되며 전극 모재와 귀금속 팁 사이의 우수한 접합 강도가 보장된다.

Claims (25)

1. 중심 전극(30);

   상기 중심 전극을 유지하는 절연 애자(20);

   상기 절연 애자를 유지 고정하는 하우징(10);

   일단부가 상기 하우징에 접합되고, 타단부가 상기 중심 전극과 마주보는 접지 전극(40); 및

   상기 중심 전극과 상기 접지 전극 중 적어도 하나를 전극 모재로 하고, 이 전극 모재에 접합한 귀금속 팁(50, 60)을 포함하는 점화 플러그에 있어서,

   상기 전극 모재는 성분 원소에서 가장 많이 함유하는 주 성분 원소로서, 니켈(Ni) 및 다수의 첨가 원소들을 포함하는 합금이며,

   상기 합금에 함유된 적어도 2 종류의 첨가 원소는, 크롬(Cr), 알루미늄(Al)을 포함하며, 그리고

   상기 크롬의 첨가량은, 10~20 중량 퍼센트의 범위에 있으며, 상기 알루미늄의 첨가량은, 1.5~5.5 중량 퍼센트의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄의 첨가량은, 2.2~5.0 중량 퍼센트의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
9. 제8항에 있어서, 상기 전극 모재는, 철을 상기 알루미늄의 첨가량 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
10. 제9항에 있어서, 상기 주성분 원소, 상기 크롬 및 상기 알루미늄 이외의 원소들의 총량은 20 중량 퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
11. 제10항에 있어서, 상기 전극 모재의 일부분은, 경도(Hv0.5)가 210 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
12. 제10항에 있어서, 상기 전극 모재의 일부분은, 경도(Hv0.5)가 190 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
13. 중심 전극(30);

    상기 중심 전극을 유지하는 절연 애자(20);

    상기 절연 애자를 유지 고정하는 하우징(10);

    일단부가 상기 하우징에 접합되고, 타단부가 상기 중심 전극과 마주보는 접지 전극(40); 및

    상기 중심 전극과 상기 접지 전극 중 적어도 하나를 전극 모재로 하고, 이 전극 모재에 접합한 귀금속 팁(50, 60)을 포함하는 점화 플러그에 있어서,

    상기 전극 모재는 NCF600을 주성분 원소로 그리고 알루미늄을 첨가 원소로 함유하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
14. 제13항에 있어서, 상기 알루미늄의 첨가량은, 1.5~5.5 중량 퍼센트의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
15. 제14항에 있어서, 상기 알루미늄의 첨가량은, 2.2~5.0 중량 퍼센트의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
16. 제14항에 있어서, 상기 전극 모재의 일부분은, 경도(Hv0.5)가 210 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
17. 제14항에 있어서, 상기 전극 모재의 일부분은, 경도(Hv0.5)가 190 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
18. 중심 전극(30);

    상기 중심 전극을 유지하는 절연 애자(20);

    상기 절연 애자를 유지 고정하는 하우징(10);

    일단부가 상기 하우징에 접합되고, 타단부가 상기 중심 전극과 마주보는 접지 전극(40); 및

    상기 중심 전극과 상기 접지 전극 중 적어도 하나를 전극 모재로 하고, 이 전극 모재에 접합한 귀금속 팁(50, 60)을 포함하는 점화 플러그에 있어서,

    대기중에서 300℃이하로부터 1000℃이상으로의 온도 변화가 100회 이상 행해지는 것으로서, 이 온도 변화에 의한 1000℃ 이상의 총시간이 1시간 이상인 그러한 환경하에 상기 전극 모재를 둔 이후, 상기 전극 모재에 있어서 표면에 크롬(Cr)의 산화물이 형성되고, 이 크롬(Cr)의 산화물 보다도 내부에 알루미늄(Al)의 산화물이 형성되게 되어 있는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
19. 제18항에 있어서, 상기 전극 모재의 상기 크롬 산화물과 상기 알루미늄 산화물이 상기 귀금속 팁(50, 60)의 외주 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 귀금속 팁(50, 60)은 주성분 원소로 백금을, 그리고 첨가 원소로 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru) 및 오스뮴(Os)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 백금 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
21. 제20항에 있어서, 상기 귀금속 팁(50, 60)용 재료는 주성분 원소로 백금을,그리고 첨가 원소로 이리듐(50 중량 퍼센트 이하), 니켈(40 중량 퍼센트 이하), 로듐(50 중량 퍼센트 이하), 텅스텐(30 중량 퍼센트 이하), 팔라듐(40 중량 퍼센트 이하), 루테늄(30 중량 퍼센트 이하) 및 오스뮴(20 중량 퍼센트 이하)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 백금 합금인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
22. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 귀금속 팁(50, 60)은 주성분 원소로 이리듐을, 그리고 첨가 원소로 로듐(Rh), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru) 및 오스뮴(Os)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 이리듐 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
23. 제22항에 있어서, 상기 귀금속 팁(50, 60)용 재료는 주성분 원소로 이리듐을, 그리고 첨가 원소로 로듐(50 중량 퍼센트 이하), 백금(50 중량 퍼센트 이하), 니켈(40 중량 퍼센트 이하), 텅스텐(30 중량 퍼센트 이하), 팔라듐(40 중량 퍼센트 이하), 루테늄(30 중량 퍼센트 이하) 및 오스뮴(20 중량 퍼센트 이하)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 함유하는 이리듐 함금인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재의 점화 플러그를 제조하는 방법으로서,

    소정의 길이를 갖는 상기 접지 전극(40)과 상기 중심 전극(30) 중 적어도 하나의 최종 형상으로 상기 전극 모재를 절단하는 단계; 및

    상기 귀금속 팁(60)을 상기 전극 모재에 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 제조 방법.
25. 중심 전극(30), 상기 중심 전극을 유지하는 절연 애자(20), 상기 절연 애자를 유지 고정하는 하우징(10), 일단부는 상기 하우징에 고정되고 타단부는 상기 중심 전극과 마주보는 접지 전극(40), 및 전극 모재로서의 상기 접지 전극에 접합된 귀금속 팁(60)을 포함하며, 상기 전극 모재는 니켈, 철 및 코발트로 구성된 군에서 선택된 주성분 원소와 다수의 첨가 원소를 함유하는 합금이고, 상기 합금에 함유된 상기 첨가 원소들 중 적어도 두 종류는 상기 주성분 원소보다 표준 생성 자유 에너지가 작은, 점화 플러그를 제조하는 방법으로서,

    소정의 길이를 갖는 상기 접지 전극의 최종 형상으로 상기 전극 모재를 절단하는 단계; 및

    상기 귀금속 팁(60)을 상기 전극 모재에 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 제조 방법.