KR101019813B1

KR101019813B1 - 스파크 플러그 제조방법 및 스파크 플러그

Info

Publication number: KR101019813B1
Application number: KR1020080029139A
Authority: KR
Inventors: 도모아키 가토; 가즈요시 도리이; 마모루 무사사
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2011-03-04
Also published as: US20100289398A1; US8052495B2; CN101276998B; BRPI0800759A2; JP2008243713A; EP1976082A2; EP1976082B1; KR20080088514A; EP1976082A3; CN101276998A; US20080238282A1; JP4603005B2; US8098004B2

Abstract

중앙 전극(130), 및 중간 부재(142)를 통하여 접지 전극 칩(143)을 접지 전극 베이스 부재(141)에 결합함으로써 형성되는 접지 전극(140)을 포함하는 스파크 플러그(100). 상기 스파크 플러그(100)의 제조방법은 상기 중간 부재(142) 상부에 돌출부(142p)를 마련하고, 상기 돌출부(142p)를 이용하여 상기 중간 부재(142)를 상기 접지 전극 베이스 부재(141)에 프로젝션 용접함으로써, 상기 중간 부재(142)를 상기 접지 전극 베이스 부재(141)에 결합하는 단계로 이루어진다. 또한, 상기 스파크 플러그(100)의 중간 부재(142)는 접지 전극 칩(143)에 결합되는 원통형 컬럼부(142e), 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)에 결합되며 상기 원통형 컬럼 부재(142e)보다 큰 직경을 갖는 플랜지부(142d)를 포함한다.

Description

스파크 플러그 제조방법 및 스파크 플러그{METHOD FOR PRODUCING SPARK PLUG AND SPARK PLUG}

본 발명은 내연 엔진용 스파크 플러그의 제조방법 및 이 방법에 의하여 제조된 스파크 플러그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외부 전극 칩이 중간 부재를 통하여 외부 전극 베이스 부재에 결합되는 외부 전극을 갖는 스파크 플러그의 제조방법 및 이러한 방법에 의하여 제조되는 스파크 플러그에 관한 것이다.

종래의 주지된 스파크 플러그는 중앙 전극, 및 외부 전극 칩이 중간 부재를 통하여 외부 전극 베이스 부재에 결합되어 있는 외부 전극을 포함하는 스파크 플러그를 포함한다. 예를 들면, 특허문허 1 및 특허문헌 2는 이러한 스파크 플러그를 개시한다.

특허문헌 1에서, 스파크 플러그의 외부 전극은 다음과 같이 제조된다. 즉, 스파크-유도 절단 대하여 저항을 갖는 칩-형상 전극 부재(외부 전극 칩)은 부식에 대하여 저항력을 갖는 베이스 금속으로 이루어진 바-형상 부재(중간 부재)의 일 단 부에 TIG용접(텅스텐 불활성 기체 용접) 또는 레이저 용접에 의하여 결합된다. 이어서, 상기 부식-저항 베이스 금속 부재(중간 부재)는 적당한 치수로 절단된다. 상기 부식-저항 베이스 금속 부재(중간 부재) 및 상기 외부 전극(외부 전극 베이스 부재)의 편평한 표면들은 서로 접촉하게 되고, 저항 용접을 통하여 함께 용접됨으로써, 외부 전극이 형성된다(특허문헌 1의 특허청구의 범위 및 기타 부분 참조).

특허문헌 2에서, 상기 외부 저항 전극은 다음과 같이 제조된다. 즉, 제 1 및 제 2 평행 표면들을 갖는 중간 부재는 미리 제조되고, 칩(외부 전극 칩)은 상기 중간 부재의 제 1 표면에 레이저-용접된다. 이어서, 상기 중간 부재의 제 2 표면 및 상기 전극 베이스 부재의 결합 표면은 서로 접촉되고, 저항 용접을 통하여 함께 용접됨으로써, 상기 외부 전극이 형성된다(특허문헌 2의 특허청구의 범위 및 기타 부분 참조). 상기 중간 부재와 상기 전극 베이스 부재(외부 전극 베이스 부재) 사이의 저항 용접은 전기 저항 용접 기계를 사용하여 상기 중간 부재의 원주부 가장자리 부분을 가압하면서 이에 전류를 공급함으로써 수행된다(특허문헌 2의 도 4 및 그 설명 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 평8-298178호 공보

특허문헌 2 : 일본국 특허공개 제2004-134209호 공보

그러나, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 의하여 제조된 스파크 플러그는, 상 기 스파크 플러그를 고온으로 가열하고 이를 다시 자연적으로 냉각하는 열-싸이클(thermal cycle)이 다수 회 반복되는 열-싸이클 테스트를 수행할 때, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 사이에서 그의 방사상 중간 부분에 큰 갭이 발생될 수 있다. 이러한 갭은 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 사이의 결합에 있어서 신뢰성을 저하하는 결과를 초래한다. 더욱이, 어떤 경우에는, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융(fused) 금속 합금 부분에서 상기 용융 금속의 외주부에 중공부가 발생된다.

생각건대, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 사이의 방사상 중앙부에서 큰 갭이 발생되는 이유는 다음과 같다. 즉, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재가 저항-용접될 때, 상기 중간 부재의 원주부 가장자리부분이 상기 외부 전극 베이스 부재에 가압된다. 그러므로, 상기 원주부 가장자리부분에서, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재는 반드시 혼합되어 용융되고 용접된다. 그러나, 상기 중간 부재의 방사상 중앙부에는 아무런 압력이 가해지지 않으므로, 상기 중앙부에서, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재는 경우에 따라 신뢰성 있게 용접되지 않기도 한다. 그러므로, 열-싸이클 테스트(thermal cycle test)를 수행할 때, 그 당시 발생되는 열적 스트레스로 인하여, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재가 신뢰성 있게 용접되지 않는 방사상 중앙부에서는 큰 갭이 형성되는 경향이 있다.

더욱이, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에 중공부가 형성되는 이유는 아래와 같다. 즉, 상술한 바와 같이, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 사이에서 그의 방사상 중앙부에 큰 갭이 존재하는 경우, 외부 전극 칩으로부터 상기 외부 전극 베이스 부재로의 열전달이 열화된다. 그러므로, 열-싸이클 테스트 동안, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 상기 용융 금속 부분은 고온에 노출된다. 그 결과, 상기 용융 금속 부분은 고온 산화되어, 상기 용융 금속 부분을 구성하는 합금이 점진적으로 소모되므로 중공부가 형성되는 것이다. 또한, 특허문헌 1의 스파크 플러그에서, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 사이에 충분한 결합 영역을 확보하기 위해서는, 전체 중간 부재의 크기가 증가되어야 한다. 반대로, 특허문헌 2의 스파크 플러그에서, 상기 중간 부재는 다단형 구조를 갖는다; 즉, 소경의 원통형 컬럼부 및 대경의 플랜지부를 갖는다. 그러므로, 충분한 결합 영역을 확보하기 위하여, 상기 원통형 컬럼부의 직경을 상기 외부 전극 칩의 직경에 맞추면서 상기 플랜지의 직경을 조정하는 것이 가능하다. 그러나, 상기 중간부재는 상기 원통형 컬럼부가 레이저 용접 동안 사라지고 상기 플랜지부만이 상기 레이저 용접 이후에도 남아있게 되는 구조로 되어 있으므로, 레이저 용접 동안 레이저 빔의 입사 각도가 상기 플랜지부에 의하여 제한되기 쉽다.

본 발명은 이러한 여건들을 고려하여 이루어진 것으로서, 중간 부재를 통하여 외부 전극 베이스 부재에 결합되는 외부 전극 칩을 갖는 스파크 플러그를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하며, 여기에서 상기 중간 부재와 상 기 외부 전극 베이스 부재 사이에는 큰 갭이 거의 발생되지 않으며, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에는 심지어 심한 열-싸이클링(thermal cycling) 동안에도 중공부가 거의 발생되지 않는다. 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 제조방법에 의하여 제조되는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 본 발명의 목적은, 중간 전극 및 방전 갭을 통하여 상기 중간 전극을 대향하며 외부 전극 칩이 중간 부재를 통하여 외부 전극 베이스 부재에 결합되는 구조로 된 외부 전극을 포함하는 스파크 플러그를 제조하기 위한 방법에 의하여 달성되며, 상기 방법은 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련되는 돌출부를 이용하여 상기 중간 부재를 상기 외부 전극 베이스 부재에 프로젝션-용접하는 단계로 이루어진다.

