KR101275599B1

KR101275599B1 - 접지 전극에 부착된 귀금속 패드를 가진 스파크 플러그와그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101275599B1
Application number: KR1020087013677A
Authority: KR
Inventors: 폴 틴웰
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2013-06-14
Also published as: JP5166277B2; US7557495B2; CN101351939B; JP2012160458A; EP1949513A4; EP1949513A2; WO2007055945A2; JP2009515314A; WO2007055945A3; KR20080072711A; CN101351939A; US20070103046A1

Abstract

일련의 용접 단계를 통해 접지 전극에 용접되는 귀금속 패드를 가진 접지 전극을 구비한 스파크 플러그가 제공된다. 상기 귀금속 패드는, 먼저 적절한 위치에 상기 패드를 고정시키는 저항 가접 용접 단계, 상기 패드를 평탄화시키는 압인 가공단계, 상기 접지 전극에 대한 패드의 영구적인 용접을 형성하는 제 2 저항 용접 단계, 및 상기 저항 용접을 기밀시키기 위해 상기 패드의 노출된 주변에 관한 레이저 클래핑 용접을 포함하는 부착 프로세스를 통해 상기 접지 전극의 측면에 부착되는 Pt기반 패드이다. 상기 레이저 클래핑 용접은 상기 패드의 방전 표면, 또는 그 바로 아래에 배치되는 환상형 용접 비드를 함께 형성하는 다수의 오버래핑 용접점을 포함한다.

내연 기관, 스파크 플러그, 축방향 구멍, 쉘, 중심 구멍, 절연체, 중심 전극, 중심 와이어 어셈블리, 부착 끝단, 자유단, 측면, 점화 끝단, 접지 전극, 스파킹 표면, 용접 비드, 용접 점, 귀금속 팁

Description

접지 전극에 부착된 귀금속 패드를 가진 스파크 플러그와 그의 제조 방법{SPARK PLUG HAVING PRECIOUS METAL PAD ATTACHED TO GROUND ELECTRODE AND METHOD OF MAKING SAME}

본 발명은 일반적으로 내연기관에 사용하는 스파크 플러그에 관한 것으로, 특히 접지 전극의 측면에 부착된 귀금속 패드를 구비한 스파크 플러그에 관한 것이다.

다양한 유형의 귀금속 팁 구성을 자신들의 점화 끝단에 부착함으로써 스파크 플러그 전극의 수명을 연장시키는 것이 종래 기술에 공지되어 있다. 이러한 기술의 일부 초창기의 예는, 1942년 9월 15일 발급된 Heller의 미국 특허 2,296,033, 및 1938년 공개된 Power 등의 영국 특허 명세서 제 479,540에서 볼수 있다. 이러한 참조문헌에 개시된 귀금속 팁은 백금 및, 백금-로듐, 백금-이리듐 및 백금-루테늄과 같은 백금 합금, 이리듐, 이리듐-로듐과 같은 이리듐 합금, 및 루테늄, 오스뮴과 그의 합금을 포함하는, 내식성 물질로 이루어진다.

또한, 귀금속 팁을 부착하기 위한 다양한 방법, 기술 및 동작 파라미터가 또한 수년간 개발되고, 사용되어 오고 있다. 사용되는 특정한 물질 또는 팁 구성은 어떠한 부착 기술 또는 방법이 가장 효과적인지에 영향을 끼친다. 이러한 방법 중 다수의 예가 하기의, Chiu 등에 발급된, 미국 특허 5,558,575, Eves 등에 발급된 5,179,313, Matsutani에 발급된 6,304,022에 개시된다.

본 발명의 일측면에 따르면, 쉘, 절연체, 중심전극을 가진 중심 와이어 어셈블리, 측면을 가진 접지 전극, 및 스파킹 표면, 직경 및 두께를 가진 귀금속 패드를 포함하는 스파크 플러그가 제공된다. 상기 귀금속 패드는 상기 귀금속 패드를 원형으로 둘러싸고, 일반적으로 자신의 내부 직경(I), 자신의 외부 직경(J), 및 오버래핑하는 용접점의 깊이(G)에 연관된 특성을 포함하는 용접 비드로 상기 접지 전극 측면에 부착된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 일반적으로 접지 전극 두께(B) 및 폭(C), 및 귀금속 패드 직경(E) 및 두께(K)에 연관된 특성을 포함하는, Pt기반 귀금속 패드 및 접지 전극을 포함하는 스파크 플러그가 제공된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 귀금속 패드를 접지 전극 측면에 부착하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 제 1 및 제 2 저항 용접 단계, 압인가공(coining) 단계 및 레이저 용접 단계를 포함한다.

