KR101386111B1 - 점화플러그 및 그 중심전극과 전극팁의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중심전극에 전극팁이 접합되는 구성의 점화플러그 및 그 중심전극과 전극팁의 접합방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 전류가 유도되는 중심전극; 상기 중심전극과의 사이에 스파크가 발생될 수 있도록 설치된 접지전극; 상기 중심전극과 상기 접지전극 사이에 위치되도록 상기 중심전극에 접합되는 전극팁;을 포함하고, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 결합방향 및 그 수직방향에 대하여 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면이 경사진 것을 특징으로 하는 점화플러그 및 그 중심전극과 전극팁의 접합방법을 제시함으로써, 중심전극과 전극팁의 접합성 및 접합공정을 개선할 수 있고, 원가를 절감할 수 있다.

점화플러그, 중심전극, 전극팁, 접합, 용접

Description

점화플러그 및 그 중심전극과 전극팁의 접합방법{SPARK PLUG AND JOING METHOD FOR CENTER ELECTRODE AND ELECTRODE TIP IN THE SAME}

본 발명은 중심전극에 전극팁이 접합되는 구성의 점화플러그 및 그 중심전극과 전극팁의 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로 점화 플러그는 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.

도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 점화 플러그(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, 상기한 종래 기술과 같이 중심전극(16)과 전극팁(20)을 접합하게 되면, 접합을 위한 장치(30)에 의한 접합방향(B)과 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합면(A)이 일치하지 않기 때문에, 도 2의 'C'로 지시된 바와 같이 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합면(A)이 용융되는 융융량이 부족한 문제점이 있다.

이 결과, 전극팁(20)이 중심전극(16)에서 분리되는 사례가 빈번히 발생되고 있다. 또한, 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합성 저하로 인해 스파크 발생성능이 낮다. 또한, 중심전극(16)과 전극팁(20)의 접합면(A)이 충분히 넓게 용융될 수 있도록 하기 위해, 전극팁(20)의 길이를 높이는 방안이 있으나, 이는 원가 상승의 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 중심전극과 전극팁의 접합성을 개선할 수 있고, 원가를 절감할 수 있으며, 이에 의해 스파크 발생성능을 향상시킬 수 있는 점화플러그 및 그 중심전극과 전극팁의 접합방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 전류가 유도되는 중심전극; 상기 중심전극과의 사이에 스파크가 발생될 수 있도록 설치된 접지전극; 상기 중심전극과 상기 접지전극 사이에 위치되도록 상기 중심전극에 접합되는 전극팁;을 포함하고, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 결합방향 및 그 수직방향에 대하여 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면이 경사진 것을 특징으로 하는 점화플러그를 제시한다.

상기 중심전극의 접합면과 상기 전극팁의 접합면 중 어느 하나는 홈 형상으로 형성되고, 그 나머지 하나는 상기 홈 형상의 접합면에 맞대어질 수 있도록 모따기한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 홈 형상은 'V'형인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 접합면은 상기 중심전극과 상기 전극팁의 결합방향에 대하여 대칭되도록 경사진 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 중심전극의 전극팁 측 단부는 상기 전극팁과의 접합면 이외 부분이 모따기한 형상으로 형성되고; 상기 접합면을 접합하는 용접 빔이 상기 중심전극과 상 기 전극팁의 결합방향의 수직방향에 대하여 상기 중심전극을 향하면서 상기 접합면과 평행할 수 있도록, 상기 접합면은 상기 용접 빔의 용접방향을 따라 경사진 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 전극팁은 이리듐 또는 이리듐 합금 재질인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기한 과제를 해결하기 위해 상술한 점화플러그의 중심전극과 전극팁의 접합방법으로서, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면은 용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 점화플러그의 중심전극과 전극팁의 접합방법을 제시한다.

상기 중심전극과 상기 전극팁의 용접단계는 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면이 서로 맞대어진 상태에서, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면을 저항 가용접하는 단계; 상기 저항 가용접 후, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면이 서로 접합될 수 있도록 레이저 빔에 의해 용접하여 접합 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 레이저 빔은, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면의 경사방향을 따라 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다.

