KR101428950B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

표면에 Ni도금층이 형성된 금속쉘(50)을 부착구멍(91)에 나사결합하는 과정에서, 스테인리스강으로 이루어지는 개스킷(60)을 돌출부(54)와 개구주연부(92)와의 사이에 끼우되 비압축 상태에 있어서, 개스킷(60)의 표면은 자신의 그 외의 표면에 대해서 비접촉 상태이다. 개스킷(60)을 축선(O)방향의 단면에서 보았을 때, 개스킷(60)과 돌출부(54)는 점 X의 한 점에서 접촉하고, 개스킷(60)과 개구주연부(92)는 점 Y의 한 점에서 접촉하고, 또한 점 Y는 점 X보다도 직경방향 외측에 위치한다. 또한, 점 Y는 돌출부(54)의 시트면(55)의 최대 외경(Dz)보다도 직경방향 내측에 위치한다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연기관의 부착구멍을 통한 기밀누설(氣密漏泄)을 방지하는 실링부재가 장착되는 스파크 플러그에 관한 것이다.

일반적으로, 스파크 플러그는 금속쉘의 외주에 형성된 나사산(수나사)을 내연기관의 부착구멍에 형성된 암나사에 나사결합함에 의해서 내연기관에 부착된다. 금속쉘의 외주에는 원환형상의 실링부재(개스킷)가 장착됨으로써 부착구멍을 통한 연소실 내의 기밀누설이 방지된다. 일반적인 개스킷은 원환형상으로 형성된 금속판을 예를 들면 단면(형성 후의 둘레방향에 직교하는 단면)이 S자 형상이 되도록 두께방향으로 굽혀서 제작된다. 스파크 플러그는 내연기관에 부착할 때에 금속쉘의 돌출부와 부착구멍의 개구주연부(開口周緣部)와의 사이에 개스킷을 끼워서 압축한다. 개스킷은 나사체결(나사조임)에 수반하여 변형됨으로써, 돌출부와 개구주연부 각각에 대한 밀착성 및 축력(軸力)(나사체결에 수반되는 압축에 의해서 축방향으로 작용하는 반력)을 높여서 기밀누설을 방지한다.

최근에는 내연기관의 소형화, 고성능화가 도모되어 엔진의 진동이 격화되는 경향에 있고, 또 연소실 내의 온도도 상승하는 경향에 있다. 개스킷에 있어서는 엔진의 진동에 의한 변형이나 구동·정지에 수반되는 가열·냉각 사이클에 의해 발생하는 크리프 변형에 의해서 축력이 저하되어 나사결합에 이완이 발생하면, 밀착성의 저하를 초래할 경우가 있다. 그래서, 개스킷의 재료 강도를 높여서 나사체결 후의 소성 변형을 억제하여 축력을 확보하면서도, 개스킷의 형상(굽힘형상)을 규정함에 의해서 부착시의 변형을 확보하여 밀착성의 유지를 도모한 스파크 플러그가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또, 직분식 엔진에서는 연소실 내로 돌출되는 접지전극과 연료 분사구와 불꽃방전간극의 위치관계가 착화성에 영향을 미친다. 그러므로, 스파크 플러그를 엔진에 부착할 때에는 나사의 회전에 의해서 접지전극의 방향(연소실 내에서의 상기 위치관계)을 자유롭게 조정할 수 있는 것도 바람직하다. 그래서, 스파크 플러그를 부착할 때의 나사 체결에 있어서, 토크를 유지하면서도 개스킷이 압축될 수 있는 크기(압축변위의 변화량)를 확보한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 특허문헌 2에서는 개스킷의 압축변위의 변화량을 0.5㎜ 이상 확보함으로써, 소정의 축력을 유지한 상태에서 나사의 회전을 0.5∼1회전 이상 확보하여 접지전극의 방향을 조정할 수 있도록 하고 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2004-134120호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특허공개 2000-266186호 공보

그러나, 특허문헌 1에서는 엔진이 더욱더 고성능화 됨에 따라서 엔진의 진동이 커지게 되고, 이것에 기인한 큰 힘이 스파크 플러그에 가해져서 개스킷과 돌출부와의 사이나 개스킷과 개구주연부와의 사이에서 슬라이드(slide)가 발생함으로써 나사결합에 이완이 발생하는 경우가 있다.

또, 특허문헌 2에서는 개스킷의 압축변위의 변화량을 확보하기 위한 압축부분(압축되어 찌부러지는 부분)이 개스킷의 축방향보다도 직경방향으로 크게 확보되어 있다. 개스킷은 부착시의 압축에 의해서 직경방향으로 펴지기 쉽기 때문에, 압축부분의 형상이 직경방향으로 큰 캐스킷에서는 돌출부 밖으로 밀려나오는 경우가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 실링부재를 끼우고서 부착구멍에 나사결합되는 금속쉘의 내이완성(耐弛緩性)을 확보할 수 있고, 또한 실링부재가 압축되었을 때에 돌출부 밖으로 밀려나오는 것을 억제하면서도 충분한 크기의 압축부분을 확보할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 형태에 의하면, 중심전극과; 축구멍을 가지며, 상기 축구멍의 선단측 내부에 상기 중심전극을 유지하는 절연애자와; 상기 절연애자를 둘레방향으로 둘러싸서 유지하며, 또한 자신의 외주에 나사산이 형성되고, 또한 상기 나사산보다도 기단측에 형성되며, 자신의 외주에서 외측방향으로 돌출되면서 둘레방향으로 일주하는 형태를 이루는 돌출부를 가지는 통형상의 금속쉘과; 상기 중심전극과의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 접지전극과; 원환형상의 판재를 두께방향으로 복수회 굽혀서 형성되는 환형상 형태를 이루며, 상기 금속쉘에 있어서의 상기 나사산과 상기 돌출부와의 사이의 부위에 외측에서 동심적으로 장착되는 실링부재로서, 상기 금속쉘이 암나사가 형성된 부착구멍에 나사결합에 의해 부착된 상태에서 상기 돌출부와 상기 부착구멍의 개구주연부와의 사이에서 압축되어 상기 돌출부와 상기 개구주연부와의 사이를 실링하는 실링부재;를 구비하는 스파크 플러그에 있어서, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합하는 과정에서 상기 실링부재를 상기 돌출부와 상기 개구주연부와의 사이에 끼우되 비압축 상태에 있어서, 상기 실링부재에 있어서의 상기 굽힘에 의해서 마주보는 표면끼리는 서로 비접촉 상태이고, 상기 스파크 플러그의 축선을 포함하는 평면에서 상기 실링부재의 단면을 보았을 때, 상기 실링부재와 상기 돌출부의 접촉이 제 1 접촉점의 한 점에서 이루어지고, 또한 상기 실링부재와 상기 개구주연부의 접촉이 제 2 접촉점의 한 점에서 이루어지고, 상기 제 2 접촉점은 제 1 접촉점보다도 직경방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그가 제공된다.