본 발명의 목적, 특징 및 이점은 다른 특징들 중에서 접지 전극용 귀금속 패드, 및 스파크 플러그 전극 내구성을 개선하는 크기 특성의 조합을 가지는 개선된 스파크 플러그를 제공하는 것을 포함하지만, 그에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시예는 이하 첨부된 도면과 함께 기술되며, 동일한 명칭은 동일한 엘리먼트를 가리킨다.

도 1은 접지 전극에 부착되는 귀금속 패드를 구비하는 스파크 플러그의 부분 단면도를 도시한다.

도 2는 도 1의 스파크 플러그의 하부 축 끝단의 확대도를 도시한다.

도 3은 부착 방법의 실시예의 동작 단계를 도시하는 플로우 차트이다.

도 4는 도 3에 도시된 부착 방법에 따라 접지 전극에 부착되는 귀금속 패드의 평면도를 도시한다.

도 5는 도 4의 접지 전극과 귀금속 패드의 단면도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 침식 및/또는 부식의 효과를 최소화하기 위해 중심 및 접지 전극 모두에 대해 귀금속 컴포넌트를 활용하고 그에 의해 상기 플러그의 동작 수명을 더 확장시키는 스파크 플러그의 실시예가 도시된다. 이러한 특정한 실시예에 따르면, 스파크 플러그(10)는 일반적으로 쉘(12), 절연체(14), 중심 와이어 어셈블리(16), 귀금속 팁(18), 접지 전극(20), 및 귀금속 패드(22)를 포함한다.

종래 기술에 공지된 바와 같이, 쉘(12)은 바람직하게는 자신의 축방향 길이를 따라 뻗어나가서 일반적으로 자신의 축에 대해 대칭인 공동 구멍을 가지는 금속 컴포넌트이다. 상기 공동 구멍의 내에, 상기 절연체의 직경 방향으로 증가된 섹션을 지지하기 위해 크기조정된 원형으로 둘러싼 일련의 쇼울더가 있다. 절연체(14)는 일반적으로 기다란 중심 구멍을 가진 전체적으로 원통형인 컴포넌트이지만, 자신의 명칭이 시사하듯이, 상기 절연체는 일반적으로 비도전성 물질로 만들어진다. 절연체(14)의 하부 축방향 끝단은 바람직하게는 쉘의 최하부를 벗어나서 그로부터 뻗어나가는 노우즈 부를 형성한다. 상기 절연체의 축방향 구멍은 중심 와이어 어셈블리(16)를 수용하도록 설계되고, 또한 이를 도전성 절연체 코어라고 하며, 이는 점화 리드 와이어로부터 스파크 갭으로 고압 점화 펄스를 전달한다. 중심 와이어 어셈블리(16)는 바람직하게는 상기 스파크 플러그의 전체 축방향 길이를 연장하고, 일반적으로 상기 점화 리드 와이어와 결합하는 터미널 전극(30), 하나 이상의 도전성 및/또는 가압 실(32) 및 무선주파수 간섭(RFI)과 같은 전자기 복사를 감소시키기 위한 저항 컴포넌트(34), 및 귀금속 팁(18)을 지지하는 중심 전극(36)을 포함한다. 바람직하게는 필수적이지는 않다고 하더라고 IrRh와 같은 Ir 기반 합금으로 만들어진 귀금속 팁(18)이 중심 전극(36)의 최하부 또는 점화 끝단에 부착된다. 본문에 도시된 상기 중심 와이어 어셈블리(16)는 단지 공통의 중심 와이어 컴포넌트의 조합의 예일 뿐이고, 다수의 기타 조합이 존재한다.