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, 중심전극과 전극팁의 접합면이 경사지도록 형성됨으로써, 중심전극과 전극팁의 접합면이 접합방향과 용이하게 일치할 수 있다. 이 결과, 중심전극과 전 극팁의 접합면이 견실하게 용융접합될 수 있기 때문에 중심전극과 전극팁의 접합성이 우수하다. 전극팁의 길이를 최소화할 수 있어 원가를 절감할 수 있다. 중심전극과 전극팁의 접합면을 접합하는 공정이 용이하다.

또한, 중심전극과 전극팁의 접합면이 경사지도록 형성됨으로써, 중심전극과 전극팁의 접합면적이 최대한 넓게 확보될 수 있어서, 중심전극과 전극팁의 접합성이 향상될 수 있다.

또한 접합성이 우수하여 스파크 발생성능 및 점화플러그의 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 중심전극과 전극팁의 접합면이 홈,돌기 형상을 취함으로써, 중심전극과 전극팁의 접합면을 용이하고 정확하게 합치할 수 있어, 중심전극과 전극팁의 접합성이 향상될 수 있고, 그 접합공정이 용이하다.

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 3은 본 발명에 따른 점화플러그의 일부 파단 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 점화플러그(100)는 고압전류가 유도되는 중심전극(110)과, 중심전극(110)과의 사이에 스파크가 발생될 수 있도록 설치된 접지전극(120)과, 중심전극(110)과 접지전극(120) 사이에 위치되도록 중심전극(110)에 접합되는 전극팁(130)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 선택적으로 접지전 극(120)에도 중심전극(110)에 접합된 전극팁(130)과 같은 전극팁이 접합될 수 있다.

중심전극(110)과 접지전극(120)은 대체적으로 원가를 낮추기 위해 열전도성이 우수한 구리 화합물 또는 고순도의 니켈 등으로 구성된다.

전극팁(130)은 상술한 중심전극(110)의 재질보다는 원가 부담이 있지만 높은 착화성, 내구성 및 내열성을 유지하기 위해, 중심전극(110)과는 다른 재질인 귀금속 재질로 구성된다. 여기서, 귀금속이라 함은 화학적으로 이온화 에너지가 수소의 이온화 에너지보다 훨씬 크고, 산 및 산화제에 의해 산화되지 않는 금속을 일컫는 것으로서, 백금(Pt), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 레늄(Re), 류테늄(Ru), 텅스텐(W), 니오브(Nb) 등이 있으며, 특히 성능 및 원가 등을 모두 고려하여 이리듐 또는 이리듐 합금재질이 전극팁(130) 재질로서 적합하다.

도 4는 도 3의 중심전극 및 전극팁의 일부 확대 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 중심전극(110)과 전극팁(130)은 중심전극(110)과 전극팁(130)의 결합방향(좌표 S) 및 그 수직방향(좌표 T)에 대하여 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 경사지도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 경사각이 너무 작으면, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 접합하는 장치(이하, 설명의 편의를 위해 '접합장치(140)'라 함)의 접합방향(140A)이 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)과 일치하지 못할 수 있다. 또는 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 경사각이 너무 크면, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 길이가 너무 길어짐에 따라, 비교적 비싼 전극팁(130)의 길이가 길어져서 원가가 상승되고, 접합장치(140)와의 먼 거리로 인해 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 내측 중앙부가 충분히 접합되지 못할 수 있다. 따라서, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 경사각은 접합장치(140)의 접합방향(140A), 전극팁(130)의 길이를 비롯하여 중심전극(110)과 전극팁(130)의 강도 및 제조성 등을 고려하여 선택됨이 바람직하다.

특히 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)은 절개면처럼 어느 한 방향으로만 경사지도록 형성될 수 있지만, 다음과 같이 형성되는 것이 보다 바람직하다.

즉, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E) 중 어느 하나는 홈 형상으로 형성되고, 그 나머지 하나는 상술한 홈 형상에 합치될 수 있도록 모따기한 형상으로 형성될 수 있다.

이렇게 형성됨으로써, 다음과 같은 이점을 취할 수 있다.

