KR101077072B1 - 스파크플러그의 전극팁 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스파크플러그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극과 전극팁을 접합하기 위한 스파크플러그의 전극팁 접합방법에 관한 것이다. 특히 본발명은 상호 상이한 소재로 형성된 전극과 전극팁을 고정시키기 위한 스파크플러그의 전극팁 접합방법으로서, 상기 전극과 상기 전극팁 중 용융점이 더 높은 부재를 가열하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 가열된 부재를 상대 부재의 접합면에 접촉시켜서 상기 제1단계에서 가열된 부재의 열에 의해 상기 전극과 상기 전극팁이 용융에 의해 상호 접합되게 하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법을 제시한다.

스파크플러그, 점화, 중심전극, 전극팁, 귀금속, 접합

Description

스파크플러그의 전극팁 접합방법{Welding method for electrode tip in spark plug}

본 발명은 스파크플러그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극과 전극팁을 접합하기 위한 스파크플러그의 전극팁 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로 스파크플러그는 내연기관의 실린더 헤드에 장착되어 연소실 내부로 공급된 연료와 공기의 혼합가스에 전기불꽃으로 착화시키는 장치이다.

도 1은 종래기술에 따른 점화플러그의 일부 파단 단면도이고, 도 2는 도 1의 중심전극 및 전극팁의 일부 확대 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 스파크플러그(10)는, 엔진의 실린더 헤드에 장착되는 하우징(12)과, 하우징(12)에 내부에 중심을 통과하게 배치되고 절연체(14)에 감싸지며 하우징(12)의 끝부분에서 돌출되게 형성되고 그 일단이 점화코일과 연결되어 고압전류가 유도되는 중심전극(16)과, 하우징(12)의 일측에 고정되고 중심전극(16)과 일정 간극을 두고 배치되는 접지전극(18)으로 구성된다.

중심전극(16)과 접지전극(18)은 대체적으로 열전도성이 우수한 구리 화합물 또는 고순도의 니켈 등으로 구성된다.

특히, 고압 고온의 환경 하에서 지속적으로 높은 착화성을 유지하면서 내구성 및 내열성, 내마모성을 유지할 수 있도록, 이러한 목적을 달성할 수 있는 재질의 전극팁(20)이 중심전극(16)에 접합된다.

중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합방법을 보면, 접합을 위한 장치(30)는, 점화플러그와의 간섭 회피 등을 위해, 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합면(A)에 대하여 경사지게 설치되어 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합면(A)을 접합하고 있다.

그러나, 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

즉, 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합부분의 전체둘레를 접합하기 위해서는, 중심전극(16)과 전극팁(20)을 지지하는 베이스 또는 레이저용접기를 회전시켜야 한다.

따라서, 접합시간 등에 따라서 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합부분의 전체 둘레가 균일하게 용접되지 못한다.

예컨대, 도 3의 'A'로 지시하는 바와 같이 접합이 중첩되어 과잉 접합이 이루어지거나 도 3의 'B'로 지시하는 바와 같이 접합이 되지 않은 미접합부가 발생될 수 있으며, 이에 따라 접합불량이 발생될 수 있다.

또한 접합의 중첩부가 과도한 경우, 중심전극(16)과 전극팁(20)의 위치정렬이 불량한 상태로 스파크플러그(10)가 엔진 내에 장착될 수 있는데, 접합의 중첩부로 인해 산화성 분위기 형성, 노출됨으로써 결함이 발생할 수 있다. 또한 이에 따라 전극팁(20)의 이탈 또는 부식현상이 발생되어 결과적으로 엔진의 성능 및 배기가스, 내구성에 악영향을 미칠 수 있다.