접지 전극(20)은 기계적으로 그리고 전기적으로 쉘(12)의 하부 축 끝단에 연결되고, 전체적으로 L자 형의 구성으로 구부러져 있다. 중심 및 접지 전극(36, 20)의 표면에 대향하여, 함께 스파크 갭(24)을 형성하는 귀금속 팁(18) 및 귀금속 패드(22)가 각각 배치되어 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 스파크 갭(24)은 0.5mm - 1.5mm를 포함하는 크기(A)의 범위를 가진다. 상기 귀금속 컴포넌트는 전기적 부식성, 산화, 및 화학적 부식에 대해 종래 전극 물질이 가지는 것 보다 더 높은 저항성을 나타내며, 그에 의해 스파크 플러그의 동작 수명을 증가시키는 스파킹 또는 방전 표면을 제공한다. 상기 스파크 플러그(10)의 상술한 설명은 예시의 목적으로 제공된 것이고, 본문에 기술된 부착 방법은 임의의 수의 상이한 스파크 플러그 실시예 중 어느 하나로 활용되며, 상술한 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2, 4, 5를 특히 참조하여, 접지 전극(20)은 전기적으로 고압 점화 펄스를 도통하고, 열적으로는 스파크 갭(24)에 인접한 스파킹 표면으로부터 벗어나 열을 전도한다. 상기 접지 전극은 전체적으로 L자형 구성으로 구부러졌으며, 바람직하게는 쉘(12)의 하부 표면에 연결되는 부착 끝단(40), 자유단(42), 귀금속 패드(22)를 수용하는 측면(44), 구리 또는 기타 열 도전성 코어(46), 및 인코넬(600/601)과 같은 니켈-기반 물질이 될 수 있는 클래드 물질(48)을 포함한다. 도면에서 볼수 있는 바와 같이, 구리 코어(46)는 부착 끝단(40)과 자유단(42) 사이로 접지 전극의 전체 길이를 뻗어나가게 하지 못하고; 오히려, 바람직하게는 그 밑으로 또는 그 보다 짧은 위치에서 패드(22)에 인접하여 멈춘다. 또는, 상기 접지 전극은 구리 또는 기타 유형의 코어없이 제공될 수 있고, 전극 물질로 만들어질 수 있다. 접지 전극(22)은 원형, 정방형, 원통형 또는 기타 단면 형상을 가질 수 있고, 그것은 직선형, 도시된 것과 같은 모서리가 접힌 자유단(42), 또는 태이퍼된 자유단(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접지 전극(20)은 하기의 크기 특성을 가지는 것이 바람직하다: 이는 0.75mm-2.25mm의 전극 두께(B), 2mm-4mm인 전극 폭(C), 및 1mm-5mm의 구리 코어(46)의 끝단과 자유단(42) 사이의 거리(D)를 포함한다. 크기(B)는 1mm-1.75mm, 크기(C)는 2.25mm-3.25mm, 크기(D)는 2mm-4mm인 것이 보다 바람직하다. 본 설명에서 제공된 것 뿐만 아니라, 방금 제공된 모든 범위들은 상한과 하한 모두를 포함한다는 것에 유의할 필요가 있다.

귀금속 패드(22)는 스파크 갭(24)의 영역에서의 접지 전극의 측면(44)에 부착되어, 그것은 접지 전극의 수명을 늘리도록 한다. 바람직하게는, 귀금속 패드는 백금 또는 백금-니켈(Pt-10Ni) 또는 백금-텅스텐과 같은 백금 기반 합금으로 만들어진다. 백금-니켈 합금의 경우, 그것은 1-15%wt의 크기의 Ni를 가지는 것이 바람직하다. 이리듐, 이리듐 합금, 팔라듐 -합금 등과 같은 기타 귀금속이 또한 사용된다. 도 2에 도시된 마지막 실시예에서, 귀금속 패드(22)는 작은 거리 만큼 접지 전극의 측면(44)으로부터만 돌출한 전체적으로 평평한 원통형 패드이다. 귀금속 패드(22)의 상부 또는 노출된 표면은 귀금속 팁(18)의 하부 또는 노출된 표면을 가진 스파크 갭(24)을 형성하는 스파킹 또는 방전 표면이다. 도면으로부터 확인된 바와 같이, 귀금속 패드(22)는 대향하는 귀금속 팁(18) 보다 더 큰 직경을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 귀금속 패드(22)는 그것이 접지 전극(20)에 부착된 후에 하기의 크기 특성을 갖는다: 이는 0.5mm-2mm의 직경(E), 0mm-0.5mm인 측면(44) 상의 돌출한 거리(F), 및 0.025mm-0.75mm인 귀금속 패드 두께(K)이다. 크기(E)는 1mm-1.5mm, 크기(F)는 0.05mm-0.15mm, 및 크기 (K)는 0.15mm-0.35mm인 것이 보다 더 바람직하다.

