KR100498179B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

스파크 플러그 Download PDF

Info

Publication number
KR100498179B1
KR100498179B1 KR10-2003-0009976A KR20030009976A KR100498179B1 KR 100498179 B1 KR100498179 B1 KR 100498179B1 KR 20030009976 A KR20030009976 A KR 20030009976A KR 100498179 B1 KR100498179 B1 KR 100498179B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ground electrode
tip
metal tip
precious metal
spark plug
Prior art date
Application number
KR10-2003-0009976A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030069830A (ko
Inventor
호리쯔네노부
Original Assignee
가부시키가이샤 덴소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 덴소 filed Critical 가부시키가이샤 덴소
Publication of KR20030069830A publication Critical patent/KR20030069830A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100498179B1 publication Critical patent/KR100498179B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0466—Alloys based on noble metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0021—Matrix based on noble metals, Cu or alloys thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

Abstract

본 발명은 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)이 0.3 mm 이상인 돌출량(t) 만큼 접지 전극의 대향면(43)으로부터 돌출하고 접지 전극의 귀금속 팁(45)이 중심 전극(30)의 귀금속 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 지니는 스파크 플러그에 관한 것이다.

Description

스파크 플러그 {SPARK PLUG}
본 발명은 스파크 플러그에 관한 것으로, 특히 우수한 착화력을 지니도록 중심 전극과 접지 전극에 접합된 귀금속 팁(noble metallic tip)을 구비하고 심한 열부하를 경험하는 경우에도 이 귀금속 팁의 내소모성을 개선시킬 수 있는 내연 기관에 사용되는 스파크 플러그에 관한 것이다.
우수한 착화력을 보장하도록, 미국 특허 제4,109,633호는 전극 지지부로부터 돌출되도록 슬렌더 구조(slender structure)로 구성된 중심 및 접지 전극이 구비하는 스파크 플러그를 개시한다.
또한, 전극에 대한 내소모성을 보장하도록, 중심 및 접지 전극의 대향면에 고정된 Pt, Pd, Au 또는 이들의 합금으로 제조된 귀금속 팁을 구비하는 종래의 슬렌더 구조가 존재한다.
그러나, 높은 동력 출력, 낮은 연료 소비 및 낮은 배기 가스 배출의 최근 경향으로부터, 엔진의 스파크 플러그는 고온 연소 환경에 노출되도록 강제되고, 이에 따라 스파크 플러그의 전극 온도는 현저히 증가한다.
또한, 접지 전극이 돌출된 귀금속 팁을 구비한 슬렌더 구조를 채용할 때, 이 귀금속 팁은 팁 재료의 소모가 가속되는 열점(heat spot)이 되기 쉽다. 따라서, 스파크 플러그의 수명은 매우 단축된다.
종래 기술의 전술된 문제점의 관점에서, 본 발명은 방전 갭(discharge gap)을 경유하여 대향 관계로 배치된 중심 및 접지 전극의 대향면에 고정된 귀금속 팁을 구비하고 이 귀금속 팁의 우수한 내소모성(exhaustion resistance)을 보장할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자는 전술된 문제점을 극복하기 위해서 조사와 개발을 진지하게 수행하였다. 통상, 귀금속 팁의 소모는 방출 에너지에 의해 유발되는 귀금속 팁의 용융 및 융해에 기인하는 스파크 소모(spark exhaustion)와 고온 환경에서 귀금속 팁의 산화 휘발에 기인한 산화 휘발 소모(oxidative and volatile exhaustion)가 함께 일어나는 것으로 간주될 수 있다. 비교하자면, 중심 전극 및 접지 전극은 그 귀금속 팁의 소모 메카니즘(mechanism)에서 상호 상이하다. 따라서, 산화 휘발 소모에 대한 스파크 소모의 비율에서 중심 전극과 접지 전극 사이에 현저한 차이가 존재한다. 산화 휘발 소모의 메카니즘을 고려하면, 산화 휘발 소모는 산화막이 팁 표면에 먼저 형성된 후에 산화막이 귀금속 팁에서 떨어지는 방식으로 고온 대기에서 발생하는 것으로 알려져 있다.
통상, 중심 전극의 귀금속 팁은 음극성을 가지고, 이에 따라 산화 휘발 소모의 비율이 작은 반면에 스파크 소모의 비율은 상대적으로 크다. 한편, 접지 전극의 귀금속 팁은 중심 전극의 귀금속 팁에 비해 고온이다. 이에 따라, 산화 휘발 소모의 비율은 크다. 스파크 소모의 비율은 접지 전극의 귀금속 팁이 양극성을 가지기 때문에 상대적으로 작다.
상기 사실(즉, 그 소모 메카니즘의 차이)을 고려하여, 발명자는 중심 전극의 귀금속 팁과 접지 전극의 귀금속 팁의 각각에 대한 재료 조성을 실험적으로 최적화하였다.
보다 구체적으로, 상기 및 기타 관련 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 중심 전극, 방전 갭을 경유하여 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극, 중심 전극의 대향면에 고정된 귀금속 팁 및 접지 전극의 대향면에 고정된 귀금속 팁을 포함하는 제1 스파크 플러스를 제공하고, 접지 전극의 귀금속 팁은 0.3 mm 이상인 돌출량(t) 만큼 접지 전극의 대향면으로부터 돌출하고, 접지 전극의 귀금속 팁은 중심 전극의 귀금속 팁에 비해 우수한 내산화 휘발성()을 지닌다.
바람직하게는, 비율 Lmax2/Lmax1으로 정의되는 산화 휘발비(X, oxidized and volatilized ratio)는 0.8 이하(즉, X ≤0.8)이고, 여기서 중심 전극의 귀금속 팁과 접지 전극의 귀금속 팁을 1,100 ℃의 온도에서 30시간 동안 대기 중에 방치된 후에 관측된 중심 전극의 귀금속 팁의 최대 산화 휘발폭을 Lmax1으로 나타내고 접지 전극의 귀금속 팁의 최대 산화 휘발폭을 Lmax2로 나타낸다.
또한, 접지 전극의 귀금속 팁은 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 가지고 돌출량(t)은 1.5 mm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 접지 전극의 귀금속 팁의 내산화 휘발성(oxidative and volatile resistance)을 개선하기 위해서, 발명자는 용이하게 산화되어 귀금속 팁의 표면을 덮거나 보호하는 산화막을 형성하는 첨가물을 함유한 귀금속 팁을 사용하는 착상을 하게되었다.
따라서, 발명자는 높은 용융점을 갖는 Ir 합금으로 제조된 귀금속 팁의 내소모성에 미치는 첨가물의 영향을 체크하도록 첨가물의 함유량을 변경시킴으로서 내구성 시험을 수행하였다. 이러한 실험 조사에 근거하여, 발명은 다음의 스파크 플러그 구성을 채용하도록 의도된다.
보다 구체적으로 본 발명은 중심 전극, 방전 갭을 경유하여 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극, 중심 전극의 대향면에 고정된 귀금속 팁 및 접지 전극의 대향면에 고정된 귀금속 팁을 포함하고, 접지 전극의 귀금속 팁은 0.3 mm 이상인 돌출량(t)만큼 접지 전극의 대향면으로부터 돌출하고, 중심 전극의 귀금속 팁과 접지 전극의 귀금속 팁은 각각 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 이리듐을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 이리듐 합금으로 제조되고, 접지 전극의 귀금속 팁에 함유된 모든 첨가물의 총량은 중량으로 15％ 이상인 제2 스파크 플러그를 제공한다.
또한, 발명자는 접지 전극의 귀금속 팁에 함유된 모든 첨가물의 중량 비율을 최적화하도록 내구성 시험을 수행하였다. 이러한 실험 조사에 근거하여, 발명은 다음의 스파크 플러그 구성을 채택하도록 제안된다.
즉, 본 발명의 제2 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극의 귀금속 팁에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량 비율은 중심 전극의 귀금속 팁에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량 비율의 1.5배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 중심 전극, 방전 갭을 경유하여 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극, 중심 전극의 대향면에 고정된 귀금속 팁 및 접지 전극의 대향면에 고정된 귀금속 팁을 포함하고, 접지 전극의 귀금속 팁은 0.3 mm 이상인 돌출량(t)만큼 접지 전극의 대향면으로부터 돌출하고, 중심 전극의 귀금속 팁은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 이리듐을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 이리듐 합금으로 제조되고, 접지 전극의 귀금속 팁은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 백금을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유한 백금 합금으로 제조되는 제3 스파크 플러그를 제공한다.