또한, 접합시 접합을 위한 장치(20)가 중심전극(16)이나 전극팁(20)과 구조적으로 간섭될 수 있는 바, 접합각도가 제한될 수 밖에 없으며, 이에 따라 중심전극(16) 및 전극팁(20)의 접합력을 높이거나 중심전극(16) 및 전극팁(20)의 접합면적을 넓히기 위한 중심전극(16) 및 전극팁(20)의 설계개선 등이 제약을 받는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전극과 전극팁의 접합불량을 방지할 수 있는 스파크플러그의 전극팁 접합방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 상호 상이한 소재로 형성된 전극과 전극팁을 고정시키기 위한 스파크플러그의 전극팁 접합방법으로서, 상기 전극과 상기 전극팁 중 용융점이 더 높은 부재를 가열하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 가열된 부재를 상대 부재의 접합면에 접촉시켜서 상기 제1단계에서 가열된 부재의 열에 의해 상기 전극과 상기 전극팁이 용융에 의해 상호 접합되게 하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법을 제시한다.

상기 전극팁은 상기 전극보다 용융점이 더 높은 귀금속 소재로 형성될 수 있다.

상기 제1단계는 상기 용융점이 더 높은 부재에 레이저 빔을 조사하여 가열할 수 있다.

상기 제1단계에서 가열온도는 상기 제1단계에서 가열되는 부재의 용융점보다 낮고 그 상대 부재의 용용점 이상일 수 있다.

상기 전극과 상기 전극팁 중 적어도 어느 하나의 접합면은 요철부가 형성될 수 있다.

상기 제1단계에서 가열되는 부재에는 그 접합면에 삽입홈이 형성되며, 그 상대 부재에는 접합면에 상기 삽입홈에 삽입되는 돌기가 돌출 형성될 수 있다.

상기 중심전극과 전극팁의 접합면은 'V'자형 단면을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

먼저, 전극과 전극팁 중 용용점이 더 높은 부재를 가열한 후, 가열된 부재를 그 상대 부재에 접촉시켜서 전극과 전극팁을 접합하는 바, 전극과 전극팁의 접합부분의 전체둘레가 균일하게 접합될 수 있다. 이에 따라 접합부분의 중첩부 또는 미접합부 발생이 방지될 수 있는 바, 불량이 방지될 수 있고 접합품질이 월등히 향상될 수 있다.

또한, 전극과 전극팁 중 용용점이 더 높은 부재를 가열한 후, 가열된 부재를 그 상대 부재에 접촉시켜서 전극과 전극팁을 접합하는 바, 접합각도의 제약을 받지 않으며 이에 따라 접합각도에 따라 접합성 저하가 방지될 수 있으며 전극 및 전극팁의 설계개선이 용이하다.

또한, 전극과 전극팁의 접합을 위해 전극이나 전극팁, 또는 레이저를 회전시킬 필요가 없기 때문에 그에 따른 구성요소 및 유지,보수를 없앨 수 있는 바 제조비 및 유지,보수 측면에서 월등히 유리하다. 아울러, 상기 회전에 따른 미세 흔들 림에 따른 불량도 방지할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 스파크플러그는 중심전극(100) 및 중심전극(100)을 마주 보도록 설치된 접지전극을 포함하며, 중심전극(100)과 접지전극의 마주 보는 위치 중 적어도 어느 하나에는 전극팁(110)이 접합(W)된다. 이하, 설명의 편의를 위해 전극팁(110)이 중심전극(100)에 접합(W)되는 예로 한정하여 설명한다.

중심전극(100)은 니켈카드뮴 합금과 같은 금속 소재로 형성될 수 있다.

전극팁(110)은 내구성 강화 등을 위해 중심전극(100)과는 상이한 소재, 특히 귀금속 소재로 형성될 수 있다. 귀금속이라 함은 화학적으로 이온화 에너지가 수소의 이온화 에너지보다 훨씬 크고, 산 및 산화제에 의해 산화되지 않는 금속을 일컫는 것으로서, 금, 백금, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 이리듐 등이 있다. 귀금속 전극팁(110)(31)은 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등 다양한 종류의 귀금속이 사용될 수 있다.

이와 같이 상호 상이한 소재로 형성된 전극, 즉 중심전극(100)과 전극팁(110)을 접합(W)시키기 위한 스파크플러그의 전극팁(110) 접합방법은, 다음과 같다.