본 발명에 의한 상기 제조방법은 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련되는 돌출부를 이용하여 상기 중간 부재를 상기 외부 전극 베이스 부재에 프로젝션-용접하는 프로젝션 용접 단계로 이루어진다. 이는 종래기술의 저항 용접 기술을 이용하는 경우에 비하여 상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재가 더 넓은 영역에 걸쳐 신뢰성 있게 용접될 수 있도록 한다. 따라서, 이렇게 제조된 스파크 플러그에 심한 열-싸이클 테스트를 수행하는 경우, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 사이에 큰 갭이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재가 넓은 영역에 걸쳐 신뢰성 있게 함께 용접되므로, 상기 외부 전극 칩으로부터 상기 외부 전극 베이스 부재로의 열전달이 개선된다. 따라서, 이렇게 제조된 스파크 플러그에 심한 열-싸이클 테스트를 수행하는 경우, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에 중공부가 형성되는 방지할 수 있다. 그렇지 않은 경우에는, 고온 산화로 인하여 중공부가 발생될 수 있다.

특히, 상기 돌출부는 상기 중간 부재 또는 상기 외부 전극 베이스 부재에만, 또는 그 모두의 상부에 형성될 수 있다. 더욱이, 단일의 또는 다수개의 돌출부를 마련할 수도 있다. 마찬가지로, 선택된 형상이 프로젝션 용접에 적합하기만 하다면, 상기 돌출부의 형상 또한 자유롭게 변경할 수 있다. 예를 들면, 상기 돌출부는 원형 컬럼 형상 또는 사각형 컬럼 형상으로 할 수 있다. 더욱이, 상기 돌출부는 구형 말단부 표면 또는 뾰족한 말단부를 가질 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 돌출부는 상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련되어, 프로젝션 용접 시, 상기 돌출부가 상기 중간 부재의 원주 가장자리의 방사상 내측에 위치된다.

상술한 바와 같이, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 사이에, 특히, 그의 방사상 중앙부에 큰 갭이 발생되는 경우, 상기 외부 전극 칩으로부터 상기 외부 전극 베이스 부재로의 열전달이 열화되어, 열-싸이클 테스트 동안, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에는 고온 산화로 인한 중공부가 발생되기 쉽다.

반대로, 본 발명에 의하면, 상기 돌출부는 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련되어, 프로젝션 용접 시, 상기 돌출부가 상기 중간 부재의 원주부 가장자리의 방사상 내측에 위치된다. 그러므로, 상기 프 로젝션 용접 수행 시, 상기 중간 부재의 원주부 가장자리의 방사상 내측에 위치되는 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 부분들은 함께 신뢰성 있게 용접되기 쉬워서, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재의 방사상 내측 부분들 사이에 큰 갭이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이렇게 제조된 스파크 플러그에 심한 열-싸이클 테스트를 수행하는 경우에도, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에 중공부가 형성되는 것을 보다 신뢰성 있게 방지할 수 있다. 그렇지 않은 경우에는 고온 산화로 인하여 홈이 발생된다.

상술한 바의 스파크 플러그 제조방법에서, 바람직하기로는, 상기 돌출부가 상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련되어, 프로젝션 용접 시, 상기 돌출부가 상기 중간 부재의 방사상 중앙 부분에 위치된다.

본 발명에 의하면, 상기 돌출부는 상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련되어, 프로젝션 용접 시, 상기 돌출부가 상기 중간 부재의 방사상 중심부에 위치된다. 그러므로, 상술한 바의 프로젝션 용접을 수행할 때, 상기 중간 부재의 방사상 중앙 부분에 위치되는 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 부분들은 신뢰성 있게 함께 용접되기 쉬워서 열전달을 강화한다. 그러므로, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재의 방사상 중간 부분들 사이에 큰 갭이 형성되는 것이 방지된다. 따라서, 이렇게 제조되는 스파크 플러그에 심한 열-싸이클 테스트를 수행할 때에도, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에 중공부가 형성되는 것을 보다 더욱 신뢰성 있게 방 지할 수 있다. 그렇지 않은 경우에는, 고온 산화로 인하여 중공부가 발생된다.

또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 돌출부는 돌출부의 축 방향에 대하여 수직으로 측정된 바 총 0.03㎟ 내지 0.2㎟ 의 평균 횡단면 영역, 및 총 0.05㎜ 내지 0.2㎜의 돌출 길이를 갖는다.

상기 돌출부의 평균 횡단면 영역이 너무 작게 0.03㎟보다 작거나 0.2㎟보다 클 때 또는 상기 돌출 길이가 너무 작게 0.05㎜보다 작거나 0.2㎜보다 클 때에는, 프로젝션 용접 시, 상기 중간 부재를 상기 외부 전극 베이스 부재에 광범위한 영역에 걸쳐 용접할 때 신뢰성 있는 용접이 어렵게 되는 문제가 있다.

반대로, 본 발명에 의하면, 상기 돌출부는 총 0.03㎟ 내지 0.2㎟ 의 평균 횡단면 영역, 및 총 0.05㎜ 내지 0.2㎜의 돌출 길이를 가짐으로써, 프로젝션 용접 시, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재가 광범위한 영역에 걸쳐 더욱 신뢰성 있게 함께 용접될 수 있다.

특히, “평균 횡단면 영역”이라는 용어는 상기 돌출부의 축 방향에 대하여 수직인 방향으로 상기 돌출부의 축 방향 말단부로부터 축 방향 선단부까지 취한 돌출부의 횡단면 영역을 평균 내어 얻어지는 값이다. 더욱이, 다수개의 돌출부가 형성되는 경우, 상기 용어 “평균 횡단면 영역”은 이들 돌출부들 각각의 평균 횡단면 영역들의 총합을 칭한다.

또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 방법은 프로젝션 용접 시, 저항 용접 기계에 의하여 상기 중간 부재의 테두리부분을 누르는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 테두리부는 0.2㎜ 또는 그 이상의 두께를 갖는다.

상기 중간 부재의 테두리부 두께가, 상기 저항 용접 기계에 의하여 가압되는 상기 부분의 두께가 0.2㎜ 보다 작아서 너무 작을 경우, 프로젝션 용접 시, 휨 현상(warpage)과 같은 변형이 상기 테두리부에서 발생될 수 있고 이는 용접에 관련한 결함을 초래하게 된다.

반대로, 본 발명에 의하면, 저항 용접 기계에 의하여 가압되는 상기 테두리부는 0.2㎜ 또는 그 이상의 두께를 갖는다. 따라서, 프로젝션 용접 시, 상기 테두리부에 아무런 변형이 유발되지 않으므로, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재는 더욱 신뢰성 있게 함께 용접될 수 있다.

또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 중간 부재는 80중량부 또는 이상의 양으로 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 이루어진다.

상술된 바와 같이, 상기 외부 전극 칩으로부터 상기 외부 전극 베이스 부재로의 열전달이 불충분할 경우, 심한 열-싸이클 테스트가 수행되면, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에는 고온 산화에 의하여 중공부가 형성되기 쉽다.

이러한 결점을 극복하기 위하여, 본 발명에서는, 상기 중간 부재가 80 중량부 또는 그 이상의 양만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 이루어진다. 그러므로, 상기 중간 부재는 높은 열 전도성을 가지며, 따라서 상기 외부 전극 칩으로부터 상기 외부 전극 베이스 부재로의 열전달이 개선된다. 그러므로, 심한 열-싸이클 테스트를 수행하는 경우에도, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에 중공부가 형성되는 것을 더욱 신뢰성 있게 방지하는 것이 가능하다.

또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 중간 부재는 니켈 합금으로 되는 니켈 합금부와, 상기 니켈 합금부 내에 포함되는 구리 금속부로 이루어진다.