또한, 본 발명의 제2 또는 제3 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극의 귀금속 팁은 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 가지고 돌출량(t)은 1.5 mm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제2 또는 제3 스파크 플러그에 따르면, 중심 전극 및 접지 전극의 귀금속 팁에 함유된 첨가물은 Ir(이리듐), Pt(백금), Rh(로듐), Ni(니켈), W(텅스텐), Pd(팔라듐), Ru(루테늄), Os(오스뮴), Al(알루미늄), Y(이트륨), Y2O3(산화 이트륨) 및 Re(레늄)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 한 종류의 첨가물을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제3 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극의 귀금속 팁에 함유된 모든 첨가물이 Pt보다 높은 용융점을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제3 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극의 귀금속 팁에 함유된 모든 첨가물이 Pt보다 작은 선팽창 계수를 가지고 접지 전극의 귀금속 팁이 레이저 용접에 의해 접지 전극의 대향면에 고정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 숙지하는 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명의 양호한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이후에 설명될 것이다. 동일한 부분은 도면 전체를 통해 동일한 도면 부호로 지시된다.
도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 내연 기관에 적용 가능한 스파크 플러그(S1)의 반부 단면도이다. 스파크 플러그(S1)는 일반적으로 엔진 헤드(도시 생략)에 형성된 나사 구멍에 삽입되고 엔진 헤드와 엔진 블록에 의해 형성되는 엔진의 연소실에 노출되도록 소정 위치에 견고하게 고정된다.
스파크 플러그(S1)는 그 중심축에 위치된 중심 전극(30)과 원통형 금속 하우징(10)의 축방향 단부(12)에 고정된 접지 전극(40)을 구비한다. 원통형 금속 하우징(10)은 저탄소 강판과 같은 전기 전도성 강 재료로 제조된다. 금속 하우징(10)은 엔진 헤드의 나사 구멍과 접합되는 나사부(11)를 가진다. 알루미나 세라믹(Al2O3) 등으로 제조된 절연체(20)는 금속 하우징(10) 내부에 견고하게 배치된다. 절연체(20)의 일단부(즉, 말단부; 21)는 금속 하우징(10)의 축방향 단부(12) 밖으로 돌출한다.
중심 전극(30)은 절연체(20)의 축방향 구멍(22) 내에 견고하게 지지된다. 즉, 중심 전극(30)은 절연체(20)를 경유하여 금속 하우징(10)으로부터 절연된다. 중심 전극(30)은 구리(Cu) 또는 우수한 열 전도성을 갖는 상응하는 금속 재료로 제조된 내층과 Ni계 합금 또는 우수한 내열성 및 내마모성을 지니는 상응하는 금속 부재로 제조된 외층을 구비한 원통형 형상으로 구성된 금속 로드(rod) 부재이다. 도1에 도시된 바와 같이, 중심 전극(30)의 일단부(즉, 말단부; 31)는 절연체(20)의 일단부(21) 밖으로 돌출한다.
접지 전극(40)은 만곡된 사각 로드 등으로 구성된 금속 로드 부재이다. 접지 전극(40)의 일단부(즉, 말단부; 41)는 방전 갭(50)을 경유하여 중심 전극(30)의 일단부(31)에 대향된다. 접지 전극(40)은 그 중간부에서 절곡되고 타단부(즉, 선단부; 42)에서 금속 하우징(10)의 축방향 단부(12)에 (저항 용접에 의해) 용접된다.
도2는 방전 갭(50)을 경유하여 대향되는 중심 전극(30)과 접지 전극(40) 사이의 위치 관계를 도시한다. 중심 전극(30)의 일단부(31)의 단부면(32)은 접지 전극(40)의 일단부(41)의 단부면(43)과 대향되도록 배치된다. 이후로, 2개의 단부면(32, 43)은 각각 중심 전극(30)과 접지 전극(40)의 대향면으로 각각 참조된다.
귀금속 팁(35)은 저항 용접 또는 레이저 용접에 의해 중심 전극(30)의 대향면(32)에 고정된다. 유사하게는, 귀금속 팁(45)은 저항 용접 또는 레이저 용접에 의해 접지 전극(40)의 대향면(43) 상에 고정된다. 귀금속 팁(35, 45)은 각각 원통형 형상으로 구성된다.
이후로, 중심 전극(30)의 귀금속 팁(35)은 중심 전극 팁으로 불리고 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)은 접지 전극 팁으로 불린다.
방전 섹션의 슬렌더 구조를 구현하고 우수한 착화력을 보장하기 위해서, 접지 전극 팁(45)은 중심 전극(30)을 향해 돌출량(t)만큼 접지 전극(40)의 대향면(43)으로부터 돌출된다. 방전 갭(50)은 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45) 사이의 최단 클리어런스 또는 갭(G)으로 정의된다. 예컨대, 방전 갭(50)의 최단 클리어런스 또는 갭(G)은 대략 1 mm로 설정된다.
전술된 스파크 플러그(S1)에 따르면, 소정 전압이 중심 및 접지 전극(30, 40) 사이에 인가될 때, 중심 및 접지 전극(30, 40)의 귀금속 팁(35. 45) 사이에 한정된 방전 갭(50)에서 전기 방전이 발생한다. 전기 방전에 의해 유발되는 스파크는 연소실 내에 한정된 공기-연료 혼합 기체를 점화한다. 화염 중심(flame core)은 점화시에 방전 갭(50)에 형성되고 공기-연료 혼합 기체의 연소를 촉진시키도록 연소실 전체로 성장한다.
본 실시예의 스파크 플러그(S1)는 다음의 특징적인 구성을 가진다.
제1 구성
제1 구성은 접지 전극 팁(45)이 0.3 mm 이상의 돌출량(t)만큼 접지 전극(40)의 대향면(43)으로부터 돌출하고 접지 전극 팁(45)이 중심 전극 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 지닌다는 점에 특징이 있다. 이후로, 제1 구성을 채택하는 이유가 도3 및 도4를 참조하여 설명될 것이다.
도3은 스파크 플러그의 수명에 미치는 접지 전극 팁(45)의 돌출량(t)의 영향을 체크하기 위해 수행된 엔진 내구성 시험으로부터 얻어진 평가 결과로서, 갭 팽창량과 접지 전극 팁(45)의 돌출량(t) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
엔진 내구성 시험은 공회전 상태(900 rpm)와 스로틀 완전 개방 상태(5,000 rpm)를 조합한 고속 모의 패턴에 기초하여 800 시간동안 수행되었다. 즉, 수행된 엔진 내구성 시험은 자동차의 주행 거리 면에서 대략 10 ×104 Km에 상당하다.
갭 팽창량은 방전 갭(50)의 변동, 즉 내구성 시험 후에 측정된 확대된 방전 갭과 내구성 시험 전에 측정된 초기 방전 갭 사이의 차이이다. 도3의 돌출량(t)에 각각 대응하는 방전 갭(50)의 갭 팽창량은 중심 전극 팁(35)의 소모에 의해 유발되는 갭 팽창량[즉, 실선 해칭(hatching)에 의해 표시된 영역]과 접지 전극 팁(45)의 소모에 의해 유발된 갭 팽창량(즉, 점선 해칭에 의해 표시된 영역)의 합이다.
예컨대, 돌출량(t)이 1.5 mm일 때, 중심 전극 팁(35)의 소모에 의해 유발된 갭 팽창량은 0.2 mm이고, 접지 전극 팁(45)의 소모에 의해 유발된 갭 팽창량은 0.45 mm이다. 전체 갭 팽창량은 0.65 mm(0.2 mm + 0.45 mm)이다.
도3에 도시된 내구성 시험에 사용된 스파크 플러그에 의하면, 귀금속 팁(35, 45)은 각각 0.1mm2의 단면적(A)을 가지고 90중량％의 Ir과 10중량％의 Rh를 함유한 Ir-10Rh 합금으로 제조된다. 상기 치수와 재료는 귀금속 재료(35, 45)의 소모를 방지하는 데에 있어서 상대적으로 엄격한 수준으로 설정된다. 이 경우에, 단면적(A)은 로드형 금속 팁의 축에 수직인 평면, 즉 금속 팁의 돌출 방향에 수직인 평면을 따라 취해진다.
또한, 돌출량이 없는(즉, t=0) 임의의 스파크 플러그는 접지 전극 팁(45)이 접지 전극(40)의 대향면(43)에 묻혀도 종래의 스파크 플러그에 상당한 것으로 간주된다. 돌출된 접지 전극 팁을 갖는 종래의 스파크 플러그에 따르면, 돌출된 접지 전극 팁은 소모가 가속화되는 열점이 되어, 따라서 이러한 스파크 플러그는 실제로 사용될 수 없다.
도3으로부터, 종래의 스파크 플러그(t=0)에 따른, 중심 전극 팁(35)의 갭 팽창량(즉, 소모)은 접지 전극 팁(45)의 갭 팽창량(즉, 소모)보다 크다는 것을 알 수 있다. 접지 전극 팁(45)의 소모에 대한 중심 전극 팁(35)의 소모의 비율은 4:1이다. 그 음극성으로 인해 스파크 소모가 중심 전극(30)에서 주로 발생한다는 것은 통상 공지된 바이다. 따라서, 중심 전극 팁(35)에서의 스파크 소모의 비율은 접지 전극 팁(45)에서의 스파크 소모의 비율보다 크다.
반대로, 접지 전극(40)의 대향면(43)으로부터 돌출된 접지 전극 팁(45)을 구비한 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극 팁(45)의 갭 팽창량(즉, 소모)는 돌출량(t)을 증가시킴에 따라 증가한다. 즉, 스파크 플러그의 수명은 돌출량(t)이 증가함에 따라 단축된다. 이는, 전술된 바와 같이, 대향면(43)으로부터 과도하게 돌출된 접지 전극 팁(45)이 온도가 국부적으로 증가하는 열점이 되고 이에 따라 산화 휘발 소모가 증진되기 때문이다.
도4는 본 실시예의 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험의 결과에 기초하여 평가된 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비와 접지 전극 팁(45)의 돌출량(t) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도4에서, 흑색 점은 동일한 조성(즉, 90중량％의 Ir과 10중량％의 Rh를 함유한 Ir-10Rh 합금)을 갖는 동일한 재료로 제조된 접지 전극 팁(45)과 중심 전극 팁(35)을 구비한 스파크 플러그의 데이터를 나타낸다. 한편, 백색 점은 상이한 재료로 제조된 접지 전극 팁(45)과 중심 전극 팁(35)을 구비한 스파크 플러그의 데이터를 나타낸다. 보다 구체적으로, 접지 전극 팁(45)은 중심 전극 팁(35)의 Ir-10Rh 합금에 비해 우수한 내산화 휘발성을 가지는 70중량％의 Ir과 30중량％의 Rh를 함유한 Ir-30Rh 합금으로 제조된다. 귀금속 팁(35, 45)의 각각은 0.1 mm2의 단면적 (A)을 가진다. 상기 면적과 재료는 귀금속 팁(35, 45)의 소모를 방지하는 데에 있어서 상대적으로 엄격한 수준으로 설정된다.
도4에서, 소모 체적비는 Ir-10Rh 합금으로 제조되고 돌출량이 없는(t = 0) 기준 접지 전극 팁(45)의 소모 체적에 대해 표준화된 돌출량(t)(0 mm ≤t ≤1.5 mm)을 갖는 각 접지 전극 팁(45)의 소모 체적으로 표현된다. 예컨대, Ir-10Rh 합금으로 제조되고 돌출량(t)이 1.5 mm인 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비는 Ir-10Rh 합금으로 제조되고 돌출량이 없는(t=0) 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비의 9배이다.
도4로부터 알 수 있는 바와 같이, 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45)이 동일한 재료(즉, Ir-10Rh 합금)로 제조되는 경우에, 접지 전극 팁(45)의 소모량은 돌출량(t)이 0.3 mm를 초과할 때 크게 증가한다. 이는, 전술된 바와 같이, 접지 전극 팁(45)이 열점이 되는 것으로 생각된다.
한편, 접지 전극 팁(45)이 Ir-10Rh 합금에 비해 우수한 내산화 휘발성을 갖는 상이한 재료(즉, Ir-30Rh 합금)로 제조되는 경우에, 접지 전극 팁(45)의 소모량은 돌출량(t)의 넓은 범위(t = 0 ~ 1.5 mm)에서 낮은 값(≤3)으로 억제될 수 있다.