스파크 플러그를 내연기관의 부착구멍에 부착한 경우, 금속쉘의 돌출부와 부착구멍의 개구주연부와의 사이에서 실링부재가 압축되어 돌출부와 개구주연부에 면(面)접촉함으로써 부착구멍을 통한 기밀누설이 유지된다. 실링부재와 돌출부 및 개구주연부와의 사이에 있어서의 마찰력을 높이면, 금속쉘의 내이완성을 확보할 수 있다. 여기서, 스파크 플러그를 빼낼 경우(이하에서는 '스파크 플러그를 빼내는 것'을 설명의 편의상 '분리'라고도 한다)에는, 실링부재와 돌출부와의 사이보다도 실링부재와 개구주연부와의 사이에서 슬라이드가 발생하기 쉬운 것이 본 발명자들의 검증에 의해서 판명되었다. 판재를 굽혀서 형성되는 실링부재는 스프링성을 가지며, 압축에 의한 변형은 굽힘부분을 중심으로 이루어지게 된다. 그러므로, 비압축 상태에서의 실링부재와 돌출부의 접촉이 제 1 접촉점의 한 점에서 이루어지고, 실링부재와 개구주연부의 접촉이 제 2 접촉점의 한 점에서 이루어지면, 압축되더라도 직경방향에 있어서의 제 1 접촉점과 제 2 접촉점의 위치관계는 유지된다. 게다가, 제 2 접촉점이 제 1 접촉점보다도 직경방향 외측에 위치하면, 개구주연부와 접촉하는 제 2 접촉점에 의해서 그려지는 가상원의 직경을 돌출부와 접촉하는 제 1 접촉점에 의해서 그려지는 가상원의 직경보다도 크게 할 수 있다. 그러면, 실링부재와 돌출부와의 사이에서의 마찰력보다도 실링부재와 개구주연부와의 사이에서의 마찰력을 높일 수 있다. 그러므로, 실링부재와 돌출부와의 사이에서는 슬라이드를 원활하게 하고, 실링부재와 개구주연부와의 사이에서의 슬라이드를 억제할 수 있다. 따라서, 동일한 체결토크로 나사체결한 경우의 축력을 크게 할 수 있어 내이완성을 확보할 수 있다.

또, 실링부재가 비압축 상태에서 실링부재의 표면끼리가 접촉하는 부위가 있는 경우, 실링부재의 압축에 수반되는 변형은 표면끼리의 접촉에 의해서 제한을 받는다. 그러므로, 실링부재가 압축되면, 상기한 제 1 접촉점 및 제 2 접촉점과는 별도로, 표면끼리의 접촉부위에 대응하여 돌출부와 개구주연부에 대해서 항력을 발생하는 부위가 생긴다. 따라서, 이와 같은 실링부재에서는 압축 직후부터 제 1 접촉점이나 제 2 접촉점에서 돌출부나 개구주연부에 대해서 발생한 항력이, 표면끼리의 접촉부위에 대응하여 돌출부나 개구주연부에 대해서 발생한 항력의 영향을 받게 된다. 제 1 형태와 같이, 실링부재가 비압축 상태에서 실링부재의 자신의 표면끼리가 비접촉 상태에 있으면, 실링부재의 스프링성에 의해서 제 1 접촉점이나 제 2 접촉점에 있어서의 돌출부나 개구주연부에 대해서 항력이 충분히 높아진다. 또한, 실링부재는 압축에 의해서 자신의 표면끼리가 접촉한 접촉부위가 생긴 후에도 항력이 유지된다. 그러므로, 표면끼리의 접촉부위가 생긴 후, 이 표면끼리의 접촉부위에 대응하여 돌출부나 개구주연부에 대해서 발생한 항력이 제 1 접촉점이나 제 2 접촉점에 있어서의 돌출부나 개구주연부에 대해서 발생한 항력에 미치는 영향은 작다. 따라서, 제 1 형태의 실링부재를 이용하면, 비압축 상태에서 표면끼리가 접촉하는 구조의 실링부재에 비해서, 직경방향에 있어서의 제 1 접촉점과 제 2 접촉점의 위치관계가 유지된다. 그러므로, 개구주연부와의 사이에서 발생하는 마찰력을 돌출부와의 사이에서 발생하는 마찰력보다도 크게 유지될 수 있다. 즉, 실링부재가 비압축 상태에서 어느 표면도 다른 표면과 접촉하지 않으면, 동일한 체결토크로 나사체결한 경우의 축력을 크게 할 수 있어 내이완성을 확보할 수 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 제 2 접촉점은 상기 금속쉘의 상기 돌출부에 있어서의 상기 실링부재를 향하는 측의 면(面)의 최대 외경(Dz)보다도 내측에 위치하여도 좋다.