당업자에 이해되는 바와 같이, 스파크 플러그 컴포넌트의 크기 특성은, 그들 자체 또는 다른 컴포넌트와의 조합에 의해, 스파크 플러그 어셈블리가 사용되는 애플리케이션에 영향을 줄 뿐 아니라, 플러그의 성능, 내구성, 및 제조가능성에 영향을 줄 수 있어서, 크기 선택으로부터 야기된 것들 중 소수만을 지정한다. 예를 들 면, 구리 코어(46)와 접지 전극 자유단(42) 사이의 거리(D)와 같은 열전도성 코어의 길이 및 위치에 연관된 크기들은 자신의 점화단에 인접한 스파크 플러그의 열 전도성 특성에 영향을 줄수 있다. 상기 스파크 플러그 점화단 컴포넌트의 열 전도성은 상술한 바와 같이 스파크 플러그의 내구성 및 성능에 영향을 줄 수 있다. 또한, 귀금속 패드(22)의 직경(E)과 스파크 갭(24) 거리(A)는 스파크 갭 전체에서 생성된 스파크의 강도 및 성질에 영향을 줄 수 있는 크기의 단지 2가지 예일 뿐이다. 따라서, 이러한 크기의 선택은 대개 성능에 연관된 문제로 이루어지는 것으로 고려된다. 본문에 기술되지 않은 다른 고려사항은 또한 스파크 플러그 컴포넌트의 설계, 특히 스파크 플러그 컴포넌트 크기의 선택에 달려있고 그 역할을 수행한다. 상기의 것을 유념하면서, 실험은 특정한 크기의 조합이 유익한 결과를 나타냄을 밝혀내었다.

유익한 결과를 가져오는 이러한 일 크기의 조합은 0.75mm-2.25mm의 두께(B) 및 2mm-4mm의 폭(C)을 가진 접지 전극, 귀금속 팁(18)의 직경보다 더 큰 0.5mm-2mm의 직경(E)과, 0.025mm-0.75mm의 두께(K)를 가진 귀금속 패드를 구비하는 스파크 플러그를 지향한다. 상기의 조합은 접지 전극의 양질의 열관리와 상기 귀금속 패드에 바로 인접한 접지 전극의 확장된 로컬 '피복' 보호를 통해 스파크 플러그 내구성에 대한 개선을 제공한다.

도 3을 참조하면, 접지 전극의 측면(44)에 귀금속 패드(22)를 부착하는 다수의 단계들을 포함하는 부착 방법의 실시예를 도시하는 플로우차트가 도시된다. 단계(100)로 시작하면, 다량의 귀금속 물질이 먼저 제 1 세트의 저항 용접 파라미터 에 따라 접지 전극(20)의 측면(44)에 저항 용접되어, 가접용접(tack weld)을 형성한다. '가접용접'이란 일반적으로 귀금속 체를 적절한 위치에 유지하기에 충분하며, 그 강도는 일반적으로 추가적인 용접에 의해 증대되는 강도를 가지는 모든 반영구적인 용접을 포함하는 것으로 폭넓게 정의된다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 약 0.75mm의 직경을 가지는 Pt-10Ni의 구체는 제 1 세트의 저항 용접 파라미터에 따라 측면(44)에 저항 용접된다. 상기 파라미터는 바람직하게는 13kgf-23kgf의 크기의 힘을 인가하고, 2-4사이클동안(60Hz, 일반적으로 33-67ms) 동안 600amp-1,500amp의 크기의 전류를 인가하는 것을 포함한다. 단계(100) 동안 생성된 가접 용접은, 다소 평평하며, 저항 용접 프로세스에 기인하여 변형된 귀금속 체를 부착 프로세스의 나머지 전체에서 유지한다. 물론, 귀금속 체가 구형의 형상을 가질 필요는 없으며, 임의의 다른 수의, 비구형 형상 또한 사용될 수 있다.

다음으로, 단계(102)는 가접 용접된 귀금속 체를 압인 가공하여, 귀금속 패드(22)가 형성되도록 한다. 다시, 압인 가공력(coining force)을 포함하지만 그에 한정되는 것은 아닌 압인 가공 프로세스를 성공적으로 수행하는 데에 사용될 수 있는 다수의 동작 파라미터가 있다. 미리 정해진 힘에 따라 귀금속 체를 압인 가공하는 대신에, 원하는 형상과 크기의 압인 가공되는 대상을 생산하는 압인 가공력이 선택된다. 지나친 힘의 사용은, 단순히 귀금속 패드(22)를 압인 가공하는 대신에 크기 (B)와 (C)를 포함하는 접지 전극(20)의 크기를 변형시킬 수 있기 때문에, 방지되어야 한다. 상기 압인 가공 동작은 표면이 전체적으로 평탄하고 홈이 없는 전체적으로 평평한 귀금속 패드(22)를 가져온다. 상술한 바와 같이, 압인 가공된 귀 금속 패드는 거리(F)만큼 접지 전극의 측면(44) 위로 돌출된다.