도4에서 발견되는 차이점은 다음 방식으로 설명될 수 있다. 돌출량(t)이 0.3 mm미만일 때, 접지 전극 팁(45)은 열점이 되지 않고, 이에 따라 팁 온도는 그다지 증가하지 않는다. 이 경우에, 접지 전극 팁(45)에서도, 스파크 소모의 비율은 산화 휘발 소모의 비율에 비해 크다. Ir-30Rh 합금은 Ir-10Rh 합금에 비해 낮은 용융점을 가지고, 이에 따라 Ir-30Rh 합금의 스파크 소모 내구성은 Ir-10Rh 합금보다 열등하다. 이는 돌출량(t)이 0.3 mm 미만일 때 Ir-30Rh 합금으로 제조된 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비가 Ir-10Rh 합금으로 제조된 접지 전극 팁(45)의 것보다 다소 크기 때문이다.
내산화 휘발성을 개선하기 위해서, 팁을 구성하는 귀금속이 보호막으로 기능하는 산화막으로 용이하게 산화되도록 적절량의 첨가물을 함유하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 접지 전극 팁(45)은 중심 전극 팁(35)에 비해 내산화 휘발성을 증가시킬 수 있는 더 많은 첨가물을 함유한다.
본 실시예에 따르면, Ir-30Rh 합금으로 제조된 접지 전극 팁(45)은 Ir-10Rh 합금에 비해 다량의 첨가물(즉, 30중량％의 Rh)을 포함한다. 접지 전극 팁(45)에 함유된 증가된 량의 Rh(즉, 30중량％)는 내산화 휘발성을 향상시키는 요소로 기능한다. 그러나, 전극 팁에 함유된 첨가물의 양을 증가시키는 것은 팁의 용융점의 감소를 초래한다. 따라서, 돌출량(t)이 0.3 mm 미만인 동안, Ir-30Rh 팁의 소모 체적비는 Ir-10Rh 팁의 것보다 다소 크다.
한편, 돌출량(t)이 0.3 mm 이상인 경우에, 접지 전극 팁(45)은 온도가 과도하게 증가하는 열점이 되기 쉽다. 산화 휘발 소모의 비율은 스파크 소모의 비율보다 커진다. 이에 따라, 우수한 내산화 휘발성을 지니는 팁 재료를 사용하는 것이 전극 팁의 소모를 효과적으로 억제하는 데에 유리하다.
도3 및 도4에 도시된 시험 결과로부터, 본 실시예는 접지 전극 팁(45)이 0.3 mm 이상인 돌출량(t)만큼 접지 전극(40)의 대향면(43)으로부터 돌출하고 접지 전극 팁(45)이 중심 전극 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 지니는 것을 특징으로 하는 제1 구성을 도출한다. 제1 구성으로, 접지 전극 팁(45)의 내소모성을 개선시키는 것이 가능해진다. 팁 소모량은 크게 감소될 수 있다. 스파크 플러그(S1)의 수명은 크게 연장될 수 있다.
도4는 Ir-10Rh 합금으로 제조된 중심 전극 팁(35)와 Ir-30Rh 합금으로 제조된 접지 전극 팁(45)을 가지는 스파크 플러그에 기초하여 얻어진 시험 데이터를 도시한다. 그러나, 본 발명의 팁 재료는 이들 합금에 제한되지 않는다. 접지 전극 팁(45)이 중심 전극 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 가지는 한, 주요 구성과 첨가 요소의 종류에 상관없이 동일한 시험 결과가 얻어질 것이다.
또한, 제1 실시예에 의하면, 비율 Lmax2/Lmax1로 정의된 산화 휘발비(X)가 0.8 이하(즉, X ≤0.8)인 것이 바람직하며, 여기서 Lmax1와 Lmax2는 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45)이 1,100 ℃의 온도에서 30시간 동안 대기중에 방치된 후에 관측된 중심 전극 팁(35)의 최대 산화 휘발폭과 접지 전극 팁(45)의 최대 산화 휘발폭을 각각 나타낸다.
이는 접지 전극 팁(45)의 산화 휘발 특성을 체크하기 위해 수행된 평가 결과에 기초한 것이다. 평가 결과의 세부 사항은 도5 및 도6을 참조하여 설명될 것이다.
도5는 스파크 플러그의 산화 휘발 특성을 평가하기 위해 채택된 평가 방법을 설명하는 종단면도이다. 이 방법에 의하면, 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45)은 모두 1,100 ℃의 고온에서 30시간동안 대기 중에 방치된다. 그런 후, 최대 산화 휘발폭의 측정이 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45)에 대해 각각 수행된다.
도5의 점선은 각각의 전극 팁(35, 45)의 시험 이전 단면 형상, 즉 초기 형상을 도시한다. 전극 팁(35, 45)이 고온 환경에 방치될 때, 각각의 전극 팁(35, 45)의 휘발은 그 로드형 원통체의 외측면으로부터 시작된다. 전술된 고온 환경에 방치된 후에, 각각의 전극 팁(35, 45)은 각각 원재료를 보존하는 비변경 영역(K1)과 이 비변경 영역(K1)의 표면을 덮는 산화층(K2)으로 구성된 소모 팁으로 변한다.
도5에 도시된 바와 같이, 최대 산화 휘발폭(Lmax1, Lmax2)은 각각 휘발된 부분(K3)의 최대폭, 즉 초기 형상의 표면과 비변경 영역(K1)의 표면 사이의 최대 여유 클리어런스를 나타낸다. 이러한 치수 정의에 기초하여, 산화 휘발비(X)는 중심 전극 팁(35)의 최대 산화 휘발폭(Lmax1)에 대한 접지 전극 팁(45)의 최대 산화 휘발폭(Lmax2)의 비율로 정의된다.
도6은 본 실시예의 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험의 결과에 기초하여 산출된 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비와 산화 휘발비(X) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도6에 있어서, 소모 체적비는 0.2의 산화 휘발비(X)를 갖는 기준 접지 전극 팁(45)에 대해 표준화된 산화 휘발비(X; 0.2 ≤X ≤1.2)를 갖는 각 접지 전극 팁(45)의 소모 체적으로 표현된다. 평가에 사용된 전극 팁(45)은 0.1 mm2의 단면적(A)과 1.5 mm의 돌출량(t)을 가진다. 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45)은 동일한 조성을 갖는 동일한 재료로 제조된다.
도6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 접지 전극 팁(45)의 소모 체적은 산화 휘발비(X)가 0.8을 초과할 때 크게 증가한다. 이에 따라, 접지 전극 팁(45)의 산화 휘발 소모를 크게 감소시키기 위해서, 산화 휘발비(X)를 0.8 이하로 억제시키는 것이 바람직하다.
또한, 제1 구성에 의하면, 접지 전극 팁(45)은 도7 및 도8에서 도시된 시험 데이터로부터 명백한 바와 같이 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 가지고 1.5 mm 이하인 돌출량(t)을 갖는 것이 바람직하다.
도7은 본 실시예의 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비와 접지 전극 팁(45)의 팁 단면적(A) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도7에서, 소모 체적비는 0.1 mm2의 팁 단면적(A)을 갖는 기준 접지 전극 팁(45)의 소모 체적에 대해 표준화된 팁 단면적(A)(0.05 mm2 ≤A ≤0.3 mm2)을 갖는 각 접지 전극 팁(45)의 소모 체적으로 표현된다. 평가에 사용된 전극 팁(45)은 1.5 mm의 돌출량(t)과 0.8의 산화 휘발비(즉, X = 0.8)를 가진다.
도7에서 알 수 있는 바와 같이, 접지 전극 팁(45)의 소모 체적은 팁 단면적(A)이 0.1 mm2미만일 때 크게 증가한다. 팁 온도는 팁 단면적(A)이 과도하게 작을 때 급격하게 증가하는 것으로 생각된다. 따라서, 산화 휘발 소모를 억제시키는 것은 어려워진다.
도7에 도시되지 않지만, 발명자에 의해 수행된 평가에 의하면, 팁 단면적 (A)이 1.15 mm2보다 클 때 스파크 플러그의 우수한 착화성을 보장하는 것은 어렵다.
또한, 도8은 본 실시예의 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비와 접지 전극 팁(45)의 돌출량(t)사이의 관계를 도시한 그래프이다.
평가에 사용된 접지 전극 팁(45)은 0.1 mm2의 단면적(A)과 0.2 또는 0.8의 산화 휘발비(X)를 가진다. 도8에서, 소모 체적비는 돌출량(t)이 0.3 mm인 기준 접지 전극 팁(45)의 소모 체적에 대해 표준화된 돌출량(t)(0 mm ≤t ≤2.1 mm)를 갖는 각 접지 전극 팁(45)의 소모 체적으로 표현된다.
도8에서 알 수 있는 바와 같이, 접지 전극 팁(45)의 소모 체적은 팁 돌출량(t)이 산화 휘발비(X)에 상관없이 1.5 mm 보다 클때 크게 증가한다. 팁 온도는 팁 돌출량(t)이 과도하게 클 때 급격하게 증가하는 것으로 생각된다. 따라서, 산화 휘발 소모를 억제시키는 것은 어려워진다.
상기로부터, 도7 및 도8에 도시된 평가 결과는, 우수한 착화성을 보장하도록, 접지 전극 팁(45)이 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 가지고 1.5 mm 이하의 돌출량(t)을 갖는 것이 바람직하다는 결론을 도출한다.
전술된 제1 구성으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 중심 전극(30), 방전 갭(50)을 경유하여 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극(40), 중심 전극의 대향면(32)에 고정된 귀금속 팁(35) 및 접지 전극의 대향면(43)에 고정된 귀금속 팁(45)을 구비한 제1 스파크 플러그를 제공하고, 접지 전극의 귀금속 팁(45)은 0.3 mm 이상인 돌출량(t) 만큼 접지 전극의 대향면(43)으로부터 돌출하고 접지 전극의 귀금속 팁(45)이 중심 전극의 귀금속 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 가진다.
발명자에 따르면, 귀금속 팁을 접지 전극의 대향면으로부터 돌출시키는 것은 착화성을 향상시킨다. 접지 전극의 귀금속 팁의 소모 패턴을 고려하면, 산화 휘발 소모의 비율은 돌출량(t)이 0.3 mm를 초과할 때 스파크 소모의 것보다 커진다(도3 및 도4 참조).
본 발명의 제1 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극의 귀금속 팁(45)은 중심 전극의 귀금속 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 가진다. 따라서, 돌출량(t)이 0.3 mm이상일 때, 본 발명의 제1 스파크 플러그는 접지 전극의 귀금속 팁의 내소모성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 제1 스파크 플러그에 따르면, 비율 Lmax2/Lmax1로 정의되는 산화 휘발비(X)가 0.8 이하(즉, X ≤0.8)인 것이 바람직하고, 여기서 중심 전극(30)의 귀금속 팁(35)과 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)이 1,100℃의 온도로 30시간 동안 대기중에 방치된 후에 관찰된 중심 전극(30)의 귀금속 팁(35)의 최대 산화 휘발폭을 Lmax1으로 나타내고, 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)의 최대 산화 휘발폭을 Lmax2로 나타낸다.