먼저 도 4에 도시된 바와 같이 중심전극(100)과 전극팁(110)을 준비한다.

다음, 도 5에 도시된 바와 같이 중심전극(100)과 전극팁(110)은 상호 상이한 소재로 형성됨에 따라서 용융점이 상이한 바, 먼저 중심전극(100)과 전극팁(110) 중 용융점이 더 높은 부재를 가열한다.

즉, 전극팁(110)을 상술한 바와 같이 귀금속 소재로 형성함에 따라서, 귀금속 소재의 전극팁(110)이 중심전극(100)보다 상대적으로 용융점이 더 높은 부재이며, 이에 따라 귀금속 소재의 전극팁(110)을 가열한다.

이때, 전극팁(110) 전체를 가열할 수도 있으나, 도시된 바와 같이 전극팁(110)의 접합면(110A) 및 그 주변부분만을 직접 가열하는 것이 에너지절약 등의 차원에서 보다 바람직하다.

가열원은 여러가지가 있을 수 있으나, 특히 중심전극(100)과 전극팁(110)은 정렬 등의 문제때문에 정밀한 접합(W)이 요구되며 귀금속 소재의 용융점이 상당히 높은 바, 정밀한 접합(W)에 바람직한 레이저나 그 유사한 가열원이 될 수 있다. 즉, 상대적으로 용융점이 더 높은 부재인 전극팁(110)에 레이저 빔(120)을 조사하여 가열하는 것이 바람직하다.

이때, 전극팁(110)의 접합면(110A)이 노출된 상태로서 전극팁(110)의 접합면(110A)의 전체를 직접 가열할 수 있는 바, 전극팁(110)을 가열할 때, 전극팁(110)이나 레이저를 전극팁(110)의 접합면(110A)의 둘레방향을 따라 회전시킬 필요가 없으며, 레이저 빔(120)의 조사각도가 전극팁(110)의 형상 등에 의해 간섭받지 않고 자유자재로 조절될 수 있다.

그 가열온도는 가열된 전극팁(110)의 열에 의한 접합(W)이 용이하도록, 상대 적으로 용융점이 더 낮은 부재인 중심전극(100)이 충분히 용융될 수 있도록 중심전극(100)의 용융점 이상인 것이 바람직하다.

또한 가열온도는 상대적으로 용융점이 더 높은 부재인 전극팁(110)의 용융점보다는 높을 수 있으나, 귀금속 소재의 전극팁(110)을 용해할려면 상당히 많은 에너지가 요구되며 그에 따른 고가의 장비가 필요하며, 전극팁(110)이 용해되면 중심전극(100)과 전극팁(110)이 과잉 접합(W)될 수 있고 중심전극(100) 및 전극팁(110)의 형상이나 정렬 유지가 어렵다.

따라서, 가열온도는 전극팁(110)의 용융점보다는 낮은 것이 바람직하다.

이때, 가열온도가 너무 낮으면 중심전극(100)과 전극팁(110)의 접합력이 약할 수 있는 바, 가열온도는 중심전극(100)의 용융점과 전극팁(110)의 용융점의 중간정도의 온도가 바람직하다할 수 있다. 예컨대, 중심전극(100)의 용융점이 1500℃ 정도이고 전극팁(110)의 용융점이 2500℃이면, 가열온도, 즉 레이저 빔(120)에 의한 가열온도는 대략 2000℃로 설정될 수 있다.

다음 단계로는 도 6에 도시된 바와 같이 상기와 같이 전극팁(110)이 충분히 가열되고 나면, 제1단계에서 가열된 부재인 전극팁(110)을 상대 부재인 중심전극(100)의 접합면에 접촉시킨다. 그러면, 가열된 전극팁(110)의 열에 의해 중심전극(100)의 접합면이 용융된 후 충분히 냉각되면 중심전극(100)과 전극팁(110)이 상호 견고하게 접합(W)될 수 있다.

이때, 전극팁(110)의 접합면(110A) 전체가 가열된 상태로 전극팁(110)이 중심전극(100)에 접합(W)되는 바, 전극팁(110)이나 중심전극(100)을 회전시킬 필요가 없으며, 중심전극(100)과 전극팁(110)의 접합각도 또한 주변에 의해 간섭받지 않다.