상술된 바와 같이, 상기 외부 전극 칩으로부터 상기 외부 전극 베이스 부재로의 열전달이 불충분할 경우, 심한 열-싸이클 테스트가 수행되면, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이에는 고온 산화에 의하여 용융 금속 부분에 중공부가 형성되기 쉽다.

이러한 결점을 극복하기 위하여, 본 발명에서는, 상기 중간 부재가 니켈 합금으로 이루어지는 니켈 합금부와, 상기 니켈 합금부 내에 포함되는 구리 금속부로 이루어진다. 상기 중간 부재는 상당히 높은 열 전도성을 갖는 구리 금속부를 포함하므로, 상기 중간 부재의 열 전도성 또한 높아서, 상기 외부 전극 칩으로부터 상기 외부 전극 베이스 부재로의 열전달이 개선된다. 그러므로, 심한 열-싸이클 테스트를 수행하는 경우에도, 상기 외부 전극 칩과 상기 중간 부재 사이의 용융 금속 부분에 중공부가 형성되는 것을 더욱 신뢰성 있게 방지하는 것이 가능하다.

또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 방법은 헤더 작업(header working) 또는 프레스 작업(press working)을 행함으로써 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 돌출부를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 돌출부는 헤더 작업(예를 들면, 이에 참증으로서 결부된 미국특허 제6,597,089호, 제7,084,558호 및 제7,321,137호 공보 참조) 또는 프레스 작업(예를 들면, 이에 참증으로서 결부된 미국특허 제6,960,729호, 제6,583,366호 및 제6,359,332호 공보 참조)을 행함으로써 상기 중간 부재와 상기 외 부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 형성된다. 이 단계는 상기 돌출부의 용이하고 신뢰성 있는 형성을 가능하게 해준다.

본 발명의 제 2 양상에 의하면, 본 발명은 중앙 전극 및 외부 전극으로 이루어지는 스파크 플러그를 제공한다. 상기 외부 전극은 방전 갭을 통하여 상기 중앙 전극을 대면하는 노블(noble) 금속 칩: 외부 금속 베이스 부재; 상기 노블 금속 칩과 상기 외부 전극 베이스 부재를 연결하기 위한 중간 부재; 및 레이저 용접에 의하여 상기 노블 금속 칩과 상기 중간 부재 사이에 형성되는 용융 금속 부분을 포함한다. 상기 중간 부재는 상기 노블 금속 칩에 결합되는 원통형 컬럼부와, 상기 외부 전극 베이스 부재에 결합되며 상기 원통형 컬럼부보다 큰 직경을 갖는 플랜지부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 스파크 플러그는 레이저 용접이 종료된 이후에 상기 원통형 컬럼부가 잔류되는 구조로 된다. 그러므로, 레이저 용접 시, 상기 플랜지부는 레이저빔의 입사 각도를 제한하지 않으며, 따라서 상기 용융 금속부는 용이하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 용융 금속부는 상기 플랜지부로부터 어느 정도 또는 그 이상의 거리 만큼 분리될 수 있다. 이 경우, 상기 중간 부재가 저항 용접 등의 방법에 의하여 상기 플랜지부를 통해 상기 외부 금속 베이스 부재에 결합될 때, 상기 용융 금속부에는 거의 열화가 발생되지 않는다. 특히, 제 2 양상에 대한 바람직한 일 실시예에서, 상기 스파크 플러그는 관계식 0.05㎜ ≤ h1 ≤ 0.3㎜을 만족하며, 여기에서 h1은 상기 원통형 컬럼부의 높이를 나타낸다.

제 2 양상에 대한 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 용융 금속부는 상 기 노블 금속 칩과 상기 원통형 컬럼부 사이의 결합 표면 전체에 걸쳐서 형성되고, 관계식 h1 < h2을 만족하며, 여기에서 h2는 상기 노블 금속 칩의 중심선을 따라 측정한 바의 상기 용융 금속부의 하단부와 상기 플랜지부의 상부 표면 사이의 거리를 나타낸다. 특히, 상기 중간 부재와 상기 외부 전극 베이스 부재 사이의 프로젝션 용접에 이용되는 돌출부가 상기 플랜지부의 하부 표면 중앙에 마련되는 경우, 온도는 상기 플랜지부의 중심부 근처에서 가장 높다. 이러한 중심부에서, 상기 용융 금속부는 상기 고온부로부터 분리될 수 있다.

제 2 양상에 대한 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 스파크 플러그는 관계식 h3 > h1을 만족하며 여기에서 h3은 상기 용융 금속부로부터 측정된 바의 노블 금속 칩의 돌출 높이를 나타낸다. 이러한 방식으로, 상기 접지 전극 칩의 돌출 높이(h3)는 소정의 돌출부 높이(H)(도 3 참조)에서 상기 원통형 컬럼부의 높이(h1)보다 큰 부분을 차지하므로, 스파크-유도 절단(spark-induced ablation)에 대한 상기 외부 전극의 저항이 개선될 수 있다.

(실시예 1)

본 발명의 실시예들은 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 1은 실시예 1에 의한 스파크 플러그(100)를 도시한다. 도 2는 중앙 전극(130), 접지 전극(외부 전극)(140), 및 그 주변 부분들을 도시한다. 도 3은 상기 접지 전극(140)의 말단부 및 그 주위를 도시한다. 상기 스파크 플러그(100)는 엔진의 원통형 헤드에 부착되는 내연 엔진용 스파크 플러그이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스파크 플러그(100)는 금속 쉘(110), 절연체(120), 중앙 전극(130) 및 접지 전극(140)을 포함한다.

상기 금속 쉘(110)은 저탄소강으로 이루어지며, 축(AX) 방향을 따라 연장되는 원통형 형상으로 된다. 상기 금속 쉘(110)은 큰 직경의 플랜지부(110f); 상기 플랜지부(110f)의 선단부측(도 1의 상측부)에 위치되며 6각형 단면을 가짐으로써 스파크 플러그(100)를 상기 실린더 헤드에 부착할 때 도구가 결합되는 도구 결합부(110m); 및 상기 도구 결합부(100m)의 선단부 상에 위치되며 상기 절연체(120)를 크림핑(crimping)하여 상기 금속 쉘(110)에 고정할 때 이용되는 크림프부(110n)를 포함한다. 또한, 상기 플랜지부(110f)의 말단부(도 1의 하측부) 상에, 상기 금속 쉘(110)은 상기 플랜지부(110f)보다 작은 직경을 가지며 그 외주부에 부착 나사부(110g)가 형성되어 있는 말단부(110s)를 포함한다. 상기 부착 나사부(110g)는 상기 스파크 플러그(110)를 상기 실린더 헤드 내에 나사 결합하는 데에 이용된다.

상기 절연체(120)는 알루미나-기반의 세라믹으로 이루어지며, 그의 외주부는 상기 금속 쉘(110)에 의하여 둘러싸여 있다. 상기 절연체(120)의 말단부(120s)는 상기 금속 쉘(110)의 말단부 표면(110sc)으로부터 말단부측(도 1의 하측부)을 향하여 돌출된다. 상기 절연체(120)의 선단부(120k)는 상기 금속 쉘(110)의 크림프부(110n)으로부터 상기 선단부측(도 1의 상측부)을 향하여 돌출된다. 상기 축(AX) 방향을 따라 연장되는 축 홀은 상기 절연체(120) 내부에 형성된다. 상기 중앙 전 극(130)은 상기 축 홀의 말단부측(도 1의 하측부) 내에 삽입되어 이에 고정되고, 상기 중앙 전극(130)에 고전압을 제공하기 위한 금속 단부(150)는 상기 축 홀의 선단부(도 1의 상측부) 내에 삽입되어 이에 고정된다.

상기 중앙 전극(130)은 상기 중앙 전극(130)이 상기 절연체(120)의 말단부 표면(120sc)으로부터 상기 말단부측(도 1의 하측부)을 향하여 돌출되는 상태로 상기 절연체(120)에 의하여 지지된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 중앙 전극(130)은 상기 선단부측(도 2의 상측부) 상에 위치되는 중앙 전극 베이스 부재(131), 및 상기 말단부측(도 2의 하측부) 상에 위치되는 중앙 전극 칩(133)으로 이루어진다.