압인 가공 동작에 후속하여, 제 2 저항 용접 단계(104)가 바람직하게는 귀금속 패드(22)와 상기 접지 전극의 측면(44) 사이의 결합을 보다 강화하기 위해 수행된다. 이러한 제 2 저항 용접 단계는 바람직하게는 18kgf-28kgf의 크기의 힘을 인가하고, 2-5사이클 동안(60Hz, 일반적으로 33-83ms)의 800amp-1,650amp의 크기의 전류를 인가하는 것을 포함하는, 제 2 세트의 동작 파라미터에 따라 수행된다. 어떠한 특정한 동작 파라미터가 사용될 지라도, 제 2 세트의 저항 용접 파라미터가 제 1 세트의 저항 용접 파라미터 보다 더 큰 크기의 힘 및/또는 전류를 포함하고, 그에 의해 귀금속 패드(22)와 접지 전극(20) 사이에 영구적인 용접을 생성시키는 것이 바람직하다. 단계(100-104)를 수행하면, 귀금속 패드(22) 바로 밑의 전극 물질의 밀도가 증가하지만, 그러나 상기 패드 주변부의 주위에 전극 물질의 적절한 돌출은 야기하지 말아야 한다. 귀금속 패드(22)가 제 2 세트의 저항 용접 파라미터에 따라 측면(44)에 저항용접되면, 수동 또는 자동 검사가 초과 용접 불꽃, 귀금속 패드의 중심 위치 이탈, 각도가 기울여진 패드 표면, 접지 전극의 버 등을 방지하도록 수행될 수 있다.

다음으로, 레이저 용접 단계(106)가 하나 이상의 레이저를 이용하여 귀금속 패드(22)의 주변을 둘러싸는 용접 비드(60)를 생성하고, 그에 의해 상기 패드와 접지 전극 사이의 결합을 보다 강화하도록한다. 도 4 및 5를 특히 참조하면, 귀금속 패드(22)가 접지 전극의 측면(44)에 레이저 용접되는 것이 도시된다. 용접 비드(60)는 귀금속 패드(22)를 접지 전극(20)에 고정시킬 뿐만 아니라 저항용접이 산 화되거나 또는 열화되지 않도록 상기 2개 컴포넌트 사이의 인터페이스를 기밀하는 점용접(62)을 오버래핑하는 단일 비드를 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 단일 펄싱된 Nd-YAG 레이저는 일 세트의 레이저 용접 파라미터에 따라 동작되고, 이는 15-45의 점용접(62)이 형성되도록 60Hz-100Hz의 펄스 주파수에서 0.75J/펄스-1.5J/펄스의 크기의 에너지를 가진 레이저를 공급하는 것을 포함한다. 실험결과는 이들 레이저 용접 파라미터가, 특히 귀금속 패드가 Pt-기반 합금으로 구성되고 접지 전극이 Ni-기반 합금인 때, 귀금속 패드를 접지 전극에 포함시키고 그들 사이의 영역을 기밀할 수 있는 용접 비드(60)를 생성하는 데에 특히 적합하다는 것을 나타내고 있다. 레이저 방출 동안, 레이저 빔은 바람직하게는 측면(44)에 대해 전체적으로 수직하게 유지된다. 전극을 언더커팅하는 것이 방지되는 경우, 일정한 크기의 각도상의 오정렬이 허용될 수 있다고 하더라도, 귀금속 패드(22)의 스파킹 표면이 측면(44)과 평행하지 않은 이러한 전체적으로 수직인 방위는 유지되어야한다. 상술한 바람직한 레이저 용접 단계에서 단일 레이저가 사용되지만, 용접 비드(60)를 생성하기 위해 다수의 레이저를 사용하는 것도 대안으로 가능하다는 것을 유의할 필요가 있다.