산화 휘발비(X)가 1 미만이라면, 접지 전극의 귀금속 팁은 중심 전극의 귀금속 팁에 비해 실질적으로 우수한 내산화 휘발성을 지닐 것이다. 발명자에 따르면, 산화 휘발비(X)가 0.8 이하일 때, 접지 전극의 귀금속 팁의 산화 휘발 소모는 크게 감소한다(도6 참조).
또한, 본 발명의 제1 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)이 0.1 mm2이상 1.15 mm2이하인 단면적(A)을 가지고 1.5 mm이하의 돌출량(t)을 가지는 것이 바람직하다.
접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)의 단면적(A)과 돌출량(t)이 앞에서 정한 범위에 각각 존재할 때, 내소모성이 개선될 뿐만 아니라 우수한 착화성이 달성될 수 있다.
보다 구체적으로, 단면적(A)이 0.1 mm2 보다 작다면, 귀금속 팁의 소모량은 크게 증가할 것이다(도7 참조). 한편, 단면적(A)이 1.15 mm2 보다 크다면, 우수한 착화성을 보장하는 것이 어려워질 것이다. 또한, 돌출량(t)이 1.5 mm 보다 크다면, 귀금속 팁의 소모량은 크게 증가할 것이다(도8 참조).
제2 구성
또한, 본 실시예에 따른 스파크 플러그(S1)에 사용된 귀금속 팁(35, 45)의 내소모성을 개선시키기 위해서, 접지 전극 팁(45)의 돌출량(t)이 0.3 mm 이상인 조건 하에서 다음 제2 구성을 채택하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45)은 각각 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 주성분으로서 Ir을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 Ir 합금으로 제조되고 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 전체량은 중량으로 15％이상이다. 다음은 제2 구성이 양호한 특성을 유발하는 이유이다.
먼저, 중심 전극 팁(35)과 접지 전극 팁(45) 각각에 대해 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 Ir을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 Ir 합금을 사용하는 것은 팁에 높은 용융점과 우수한 내열성과 같은 우수한 특성을 보장하는 데에 유리하다. 다음, 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 전체 양을 중량으로 15％ 이상 50％ 이하로 제한하는 것은 도9에 도시된 결과로부터 도출된다.
도9는 본 실시예의 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 접지 전극 팁(45)에 함유된 첨가물량과 접지 전극 팁(45)의 소모 체적비 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도9에 도시된 시험 데이타는 주재료로서 Ir과 Rh, Rh-Pt 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 오직 하나의 첨가물을 함유한 3 종류의 접지 전극 팁(45)을 기초로한다. 도9에서, 소모 체적비는 15중량％의 Rh를 함유한 기준 접지 전극 팁(45)의 소모 체적에 대해 표준화된 5중량％ 내지 70중량％의 범위인 Rh, Rh-Pt 및 Pt중 하나를 함유한 각 접지 전극 팁(45)의 소모 체적으로 표현된다. 평가에 사용된 접지 전극 팁(45)은 1.5 mm의 돌출량(t)과 0.1 mm2의 단면적(A)을 가진다.
도9로부터 알 수 있는 바와 같이, 접지 전극 팁(45)의 소모 체적은 전체 첨가물량이 Ir에 첨가되는 첨가물의 종류와 개수에 상관없이 15중량％ 미만일 때 크게 증가한다. 이에 따라, 접지 전극 팁(45)의 산화 휘발 소모를 억제하는 것이 어려워진다. 한편, 전체 첨가물량이 50중량％보다 클 때, 접지 전극 팁(45)의 용융점은 감소하고, 접지 전극 팁(45)의 소모 체적은 크게 증가한다.
상기로부터, 도9에 도시된 평가 결과는 0.3 mm 미만의 돌출량(t)을 가지는 접지 전극 팁(45)의 소모량을 억제하기 위해서, 접지 전극 팁(45)이 주재료(즉, 50중량％를 초과하는 함유량)로서 높은 용융점을 갖는 Ir을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 Ir합금으로 제조되고 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 전체 양이 중량으로 15％ 이상인 것이 바람직하다.
도9는 Rh, Rh-Pt 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가물을 함유한 Ir 합금으로 제조된 접지 전극 팁(45)에 기초하여 얻어진 시험 데이터를 도시한다. 그러나, 본 발명의 첨가 요소는 상기 요소에 제한되지 않는다. 유사한 시험 결과는 접지 전극 팁(45)이 Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, Y2O3 및 Re로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가물을 포함하고 접지 전극 팁(45)이 3종류 이상의 첨가 요소를 포함하는 경우에도 달성될 것이다.
전술된 제1 구성을 채택하는 대신 전술된 제2 구성을 채택한 스파크 플러그(S1)는 접지 전극 팁(45)의 돌출량(t)이 0.3 mm보다 작을 때 중심 전극 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 갖는 접지 전극 팁(45)를 구현하는 것을 가능하게 한다. 이에 따라, 귀금속 팁의 내소모성은 개선될 수 있다.
또한, 전술된 제2 구성에 따르면, 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량 비율이 중심 전극 팁(35)에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량 비율의 1.5배 이상인 것이 바람직하다. 다음은 이 제한이 바람직한 이유이다.
도10은 본 실시예에 따른 스파크 플러그의 전체 첨가물량 비(T2/T1)와 소모비(△GAP) 사이의 관계를 도시하는 그래프로, 전체 첨가물량 비(T2/T1)는 중심 전극 팁(35)에 함유된 전체 첨가물량(T1; 중량％)에 대한 접지 전극 팁(45)에 함유된 전체 첨가물량(T2; 중량％)의 비율을 나타내고, 소모비(△GAP)은 갭 팽창량을 나타낸다.
도10에 있어서, 흑색 점은 Ir-10Rh 합금으로 제조된 중심 전극 팁(35)을 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 데이터를 나타낸다. 백색 점은 Ir-15Rh 합금으로 제조된 중심 전극 팁(35)을 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 데이터를 나타낸다. Ir-15Rh 팁을 위한 시험 조건은 Ir-10Rh 팁을 위한 시험 조건보다 높게 설정되었다.
보다 구체적으로, Ir-10Rh 팁의 엔진 내구성 시험에 따르면, 팁 온도는 접지 전극(40)의 일단부(즉, 말단부; 41)에서 950℃까지 증가하였다. 한편, Ir-15Rh 팁의 엔진 내구성 시험에 따르면, 점화 타이밍은 팁 온도를 950℃ 내지 1000℃로 증가시키도록 변경되었다. 즉, 중심 전극 팁(35)의 첨가물량이 스파크 플러그의 실제 사용 환경으로 조정된 조건 하에서, 스파크 플러그의 갭 팽창량에 미친 영향이 전체 첨가물량 비에 따라 체크되었다.
도10에 도시된 내구성 시험에 따르면, 접지 전극 팁(45)은 Ir-Rh 합금으로 또한 제조된다. 전체 첨가물량 비는 중심 전극 팁(35)에 함유된 Rh의 중량 비율에 대한 접지 전극 팁(45)에 함유된 Rh의 중량 비율에 대한 비로 정의된다. 평가에 사용된 접지 전극 팁(45)은 1.5 mm의 돌출량(t)과 0.1 mm2의 단면적(A)을 가진다.
또한, 소모비는 1.5의 전체 첨가물량 비를 갖는 Ir-10Rh 중심 전극 팁(35)을 갖는 기준 스파크 플러그의 갭 팽창량에 대해 표준화된 0.5 내지 3.0의 범위의 전체 첨가물량 비를 갖는 시험된 각 스파크 플러그의 갭 팽창량으로 표현된다. 도3에 도시된 돌출량(t=1.5)에 대응하는 갭 팽창량으로부터 명백한 바와 같이, 접지 전극 팁(45)의 소모는 갭 팽창량에 크게 기여한다.
도10에 도시된 시험 결과로부터, 접지 전극 팁(45)의 산화 휘발 소모를 억제하고 스파크 플러그의 수명을 연장하기 위해서, 전체 첨가물량 비가 중심 전극 팁(35)에 함유된 첨가물량에 상관없이 1.5 이상인 것이 바람직하다.
도10은 첨가물로서 Rh를 함유한 Ir 합금 팁에 기초하여 얻어진 시험 데이터를 도시한다. 그러나, 본 발명의 첨가 요소는 Rh에 제한되지 않는다. 유사한 시험 결과는 전극 팁이 Ni, Pt, W, Pd, Ru, Os, Al, Y 및 Y2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가물을 포함하고 중심 전극 팁(35)에 함유된 첨가물의 종류가 접지 전극 팁(45)에 함유된 첨가물의 종류와 다른 경우에도 달성될 것이다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 접지 전극의 귀금속 팁의 내산화 휘발성을 개선하기 위해서, 발명자는 용이하게 산화되어 귀금속 팁의 표면을 덮거나 보호하는 산화막을 형성한 첨가물을 함유하는 귀금속 팁을 채용하는 발상을 하였다.
따라서, 발명자는 높은 용융점을 갖는 Ir 합금으로 제조된 귀금속 팁의 내소모성에 미치는 첨가물의 영향을 체크하기 위해 첨가물의 함유량을 변경시킴으로서 내구성 시험을 수행하였다. 이러한 실험 조사에 근거하여, 발명은 다음 스파크 플러그 구성을 채용하도록 제안된다.
즉, 제2 구성을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명은 중심 전극(30), 방전 갭(50)을 경유하여 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극(40), 중심 전극의 대향면(32)에 고정된 귀금속 팁(35) 및 접지 전극의 대향면(43)에 고정된 귀금속 팁(45)을 구비한 제2 스파크 플러그를 제공하고, 접지 전극의 귀금속 팁(45)은 0.3 mm 이상인 돌출량(t) 만큼 접지 전극의 대향면(43)으로부터 돌출하고 중심 전극의 귀금속 팁(35)과 접지 전극의 귀금속 팁(45)은 각각 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 이리듐을 함유하고, 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 포함하는 이리듐 합금으로 제조되고, 접지 전극의 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 총량이 중량에 대해 15％ 이상이다.