상기 중앙 전극 베이스 부재(131)는 원통형 컬럼 형상으로 되며, Cu 금속부와 이 Cu 금속부를 에워싸는 고-Ni-함량 합금부로 이루어진다. 상기 Cu 금속부는 구리로 이루어지며, 이는 높은 열 전도성을 갖는다. 상기 고-Ni-함량 합금부는 80중량부 또는 그 이상의 양만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 이루어진다(구체적으로, INCONEL® 600).

상기 중앙 전극 칩(133)은 원통형 컬럼 형상으로 되며, 상기 중앙 전극 칩(133)이 상기 말단부측(도 2의 하측부)를 향하여 돌출되도록 레이저 용접에 의하여 상기 중앙 전극 베이스 부재(131)에 결합된다. 이러한 중앙 전극 칩(133)은 노블 금속 합금으로 이루어진다; 구체적으로, Ir-Pt 합금.

한 편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 접지 전극(140)은 상기 말단부측(이들 도면의 하측부) 상에 위치된 접지 전극 베이스 부재(외부 전극 베이스 부재)(141); 상기 선단부측(이들 도면의 상측부) 상에 위치되는 접지 전극 칩(외부 전극 칩)(143); 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)와 상기 접지 전극 칩(143) 사이에 위치되는 중간 부재(142)로 이루어진다.

상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 Cu 금속부(141g) 및 상기 Cu 금속부(141g)를 에워싸는 고-Ni-함량 합금부(141h)로 이루어진다. 상기 Cu 금속부(141g)는 구리로 이루어지며 이는 높은 열전도성을 갖는다. 상기 고-Ni-함량 합금부(141h)는 80중량부 또는 그 이상의 양만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 이루어진다(구체적으로, INCONEL® 601). 상기 접지 전극 베이스 부재(141)의 선단부(141k)는 상기 금속 쉘(110)의 말단부 표면(110sc)에 용접되며, 상기 접지 전극 베이스 부재(141)의 말단부(141s)는 방사상 내측을 향하는 내측 표면(141m)이 상기 중앙 전극(130)의 중앙 전극 칩(133)에 대향되게 배치되도록 상기 축(AX)을 향하여 구부러진다.

상기 중간 부재(142)(도 4a 및 도 4b 참조)는 큰 직경의 원통형 컬럼 형상으로 되며 상기 말단부측(이들 도면의 하측부) 상에 위치되는 플랜지부(테두리부)(142d); 및 상기 플랜지부보다 작은 직경을 갖는 원통형 컬럼 형상으로 되며 상기 선단부측(이들 도면의 상측부) 상에 위치되는 원통형 컬럼부(142e)로 이루어진다. 상기 중간 부재(142)는 전체적으로 80중량부 또는 그 이상의 양만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 이루어진다(구체적으로, INCONEL® 601).

상기 중간 부재(142)(플랜지부(142d)) 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 용접에 의하여 결합되므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 저항-용접부(145)가 상기 접지 전극 베이스 부재(141)를 향하여 볼록하게 되도록 상기 중간 부재(142)와 상 기 접지 전극 베이스 부재(141) 사이에 형성된다. 특히, 본 실시예 1에서, 상기 중간 부재(142) 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 후술되는 바와 같이 프로젝션 용접에 의하여 결합되므로, 상기 중간 부재(142) 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 상기 중간 부재(142)의 방사상 중심부 주위에서 큰 영역에 걸쳐 서로 신뢰성 있게 용접된다.

상기 접지 전극 칩(143)(도 5 참조)은 원통형 컬럼 형상으로 되며, 예를 들면, Pt-Rh 합금과 같은, 노블 금속 합금으로 이루어지고, 상기 원통형 컬럼부(142e)보다 작은 직경을 갖는다. 상기 접지 전극 칩(143)은 상기 선단부측(도 3의 상측부)을 향하여 돌출되고 상기 중앙 전극 칩(133)을 대향하도록 상기 중간 부재(142)의 원통형 컬럼부(142e)에 결합된다. 상기 접지 전극 칩(143) 및 상기 중간 부재(142)는 레이저 용접에 의하여 결합되므로, 용융 금속부(146)가 상기 접지 전극 칩(143)과 상기 중간 부재(142)를 서로 용융, 혼합 및 응고시킨 결과로 인하여 상기 접지 전극 칩(143) 및 상기 중간 부재(142)의 사이에는 형성된다. 상기 원통형 컬럼부(142e)의 높이(h1)(상기 외주부 표면을 따라 측정한 바의 상기 용융 금속부(146)의 하단부와 상기 플랜지부(142d)의 상부 표면 사이의 거리)는 0.05㎜ 내지 0.3㎜이다. 상기 접지 전극 칩(143)의 중심선(O)을 따라 측정한 바의 상기 용융 금속부(146)의 하단부와 상기 플랜지부(142d)의 상부 표면 사이의 거리(h2)는 상기 원통형 컬럼부의 높이(h1)와 같거나 그보다 크다. 그러므로, 상기 금속 용융부(146)와 상기 저항-용접부(145) 사이의 거리는 상기 중심선(O)을 향하여 증가된다.

상기 접지 전극 칩(143)은 상기 접지 전극 베이스 부재(141)의 내측 표면(141m)으로부터 측정된 바 0.80㎜의 돌출 길이를 갖는다. 또한, 상기 용융 금속부(146)로부터의 상기 접지 전극 칩(143)의 돌출 높이(h3)는 상기 원통형 컬럼부의 높이(h1)보다 크다. 즉, 상기 용융 금속부(146)는 상기 접지 전극 칩(143)의 말단부 표면에 보다 상기 플랜지부(142d)의 상표 표면에 대하여 더 가까운 위치에 형성된다. 이는 상기 접지 전극 칩(143)의 돌출 높이(h3)가 상기 소정의 돌출부 높이(H)에서 상기 원통형 컬럼부의 높이(h1)보다 큰 부분을 차지함으로써, 스파크-유도 절단에 대한 상기 접지 전극(140)의 저항이 개선될 수 있음을 의미한다.

또한, 충분한 정도의 용접 강도를 보장하기 위하여, 상기 외주부 표면 상에서 측정된 바의 상기 용융 금속부(146)의 높이(h4)는 상기 원통형 컬럼부의 높이(h1)보다 크게 된다.

상기 접지 전극 칩(143)과 상기 중앙 전극 칩(133) 사이의 공차는 스파크 방전을 발생시키기 위한 방전 갭(G)으로 작용한다.

다음으로, 상술된 바의 스파크 플러그(100)를 제조하기 위한 방법을 설명한다.

우선, 중앙 전극 베이스 부재(131) 및 중앙 전극 칩(133)을 갖는 중앙 전극(130)은 주지의 방식으로 제조된다. 예를 들면, 상기 중앙 전극 칩(133)이 상기 중앙 전극 베이스 부재(131)에 레이저 용접됨으로써 중앙 전극(130)이 완성된다.

다음으로, 주지의 방법에 따라, 상기 중앙 전극(130)은 별도로 형성된 절연체(120)에 조립되고, 단부 금속편(150) 등 또한 상기 절연체(120)에 조립된 후 유 리 밀봉된다. 더욱이, 금속 쉘(110)이 제조되고, 바-형상의 접지 전극 베이스 부재(141)(중간 부재(142) 및 접지 전극 칩(130)이 아직 결합되지 않았으며 구부러지지 않은 상태인 접지 전극 베이스 부재(141))는 주지의 방법에 따라 상기 금속 쉘(110)에 결합된다. 그 후, 주지의 방법에 따라, 상기 중앙 전극(130) 등이 조립되어 있는 절연체(120)는 상기 접지 전극 베이스 부재(141)가 결합되어 있는 상기 금속 쉘(110)에 조립되고, 크림핑 및 기타 필요한 작업이 수행된다.