용접 비드(60)는 귀금속 패드(22)를 동심으로하여 둘러싸고 다수의 개별 점용접(62)으로 구성되는 환상형 또는 링 형의 용접이다. 바람직한 실시예에서, 용접 비드(60)는 상기 귀금속 패드를 동심으로하여 둘러싸는 완전한 원형을 형성하지만, 귀금속 패드(22)의 주변에서 각각 각도상으로 분리된 다수의 오버래핑되지 않은 점용접(62)을 포함할 수 있다. 각 점용접(62)은 측면(44) 및 패드(22)에 대해 아래로 보았을 때(도 4) 전체적으로 원형 용접 풀을 가지고, 축방향으로는(도 5) 전체적으로 태이퍼된 형상을 가진다. 상기 태이퍼된 형상은 점용접(62)의 상부 섹션(66)이 점용접의 기저 섹션(68) 보다 더 큰 폭을 가지도록 하여, 점용접의 언더커팅이 없도록 한다. 다르게 보면, 점용접(62)은 상부 섹션(66)으로부터 기저 섹션(68)으로 연속하여 점점 폭이 좁아진다. 또한, 도 5로부터 명확하게 알수 있는 바와 같이, 점용접(62)은 귀금속 패드(22)의 깊이(K)를 초과하는 깊이(G)까지 접지 전극(20)으로 뻗어나가야하고; 이것은 고체 용접이 형성되고, 귀금속 패드가 부주의하게 제거되는 것을 보호하는 것을 보장하도록 돕는다. 바람직한 실시예에 따르면, 용접 비드(60)는 하기의 크기를 포함한다: 이는 0.3mm-0.8mm의 용접점 직경(H), 귀금속 패드 직경(E)보다 작고 0.5mm-1mm인 용접 비드 내부 직경(I), 귀금속 패드 직경(E)보다 크고 1.0mm-2.5mm인 용접 비드 외부 직경(J), 귀금속 패드 두께(K)보다 크고 0.25mm-0.75mm인 용접 비드 깊이(G)를 포함한다. 크기(H)는 약 0.5mm이고, 크기(I)는 0.65mm-0.85mm이고, 크기(J)는 1.5mm-2.0mm인 것이 보다 더 바람직하다. 내부 직경(I)에 보다 특별한 주의를 해야하는 데, 왜냐하면, 그것이 너무 작으면, 상기 귀금속 스파킹 표면 영역이 양질의, 견고한 스파크를 구축하기에 불충분할 수 있기 때문이다.

상술한 바와 같이, 특정한 크기의 지정된 실험으로-테스트된 조합의 사용은 스파크 플러그의 성능, 내구성 및 제조가능성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 용접 비드 내부 및 외부 직경(I), (J), 용접점 직경(H), 용접 비드 깊이(G), 귀금속 패드 두께(K)에 대한 상이한 크기의 조합은 귀금속 패드(22)를 접지 전극(20)에 부착시키는 결합의 강도와 내구성에 영향을 줄 수 있고, 그에 의해 스파크 플러그(10)의 전체 수명에 영향을 줄 수 있다. 유익한 결과를 가져오는 일 크기의 조합은 0.5mm-2mm의 직경(E)을 가진 귀금속 패드, 0.5mm-1mm의 내부 직경(I)과 1.0mm-2.5mm의 외부직경(J)을 가진 용접 비드를 구비한 스파크 플러그를 지향한다. 또다른 실험으로-테스트된 크기의 조합은 스파크 플러그로 하여금, 각각의 용접점이 0.3mm-0.8mm의 직경(H) 및 0.25mm-0.75mm의 용접 비드 깊이(G)를 가지는, 용접점을 구비한 용접 비드로 접지 전극에 부착된 귀금속 패드를 수반하도록 한다. 이러한 크기의 조합은 스파크 플러그의 내구성, 특히 귀금속 팁과 접지 전극 사이의 결합의 강도와 강건함에 대한 개선을 제공하고, Pt-기반 합금으로 만들어진 귀금속 패드의 부착에 특히 적합하다.

상술한 설명은 본 발명 그 자체에 대한 설명이 아니라, 본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예의 설명임을 이해해야한다. 본 발명은 본문에 개시된 특정한 실시예(들)에 한정되지 않으며, 하기의 청구범위에 의해서만 정의된다. 또한, 상기 설명에 포함된 진술은 특정한 실시예에 관한 것으로, 용어 또는 구가 상기에서 정의되어 표현되는 것을 제외하고는, 본 발명의 범위 또는 청구범위에서 사용되는 용어의 정의에 대한 한정으로서 해석되지 말아야한다. 다양한 기타 실시예 및, 개시된 실시예(들)에 대한 다양한 변형 및 변경은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들면, 도 3의 제 2 저항 용접은 단일 동작시 압인 가공 단계와 함께 수행될 수 있다. 또한, 귀금속 팁(18)을 중심 전극의 점화 끝단에 부착하기 위해, 특히 그것이 Pt 또는 Pt 합금 기반 팁인 경우, 본문에 교시된 부착 방법을 활용하는 것이 가능 한데; 즉, 상술된 부착 방법이 귀금속 팁 및/또는 패드를 중심 또는 접지 전극에 부착하는 데에 사용될 수 있다. 모든 이러한 기타 실시예, 변형, 및 변경은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있도록 의도된다.