본 발명의 제2 스파크 플러그에 따르면, 중심 및 접지 전극의 귀금속 팁은 모두 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 이리듐을 포함하고, 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 포함하는 이리듐 합금으로 제조된다. 따라서, 높은 용융점과 우수한 내열성과 같은 우수한 팁 특성을 보장하는 것이 가능해진다.
또한, 접지 전극의 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 총량은 중량으로 15％ 이상 50％ 이하이다. 모든 첨가물의 전체 양이 중량으로 15％보다 작다면, 귀금속 팁의 산화 휘발 소모를 억제하는 것이 어려워질 것이다. 한편, 모든 첨가물의 전체 양이 중량으로 50％보다 크다면, 귀금속 팁의 용융점은 감소할 것이다(도9 참조).
전술한 것으로부터, 본 발명의 제2 스파크 플러그는 귀금속 팁의 향상된 내소모성을 보장할 수 있다.
또한, 발명자는 접지 전극의 귀금속 팁에 함유된 모든 첨가물의 중량 비율을 최적화하도록 내구성 시험을 수행하였다. 이러한 실험 조사에 근거하여, 발명은 다음 스파크 플러그 구성을 채택하도록 의도된다.
즉, 본 발명의 제2 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량 비율은 중심 전극의 귀금속 팁(35)에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량비의 1.5배 이상인 것이 바람직하다.
중심 전극의 귀금속 팁에 함유된 첨가물량에 관계없이, 중심 전극의 귀금속 팁(35)에 함유된 모든 첨가물의 전체 양에 대한 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 총량의 비율은 중량으로 1.5배 이상이다. 이는 접지 전극의 귀금속 팁의 산화 휘발 소모를 억제할 수 있게 한다. 따라서, 스파크 플러그의 수명은 연장될 수 있다(도10 참조).
제 3 구성
또한, 본 실시예에 따른 스파크 플러그(S1)에 사용되는 귀금속 팁(35, 45)의 내소모성을 개선하기 위해서, 접지 전극 팁(45)의 돌출량(t)이 0.3 mm이상인 조건하에서 다음 제3 구성을 채택하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 중심 전극 팁(35)은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 주성분으로서 Ir을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 Ir 합금으로 제조되고 접지 전극 팁(45)은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 주성분으로써 백금을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 백금 합금으로 제조된다.
제3 구성에 따르면, 중심 전극 팁(35)은 높은 용융점을 갖는 Ir 합금으로 제조되고 접지 전극 팁(45)은 우수한 내산화 휘발성을 갖는 Pt 합금으로 제조된다. 중심 전극 팁(35)은 스파크 소모를 주로 경험한다. 따라서, 중심 전극 팁(35)에 대해 Ir 합금을 사용하는 것은 스파크 소모에 대한 내구성을 향상시키는 데에 효과적이다. 접지 전극 팁(45)은 산화 휘발 소모를 주로 경험한다. 따라서, 접지 전극 팁(35)에 Pt 합금을 사용하는 것은 산화 휘발 소모에 대항하여 내구성을 향상시키는 데에 효과적이다.
따라서, 제1 또는 제2구성을 채용하는 대신, 제3 구성을 채택하는 스파크 플러그(S1)는 귀금속 팁의 내소모성을 향상시키는 것을 가능하게 된다. 스파크 플러그의 수명은 크게 연장된다.
또한, 제3 구성에 따르면, 팁 강도를 증가시키기 위해, 전극 팁(35, 45)은 Ir, Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, 및 Y2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가물을 포함하는 것이 바람직하다. 팁에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
제3 구성에 따르면, 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물은 Pt 보다 높은 용융점을 가지는 것이 또한 바람직하다.
또한, 제3 구성에 따르면, 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물이 Pt 보다 작은 선팽창 계수를 가지고 접지 전극 팁은 레이저 용접에 의해 접지 전극(40)의 대향면(43)에 고정되는 것이 바람직하다.
주성분으로 Pt를 함유한 Pt 합금으로 제조된 접지 전극 팁(45)은 Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, Y2O3, 및 Re로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가물을 함유한다.
표1은 각각의 금속 성분의 용융점과 선팽창 계수를 도시한다.
[표1]
용융점(℃) 선형 팽창 계수(0×106/℃)
Pt 1,769 9.0
Ir 2,443 6.8
Rh 1,966 8.5
Ni 1,453 13.3
W 3,400 4.5
Pd 1,552 11.0
Ru 2,250 9.6
Os 3,030 4.6
Al 660 23.5
Y2O3 4,300 7.2
Re 3,180 6.6
도11은 접지 전극 팁(45)의 다양한 접지 전극 팁 조성과 스파크 플러그의 실험 측정된 소모 체적비 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 소모 체적비는 Pt 만을 함유한(즉, 첨가물을 함유하지 않은) 기준 접지 전극 팁(45)의 소모 체적에 대해 표준화된 시험된 각 접지 전극 팁(45)의 소모 체적으로 표현된다.
도11에 도시된 시험 데이터는 주 성분으로 Pt를, 그리고 Rh, Ir, Pd, Ni, Ir-Rh, 및 Ir-Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가물을 함유한 접지 전극 팁(45)에 기초한다. 도11에 도시된 소모 체적비를 얻기 위해서, 스파크 벤치 내구성 시험은 실온에서 700시간 동안 수행되었다.
우수한 스파크 소모 내구성을 가질지라도, (첨가물을 함유하지 않는) 100Pt 접지 전극 팁(45)은 강도면에서 시험된 다른 팁보다 열등하고, 따라서, 고온 조건에서 크랙을 유발하여 실제 사용될 수 없다.
전술된 첨가물을 팁에 첨가하는 것은 강도를 증가시키기 위해서이다. 그러나, 범위 이상 및 이하로, 첨가물을 첨가하는 것은 팁의 스파크 소모량을 아마도 증가시킨다. 특히, 접지 전극 팁(45)이 Pt 보다 낮은 용융점을 갖는 Pd 및 Ni와 같은 첨가 요소를 포함한다면, 스파크 소모량은 도11에 도시된 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 크게 증가할 것이다.
전술한 것으로부터, 도11에 도시된 시험 데이터는 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물이 Pt보다 높은 용융점을 가지는 것이 바람직하다는 결론을 도출한다. 접지 전극 팁(45)의 스파크 소모량은 가능한 적게 억제될 수 있다. 접지 전극 팁(45)의 강도는 증가될 수 있다.
도11에 도시된 시험 데이터는 Rh, Ir, Pd, Ni, Ir-Rh 및 Ir-Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가물을 함유한 접지 전극 팁(45)에 기초한다. 그러나, 유사한 결과는 접지 전극 팁(45)이 다른 첨가물을 함유하거나 접지 전극 팁(45)이 복수의 첨가물을 함유하더라도 달성될 것이다.
이는 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물이 Pt보다 높은 용융점을 가지는 이유이다. 바람직하게는, 접지 전극 팁(45)에 첨가될 요소는 Ir, Rh, W, Ru, Os, Y2O3 및 Re로 이루어진 군으로부터 선택되어야 한다.
도12는 도11에 도시된 다양한 접지 전극 팁 조성과 접지 전극 팁(45)의 측정된 접합 신뢰도 사이의 관계를 도시하는 표이다. 각각의 접지 전극 팁(45)의 접합 신뢰도는 팁(45)을 접지 전극(40)에 접합시키기 위해 적용될 저항 용접과 레이저 용접 각각에 대해 체크되었다.
이 평가에 대해, 도11에 도시된 조성을 갖는 각각의 접지 전극(45)을 사용한 스파크 플러그는 접합 신뢰도를 체크하기 위해 6기통 2,000cc 엔진에 장착되었다. 내구성 시험은 1분 공회전 작동 및 1분 풀-스로틀(full-throttle) 및 고속(6,000 rpm) 작동을 포함한 소정의 구동 주기를 연속적으로 반복함으로써 100시간 동안 수행되었다.
도13a 및 도13b는 도12에 도시된 접합 신뢰도를 측정하기 위해 채용된 박리(peel) 평가 방법을 설명하는 도면이다. 도13a는 저항 용접에 의해 접합된 접지 전극 팁(45)을 도시하는 단면도이다. 도13b는 레이저 용접에 의해 접합된 접지 전극 팁(45)을 도시하는 단면도이다. 도13b에서, 레이저 용접은 접지 전극 팁(45)과 접지 전극(40) 사이에서 연장하는 접합 영역으로 존재하는 용융부(47)를 형성한다.
도13a에서, 접합 길이(a)는 팁(45)과 접지 전극(40) 사이에서 연장하는 기존 접합 경계부를 타나낸다. 도13b에서, 두 개의 접합 길이(a1 과 a2)는 팁(45)과 용융부(47) 사이에서 연장하는 기존 접합 경계부를 나타낸다. 도13a 및 도13b에서, 박리 길이(b1, b2)는 효과적인 접합이 관측되지 않은 부분을 나타낸다. 상기 길이(a, a1, a2, b1, b2) 또는 접합면의 조건은 접합 경계부를 따라 취해진 절단면을 관측하는 데에 사용되는 야금 현미경 등을 사용함으로써 측정 또는 알 수 있다.
도13a에 도시된 저항 용접의 경우에 있어서, 박리 비율은 정의 {(b1+b2)/a} ×100(％)에 따라 얻어진다. 도13b에 도시된 레이저 용접의 경우에, 박리 비율은 정의 {(b1+b2)/(a1+a2)} ×100(％)에 따라 얻어진다.
도12의 표에 도시된 평가에 의하면, 표시 ''은 측정된 박리 비율이 0％ 내지 25％의 범위에 있었다는 것을 가리킨다. 표시 '△'는 측정된 박리 비율이 25％ 내지 50％의 범위에 있었다는 것을 가리킨다. 그리고, 표시 '×'는 측정된 박리 비율이 50％ 내지 100％의 범위에 있었다는 것을 가리킨다.
도12의 평가로부터, 저항 용접은 접지 전극 팁이 Pt보다 작은 선팽창 계수를 갖는 Rh 및 Ir과 같은 첨가물 만을 포함할 때 신뢰할 만한 접합 강도를 보장할 수 없다. 또한, 도12에 도시된 접합 신뢰도의 평가 결과가 도11에 도시된 스파크 소모 내구성에 반대되는 경향이 있다.
또한, 표1에 도시된 바와 같이, Pt보다 높은 용융점을 갖는 다수의 첨가물은 Pt 보다 작은 선팽창 계수를 가진다.
반대로, 도12의 평가로부터 명백한 바와 같이, 레이저 용접은 접지 전극 팁의 조성에 관계없이 신뢰할만한 접합 강도를 보장할 수 있다. 도12에 도시된 시험 데이터가 Rh, Ir, Pd, Ni, Ir-Rh 및 Ir-Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가물을 함유한 접지 전극 팁(45)에 기초한다. 그러나, 유사한 결과는 접지 전극 팁(45)이 다른 첨가물을 함유하거나 접지 전극 팁(45)이 복수의 첨가물을 함유하더라도 달성될 것이다.