별도로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바의 돌출부(142p)를 갖는 중간 부재(142)가 헤더 작업에 의하여 제조된다. 이 공정은 본 발명의 돌출부 형성 단계에 해당한다. 용접 이전의 상기 중간 부재(142)는 큰 직경 및 0.25㎜의 두께(D)를 갖는 플랜지부(테두리부)(142d); 작은 직경을 가지며 상기 플랜지부(142d)의 하나의 주 표면의 방사상 중심에 마련되는 원통형 컬럼부(142e); 및 상기 플랜지부(142d)의 나머지 주 표면의 방사상 중심부에 마련되며 후술되는 프로젝션 용접에 이용되는 단일의 돌출부(142p)를 포함한다. 따라서, 상기 돌출부(142p)는 상기 중간 부재(142)의 원주부 가장자리의 방사상 내측에 위치되며, 상기 중간 부재(142)의 방사상 중심에 배치된다. 이러한 돌출부(142p)는 0.07㎟의 횡단면 영역(평균 횡단면 영역)(S)과 0.10㎜의 돌출 길이를 갖는 원통형 컬럼 형상으로 된다.

특히, 상기 돌출부 형성 단계에서, 상기 돌출부(142p)를 갖는 중간 부재(142)는 헤어 작업 보다는 프레스 작업에 의하여 제조될 수 있다.

별도로, 원통형 컬럼부를 갖는 접지 전극 칩(143)이 제조된다. 다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 접지 전극 칩(143)은 상기 중간 부재(142)의 원통형 컬럼부(142e)의 중앙부 상에 위치되고, 그의 일부 또는 전체 원주부에 도 5의 화살표 방향으로 레이저 빔(LS)이 입사되어, 상기 접지 전극 칩(143)과 상기 중간 부재(142)를 레이저 용접하게 된다. 그러므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 접지 전극 칩(143)과 상기 중간 부재(142)의 사이에는 이들 두 부재의 용융, 혼합 및 응고의 결과로 인하여 용융 금속부(146)가형성된다. 특히, 상기 레이저 빔(LS)은 일반적으로 사선 방향보다는 수평 방향으로 인가되므로, 도 3의 중심선(O)을 따라 측정한 바, 상기 용융 금속부(146)와 상기 플랜지(142d)의 상부 표면 사이의 거리(h2)는 상기 외주부 방향을 따라 측정한 바의 상응하는 거리(h1)보다 크게 될 수 있다. 상기 용융 금속부(146)는 상기 플랜지부(142d)의 상부 표면으로부터 분리된 위치에 형성되므로, 상기 레이저 빔(LS)은 상기 플랜지부(142d)에 의하여 방해받지 않고 수평 방향을 따라 인가될 수 있다. 상기 용융 금속부(146)의 하단부와 상기 플랜지부(142d)의 상부 표면은 상기 원통형 컬럼부(142e)의 나머지 높이에 상응하는 거리만큼 서로 분리된다. 상기 용융 금속부(146)가 형성된 후 측정된 바의 상기 원통형 컬럼부(142e)의 높이(h1)는 바람직하기로는 0.05㎜ 내지 0.3㎜의 범위에 속한다. 상기 원통형 컬럼부(142e)의 높이(h1)는 후술되는 프로젝션 용접 시 발생되는 열로부터 상기 용융 금속부(146)를 보호하는 효과를 제공한다.

다음으로, 프로젝션 용접 단계에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 접지 전극 칩(143)이 결합되어 있는 상기 중간 부재(142)는 상기 접지 전극 베이스 부재(141)에 프로젝션 용접된다. 구체적으로 말하자면, 저항 용접 기계(TY)는 상기 중간 부재(142)의 돌출부(142p)가 상기 접지 전극 베이스 부재(141)와 압력 하에 접촉하도록 상기 중간 부재(142)의 플랜지부(142d)의 주변부를 가압하게 된다. 이 상태에서, 상기 플랜지부(142d)에 전류가 인가되어 상기 돌출부(142p)에 집중됨으로써, 상기 중간 부재(142)와 상기 접지 전극 베이스 부재(141)가 프로젝션-용접된다. 그러므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 저항-용접부(145)가 상기 접지 전극 베이스 부재(141)를 향하여 볼록하게 되도록 상기 방사상 중심부 주위에 큰 영역에 걸쳐 상기 저항-용접부(145)가 형성된다. 특히, 상기 접지 전극 칩(143)의 중심선(O)를 따라 측정한 바, 이전에 형성된 용융 금속부(146)의 하단부와 상기 플랜지부(142d)의 상부 표면 사이의 거리(h2)는 상기 외주 표면을 따라 측정한 바의 상기 이전에 형성된 용융 금속부(146)의 하단부와 상기 플랜지부(142d)의 상부 표면 사이의 거리(즉, 상기 원통형 컬럼부의 높이(h1))보다 크게 된다. 그러므로, 상기 용융 금속부(146)와 상기 저항-용접부(145) 사이의 거리는 프로젝션 용접 시 최고 온도로 되는 상기 중심선(O) 근처에서 충분히 크게 될 수 있다.

그 후, 상기 접지 전극(140)은 원하는 형상을 갖도록 상기 축(AX)를 향하여 구부러져서 상기 접지 전극(140)과 상기 중앙 전극(130) 사이에 방전 갭(G)을 형성하게 된다. 그리하여, 상술된 바의 스파크 플러그(100)가 완성된다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예 1에서, 상기 돌출부(142p)는 상기 중간 부재(142) 상에 마련되며, 상기 중간 부재(142) 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 상기 돌출부(142p)에 의하여 함께 프로젝션-용접된다. 이는 종래의 저항 용접에 비하여 상기 중간 부재(142) 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)가 상기 방사상 중심부 주위의 넓은 영역에 걸쳐서 신뢰성 있게 함께 용접될 수 있도록 한 다. 따라서, 이렇게 제조된 상기 스파크 플러그(100)가 후술되는 바의 심한 열-싸이클 테스트 하에 있을 때, 상기 중간 부재(142)와 상기 접지 전극 베이스 부재(141) 사이에 큰 갭이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 상기 돌출부(142p)는 상기 중간 부재(142)의 원주방향 가장자리의 방사상 내측에 배치된다; 예를 들면, 방사상 중심부에 위치된다. 이러한 배열 덕분에, 상기 중간 부재(142) 및 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 열전달을 도모하는 방사상 중심부 주위의 넓은 영역에 걸쳐 신뢰성 있게 용접되고, 따라서 상기 접지 전극 칩(143)으로부터 상기 접지 전극 베이스 부재(141)로의 열전달이 개선된다. 그러므로, 이렇게 제조된 상기 스파크 플러그(100)가 후술되는 바의 심한 열-싸이클 테스트 하에 있을 때, 상기 접지 전극 칩(143)과 상기 중간 부재(142) 사이의 상기 용융 금속부(146)에 중공부가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 그렇지 않은 경우에는, 고온 산화로 인하여 중공부가 형성된다.

더욱이, 본 실시예 1에서, 상기 돌출부(142p)의 상기 횡단면 영역(평균 횡단면 영역)(S)은 총 0.03㎟ 내지 0.2㎟의 범위 내로 정해지며, 상기 돌출 길이(L)는 총 0.05㎜ 내지 0.2㎜의 범위 내로 정해진다(예를 들면, 0.10㎜로 정해진다). 따라서, 프로젝션 용접 시, 상기 중간 부재(142)와 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 큰 영역에 걸쳐 신뢰성 있게 용접될 수 있다.

더욱이, 상기 저항 용접 기계(TY)에 의하여 가압되는 상기 플랜지부(142d)의 두께(D)는 0.2㎜와 같거나 그 보다 크게 설정된다(예를 들면, 0.25㎜로 설정된다). 따라서, 프로젝션 용접 시 상기 플랜지부가 가압될 때에 조차도 상기 플랜지 부(142d)에는 휨 변형 등이 발생하지 않으므로, 상기 중간 부재(142)와 상기 외부 전극 베이스 부재(141)는 더욱 신뢰성 있게 용접될 수 있다.

또한, 본 실시예 1에서, 상기 중간 부재(142)는 전체적으로 80중량부 또는 그 이상의 양만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 형성된다. 그러므로, 상기 중간 부재(142)는 높은 열전도성을 가지며, 따라서 상기 접지 전극 칩(143)으로부터 상기 접지 전극 베이스 부재(141)로의 열전달이 개선된다. 그러므로, 이렇게 제조된 상기 스파크 플러그(100)가 후술되는 바의 심한 열-싸이클 테스트 하에 있을 때, 상기 접지 전극 칩(143)과 상기 중간 부재(142) 사이의 상기 용융 금속부(146)에 중공부가 형성되는 것을 더욱 신뢰성 있게 방지할 수 있다.