본 명세서와 첨부된 청구범위에서 사용되는, "예를 들면", "예를 들어", 및 "이와 같은"이라는 용어, 그리고 "구비하다", "갖다", "포함하다"라는 동사와 그의 활용형은, 하나 이상의 컴포넌트 또는 기타 아이템의 리스트와 함께 사용될 때, 각각 한정되지 않는 것으로 해석되어야 하며, 상기 리스트는 다른, 추가적 컴포넌트 또는 아이템을 배제하는 것으로 간주하지 말아야한다는 것을 의미한다. "약"과 같은 정도의 용어는 지정된 크기 또는 기타 수 뿐만 아니라, 상기 수가 연관된 특성 또는 애플리케이션에 대한 상당한 효과를 가지지 않는 변화를 포함한다. 다른 용어는 그것들이 상이한 번역을 필요로하는 의미에서 사용되지 않는다면, 그들의 가장 넓은 적합한 의미를 이용하여 해석되어야 한다.

Claims

내연 기관에 사용하는 스파크 플러그에 있어서,

축방향 구멍을 구비한 쉘;

중심 구멍을 구비하고 상기 쉘의 축방향 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치된 절연체;

중심 전극을 구비하고, 상기 절연체 중심 구멍을 통해 뻗어나가는 중심 와이어 어셈블리;

부착 끝단, 자유단 및 측면을 구비하고, 상기 쉘에서의 상기 부착 끝단으로부터 상기 자유단으로 뻗어나가 상기 자유단에 인접한 상기 측면의 일 부분이 상기 중심 전극의 점화 끝단에 대향하여 배치되도록 하는 접지 전극; 및

스파킹 표면, 직경(E) 및 두께(K)를 구비하고, 용접 비드를 통해 상기 접지 전극의 상기 측면의 부분에 용접되는 귀금속 패드를 포함하고,

상기 용접비드는,

ⅰ) 상기 용접비드가 전체적으로 상기 귀금속 패드를 원형으로 둘러싸고,

ⅱ) 상기 용접 비드의 내부 직경(I)이 상기 귀금속 패드 직경(E)보다 더 작고,

ⅲ) 상기 용접 비드 외부 직경(J)은 상기 귀금속 패드 직경(E)보다 더 크고,

ⅳ) 상기 용접 비드는 복수의 오버래핑 용접점을 포함하고,

ⅴ) 상기 용접점의 각각은 전체적으로 상기 귀금속 패드 두께(K)보다 더 큰 용접 비드 깊이(G)를 가지는 특성을 구비하고,

상기 용접점의 각각은 언더컷을 가지지 않도록 하기 위해 상부 섹션으로부터 하부섹션으로 태이퍼링되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 중심 전극은 상기 점화 끝단에 부착된 귀금속 팁을 구비하고, 상기 귀금속 팁은 Ir 또는 Ir-기반 합금으로 구성되고, 상기 귀금속 패드는 Pt 또는 Pt 기반 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 2 항에 있어서,

상기 귀금속 패드는 1-15%wt 분량의 Ni를 함유한 PtNi 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 용접 비드는 상기 귀금속 패드를 원형으로 둘러싸서 상기 귀금속 패드와 상기 접지 전극의 측면 사이의 인터페이스가 기밀하게 되도록하는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 용접점의 각각은 전체적으로 원형의 형상을 가지고, 언더컷을 가지지 않도록 하기 위해 상부 섹션으로부터 하부섹션으로 태이퍼링되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 귀금속 패드를 상기 측면에 부착하는 것은 상기 귀금속 패드의 바로 하방의 전극 물질의 밀도를 증가시키지만, 상기 귀금속 패드의 주변 둘레에서 상기 전극 물질의 표면의 돌출을 야기하지 않는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 귀금속 패드 직경(E)은 0.5mm-2mm이고, 상기 용접 비드 내부 직경(I)은 0.5mm-1mm이고, 상기 용접 비드 외부 직경(J)은 1.0mm-2.5mm인 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 용접점의 각각은 0.3mm-0.8mm의 직경(H)을 가지고, 상기 용접 비드 깊이(G)는 0.25mm-0.75mm인 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 용접 비드는 15-45의 상기 오버래핑 용접점을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 접지 전극은 열전도성 코어 및 금속 클래딩을 더 포함하고, 상기 코어는 1mm-5mm의 거리(D)만큼 상기 접지 전극의 상기 자유단으로부터 공간을 두고 이격되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

상기 귀금속 패드는 0mm-0.5mm의 돌출 거리(F) 만큼 상기 측면을 벗어나서 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,