금속쉘을 부착구멍에 나사결합한 경우의 실링부재와 돌출부 및 개구주연부와의 밀착성을 확보하기 위해서는 실링부재의 스프링성(압축 후에 유지되는 항력)을 확보하는 것이 바람직하다. 스프링성을 확보하기 위해서는 실링부재와 돌출부 및 개구주연부와의 접촉위치, 즉 제 1 접촉점 및 제 2 접촉점의 위치가 모두 돌출부와 개구주연부의 대향면 내에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 접촉점보다도 직경방향 외주측에 위치하는 제 2 접촉점이 일반적으로 개구주연부보다도 작은 면적으로 형성되는 돌출부의 최대 외경(Dz)보다도 내측(직경방향 내주측)에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 형태에 의하면, 중심전극과; 축구멍을 가지며, 상기 축구멍의 선단측 내부에 상기 중심전극을 유지하는 절연애자와; 상기 절연애자를 둘레방향으로 둘러싸서 유지하며, 또한 자신의 외주에 나사산이 형성되고, 또한 상기 나사산보다도 기단측에 형성되며, 자신의 외주에서 외측방향으로 돌출되면서 둘레방향으로 일주하는 형태를 이루는 돌출부를 가지는 통형상의 금속쉘과; 상기 중심전극과의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 접지전극과; 상기 금속쉘에 있어서의 상기 나사산과 상기 돌출부와의 사이의 부위에 외측에서 동심적으로 장착되는 환형상 형태를 이루며, 상기 금속쉘이 암나사가 형성된 부착구멍에 나사결합에 의해 부착된 상태에서 상기 돌출부와 상기 부착구멍의 개구주연부와의 사이에서 압축되어 상기 돌출부와 상기 개구주연부와의 사이를 실링하는 실링부재;를 구비하는 스파크 플러그에 있어서, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합하여 상기 실링부재를 상기 돌출부와 상기 개구주연부와의 사이에 끼워 압축할 때에, 상기 실링부재는 상기 돌출부 및 상기 개구주연부의 각각에 면접촉하는 것이고, 또한 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에서 빼내어 상기 돌출부 및 상기 개구주연부에 남은 상기 실링부재와의 접촉자국을 관찰하여, 상기 돌출부 측의 접촉자국의 외경을 d1_o, 내경을 d1_h라 하고서 그 접촉자국의 등가마찰직경(等價摩擦直徑)(D1)을 하기 식(1)에 의해서 구하고, 또한 상기 개구주연부 측의 접촉자국의 외경을 d2_o, 내경을 d2_h라 하고서 그 접촉자국의 등가마찰직경(D2)을 하기 식(2)에 의해서 구한 경우에, D1<D2를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그가 제공된다.

단,

[수학식 1]

[수학식 2]

로 한다.

스파크 플러그를 내연기관의 부착구멍에 부착한 경우, 금속쉘의 돌출부와 부착구멍의 개구주연부와의 사이에서 실링부재가 압축되어 돌출부와 개구주연부에 면접촉함으로써 부착구멍을 통한 기밀누설이 유지된다. 실링부재와 돌출부 및 개구주연부와의 사이에 있어서의 마찰력을 높이면, 금속쉘의 내이완성을 확보할 수 있다. 여기서, 스파크 플러그를 빼낼(분리할) 경우에는, 실링부재와 돌출부와의 사이보다도 실링부재와 개구주연부와의 사이에서 슬라이드가 발생하기 쉬운 것이 본 발명자들의 검증에 의해서 판명되었다. 그러므로, 실링부재와 돌출부와의 사이에서의 마찰력보다도 실링부재와 개구주연부와의 사이에서의 마찰력을 높이면, 실링부재와 개구주연부와의 사이에서의 슬라이드를 억제할 수 있다. 즉, 스파크 플러그의 분리에 필요한 분리토크를 크게 할 수 있어 나사결합의 이완을 억제할 수 있다. 그래서, 제 2 형태에서는 스파크 플러그를 분리한 경우에, 돌출부 및 개구주연부에 실링부재와의 면접촉에 의해서 생긴 접촉자국을 관찰하고, 그 외경 및 내경을 측정하여 돌출부 측의 등가마찰직경(D1)과 개구주연부 측의 등가마찰직경(D2)를 구한다. 이 때, D1<D2를 만족시킴으로써, 실링부재와 돌출부와의 사이에서의 마찰력보다도 실링부재와 개구주연부와의 사이에서의 마찰력이 높게 되도록 할 수 있다. 이것에 의해서, 실링부재와 개구주연부와의 사이에서의 슬라이드를 억제하여 내이완성을 확보할 수 있다. 또, D1<D2를 만족함으로써, 스파크 플러그를 부착할 경우에 있어서, 실링부재와 돌출부와의 사이에서 슬라이드가 발생하기 쉬워지게 되어, 동일한 체결토크로 나사체결한 경우의 축력을 크게 할 수 있다. 그러면, 내이완성을 확보할 수 있다.

이러한 관점에서, D1<D2를 만족하도록 부착시의 실링부재와 돌출부 및 개구주연부와의 접촉상태를 조정하면, 내이완성의 확보가 가능하게 된다. 예를 들면, 스파크 플러그를 부착구멍에 부착할 때의 나사체결에 의한 실링부재의 압축개시 직전의 상태에 있어서, 돌출부와 개구주연부와의 사이에 끼워진 실링부재의 둘레방향에 직교하는 단면을 살펴본다. 이 단면에 있어서, 실링부재가 돌출부와 개구주연부의 각각에 접촉하는 점이 한 점이고, 또한 돌출부에 접촉하는 점이 개구주연부에 접촉하는 점보다도 내주측에 있는 단면형상을 가지는 실링부재를 이용하면 좋다. 이와 같이 하면, 압축 후의 실링부재에 있어서의 돌출부와의 접촉이 상기 돌출부에 접촉하는 점의 위치를 중심으로 이루어지게 되어, 접촉자국의 등가마찰직경(D1)을 상기 점을 통과하는 원주의 직경에 가깝게 할 수 있다. 마찬가지로 압축 후의 실링부재에 있어서의 개구주연부와의 접촉이 상기 개구주연부에 접촉하는 점을 중심으로 이루어지게 되어, 접촉자국의 등가마찰직경(D2)을 상기 점을 통과하는 원주의 직경에 가깝게 할 수 있다. 따라서, 상기 돌출부에 접촉하는 점이 상기 개구주연부에 접촉하는 점보다도 내주 측에 위치함으로써, D1<D2가 만족되기 쉽다. 또한, 등가마찰직경이란 "회전 마찰력에 관해서, 원환형상의 접촉을 이것과 동일한 회전 마찰력을 가지는 원형상의 접촉으로 치환하였을 때의 원의 직경"을 말한다.

제 2 형태에 있어서, 상기 금속쉘의 상기 돌출부에 있어서, 상기 실링부재를 향하는 측의 면의 최대 외경을 Dz라 하였을 때에, Dz>D2를 만족하여도 좋다.