더욱이, 본 실시예 1에서, 상기 돌출부(142p)는 헤더 작업에 의하여 상기 중간 부재(142) 상에 마련된다. 이는 상기 중간 부재(142) 상에 돌출부(142p)를 용이하고 신뢰성 있게 형성할 수 있도록 해준다.

(예)

본 실시예의 효과를 입증하기 위하여, 본 발명의 예로서 상기 실시예 1과 유사한 방식으로 15종의 스파크 플러그(100)를 제조하였다. 이들 예에서, 상기 돌출부(142p)의 횡단면 영역(평균 횡단면 영역)(S)은, 표 1에 나타낸 바와 같이, 0.03㎟ 내지 0.25㎟의 범위 내에서 변경되며, 돌출부 길이(L)는 0.03㎜ 내지 0.28㎜의 범위 내에서 변경되고, 상기 중간 부재(142)의 플랜지부(142d)의 두께(D)는 0.15㎜ 내지 0.25㎜의 범위 내에서 변경되었다.

돌출부(142p)가 마련되지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 유사한 방식으로 비교예로서 스파크 플러그를 제조하였다.

	횡단면 영역S(㎟)	돌출 길이L(㎜)	두께D(㎜)	열-싸이클 테스트 결과
예 1	0.03	0.05	0.20	AA
예 2	0.03	0.10	0.20	AA
예 3	0.03	0.20	0.20	AA
예 4	0.07	0.05	0.25	AA
예 5	0.07	0.10	0.15	AA
예 6	0.07	0.10	0.20	AA
예 7	0.07	0.10	0.25	AA
예 8	0.07	0.20	0.25	AA
예 9	0.20	0.05	0.25	AA
예 10	0.20	0.10	0.25	AA
예 11	0.20	0.20	0.25	AA
예 12	0.015	0.10	0.25	BB
예 13	0.25	0.10	0.25	BB
예 14	0.07	0.03	0.25	BB
예 15	0.07	0.28	0.25	BB
비교예	-	-	0.25	XX

다음으로, 이렇게 제조된 상기 스파크 플러그(100)에 다음과 같이 열-싸이클 테스트를 시행하였다. 즉, 각각의 스파크 플러그를 1000℃에서 2분 동안 가열하고 다음으로 이들 스파크 플러그를 1분 동안 자연 냉각시키는 열-싸이클을 1000회 반복하였다. 상기 테스트 이후, 상기 저항-용접부(145)를 관찰하였다.

구체적으로, 상기 접지 전극(140)은 상기 중간 부재(142)의 축을 통과하는 평면을 따라 절단하여 그 단면을 식각하였다. 상기 단면상에서, 상기 중간 부재(142)와 상기 접지 전극 베이스 부재(141) 사이의 결합면을 관찰하여 산화 스케일의 성장 정도를 결정하였다. 상기 축에 수직인 방향으로 산화 스케일의 총 길이 대 상기 중간 부재(142)(구체적으로, 플랜지부(142d))의 길이의 비율을 산화 스케일의 비율로서 계산하였다. 산화 스케일 비율이 10% 미만인 각각의 표본들은 매우 양호한 것으로 결정하여 상기 표에서 “AA”의 등급을 부여하였다. 산화 스케일 비율이 총 10% 내지 50%의 범위에 속하는 각각의 표본들은 비교적 양호한 것으로 결정하여 상기 표에서 “BB”의 등급을 부여하였다. 산화 스케일 비율이 50%보다 큰 표본은 불량한 것으로 결정하여 상기 표에서 “XX”의 등급을 부여하였다.

돌출부(142p)가 마련된 예 1 내지 예 15에서, 상기 산화 스케일 비율은 최대 50%로 양호한 결과를 얻었다. 반면에, 돌출부(142p)가 없는 비교예에서는, 상기 산화 스케일 비율이 50%를 초과하였다. 이러한 결과는 돌출부(142p)로 프로젝션 용접하는 것이 상기 중간 부재(142)와 상기 접지 전극 베이스 부재(141) 사이의 결합을 개선하게 되며 그 결과 스파크 플러그가 심한 열-싸이클 테스트를 견딜 수 있게 되었음을 보여준다.

다음으로, 예 1 내지 예 15의 결과를 상세히 연구한다. 상기 돌출부(142p)의 횡단면 영역(S)이 0.03㎟ 내지 0.20㎟의 범위에 속하게 설정되었으며, 돌출 길이(L)가 0.05㎜ 내지 0.20㎜의 범위에 속하게 설정된 예 1 내지 예 11에서는, 산화 스케일 비율이 작다; 즉, 10% 미만이며, 매우 양호한 결과를 얻었다.

반면에, 상기 돌출부(142p)의 횡단면 영역(S)이 0.015㎟ 또는 0.25㎟로 설정된 예 12 내지 예 13에서는, 산화 스케일 비율이 비교적 작다; 즉, 10% 내지 50%의 범위이며, 비교적 양호한 결과를 얻었다. 그러나, 상기 예 1 내지 예 11과 비교하면 산화 스케일 비율이 증가되었다. 이는 돌출부(142p)의 횡단면 영역(S)을 0.03㎟ 내지 0.20㎟의 범위 내로 설정하는 것이 바람직함을 나타낸다.

또한, 상기 돌출 길이(L)가 0.03㎜ 또는 0.28㎜로 설정된 예 14 및 예 15에서는, 산화 스케일 비율이 비교적 작다; 즉, 10% 내지 50%의 범위이며, 비교적 양호한 결과를 얻었다. 그러나, 상기 예 1 내지 예 11과 비교하면 산화 스케일 비율이 증가되었다. 이는 돌출 길이(L)를 0.05㎜ 내지 0.20㎜의 범위 내로 설정하는 것이 바람직함을 나타낸다.

더욱이, 표 2에서와 같이, 예 5 내지 예 7의 제조된 스파크 플러그(100)에 대하여, 상기 중간 부재(142)가 휘어졌는지를 결정하기 위하여 시각 검사를 수행하였다. 휘지 않은 표본은 양호한 것으로 결정하여 상기 표에서 상기 표에서 “AA”의 등급을 부여하였다. 반면에, 휘어진 표본은 불량한 것으로 결정하여 상기 표에서 “XX”의 등급을 부여하였다.

	횡단면 영역S(㎟)	돌출 길이L(㎜)	두께D(㎜)	휨 변형 결정
예 5	0.07	0.10	0.15	XX
예 6	0.07	0.10	0.20	AA
예 7	0.07	0.10	0.25	AA

상기 중간 부재(142)의 플랜지부(142d)의 두께가 0.20㎜ 또는 0.25㎜로 설정된 예 6 및 예 7에서는, 상기 중간 부재(142)가 휘지 않았다. 반면에, 두께(D)가 0.15㎜로 설정된 예5에서는, 상기 중간 부재(142)의 플랜지부(142d)가 휘었다. 이는 휨 변형을 제거하기 위해서는, 상기 중간 부재(142)의 플랜지부(142d)가 0.20㎜ 또는 그 이상으로 설정되는 것이 바람직함을 나타낸다.

(수정 실시예)

다음으로, 상기 실시예 1의 수정 실시예에 대하여 설명한다. 상기 실시예 1과 유사한 부분들에 대한 설명은 반복하지 않는다. 도 8은 본 수정예에 의한 스파크 플러그(500)을 제조하는 데에 이용되는 중간 부재(542)를 도시한다. 본 수정 실시예는 상기 스파크 플러그(500)을 제조하는 데에 이용되는 중간 부재(542)가 상기 실시예 1의 중간 부재(142)(도 4a 및 도 4b 참조)와 상이하다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하다.

상기 중간 부재(542)는 상기 실시예 1의 중간 부재(142)와 동일한 외형을 갖는다. 즉, 상기 중간 부재(542)는 큰 직경을 갖는 플랜지부(테두리부)(542d); 상기 플랜지부(542d)의 하나의 주 표면의 방사상 중심에 마련되며 작은 직경을 갖는 원통형 컬럼부(542e); 및 상기 플랜지부(542d)의 나머지 주 표면의 방사상 중심에 마련되는 단일의 돌출부(542p)로 이루어진다.