귀금속 체를 상기 접지 전극에 저항 용접하는 단계;

귀금속 패드가 형성되도록 상기 귀금속 체를 압인 가공하는 단계;

상기 귀금속 패드를 상기 접지 전극에 저항 용접하는 단계; 및

상기 귀금속 패드를 상기 접지 전극에 레이저 용접하는 단계;를 포함하는 프로세스에 따라, 상기 귀금속 패드가 상기 접지 전극 측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
내연 기관에 사용하는 스파크 플러그에 있어서,

축방향 구멍을 구비한 쉘;

중심 구멍을 구비하고 상기 쉘의 축방향 구멍 내에 적어도 부분적으로 배치된 절연체;

상기 절연체 중심 구멍을 통해 뻗어나가는 중심 와이어 어셈블리;

측면, 두께(B) 및 폭(C)을 구비한 접지 전극; 및

상기 접지 전극 측면에 용접 비드를 통해 부착되고 직경(E)과 두께(K)를 구비한 Pt 또는 Pt 기반 귀금속 패드를 포함하고,

상기 접지 전극과 상기 귀금속 패드는,

ⅰ) 상기 접지 전극 두께(B)는 0.75mm-2.25mm이고,

ⅱ) 상기 접지 전극 폭(C)은 2mm-4mm이고,

ⅲ) 상기 귀금속 패드 직경(E)은 0.5mm-2mm이고,

ⅳ) 상기 귀금속 패드 두께(K)는 0.025mm-0.75mm인 특성을 구비하고,

상기 용접 비드는 복수의 오버래핑 용접점을 포함하고, 상기 용접점의 각각은 언더컷을 가지지 않도록 하기 위해 상부 섹션으로부터 하부섹션으로 태이퍼링되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 사용하는 스파크 플러그.
스파크 플러그 접지 전극의 측면에 귀금속 패드를 부착하는 방법에 있어서,

(a) 접지 전극에 측면을 제공하는 단계;

(b) 귀금속 체를 제공하는 단계;

(c) 제 1 세트의 저항 용접 파라미터에 따라 상기 측면에 상기 귀금속 체를 저항 용접하는 단계;

(d) 귀금속 패드가 형성되도록 상기 귀금속 체를 압인 가공하는 단계;

(e) 상기 제 1 세트의 파라미터보다 더 큰 힘 또는 더 큰 전류를 포함하는 제 2 세트의 저항 용접 파라미터에 따라 상기 측면에 상기 귀금속 패드를 저항 용접하는 단계;

(f) 상기 귀금속 패드의 주변의 적어도 일부를 상기 측면에 레이저 용접하는 단계;를 포함하고,

상기 레이저 용접단계(f)는 복수의 오버래핑 용접점을 구비하는 용접 비드를 형성하는 단계를 더 포함하고,

상기 용접점의 각각은 언더컷을 가지지 않도록 하기 위해 상부 섹션으로부터 하부섹션으로 태이퍼링되는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 귀금속은 1-15%wt 분량의 Ni를 포함하는 PtNi 합금인 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 단계(b)는 Pt 기반 귀금속의 구체를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 1 세트의 저항 용접 파라미터는 13kgf-23kgf의 힘을 인가하고 600amp-1,500amp의 전류를 인가하여 가접 용접이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방 법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 2 세트의 저항 용접 파라미터는 18kgf-28kgf의 힘을 인가하고 800amp-1,650amp의 전류를 인가하여 영구적인 용접이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.
제 14 항에 있어서,

단계(c)에서의 저항 용접은 상기 귀금속 체와 상기 접지 전극 사이에 가접 용접을 생성하고, 단계(e)에서의 저항 용접은 상기 귀금속 패드와 상기 접지 전극 사이의 영구적인 용접을 생성하는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.
제 14 항에 있어서,

단계(f)는 15-45 점용접이 형성되도록 하기 위해 60Hz-100Hz의 주파수에서 0.75J/펄스 - 1.5J/펄스를 인가하는 단계를 포함하는 한 세트의 레이저 용접 파라미터에 따른 레이저 용접을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 레이저 용접단계(f)는 상기 귀금속 패드를 원형으로 둘러싸고 1.0mm-2.5mm의 외부 직경(J)과 0.5mm-1mm의 내부 직경(I)을 가지는 용접 비드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 용접점의 각각은 0.3mm-0.8mm의 직경(H)과 0.25mm-0.75mm의 용접 깊이(G)를 가지는 것을 특징으로 하는 귀금속 패드를 스파크 플러그 접지 전극의 측면에 부착하는 방법.