먼저, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 경사각이 전극팁(130)의 길이로 인해 제약을 받지 않고 최적치로 선택될 수 있기 때문에, 접합장치(140)의 접합위치 선정이 용이하여 접합공정이 용이하고, 전극팁(130)의 길이가 길지 않더라도 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 최대한 넓게 확보될 수 있다.

또한, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 둘레를 따라 돌아가면서 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 전 둘레를 용이하고 견실하게 접합할 수 있다.

또한, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 용이하게 합치할 수 있고, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 접합하는 동안, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 합치상태로 용이하게 유지할 수 있어, 접합공정이 용이하고, 접합성이 우수하다.

상술한 홈 형상은 곡면, 웨이브 형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 'V'형 홈 형상으로 형성되면, 접합장치(140)의 접합방향(140A)이 변동되지 않아도 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)과 일치할 수 있어 보다 바람직하다.

나아가, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 균일하게 접합될 수 있도록, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)은 중심전극(110)과 전극팁(130)의 결합방향(좌표 S)에 대하여 대칭되도록 경사지는 것이 바람직하다.

특히, 중심전극(110)의 전극팁(130) 측 단부는, 스파크 발생성능을 위해 유도된 전류가 전극팁(130)으로 집중될 수 있도록, 도 4의 '110A'로 지시된 바와 같이 접합면(E) 이외 부분이 모따기한 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 접합장치(140)는, 도 4에 점선으로 도시된 바와 같이 중심전극(110)과 전극팁(130)의 결합방향(좌표 S)의 수직방향(좌표 T)에 대하여 전극팁(130)을 향하는 것보다는, 도 4에 실선으로 지시된 바와 같이 중심전극(110)과 전극팁(130)의 결합방향(좌표 S)의 수직방향(좌표 T)에 대하여 중심전극(110)을 향하는 것이, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 접합하기 용이하다.

따라서, 접합장치(140)가 상술한 바와 같이 중심전극(110)을 향하면서 중심 전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)에 일치하여 접합을 할 수 있도록, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)은 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)은 중심전극(110)과 전극팁(130)의 결합방향(좌표 S)의 수직방향(좌표 T)에 대하여, 상술한 홈의 정점인 내측 중앙으로 갈수록 중심전극(110)을 향해 경사지는 것이 바람직하다.

한편, 본 실시 예에서는 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 평면인 것을 예시하고 있으나, 이는 단지 선택적인 사항으로서 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 굴곡지거나 요철이 형성되거나 이외 다른 실시 예도 가능하다.

도 5a 내지 도 5f는 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합공정을 보여주는 모식도이다.

도시된 바와 같이, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합공정은, 중심전극(110) 및 전극팁(130)을 각각 성형하는 단계(도 5a 내지 도 5c 및 도 6 참조), 성형된 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 서로 맞대어지도록 중심전극(110)과 전극팁(130)을 조합하는 단계(도 5c 및 도 5d 참조), 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 맞대어진 상태에서 중심전극(110)과 전극팁(130)을 접합하는 단계(도 5d 내지 도 5f 참조)를 포함하여 이루어질 수 있다.

특히 중심전극(110)과 전극팁(130)은 다양한 방법으로 접합될 수 있는데, 상술한 바와 같이 중심전극(110)이 구리 화합물 또는 고순도의 니켈 등의 일반 금속재질이고 전극팁(130)이 귀금속 재질인 경우, 용융접합시키는 용접방법에 의해 용 이하고 견실하게 접합될 수 있다.

나아가 중심전극(110)과 전극팁(130)을 접합하기 위한 용접단계는, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 서로 맞대어진 상태에서 도 5d의 'W'로 지시된 바와 같이 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 가용접하는 단계(도 5d 참조), 가용접 후 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 서로 접합될 수 있도록 본 용접하여 접합 완료하는 단계(도 5e 및 도 5f 참조)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 가용접으로는 임시적인 접합이므로 여러 용접방법 중 저항 용접이 바람직하고, 본 용접은 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 충분히 용융되어 접합될 수 있도록 레이저 빔 용접이 적합하다.