전술한 것으로부터, 스파크 소모 내구성과 접합 신뢰도 모두를 보장하기 위해서, 도12의 평가 결과는 접지 전극 팁(45)에 함유된 모든 첨가물이 Pt보다 작은 선팽창 계수를 가지고 접지 전극 팁이 레이저 용접에 의해 접지 전극(40)의 대향면(43)에 고정되는 것이 바람직하다는 결론을 도출한다.
또한, 전술된 제2 또는 제3 실시예에서 우수한 착화성을 보장하고 산화 휘발 소모를 억제하기 위해서, 접지 전극 팁(45)이 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 가지고 1.5mm 이하인 돌출량(t)을 갖는 것이 바람직하다.
전술된 제3 구성으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 중심 전극(30), 방전 갭(50)을 경유하여 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극(40), 중심 전극의 대향면(32)에 고정된 귀금속 팁(35) 및 접지 전극의 대향면(43)에 고정된 귀금속 팁(45)을 포함하는 제3 스파크 플러그를 제공하고, 접지 전극의 귀금속 팁(45)은 0.3 mm 이상인 돌출량(t) 만큼 접지 전극의 대향면(43)으로부터 돌출하고, 중심 전극의 귀금속 팁(35)은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 이리듐을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 이리듐 합금으로 제조되고, 접지 전극의 귀금속 팁(45)은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 백금을 함유하고 적어도 한 종류의 첨가물을 또한 함유하는 백금 합금으로 제조된다.
본 발명의 제3 스파크 플러그에 의하면, 중심 전극의 귀금속 팁은 높은 용융점을 갖는 이리듐 합금으로 제조되어, 따라서 스파크 소모에 대한 견고함을 지닌다. 한편, 접지 전극의 귀금속 팁은 내산화 휘발성을 갖는 백금 합금으로 제조되어, 이에 따라 산화 휘발 소모에 대한 견고함을 지닌다. 따라서, 중심 및 접지 전극에 제공된 각각의 귀금속 팁의 소모 메카니즘의 차이를 고려한 귀금속 팁의 내소모성 또는 내구성을 효과적으로 개선시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제3 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극(40)의 접지 전극 팁(45)이 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 가지고 돌출량(t)이 1.5 mm 이하인 것이 바람직하다. 동일한 구조적 특징을 갖는 제1 스파크 플러그에 대한 전술한 이유는 제3 스파크 플러그의 이 구성에 동일하게 적용가능하다.
또한, 본 발명에 제3 스파크 플러그에 따르면, 중심 전극(30)과 접지 전극(40)의 귀금속 팁(35, 45)에 함유된 첨가물이 Ir(이리듐), Pt(백금), Rh(로듐), Ni(니켈), W(텅스텐), Pd(팔라듐), Ru(루테늄), Os(오스뮴), Al(알루늄), Y(이트륨), Y2O3(산화 이트륨) 및 Re(레늄)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 이 군으로부터 선택된 첨가물의 개수는 제한되지 않는다. 중심 전극(30)의 귀금속 팁(35)과 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)에 대해 다양한 첨가물을 선택하는 것이 또한 가능하다.
또한, 본 발명의 제3 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물은 Pt보다 높은 용융점을 가지는 것이 바람직하다.
접지 전극에 대해 우수한 내소모성을 보장하도록 접지 전극에 대해 첨가물을 포함하지 않은 순수한 Pt 팁을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러나, 순수한 Pt 팁은 불충분한 강도를 가지고 고온 환경에서 크랙이 발생하는 경향이 있다. 따라서, 발명자는 충분한 팁 강도를 보장하도록 적어도 하나의 첨가물을 함유한 Pt 합금을 사용하는 것을 제한한다.
이 경우에, Pt보다 높은 용융점을 갖는 첨가물을 첨가하는 것은 순수한 Pt 팁과 비교할만한 실제 허용가능한 내소모성을 지닌 귀금속 팁을 달성할 수 있게 한다(도11 참조).
또한, 본 발명의 제3 스파크 플러그에 따르면, 접지 전극(40)의 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물이 Pt 보다 작은 선팽창 계수를 가지고 접지 전극의 귀금속 팁이 레이저 용접에 의해 접지 전극의 대향면(43)에 고정되는 것이 바람직하다.
이 구성은 스파크 내소모성의 요구와 접지 전극용 귀금속 팁에 대한 접합 신뢰도를 동시에 만족하는 데에 바람직하다.
특히, Pt보다 높은 용융점을 갖는 첨가물이 Pt 보다 작은 선팽창 계수를 가지는 경향이 있다. 레이저 용접을 사용하는 것은 Pt 보다 높은 용융점을 갖는 첨가물을 함유한 이러한 귀금속 팁에 대해 신뢰할만한 접합 강도를 보장하는 데에 효과적이다(도12 참조).
전술된 바와 같이, 본 실시예의 스파크 플러그(S1)의 전술된 제1 내지 제3 구성중 임의의 하나를 채용함으로써 귀금속 팁의 내소모성을 향상시키는 것이 가능해지고, 이에 따라 스파크 플러그의 수명이 크게 증가한다.
기타 구성
귀금속 팁(35, 45), 즉 중심 및 접지 전극 팁은 (타원형 로드 형상을 포함한) 원통형 로드 형상, 정사각 또는 직사각 로드 형상, 원추 형상, 리벳(rivet) 형상 또는 임의의 기타 형상과 같은 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 임의의 경우에 있어서, 전술된 효과가 달성될 것이다.
또한, 도14a 내지 도14d에 도시된 바와 같이, 귀금속 팁(35, 45)은 레이저 용접, 아크 용접 및 저항 용접과 같은 임의의 종류의 용접 방법을 사용함으로써 중심 전극(30) 및 접지 전극(40)에 용접될 수 있다. 도14a 내지 도14c에서, 해칭에 의해 표시된 용융부(37, 47)는 레이저 용접 또는 아크 용접에 의해 형성된다. 해칭이 없는 다른 용접부는 저항 용접에 의해 형성된다.
또한, 도15a 및 도15b에 도시된 바와 같이, 접지 전극(40)은 기부 재료(49)에 내장된 코어 재료(48)를 포함하는 것이 바람직하다. 코어 재료(48)는 기부 재료(49)에 비해 우수한 열 전도성을 갖는 Cu 또는 Cu-Ni 클래드(clad)이다. 이 구성에 따르면, 접지 전극(40)의 말단부(41)의 온도는 감소될 수 있다. 그 결과, 접지 전극 팁(45)에서 발생하는 산화 휘발 소모를 더욱 억제하는 것이 가능해진다.
도15a는 Ni계 합금으로 제조된 기부 재료(49)에 내장된 우수한 열 전도성을 갖는 Cu 코어 재료(48)를 함유한 접지 전극(40)을 도시한다. 도15b는 기부 재료(49)에 내장된 내측 코어 부재(48a)와 외측 코어 재료(48b)로 이루어진 2층 코어 재료(48)를 구비한 접지 전극(40)을 도시한다.
또한, 도16에 도시된 바와 같이, 경사진 접지 전극(40)을 채택하는 것이 가능하다. 이 구성으로, 접지 전극(40)의 길이는 단축될 수 있다. 팁부의 온도는 감소될 수 있다. 그 결과, 접지 전극 팁(45)에서 발생하는 산화 휘발 소모를 더욱 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의해, 특히 우수한 착화력을 지니도록 중심 전극과 접지 전극에 접합된 귀금속 팁(noble metallic tip)을 구비하고 심한 열부하를 경험하는 경우에도 귀금속 팁의 내소모성을 개선시킬 수 있는 내연 기관용 스파크 플러그를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 내연 기관용 스파크 플러그의 전체 구성을 도시한 반부 단면도.
도2는 도1에 도시된 스파크 플러그의 중심 전극 및 접지 전극 사이의 위치 관계를 설명하는 확대도.
도3은 본 발명에 따른 스파크 플러그를 사용하는 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 갭 팽창량과 접지 전극 팁의 돌출량(t) 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도4는 본 발명에 따른 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 서험을 통해 얻어진 접지 전극 팁의 소모 체적비와 접지 전극 팁의 돌출량(t) 사이의 관계를 도시한 그래프.
도5는 본 발명에 따른 스파크 플러그의 산화 휘발 특성을 평가하기 위해 사용된 평가 방법을 설명하는 수직 단면도.
도6은 본 발명에 따른 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 접지 전극 팁의 소모 체적비와 산화 휘발비(X) 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도7은 본 발명에 따른 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 접지 전극 팁의 소모 체적비와 접지 전극 팁의 팁 단면적(A)의 관계를 도시한 그래프.
도8은 본 발명에 따른 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 접지 전극 팁의 소모 체적비와 접지 전극 팁의 돌출량(t) 사이의 관계를 도시한 그래프.
도9는 본 발명에 따른 스파크 플러그를 사용한 엔진 내구성 시험을 통해 얻어진 접지 전극 팁의 소모 체적비와 접지 전극 팁에 함유된 전체 첨가량 사이의 관계를 도시한 그래프.
도10은 전체 첨가물량비는 중심 전극 팁에 함유된 전체 첨가물량(중량％)에 대한 접지 전극 팁에 함유된 전체 첨가물량(중량％)의 비를 나타내고 소모비는 갭 팽창량을 나타내 때, 본 발명에 따른 스파크 플러그의 전체 첨가물량비와 소모비 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도11은 본 발명에 따른 스파크 플러그의 측정된 스파크 소모와 다양한 접지 전극 팁 조성 사이의 관계를 도시한 그래프.
도12는 본 발명에 따른 스파크 플러그의 측정된 접합 신뢰도와 다양한 접지 전극 팁 조성 사이의 관계를 도시한 표.
도13a와 도13b는 도12에 도시된 접합 신뢰도를 측정하기 위해 채용된 박리 평가 방법을 설명하는 도면으로, 도13a는 저항 용접에 의해 접합된 접지 전극 팁을 도시하는 단면도이고, 도13b는 레이저 용접에 의해 접합된 접지 전극 팁을 도시하는 단면도.
도14a 내지 도14d는 도2와 유사하나 본 발명에 따른 귀금속 팁에 적용 가능한 용접 패턴의 다양한 시료를 도시하는 확대도.
도15a 및 도15b는 본 발명에 따른 스파크 플러그의 접지 전극에 사용 가능한 다른 재료를 도시하는 확대도.
도16은 본 발명에 따른 스파크 플러그의 변경된 접지 전극의 구성을 도시하는 확대도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 금속 하우징
11 : 나사부
20 : 절연체
30 : 중심 전극
40 : 접지 전극
50 : 방전 갭
35, 45 : 귀금속 팁
S1 : 스파크 플러스