등가마찰직경(D1,D2)은 각각 실링부재와 돌출부의 접촉직경 및 실링부재와 개구주연부의 접촉직경에 상당하는 것이 된다. 실링부재와 돌출부 및 개구주연부와의 밀착성을 확보하기 위해서는 실링부재의 스프링성(압축 후에 유지되는 항력)을 확보하는 것이 바람직하다. 스프링성을 확보하기 위해서는 실링부재와 돌출부 및 개구주연부와의 접촉위치가 모두 돌출부와 개구주연부의 대향면 내에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 실링부재와 개구주연부의 접촉직경에 상당하는 등가마찰직경(D2)이 일반적으로 개구주연부보다도 작은 면적으로 형성되는 돌출부의 최대 외경(Dz)보다도 작은 것, 즉 Dz>D2를 만족하면 좋다.

제 1 형태 또는 제 2 형태에 있어서, 상기 실링부재는 스테인리스강으로 이루어지는 것이어도 좋고, 상기 금속쉘의 표면에는 Ni도금층이 형성되어 있어도 좋다.

내연기관의 소형화, 고성능화에 따라서, 최근에는 내연기관의 진동이 종래보다도 격화되고, 또 연소실 내의 온도가 종래보다도 상승하는 경향에 있다. 강성이 높은 스테인리스강을 실링부재에 사용하면, 내연기관의 구동·정지에 수반되는 가열·냉각 사이클에 의해서 발생하는 크리프 변형에 대한 내구성이 높아 유효하다. 또, 금속쉘의 표면에 Ni도금층을 형성하면, 내부식성이 효과가 있다. 그러나, Ni도금층이 형성된 금속쉘은 일반적으로 Zn도금층이 형성된 금속쉘에 비해서 나사의 이맞물림에 있어서의 마찰력이 크다. 따라서, 동일한 체결토크로 나사체결한 경우, 나사체결에 의해서 발생하는 축력이 Zn도금층이 형성된 금속쉘보다도 작은 것이 알려져 있다. 그래서, 제 1 및 제 2 형태와 같이, 실링부재와 부착구멍의 개구주연부와의 사이의 마찰력을 높이고, 또한 실링부재에 스테인리스강을 사용함에 의한 크리프 변형에 기인하는 나사결합의 이완을 억제한다. 이와 같이 하면, 금속쉘의 표면에 대한 Ni도금층의 형성에 수반되는 나사체결시의 축력의 저하를 보완하는 한편, 충분한 분리토크(종래보다도 큰 토크)를 얻어 내이완성을 확보할 수 있다.

제 1 형태 또는 제 2 형태에 있어서, 상기 실링부재의 중심축을 포함하는 평면에서 상기 실링부재의 단면을 보았을 때에, 상기 실링부재의 단면은 일측 단부에서 타측 단부까지 연속하면서 상기 타측 단부가 상기 일측 단부보다도 내측에 위치하는 소용돌이 형상이고, 또한 상기 실링부재의 단면에 있어서, 상기 실링부재는, 자신의 일단을 상기 일측 단부로 하고, 상기 자신의 일단보다도 상기 실링부재의 직경방향 내측에 위치하는 자신의 타단을 향해서, 상기 실링부재의 축방향을 따르는 성분보다도 상기 직경방향을 따르는 성분 측이 크게 되도록 대략 직선형상으로 연장되는 제 1 연신부와; 상기 직경방향을 따르는 성분보다도 상기 축방향을 따르는 성분 측이 크게 되도록 대략 직선형상으로 연장되는 제 2 연신부와; 상기 제 1 연신부의 타단과 상기 제 2 연신부의 일단을 곡률반경(r)의 곡선으로 접속하는 제 1 접속부와; 상기 제 2 연신부보다도 상기 직경방향 외측의 위치에서, 상기 직경방향을 따르는 성분보다도 상기 축방향을 따르는 성분 측이 크게 되도록 대략 직선형상으로 연장되는 제 3 연신부와; 상기 제 2 연신부의 타단과 상기 제 3 연신부의 일단을 상기 제 1 연신부로부터 멀어지는 방향으로 굴곡되는 곡선으로 접속하는 제 2 접속부와; 자신의 일단이 상기 제 3 연신부의 타단에 접속되고 또한 자신의 타단을 상기 타측 단부로 하고, 상기 축방향에 있어서 상기 제 1 연신부 및 상기 제 2 접속부와의 사이에 위치하면서 상기 제 1 연신부 및 상기 제 2 접속부와 겹쳐지는 부위를 가지는 제 3 접속부;로 구성되고, 상기 실링부재는, 상기 제 1 연신부가 상기 금속쉘의 상기 돌출부에 접촉하는 측에 위치하고 또한 상기 금속쉘이 상기 제 2 연신부보다도 상기 직경방향 내측에 위치하도록 상기 금속쉘에 장착되고, 상기 실링부재가, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합하기 전의 상기 금속쉘에 장착된 상태에 있어서, 상기 실링부재의 상기 축방향의 높이를 h, h/2를 만족하는 위치에 있어서의 상기 제 2 연신부의 두께를 t라 하고, 또한 상기 실링부재의 상기 직경방향에 있어서, 상기 제 3 연신부에 있어서의 상기 실링부재의 상기 중심축에서 가장 먼 부위의 상기 중심축으로부터의 직경방향거리를 R1, 상기 제 2 연신부에 있어서의 상기 실링부재의 상기 중심축에 가장 가까운 부위의 상기 중심축으로부터의 직경방향거리를 R2라 하였을 때에, 2×t≤r≤(R1-R2)/2를 만족하고, 또한 h≥(R1-R2)를 만족하여도 좋다.

실링부재의 단면의 형상을 규정함으로써, 실링부재가 압축될 때의 크기를 확보할 수 있고, 실링부재에 의한 기밀성을 유지한 채로 스파크 플러그(접지전극)의 둘레방향으로의 방향을 조정할 수 있다. 구체적으로는, 2×t≤r로 함으로써, 실링부재의 성형성을 확보할 수 있다. r≤(R1-R2)/2로 함으로써, 실링부재의 압축시에 있어서의 압축부분(압축되어 찌부러지는 부분)의 크기를 확보할 수 있고, 스파크 플러그(접지전극)의 둘레방향으로의 방향을 조정할 수 있다. h≥(R1-R2)로 함으로써, 압축부분을 중심축방향으로 크게 할 수 있고, 압축부분을 확보하면서도 압축될 때의 직경방향으로의 팽창을 억제할 수 있다.