따라서, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 용접단계가 일단 가용접, 본 용접 2단계에 걸쳐 실시됨으로써, 가용접에 의해 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 정확히 합치하여 유지시킬 수 있으므로, 본 용접시 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 어긋날 것을 염려할 필요없이 작업을 할 수 있어 작업이 용이할 뿐만 아니라 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합 불량이 방지될 수 있다.

물론, 레이저 빔은 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)을 전반에 걸쳐 충분히 용융 접합할 수 있도록, 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 경사방향을 따라 조사하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시 예와 같이 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)이 홈,돌기 형상을 취하는 경우, 레이저 빔은 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 둘레를 따라 돌아가면서 중심전극(110)과 전극팁(130)의 접합면(E)의 전 둘레에 조사하는 것이 바람직하다.

한편, 도 6은 도 3의 전극팁의 제조공정을 보여주는 모식도이다.

도시된 바와 같이, 귀금속 재질의 전극팁(130)은, 요구되는 전극팁(130)의 두께와 동일한 두께를 갖고, 전극팁(130)의 길이에 비해 상당히 긴 형상의 귀금속 베이스(150)를 성형하는 단계(도 6a참조), 귀금속 베이스(150)로부터 바(bar) 형태의 전극팁 베이스(130')를 컷팅(cutting)하는 단계(도 6b참조)), 전극팁 베이스(130')의 일단부를 중심전극의 접합면과 합치될 수 있도록 가공하는 단계(도 6c참조)를 포함하여 구성될 수 있다.

특히, 상술한 바와 같이 본 발명의 경우 기존의 전극팁(130)의 길이를 길게 할 수밖에 없게 한 문제점들이 해소되었는바, 도 6b에 도시된 바와 같이, 바 형태의 전극팁 베이스(130')를 컷팅할 때, 전극팁 베이스(130')를 스파크 발생에 충분한 선에서 최소 길이로 컷팅하면 된다.

그리고, 본 실시 예와 같이 중심전극과 전극팁(130)의 접합면이 홈,돌기 형상을 취하는 경우, 도 6c에 도시된 바와 같이, 전극팁 베이스(130')의 접합면을 가공할 때에는, 모따기 가공방법이 적합하다.

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 점화플러그의 일부 파단 단면도.

도 2는 도 1의 중심전극 및 전극팁의 일부 확대 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 점화플러그의 일부 파단 단면도.

도 4는 도 3의 중심전극 및 전극팁의 일부 확대 단면도.

도 5a 내지 도 5f는 도 3의 중심전극과 전극팁의 접합공정을 보여주는 모식도.

도 6a 내지 도 6c는 도 3의 전극팁의 제조공정을 보여주는 모식도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100; 점화플러그 110; 중심전극

120; 접지전극 130; 전극팁

140; 접합장치 150; 귀금속 베이스

E; 접합면

Claims (9)

1. 중심전극과 전극팁의 접합방법으로서,

   (a) 상기 중심전극을 마련하는 단계와,

   (b) 상기 중심전극의 측 단부를 상기 전극팁 방향으로 경사지게 형성하는 단계와,

   (c) 상기 중심전극의 단부를 상기 전극팁과 접합되는 접합면을 형성하되, 상기 접합면은 상기 중심전극의 단부에서 상기 중심전극의 내측 중앙부로 경사지도록 홈 형상으로 형성하는 단계와,

   (d) 상기 전극팁의 단부를 상기 중심전극의 홈 형상에 합치되도록 형성하는 단계와,

   (e) 상기 중심전극과 상기 전극팁을 용접하는 단계를 포함하고,

   상기 중심전극과 상기 전극팁을 용접하는 단계는,

   상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면이 서로 맞대어진 상태에서, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면을 저항 가용접하는 단계와,

   상기 저항 가용접 후, 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면이 서로 접합될 수 있도록 상기 중심전극과 상기 전극팁의 접합면의 경사방향을 따라 레이저 빔을 조사하여 접합 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화플러그의 전극팁 접합방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 (c)단계에서,

   상기 접합면은 상기 중심전극과 상기 전극팁의 결합 방향에 대해 대칭되도록 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 점화플러그의 전극팁 접합방법.
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