그러나, 상기 중간 부재(542)의 내부는 상기 실시예 1의 중간 부재(142)의 그것과 상이하다. 즉, 상기 중간 부재(542)는 높은 열전도성을 갖는 Cu로 이루어지는 Cu 금속부(542g) 및 상기 Cu 금속부(542g)를 에워싸는 고-Ni-함량 합금부(542h)를 포함한다. 상기 고-Ni-함량 합금부(542h)는 80중량부 또는 그 이상의 양 만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 형성된다(예를 들면, INCONEL® 601).

상기 중간 부재(542)는 매우 높은 열전도성을 갖는 상기 Cu 금속부(542g)를 포함하므로, 전체 중간 부재(542)의 열전도성 또한 높아서, 상기 접지 전극 칩(143)으로부터 상기 접지 전극 베이스 부재(141)로의 열전달이 개선된다. 따라서, 상술한 바의 심한 열-싸이클 테스트를 수행할 때, 상기 접지 전극 칩(143)과 상기 접지 전극 베이스 부재(141) 사이의 용융 금속부에 중공부가 형성되는 것을 더욱 신뢰성 있게 방지할 수 있다.

(실시예 2)

다음으로, 제 2 실시예를 설명한다. 상기 실시예 1과 유사한 부분들에 대한 설명은 반복하지 않는다. 도 9a 및 도 9b는 본 실시예 2에 의한 스파크 플러그(200)를 제조하는 데에 이용되는 중간 부재(242)를 도시한다. 본 실시예 2는 상기 스파크 플러그(200)을 제조하는 데에 이용되는 중간 부재(242)가 상기 실시예 1의 중간 부재(142)(도 4a 및 도 4b 참조)와 상이하다는 것을 제외하고는 기본적으로 상기 실시예 1과 동일하다.

상기 중간 부재(242)는 구리로 형성된 Cu 금속부(242g) 및 고-Ni-함량 니켈 합금으로 이루어지며 상기 Cu 금속부(542g)를 에워싸는 고-Ni-함량 합금부(242h)를 포함한다. 상기 중간 부재(242)는 큰 직경을 갖는 플랜지부(242d) 및 작은 직경을 갖는 원통형 컬럼부(242e)를 갖는다. 프로젝션 용접을 수행하기 위한 다수개(2개)의 돌출부(242p)가 상기 중간 부재(242)의 원주 가장자리(242f)의 방사상 내측에 상기 플랜지부(242d) 상에 마련된다. 상술한 바와 같이 다수개의 돌출부(242p)가 마련되고, 이들 돌출부(242p)를 이용함으로써 상기 중간 부재(242)를 상기 접지 전극 베이스 부재(141)에 프로젝션-용접하는 경우에도, 상기 중간 부재(242)와 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 상기 중간 부재(242)의 방사상 중심부 근처를 커버하는 넓은 영역에 걸쳐서 함께 신뢰성 있게 용접될 수 있다. 상기 실시예 1과 유사한 부분들은 상기 실시예 1에서와 동일한 작용 및 효과를 갖는다.

(실시예 3)

다음으로, 제 3 실시예를 설명한다. 상기 실시예 1 또는 실시예 2와 유사한 부분들에 대한 설명은 반복하지 않는다. 도 10a 및 도 10b는 본 실시예 3에 의한 스파크 플러그(300)를 제조하는 데에 이용되는 중간 부재(342)를 도시한다. 본 실시예 3은 상기 스파크 플러그(300)을 제조하는 데에 이용되는 중간 부재(342)가 상기 실시예 1 및 실시예 2의 중간 부재(142) 및(242)와 상이하다는 것을 제외하고는 기본적으로 상기 실시예 1 및 실시예 2와 동일하다

상기 중간 부재(342)는 구리로 형성된 Cu 금속부(342g) 및 고-Ni-함량 니켈 합금으로 이루어지며 상기 Cu 금속부(342g)를 커버하는 고-Ni-함량 합금부(342h)를 포함한다. 상기 중간 부재(342)는 큰 직경을 갖는 플랜지부(342d); 작은 직경을 갖는 원통형 컬럼부(342e); 및 이들 사이에 위치되는 테이퍼부(342f)를 갖는다. 프로젝션 용접을 수행하기 위한 단일의 돌출부(342p)는 상기 플랜지부(242d)의 방사상 중심부에 마련된다. 상기 테이퍼부(342f)를 갖는 중간 부재(342)를 이용하는 경우에도, 상기 돌출부(342p)를 이용함으로써 상기 중간 부재(342)를 상기 접지 전극 베이스 부재(141)에 프로젝션-용접할 때, 상기 중간 부재(342)와 상기 접지 전극 베이스 부재(141)는 상기 중간 부재(342)의 방사상 중심부 주위의 넓은 영역에 걸쳐서 함께 신뢰성 있게 용접될 수 있다. 상기 실시예 1 또는 실시예 2와 유사한 부분들은 상기 실시예 1 또는 실시예 2에서와 동일한 작용 및 효과를 갖는다.

(실시예 4)

다음으로, 제 4 실시예를 설명한다. 상기 실시예 1 내지 실시예 3과 유사한 부분들에 대한 설명은 반복하지 않는다. 도 11은 본 실시예 4에 의한 스파크 플러그(400)를 제조하는 데에 이용되는 접지 전극 베이스 부재(441)를 도시한다. 본 실시예 4는 상기 접지 전극 베이스 부재(441)가 상기 실시예 1 내지 실시예 3의 접지 전극 베이스 부재(141)과 상이하다는 것을 제외하고는 기본적으로 상기 실시예 1 등과 동일하다

상기 접지 전극 베이스 부재(441)은 구리로 형성된 Cu 금속부(441g) 및 니켈 합금으로 이루어지며 상기 Cu 금속부(441g)를 커버하는 고-Ni-함량 합금부(441h)를 포함한다. 프로젝션 용접을 수행하기 위한 단일의 돌출부(441p)가 상기 접지 전극 베이스 부재(441)의 말단부(441s) 내측 표면(441m) 상의 소정 위치에 마련된다. 프로젝션-용접을 수행할 때, 상기 돌출부(441p)는 상기 중간 부재(142)의 원주 방향 가장자리의 방사상 내측에; 예를 들면, 그의 방사상 중심부에 배열된다. 이러한 방식으로, 상기 접지 전극 칩(143)이 결합되어 있는 상기 중간 부재(142)는 상기 접지 전극 베이스 부재(441) 상에 위치된다.

상술된 바와 같이, 상기 돌출부(441p)가 상기 접지 전극 베이스 부재(441) 상에 마련되고, 상기 중간 부재(142)가 상기 돌출부(441p)를 이용하여 상기 접지 전극 베이스 부재(441)에 프로젝션-용접될 때에도, 상기 중간 부재(142)와 상기 접지 전극 베이스 부재(441)는 상기 중간 부재(142)의 상기 방사상 중심부 주위의 넓은 영역에 걸쳐서 함께 신뢰성 있게 용접될 수 있다. 특히, 본 실시예 4에 의한 돌출부(441p)를 갖는 상기 접지 전극 베이스 부재(441)는 프레스 작업에 의하여 형성될 수 있다. 상기 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나와 유사한 부분들은 상기 실시예 1 내지 실시예 3에서와 동일한 작용 및 효과를 갖는다.

본 발명은 실시예 1 내지 실시예 4를 참조하여 이상에서와 같이 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기본 요지로부터 벗어나지 않는 한 다양한 수정을 가할 수 있다.

상기 실시예 1 내지 실시예 3에서, 상기 돌출부(142p, 242p, 342p)는 상기 중간 부재(142, 242, 342)에만 마련되고, 상기 실시예 4에서, 상기 돌출부(441p)는 상기 접지 전극 베이스 부재(441)에만 마련될 수 있다. 그러나, 돌출부는 상기 중간 부재 및 상기 접지 전극 베이스 부재 모두에 마련될 수도 있다. 이러한 경우에도 마찬가지로, 상기 중간 부재와 상기 접지 전극 베이스 부재는 하나 이상의 이들 돌출부를 이용한 프로젝션 용접을 통하여 넓은 영역에 걸쳐서 신뢰성 있게 용접될 수 있다.