Claims (10)

  1. 중심 전극(30)과,
    방전 갭(50)을 경유하여 상기 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극(40)과,
    상기 중심 전극의 대향면(32)에 고정된 귀금속 팁(35)과,
    상기 접지 전극의 대향면(43)에 고정된 귀금속 팁(45)을 포함하고,
    상기 접지 전극의 상기 귀금속 팁(45)은 상기 접지 전극의 대향면(43)으로부터 0.3 mm 이상인 돌출량(t)만큼 돌출하고, 상기 접지 전극의 상기 귀금속 팁(45)은 상기 중심 전극의 귀금속 팁(35)에 비해 우수한 내산화 휘발성을 갖는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  2. 제1항에 있어서, 중심 전극(30)의 상기 귀금속 팁(35)과 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(45)을 1,100℃의 온도로 30시간 동안 대기 중에 방치한 후 관찰한 중심 전극(30)의 상기 귀금속 팁(35)의 최대 산화 휘발폭을 Lmax1으로 나타내고 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(45)의 최대 산화 휘발폭을 Lmax2로 나타낼 때, 비율 Lmax2/Lmax1으로 정의되는 산화 휘발비(X)는 0.8 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(45)은 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 갖고 상기 돌출량(t)은 1.5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  4. 중심 전극(30)과,
    방전 갭(50)을 경유하여 상기 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극(40)과,
    상기 중심 전극의 대향면(32)에 고정된 귀금속 팁(35)과,
    상기 접지 전극의 대향면(43)에 고정된 귀금속 팁(45)을 포함하고,
    상기 접지 전극의 상기 귀금속 팁(45)은 상기 접지 전극의 대향면(43)으로부터 0.3 mm 이상인 돌출량(t)만큼 돌출하고, 상기 중심 전극의 상기 귀금속 팁(35)과 상기 접지 전극의 상기 귀금속 팁(45)은 각각 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 이리듐을 함유하고 한 종류 이상의 첨가물을 또한 함유하는 이리듐 합금으로 제조되고, 상기 접지 전극의 상기 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 전체 양은 중량으로 15％이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량 비율은 상기 중심 전극의 상기 귀금속 팁(35)에 함유된 모든 첨가물의 전체 중량 비율의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  6. 중심 전극(30)과,
    방전 갭(50)을 경유하여 상기 중심 전극과 대향된 관계로 배치된 접지 전극(40)과,
    상기 중심 전극의 대향면(32)에 고정된 귀금속 팁(35)과,
    상기 접지 전극의 대향면(43)에 고정된 귀금속 팁(45)을 포함하고,
    상기 접지 전극의 상기 귀금속 팁(45)은 상기 접지 전극의 대향면(43)으로부터 0.3 mm 이상인 돌출량(t)만큼 돌출하고, 상기 중심 전극의 상기 귀금속 팁(35)은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 이리듐을 함유하고 한 종류 이상의 첨가물을 또한 함유하는 이리듐 합금으로 제조되고, 상기 접지 전극의 상기 귀금속 팁(45)은 함유량이 중량으로 50％를 초과하는 백금을 함유하고 한 종류 이상의 첨가물을 또한 함유하는 백금 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(45)은 0.1 mm2 이상 1.15 mm2 이하의 단면적(A)을 가지고 상기 돌출량(t)은 1.5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심 전극(30)과 상기 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(35, 45)에 함유된 상기 첨가물은 Ir, Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, Y2O3 및 Re로 이루어진 군으로부터 선택되는 한 종류 이상의 첨가물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  9. 제6항에 있어서, 상기 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물은 Pt보다 높은 용융점을 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  10. 제6항 또는 제9항에 있어서, 상기 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁(45)에 함유된 모든 첨가물은 Pt보다 작은 선팽창 계수를 가지고, 상기 접지 전극(40)의 상기 귀금속 팁은 레이저 용접에 의해 상기 접지 전극의 대향면(43)에 고정되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
KR10-2003-0009976A 2002-02-19 2003-02-18 스파크 플러그 KR100498179B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2002-00041501 2002-02-19
JP2002041501 2002-02-19
JPJP-P-2002-00353846 2002-12-05
JP2002353846A JP2003317896A (ja) 2002-02-19 2002-12-05 スパークプラグ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030069830A KR20030069830A (ko) 2003-08-27
KR100498179B1 true KR100498179B1 (ko) 2005-07-01