제 1 형태 또는 제 2 형태에 있어서, 상기 실링부재의 단면에 있어서, 상기 타측 단부는 상기 직경방향에 있어서 상기 일측 단부보다도 상기 중심축 근방의 위치에 있어도 좋다.

실링부재의 단면의 형상에 있어서, 타측 단부가 일측 단부보다도 중심축 근방의 위치에 있으면, 제 1 연신부와 돌출부의 접촉위치와 중심축을 반경으로 하는 등가마찰직경을 제 2 접속부와 개구주연부의 접촉위치와 중심축을 반경으로 하는 등가마찰직경보다도 작게 할 수 있다. 이것에 의해서, 스파크 플러그를 부착할 때의 체결토크를 작게 하고, 스파크 플러그를 분리할 때의 분리토크를 크게 할 수 있기 때문에, 내이완성을 확보할 수 있다.

제 1 형태 또는 제 2 측면에 있어서, 상기 실링부재를 상기 축방향으로 압축할 때의 압축하중을 F라 하고, 상기 실링부재에 대한 부가압력(P)을 F/{π(R1²-R2²)}에 의해서 산출하였 때에, 상기 부가압력(P)이 60MPa∼130MPa의 범위 내에 있어서의, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합할 때의 회전각이 90°이상 360°미만이어도 좋다. 또한, 상기 부가압력(P)이 60MPa∼130MPa의 범위 내에 있어서의, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합할 때의 회전각이 180°이상 360°미만이어도 좋다.

회전각으로서 90°이상을 확보할 수 있으면, 스파크 플러그의 둘레방향으로의 방향을 스파크 플러그가 부착된 장치의 구동에 영향을 주는 방향이 되지 않도록 조정할 수 있다. 또한, 회전각으로서 180°이상을 확보할 수 있으면, 스파크 플러그의 둘레방향으로의 방향을 스파크 플러그가 부착된 장치의 구동에 있어서의 바람직한 방향으로 조정할 수 있다. 또한, 회전각으로서 360°미만으로 하는 것은, 회전각이 360°이면, 스파크 플러그의 둘레방향으로의 방향을 임의의 방향으로 조정할 수 있기 때문에, 필요 충분하다.

제 1 형태 또는 제 2 형태에 있어서, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합하기 전에 있어서, 상기 금속쉘에 장착된 상기 실링부재의 단면에서 상기 h/2를 만족하고, 상기 두께(t)의 중앙이 되는 상기 제 2 연신부의 위치에서 상기 실링부재의 경도를 측정하였을 때에 비커즈 경도로 200Hv 이상 450Hv 이하이어도 좋다.

실링부재가 200Hv 이상 450Hv 이하의 비커즈 경도를 확보할 수 있으면, 실링부재가 충분한 스프링성을 얻을 수 있어, 스파크 플러그의 둘레방향으로의 방향을 조정할 때에 충분한 축력을 확보할 수 있다.

제 1 형태 또는 제 2 형태에 있어서, 상기 금속쉘에 장착하기 전의 상기 실링부재의 단면을 보았을 때에, 상기 제 3 접속부의 일단 측에서 상기 타측 단부 측으로 향하는 방향이 상기 축방향에 대해서 40°이상 70°이하의 각도로 교차하여도 좋다.

실링부재의 단면에 있어서, 제 3 접속부의 일단 측에서 타측 단부 측으로 향하는 방향이 축방향에 대해서 40°이상의 각도로 교차되면, 실링부재를 압축할 때에 제 2 연신부와 제 3 연신부를 직경방향으로 팽창시켜서 스프링성을 가진 변형이 이루어지게 함으로써 충분한 축력을 확보할 수 있다. 또한, 상기 각도가 70°보다 큰 실링부재는 제작이 어렵다.

도 1은 스파크 플러그(1)의 부분 단면도이다.
도 2는 개스킷(60)의 단면 및 전체 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 스파크 플러그(1)를 엔진헤드(90)에 부착하되, 금속쉘(50)의 돌출부(54)와 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이에 끼워진 개스킷(60)을 압축하지 않은 상태로 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 스파크 플러그(1)를 엔진헤드(90)에 부착하되, 금속쉘(50)의 돌출부(54)와 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이에 끼워진 개스킷(60)을 압축한 상태로 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 스파크 플러그(1)를 엔진헤드(90)에서 빼내었을 때에, 금속쉘(50)의 돌출부(54) 및 부착구멍(91)의 개구주연부(92)에 남은 개스킷(60)의 접촉자국(J,K)을 나타내는 도면이다.
도 6은 호칭직경이 M10인 스파크 플러그에 있어서의 체결토크에 대한 분리토크의 비율과 등가마찰직경비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 호칭직경이 M12인 스파크 플러그에 있어서의 체결토크에 대한 분리토크의 비율과 등가마찰직경비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 호칭직경이 M14의 스파크 플러그에 있어서의 체결토크에 대한 분리토크의 비율과 등가마찰직경비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 변형예로서의 개스킷(68)의 둘레방향에 직교하는 단면을 나타내는 도면이다.
도 10은 변형예로서의 개스킷(69)의 둘레방향에 직교하는 단면을 나타내는 도면이다.
도 11은 개스킷(100)의 스파크 플러그(2)에 대한 장착 전의 상태에 있어서의 둘레방향에 직교하는 단면을 나타내는 도면이다.
도 12는 개스킷(100)의 스파크 플러그(2)에 대한 장착 후의 상태에 있어서의 둘레방향에 직교하는 단면을 나타내는 도면이다.
도 13은 스파크 플러그(2)를 엔진헤드(90)에 부착하되, 금속쉘(50)의 돌출부(54)와 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이에 끼워진 개스킷(100)을 압축한 상태로 나타내는 부분 단면도이다.
도 14는 접지전극(30)의 방향과 점화진각(BTDC)과의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체화한 스파크 플러그의 제 1 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