이와 아울러, 가열된 전극팁(110)과 중심전극(100)이 보다 충분히 접합(W)될 수 있도록 소정의 힘(F)으로 가열된 전극팁(110)을 중심전극(100)을 향해 압착하여 전극팁(110)과 중심전극(100)의 접합부분(W)에 열과 함께 압력을 가할 수 있다.

한편, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 중심전극(100)과 전극팁(110) 중 적어도 어느 하나의 접합면은 요철부가 형성될 수 있다. 즉 요철부에 의해 중심전극(100)과 전극팁(110)의 접합면(110A)이 보다 넓게 확보됨에 따라 접합력이 향상될 수 있다. 또한 요철부에 의해 중심전극(100)과 전극팁(110)의 접합위치가 결정되어 정렬될 수 있는 바, 그 우수한 접합품질을 가질 수 있다.

일 예로써 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1단계에서 가열되는 부재인 전극팁(110)에는 그 접합면에 삽입홈(112)이 형성되며, 그 상대 부재인 중심전극(100)에는 그 접합면에 전극팁(110)의 삽입홈(112)에 삽입되는 돌기(102)가 돌출 형성될 수 있다. 이때, 삽입홈(112)에 돌기(102)가 용이하게 삽입될 수 있도록 상대적으로 용융점이 높은 전극팁(110)에 삽입홈(112)이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 중심전극(100)과 전극팁(110)의 접합면(110A,100B))은 'V'자형 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 스파크플러그의 일부 파단 단면도.

도 2는 도 1의 중심전극 및 전극팁의 일부 확대 단면도.

도 3은 도 1의 중심전극 및 전극팁의 용접상태를 모식한 평면도.

도 4는 본발명의 제1실시 예에 따른 중심전극 및 전극팁의 접합 전 상태를 도시한 측면도.

도 5는 도 4의 전극팁의 가열상태를 도시한 측면도.

도 6은 도 4의 중심전극 및 전극팁의 접합상태를 도시한 측면도.

도 7은 본발명의 제2실시 예에 따른 중심전극 및 전극팁의 접합 전 상태를 도시한 측면도.

도 8은 도 7의 중심전극 및 전극팁의 접합상태를 도시한 측면도.

도 9는 본발명의 제3실시 예에 따른 중심전극 및 전극팁의 접합 전 상태를 도시한 측면도.

도 10은 도 9의 중심전극 및 전극팁의 접합상태를 도시한 측면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100; 중심전극 102; 돌기

110; 전극팁 112; 삽입홈

120; 레이저 빔

Claims (7)

1. 상호 상이한 소재로 형성된 전극에 전극팁을 접합하기 위한 스파크플러그의 전극팁 접합방법으로서,

   상기 전극과 상기 전극팁 중 용융점이 더 높은 부재를 나머지 상대 부재와 접촉시키기 전에, 상기 용융점이 더 높은 부재의 접합면을 가열하는 제1단계와;

   상기 제1단계에서 가열된 부재의 접합면과 상대 부재의 접합면을 상호 접촉시켜서 상기 제1단계에서 가열된 부재의 열에 의해 상기 전극과 상기 전극팁이 용융에 의해 상호 접합되게 하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전극팁은 상기 전극보다 용융점이 더 높은 귀금속 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1단계는 상기 용융점이 더 높은 부재에 레이저 빔을 조사하여 가열하는 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1단계에서 가열온도는 상기 제1단계에서 가열되는 부재의 용융점보다 낮고 그 상대 부재의 용용점 이상인 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전극과 상기 전극팁 중 적어도 어느 하나의 접합면은 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1단계에서 가열되는 부재에는 그 접합면에 삽입홈이 형성되며, 그 상대 부재에는 접합면에 상기 삽입홈에 삽입되는 돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전극과 전극팁의 접합면은 'V'자형 단면을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 스파크플러그의 전극팁 접합방법.

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