Family

ID=27667540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0009976A KR100498179B1 (ko) 2002-02-19 2003-02-18 스파크 플러그

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6750598B2 (ko)
JP (1) JP2003317896A (ko)
KR (1) KR100498179B1 (ko)
DE (1) DE10306807A1 (ko)
FR (1) FR2836297B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100735816B1 (ko) * 2005-11-28 2007-07-06 주식회사 세림테크 점화플러그의 중심전극에 귀금속 팁을 접합하기 위한 방법
KR100735817B1 (ko) * 2005-11-28 2007-07-06 주식회사 세림테크 점화플러그의 중심전극에 귀금속 팁을 접합하기 위한 방법
KR101062528B1 (ko) 2007-11-20 2011-09-06 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 내연기관용 스파크 플러그

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4322458B2 (ja) * 2001-02-13 2009-09-02 株式会社日本自動車部品総合研究所 点火装置
JP2004006250A (ja) * 2002-04-10 2004-01-08 Denso Corp 内燃機関用スパークプラグ
US7352120B2 (en) * 2002-07-13 2008-04-01 Federal-Mogul Ignition (U.K.) Limited Ignition device having an electrode tip formed from an iridium-based alloy
JP4672551B2 (ja) * 2003-03-25 2011-04-20 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
US7279827B2 (en) * 2003-05-28 2007-10-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug with electrode including precious metal
JP4220308B2 (ja) * 2003-05-29 2009-02-04 株式会社デンソー スパークプラグ
JP2005093221A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Denso Corp スパークプラグ
US7352121B2 (en) * 2003-09-26 2008-04-01 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
US7615915B2 (en) * 2003-09-26 2009-11-10 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
US7187110B2 (en) * 2003-09-27 2007-03-06 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
US7291961B2 (en) * 2003-09-27 2007-11-06 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug having a specific structure of noble metal tip on ground electrode
DE602004030401D1 (de) 2003-09-27 2011-01-20 Ngk Spark Plug Co Zündkerze
DE10347186A1 (de) * 2003-10-10 2005-05-12 Bosch Gmbh Robert Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
JP2005243610A (ja) * 2004-01-30 2005-09-08 Denso Corp スパークプラグ
US7288879B2 (en) * 2004-09-01 2007-10-30 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug having ground electrode including precious metal alloy portion containing first, second and third components
JP4944433B2 (ja) * 2004-12-28 2012-05-30 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP2006228522A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Denso Corp 内燃機関用のスパークプラグ
JP2007213927A (ja) * 2006-02-08 2007-08-23 Denso Corp 内燃機関用のスパークプラグ
JP4430119B2 (ja) * 2006-07-25 2010-03-10 Ｔａｎａｋａホールディングス株式会社 スパークプラグ用の貴金属合金及びその製造加工方法
US8026654B2 (en) * 2007-01-18 2011-09-27 Federal-Mogul World Wide, Inc. Ignition device having an induction welded and laser weld reinforced firing tip and method of construction
US7923909B2 (en) * 2007-01-18 2011-04-12 Federal-Mogul World Wide, Inc. Ignition device having an electrode with a platinum firing tip and method of construction
CN101622443B (zh) * 2007-01-31 2012-10-03 株式会社裕罗Tech 点火塞
JP4981473B2 (ja) * 2007-02-15 2012-07-18 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用スパークプラグ
JP4603005B2 (ja) * 2007-03-28 2010-12-22 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグの製造方法
JP4692588B2 (ja) 2007-07-31 2011-06-01 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法
JP4912459B2 (ja) * 2007-09-18 2012-04-11 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP4913716B2 (ja) * 2007-12-19 2012-04-11 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
US8350455B2 (en) * 2008-10-01 2013-01-08 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug including ground electrode having a protrusion and a hole
US8415867B2 (en) * 2009-01-23 2013-04-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
JP4644291B2 (ja) 2009-03-11 2011-03-02 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法
JP4964281B2 (ja) 2009-09-11 2012-06-27 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
BR112012012395A2 (pt) * 2009-11-24 2019-09-24 Federal-Mogul Ignition Company vela de ignição com material de eletrodo de voluma estável
JP5423485B2 (ja) * 2010-03-05 2014-02-19 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ
DE102010014325B4 (de) 2010-04-09 2018-07-05 Federal-Mogul Ignition Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze und dadurch hergestellte Zündkerze
JP5028508B2 (ja) * 2010-06-11 2012-09-19 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
WO2013003561A2 (en) 2011-06-28 2013-01-03 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug electrode configuration
US8569940B2 (en) 2011-09-23 2013-10-29 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug having ground electrode tip attached to free end surface of ground electrode
JP5906670B2 (ja) 2011-11-01 2016-04-20 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造
JP5751137B2 (ja) 2011-11-01 2015-07-22 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造
JP5870629B2 (ja) 2011-11-02 2016-03-01 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ及びその取付構造
JP2021082539A (ja) * 2019-11-21 2021-05-27 株式会社デンソー スパークプラグ、及び中心電極の製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4109633A (en) 1975-09-16 1978-08-29 New Cosmos Electric Company Limited Spark-plug for automobile internal combustion engine
JPS5236237A (en) 1975-09-16 1977-03-19 Shinkosumosu Denki Kk Electric spark plug for automotive internal combustion engine
JPS59160988A (ja) * 1983-03-02 1984-09-11 日本特殊陶業株式会社 スパ−クプラグ
JP3426051B2 (ja) 1995-04-27 2003-07-14 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグの製造方法
US6262522B1 (en) * 1995-06-15 2001-07-17 Denso Corporation Spark plug for internal combustion engine
JP2877035B2 (ja) * 1995-06-15 1999-03-31 株式会社デンソー 内燃機関用スパークプラグ
JPH09219274A (ja) * 1995-12-06 1997-08-19 Denso Corp スパークプラグ
WO2001061807A1 (fr) * 2000-02-16 2001-08-23 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Bougie d'allumage

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100735816B1 (ko) * 2005-11-28 2007-07-06 주식회사 세림테크 점화플러그의 중심전극에 귀금속 팁을 접합하기 위한 방법
KR100735817B1 (ko) * 2005-11-28 2007-07-06 주식회사 세림테크 점화플러그의 중심전극에 귀금속 팁을 접합하기 위한 방법
KR101062528B1 (ko) 2007-11-20 2011-09-06 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 내연기관용 스파크 플러그

Also Published As

Publication number Publication date
US6750598B2 (en) 2004-06-15
FR2836297B1 (fr) 2006-04-07
FR2836297A1 (fr) 2003-08-22
DE10306807A1 (de) 2003-10-02
JP2003317896A (ja) 2003-11-07
KR20030069830A (ko) 2003-08-27
US20030155849A1 (en) 2003-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100498179B1 (ko) 스파크 플러그
KR100292083B1 (ko) 내연기관용스파크플러그
US7164225B2 (en) Small size spark plug having side spark prevention
US5990602A (en) Long life spark plug having minimum noble metal amount
US6794803B2 (en) Spark plug for an internal combustion engine
US6262522B1 (en) Spark plug for internal combustion engine
US7605526B2 (en) Spark plug for internal combustion engine
US8410673B2 (en) Spark plug having a ground electrode of specific alloy composition to which a noble metal tip is joined
US20040140745A1 (en) Spark plug
JPH10321342A (ja) スパークプラグ
CN111247706B (zh) 内燃机用的火花塞
US20070194681A1 (en) Spark plug designed to have enhanced spark resistance and oxidation resistance
US6528929B1 (en) Spark plug with iridium-based alloy chip
US7145287B2 (en) Spark plug having noble metal tip
US20050057133A1 (en) Spark plug and related manufacturing method
JP4159211B2 (ja) スパークプラグ
US7154213B2 (en) Ground electrode structure of a spark plug for a gas engine
JP2006269441A (ja) スパークプラグ
JP4339219B2 (ja) スパークプラグ
JP2005353606A (ja) スパークプラグ
JP4435646B2 (ja) スパークプラグ
US11757261B2 (en) Ground electrode for spark plug and spark plug
JP4217589B2 (ja) スパークプラグ
US20040066125A1 (en) Platinun alloy composition for a spark plug electrode for an internal combustion engine
JPH1197152A (ja) スパークプラグ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130520

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140616

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150612

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160613

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170609

Year of fee payment: 13