우선 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 관한 스파크 플러그(1), 즉 실링부재의 일례로서 개스킷(60)을 장착한 스파크 플러그(1)의 구조에 대해서 설명한다. 또한, 스파크 플러그(1)는 금속쉘(50)에 각 부품이 조립되어 완성된 것이다. 따라서, 설명의 편의상 금속쉘(50)의 축선이 스파크 플러그(1)의 축선(O)과 일치하는 것으로 하여 설명한다. 또, 도 2에서는 스파크 플러그(1)에 장착하기 전의 개스킷(60)의 중심축을 N으로 나타내었으나, 개스킷(60)을 스파크 플러그(1)에 장착한 상태에서는 설명의 편의상 축선(O)과 일치하는 것으로 하여 설명한다. 또, 도 1에 있어서, 스파크 플러그(1)의 축선(O)방향을 도면에 있어서의 상하방향으로 하고, 하측을 스파크 플러그(1)의 선단측, 상측을 스파크 플러그(1)의 후단측으로 하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 스파크 플러그(1)는 축구멍(12) 내의 선단측에 중심전극(20)을 유지하고 후단측에 금속단자(40)를 유지하는 절연애자(10)를 가지고 있다. 또, 스파크 플러그(1)는 절연애자(10)의 직경방향 주위를 둘레방향으로 둘러싸도록 하여 절연애자(10)를 유지하는 금속쉘(50)을 가지고 있다. 금속쉘(50)의 선단면(57)에는 접지전극(30)이 접합되어 있다. 접지전극(30)은 그 선단부(31) 측이 중심전극(20)과 대향하도록 굴곡되어 있으며, 중심전극(20)에 형성된 귀금속 팁(80)과의 사이에 불꽃방전간극(GAP)을 가지고 있다.

우선 절연애자(10)에 대해서 설명한다. 절연애자(10)는 주지된 바와 같이 알루미나 등을 소성하여 형성되며, 축중심에 축선(O)방향으로 연장되는 축구멍(12)을 가지는 통형상을 이룬다. 절연애자(10)의 축선(O)방향의 대략 중앙에는 외경이 가장 큰 플랜지부(19)가 형성되어 있다. 플랜지부(19)보다 후단측(도 1에서의 상측)에는 후단측 몸통부(18)가 형성되어 있다. 플랜지부(19)보다 선단측(도 1에서의 하측)에는 후단측 몸통부(18)보다도 외경이 작은 선단측 몸통부(17)가 형성되어 있다. 선단측 몸통부(17)보다도 선단측에는 당해 선단측 몸통부(17)보다도 외경이 작은 다리부(13)가 형성되어 있다. 다리부(13)는 선단측으로 갈수록 외경이 축소되어 있다. 다리부(13)는 스파크 플러그(1)가 내연기관의 엔진헤드(90)(도 3 참조)에 부착되었을 경우에, 엔진의 연소실(도시생략) 내에 노출된다. 다리부(13)와 선단측 몸통부(17)와의 사이에는 단차부(15)가 형성되어 있다.

이어서, 중심전극(20)에 대해서 설명한다. 상기한 바와 같이 절연애자(10)는 축구멍(12)의 선단측에 중심전극(20)을 유지하고 있다. 중심전극(20)은 인코넬(상표명) 600 또는 601 등의 니켈계 합금 등으로 이루어지는 모재(24)의 내부에 열전도성이 우수한 구리 등으로 이루어지는 금속 심재(25)를 배치한 구조로 되어 있다. 중심전극(20)의 선단부(22)는 절연애자(10)의 선단면에서 돌출되되, 선단측으로 갈수록 외경이 축소되어 있다. 선단부(22)의 선단면에는 내불꽃소모성의 향상을 위해서 귀금속 팁(80)이 접합되어 있다. 또, 절연애자(10)는 축구멍(12) 내에 밀봉체(4) 및 세라믹 저항체(3)를 가지고 있다. 중심전극(20)은 밀봉체(4) 및 세라믹 저항체(3)를 경유하여 축구멍(12)의 후단측에 유지된 금속단자(40)에 전기적으로 접속되어 있다. 스파크 플러그(1)의 사용시에는 금속단자(40)에 점화코일(도시생략)이 접속되며, 고전압이 인가된다.

이어서, 접지전극(30)에 대해서 설명한다. 접지전극(30)은 내부식성이 높은 금속{일례로서 인코넬(상표명) 600 또는 601 등의 니켈합금}을 사용하여 그 수평단면이 대략 직사각형인 봉형상으로 형성된 전극이다. 접지전극(30)은 일단 측인 기단부(32)가 금속쉘(50)의 선단면(57)에 용접에 의해서 접합되어 있다. 접지전극(30)은 타단 측인 선단부(31)가 중심전극(20)의 선단부(22) 측을 향해서 굴곡되어 있다. 접지전극(30)의 선단부(31)와 중심전극(20)의 귀금속 팁(80)과의 사이에는 불꽃방전간극(GAP)이 형성되어 있다.

이어서, 금속쉘(50)에 대해서 설명한다. 금속쉘(50)은 저탄소강재로 이루어지는 원통형상의 쉘(shell)이다. 상기한 바와 같이 금속쉘(50)은 절연애자(10)에 있어서의 후단측 몸통부(18)의 일부에서부터 다리부(13)에 걸친 부위의 주위를 둘러싸도록 하여 절연애자(10)를 유지한다. 금속쉘(50)은 도시하지 않은 스파크 플러그 렌치가 걸어맞춰지는 공구걸어맞춤부(51)와, 엔진헤드(90)의 부착구멍(91)(도 3 참조)의 암나사에 나사결합되는 나사산(수나사)이 형성된 부착부(52)를 가지고 있다. 또한, 제 1 실시형태의 금속쉘(50)은 상기 부착부(52)의 나사산의 호칭직경을 M10으로 하는 규격에 따라서 제작된 것이다. 호칭직경에 대해서는 M10에 한정되는 것이 아니며, M12나 M14이어도 좋고, 혹은 M8이어도 좋다. 또, 금속쉘(50)의 표면에는 Ni도금층이 형성되어 있다.

금속쉘(50)에 있어서의 공구걸어맞춤부(51)와 부착부(52)와의 사이에는 직경방향 외측으로 플랜지형상으로 돌출되는 돌출부(54)가 형성되어 있다. 부착부(52)와 돌출부(54)와의 사이의 부위는 나사목부(59)라 불려지며, 이 나사목부(59)에는 후술하는 개스킷(60)이 끼워진다.