당업자는 도시 및 상술한 바의 본 발명의 형태 및 세부 사항에 대하여 다양한 변경을 가할 수 있다. 이러한 변경은 첨부된 바의 본 발명의 특허 청구의 범위의 기본 요지 및 범위 속한다.

본 출원은 2007년 3월 28일자 일본국 특허출원 제2007-85309호에 기초한 것으로 이는 참증으로서 이에 온전히 통합되어 있다.

도 1은 실시예 1에 의한 스파크 플러그의 측면도

도 2는 실시예 1에 의한 스파크 플러그의 부분 확대도로서, 중앙 전극, 접지 전극 및 이들의 주변 부분들을 도시한 도면

도 3은 실시예 1에 의한 스파크 플러그의 부분 확대도로서, 접지 전극의 말단부 및 그 주변을 도시한 도면

도 4a 및 도 4b는 실시예 1의 스파크 플러그를 제조하는 방법에 관련된 것으로서, 도 4a는 상기 스파크 플러그를 제조하는 데에 이용되는 중간 부재의 측면도, 도 4b는 돌출부측에서 본 상기 중간 부재의 평면도

도 5는 실시예 1의 스파크 플러그를 제조하는 방법에 관련된 것으로서, 접지 전극 칩을 중간 부재에 레이저 용접하는 단계를 설명하기 위한 도면

도 6은 실시예 1의 스파크 플러그를 제조하는 방법에 관련된 것으로서, 상기 접지 전극 칩이 상기 중간 부재에 레이저 용접된 이후의 상태를 설명하기 위한 도면

도 7은 실시예 1의 스파크 플러그를 제조하는 방법에 관련된 것으로서, 상기 중간 부재를 접지 전극 베이스 부재에 프로젝션 용접을 하기 위한 단계를 설명하기 위한 도면

도 8은 수정된 실시예에 의한 스파크 플러그 제조방법에 관련된 것으로서, 상기 스파크 플러그를 제조하는 데에 이용되는 중간 부재의 측면도

도 9a 및 도 9b는 실시예 2에 의한 스파크 플러그에 관련된 것으로서, 도 9a는 상기 스파크 플러그를 제조하는 데에 이용되는 중간 부재의 측면도, 도 9b는 돌출부 측에서 본 상기 중간 부재의 평면도

도 10a 및 도 10b는 실시예 3에 의한 스파크 플러그에 관련된 것으로서, 도 10a는 상기 스파크 플러그를 제조하는 데에 이용되는 중간 부재의 측면도, 도 10b는 돌출부 측에서 본 상기 중간 부재의 평면도

도 11은 실시예 4에 의한 스파크 플러그에 관련된 것으로서, 접지 전극 베이스 부재의 말단부에 대한 측면도

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100,200,300,400,500 - 스파크 플러그 130 - 중앙 전극

131 - 중앙 전극 베이스 부재 133 - 중앙 전극 칩

140 - 접지 전극(외부 전극)

141,441 - 접지 전극 베이스 부재(외부 전극 베이스 부재)

141g,441g - Cu 금속부 141h,441h - 고-Ni-함량 합금부

142,242,342,542 - 중간 부재

142d,242d,342d,542d - 플랜지부(테두리부)

242g,342g,542g - Cu 금속부

242h,342h,542h - 고-Ni-함량 합금부

142p,242p,342p,441p,542p - 돌출부

143 - 접지 전극 칩(외부 전극 칩)

145 - 저항-용접부(resistance-welded portion) 146 - 용융 금속부

AX - 축 G - 방전 갭

L - 돌출 길이 D - 두께

TY - 저항 용접 기계(resistance welding machine)

Claims

중앙 전극, 및 방전 갭을 통하여 상기 중앙 전극에 대향하며 외부 전극 칩이 중간 부재를 통하여 외부 전극 베이스 부재에 결합되어 있는 구조로 되는 외부 전극을 포함하는 스파크 플러그의 제조방법으로서:

상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련되는 돌출부를 이용함으로써 상기 중간 부재를 상기 외부 전극 베이스 부재에 프로젝션-용접하는 단계로 이루어지는 스파크 플러그 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 프로젝션 용접 시, 상기 돌출부가 상기 중간 부재의 원주 가장자리부에 방사상 내측으로 위치되도록, 상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련됨을 특징으로 하는 스파크 플러그 제조방법.
청구항 2에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 프로젝션 용접 시, 상기 돌출부가 상기 중간 부재의 방사상 중심부에 위치되도록, 상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 마련됨을 특징으로 하는 스파크 플러그 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 돌출부의 축 방향에 대하여 수직으로 측정한 바, 0.03㎟ 내지 0.20㎟의 평균 횡단면 영역, 및 총 0.05㎜ 내지 0.20㎜의 돌출 길이를 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 프로젝션 용접 시, 저항 용접 기계에 의하여 상기 중간 부재의 테두리부를 가압하는 단계로 이루어지며, 상기 테두리부는 0.2㎜ 또는 그 이상의 두께를 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 중간 부재는 80 중량부 또는 80 중량부 이상의 양만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 이루어짐을 특징으로 하는 스파크 플러그 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 중간 부재는 니켈 합금으로 이루어지는 니켈 합금부와, 니켈 합금부 내에 포함되는 구리 금속부로 이루어짐을 특징으로 하는 스파크 플러그 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 중간 부재 및 상기 외부 전극 베이스 부재 중 적어도 하나의 상부에 헤더 작업 또는 프레스 작업에 의하여 상기 돌출부를 형성하는 단계로 이루어지는 스파크 플러그 제조방법.
중앙 전극;

방전 갭을 통하여 상기 중앙 전극에 대향되는 노블 금속 칩, 외부 전극 베이스 부재, 상기 노블 금속 칩과 상기 외부 전극 베이스 부재를 연결하기 위한 중간 부재, 및 상기 노블 금속 칩과 상기 중간 부재 사이에 레이저 용접에 의하여 형성되는 용융 금속부를 포함하는 외부 전극;으로 이루어지며, 여기에서,

상기 중간 부재는:

상기 노블 금속 칩에 결합되는 원통형 컬럼부; 및

상기 외부 전극 베이스 부재에 결합되며 상기 원통형 컬럼부보다 큰 직경을 갖는 플랜지부를 포함하는 스파크 플러그.
청구항 9에 있어서, 관계식 0.05㎜ ≤ h1 ≤ 0.3㎜을 만족하며, 여기에서 h1은 상기 원통형 컬럼부의 높이를 나타냄을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 10에 있어서, 상기 용융 금속부는 상기 노블 금속칩과 상기 원통형 컬럼부 사이의 결합 표면 전체에 걸쳐서 형성되고, 이는 관계식 h1 < h2을 만족하며, 여기에서 h2는 상기 노블 금속 칩의 중심선을 따라 측정한 바의 상기 용융 금속부의 하단부와 상기 플랜지부의 상부 표면 사이의 거리를 나타냄을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 관계식 h3 > h1을 만족하며 여기에서 h3은 상기 용융 금속부로부터 측정된 바의 노블 금속 칩의 돌출 높이를 나타냄을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 10에 있어서, 관계식 h4 > h1을 만족하며, 여기에서 h4는 그의 외부 원주방향 표면을 따라 측정된 바의 상기 용융 금속부의 높이를 나타냄을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 10에 있어서, 상기 용융 금속부는 상기 노블 금속 칩과 상기 원통형 컬럼부 사이의 결합 표면에서 방사상 중심부를 제외하고 외주부에 걸쳐서만 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 9에 있어서, 상기 플랜지부는 0.2㎜ 또는 그 이상의 두께를 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 9에 있어서, 상기 중간 부재는 80 중량부 또는 80 중량부 이상의 양만큼 니켈을 함유하는 니켈 합금으로 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 9에 있어서, 상기 중간 부재는 니켈 합금으로 형성되는 니켈 합금부, 및 상기 니켈 합금부 내에 포함되는 구리 금속부로 이루어짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 9에 있어서, 상기 노블 금속 칩은 상기 원통형 컬럼부보다 작은 직경을 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.