금속쉘(50)의 공구걸어맞춤부(51)보다도 후단측에는 두께가 얇은 코킹부(53)가 형성되어 있다. 돌출부(54)와 공구걸어맞춤부(51)와의 사이에는 코킹부(53)와 마찬가지로 두께가 얇은 버클링(buckling)부(58)가 형성되어 있다. 금속쉘(50)의 내주에 있어서, 부착부(52)의 위치에는 단차부(56)가 형성되어 있으며, 단차부(56)에는 환형상의 시트 패킹(8)이 배치되어 있다. 공구걸어맞춤부(51)에서부터 코킹부(53)에 걸친 금속쉘(50)의 내주면과 절연애자(10)의 후단측 몸통부(18)의 외주면과의 사이에는 원환형상의 링부재(6,7)가 개재되어 있으며, 이들 링부재(6,7)의 사이에는 탤크(활석)(9) 분말이 충전되어 있다. 코킹부(53)가 내측으로 향해서 구부려지도록 코킹됨으로써, 절연애자(10)는 링부재(6,7) 및 탤크(9)를 통해서 금속쉘(50) 내의 선단측으로 향해서 압압된다. 코킹부(53)에 의해서 압압된 절연애자(10)는 그 단차부(15)가 시트 패킹(8)을 통해서 금속쉘(50)의 단차부(56)에 지지됨으로써 금속쉘(50)과 일체가 된다. 금속쉘(50)과 절연애자(10)와의 사이의 기밀성은 시트 패킹(8)에 의해서 유지되며, 이것에 의해서 연소 개스의 유출이 방지된다. 상기한 버클링부(58)는 코킹시의 압축력에 의해서 외측방향으로 휨 변형되도록 구성되어 있으며, 탤크(9)의 축선(O)방향의 압축길이를 길게 하여 기밀성을 높이고 있다.

이어서, 개스킷(60)에 대해서 설명한다. 도 2에 나타내는 개스킷(60)은 오스테나이트계 스테인리스강 또는 페라이트계 스테인리스강으로 이루어지는 1장의 원환형상의 판재에, 이 판재의 두께방향으로 굽힘가공을 실시하여 환형상으로 제작한 것이다. 개스킷(60)을 금속쉘(50)에 장착할 때에는 환형상의 개스킷(60)의 중심축(N)을 축선(O)방향에 맞추고서 나사목부(59)에 끼워넣는다(도 1 참조). 개스킷(60)은, 스파크 플러그(1)의 금속쉘(50)이 엔진헤드(90)의 부착구멍(91)에 나사결합되었을 때에, 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와 금속쉘(50)의 돌출부(54)의 시트면(55){개스킷(60)을 향하는 측의 면(도 1 참조)}과의 사이에서 압축되어 변형된다(도 4 참조). 개스킷(60)은 그 둘레방향 전체에 걸쳐서 개구주연부(92)와 돌출부(54)에 밀착됨으로써, 부착구멍(91)을 통한 연소실(도시생략) 내의 기밀누설을 방지한다.

또한, 개스킷(60)의 재료로서는, 예를 들면 JIS(일본공업규격)에 규정된 이하의 규격번호의 스테인리스강(SUS)을 사용할 수 있다. 오스테나이트계 스테인리스강의 예로서는 SUS201, SUS202, SUS301, SUS301J, SUS302, SUS302B, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS305, SUS309S, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS316N, SUS316LN, SUS316J1, SUS316J1L, SUS317, SUS317L, SUS317J1, SUS321, SUS347, SUSXM15J1 등을 이용할 수 있다. 또한, 페라이트계 스테인리스강의 예로서는 SUS405, SUS410L, SUS429, SUS430, SUS430LX, SUS430JIL, SUS434, SUS436L, SUS436JIL, SUS444, SUS445J1, SUS445J2, SUS447J1, SUSXM27 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 스테인리스강을 사용하여 제작한 개스킷(60)은 일반적으로 사용되는 Fe로 이루어지는 개스킷에 비해서 강성이 높다. 따라서, 엔진의 구동·정지에 수반되는 가열·냉각에 의해서 발생하는 크리프 변형에 대한 내구성이 높아, 개스킷의 변형에 기인하는 나사결합의 이완이 발생하기 어렵다.

그런데, 제 1 실시형태에서는 내부식성을 높이기 위해서 금속쉘(50)의 표면에 Ni도금층을 형성하고 있는데, 일반적으로 사용되는 금속쉘의 표면에는 Zn도금층이 형성되어 있다. Ni도금층이 형성된 금속쉘은 Zn도금층이 형성된 금속쉘에 비해서 나사의 이맞물림에 있어서의 마찰력이 크다. 동일한 체결토크로 나사체결한 경우, Ni도금층이 형성된 금속쉘은 나사체결에 의해서 발생되는 축력이 Zn도금층이 형성된 금속쉘보다도 작은 것이 알려져 있다.

금속쉘의 표면에 Ni도금층을 형성함에 의해서 나사체결시에 충분한 축력을 확보하기가 어렵게 되는 것에 기인하는 나사결합의 이완을 억제하기 위해서는, 개스킷과 금속쉘 및 엔진헤드와의 사이의 마찰력을 높이는 것이 좋다. 그리고, 스파크 플러그의 분리에 필요한 분리토크를 크게 하면 좋다. 그래서, 본 발명자들은 엔진헤드를 본떠 만든 알루미늄 부시(aluminum bush; 스파크 플러그의 나사 테스트용 지그)를 이용하여, 알루미늄 부시에 형성된 부착구멍에 금속쉘을 나사결합할 때에 개스킷과 금속쉘 및 알루미늄 부시와의 사이에서 발생하는 슬라이드의 상황을 관찰하였다. 그 결과, 나사체결시에 있어서는, 개스킷과 금속쉘과의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 쉽고, 개스킷과 알루미늄 부시와의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 어려운 것을 알았다. 한편, 나사분리시에 있어서는, 개스킷과 금속쉘과의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 어렵고, 개스킷과 알루미늄 부시와의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 쉬운 것을 알았다. 이러한 관점에서, 개스킷과 금속쉘과의 사이의 마찰력보다도 개스킷과 알루미늄 부시, 즉 개스킷과 엔진헤드와의 사이의 마찰력을 높이면, 나사결합의 이완에 대한 내성(내이완성)을 높일 수 있다.

그래서, 제 1 실시형태에서는 개스킷(60)의 형태에 대해서 이하의 규정을 마련하였다. 우선 도 2에 나타내는 바와 같이 개스킷(60)이 제품으로서 사용되지 않은, 즉 압축되기 전의 상태(비압축 상태)를 생각한다. 비압축 상태의 개스킷(60)에 있어서는, 원환형상의 판재를 두께방향으로 굽혀서 제작된 개스킷(60)의 어느 표면도 다른 표면과 접촉하지 않는 것을 규정하고 있다(이하에서는 설명의 편의상 "규정 1"이라고도 한다). 환언하면, 사용되지 않은 개스킷(60)의 둘레방향에 직교하는 단면을 보았을 때, 개스킷(60)의 표면에 있어서, 판재의 굽힘에 의해서 마주보게 된 표면끼리가 서로 비접촉 상태에 있는{도 2에 나타내는 바와 같이 표면끼리가 마주보는 부분에 간극(G)을 가지는} 것을 규정하고 있다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스파크 플러그(1)를 엔진헤드(90)의 부착구멍(91)에 나사결합하는 과정에서, 금속쉘(50)의 돌출부(54)와 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이에 끼워진 개스킷(60)을 비압축 상태로 한다. 그리고, 개스킷(60)을 축선(O)방향의 단면{축선(O)을 포함하는 스파크 플러그(1)의 단면}에서 본다. 이 때, 개스킷(60)과 돌출부(54)의 시트면(55)과의 접촉이 점 X의 한 점에서 이루어지고, 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 접촉이 점 Y의 한 점에서 이루어지는 것을 규정한다. 또한, 점 Y가 점 X보다도 직경방향 외측{축선(O)보다도 먼 측}에 위치하는 것을 규정하고 있다(이하에서는 설명의 편의상 "규정 2"라고도 한다). 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 점 X가 돌출부(54)의 시트면(55)의 최대 외경(Dz)보다도 내측{축선(O) 측}에 위치하는 것을 규정하고 있다(이하에서는 설명의 편의상 "규정 3"이라고도 한다). 또한, 점 X 및 점 Y가 각각 본 발명에 있어서의 "제 1 접촉점" 및 "제 2 접촉점"에 상당한다.

우선 규정 2에 대해서 설명한다. 제 1 실시형태의 개스킷(60)은 원환형상의 판재에 굽힘가공을 실시하여 제작된 것이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 개스킷(60)은, 축선(O)방향의 단면에서 보았을 때에, 돌출부(54)의 시트면(55)과의 접촉이 점 X의 한 점에서 이루어지도록 그 형상이 형성된다. 따라서, 개스킷(60)은, 압축 개시시에는 도 2에 나타내는 바와 같이 개스킷(60)의 둘레 전체에 걸쳐서 점 X에 의해서 그려지는 가상원(65)에서 도 3에 나타내는 바와 같이 돌출부(54)의 시트면(55)에 선(線)접촉한다. 마찬가지로, 도 3에 나타내는 바와 같이 개스킷(60)은, 축선(O)방향의 단면에서 보았을 때에, 개구주연부(92)와의 접촉이 점 Y의 한 점에서 이루어지도록 형성된다. 따라서, 개스킷(60)은, 압축 개시시에는 도 2에 나타내는 바와 같이 개스킷(60)의 둘레 전체에 걸쳐서 점 Y에 의해서 그려지는 가상원(66)에서 개구주연부(92)에 선접촉한다. 또, 판재의 굽힘에 의해서 제작된 개스킷(60)은 스프링성을 가진다. 도 3에 나타내는 개스킷(60)의 비압축 상태에서, 금속쉘(50)을 엔진헤드(90)에 나사체결함에 의해서 개스킷(60)을 축선(O)방향으로 압축하면, 개스킷(60)은 점 X{가상원(65)}와 점 Y{가상원(66)}와의 사이에서 압축력에 의해서 하중을 받는다. 도 4에 나타내는 바와 같이 금속쉘(50)이 엔진헤드(90)에 나사체결되어 개스킷(60)이 돌출부(54)와 개구주연부(92)와의 사이에서 압축되면, 스프링성을 가지는 판재의 굽힘부분을 중심으로 개스킷(60)의 변형(찌부러짐)이 이루어진다. 이 변형에 의한 영향은 점 X나 점 Y의 위치에서는 적기 때문에, 직경방향에 있어서의 점 X와 점 Y와의 위치관계는 유지된다.

여기서, 상기한 바와 같이 금속쉘(50)을 엔진헤드(90)에 나사체결할 때에는, 개스킷(60)과 금속쉘(50)과의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 쉽고, 개스킷(60)과 엔진헤드(90)와의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 어렵다. 그래서, 개스킷(60)과 금속쉘(50)과의 사이에서 발생하는 마찰력이 개스킷(60)과 엔진헤드(90)와의 사이에서 발생하는 마찰력보다도 작게 되도록 한다. 그리고, 개스킷(60)과 금속쉘(50)과의 사이의 슬라이드가 보다 원활하게 되면, 금속쉘(50)을 나사체결하기 쉽게 할 수 있다. 한편, 상기한 바와 같이 금속쉘(50)을 엔진헤드(90)에서 빼낼(분리할) 때에는, 개스킷(60)과 금속쉘(50)과의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 어렵고, 개스킷(60)과 엔진헤드(90)와의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 쉽다. 그래서, 개스킷(60)과 엔진헤드(90)와의 사이에서 발생하는 마찰력이 개스킷(60)과 금속쉘(50)과의 사이에서 발생하는 마찰력보다도 크게 되도록 한다. 그리고, 개스킷(60)과 엔진헤드(90)와의 사이의 슬라이드가 억제되면, 금속쉘(50)을 분리하기 어렵게 할 수 있다.

따라서, 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서 가상원(66)을 따라서 발생하는 마찰력이 개스킷(60)과 돌출부(54)의 시트면(55)과의 사이에서 가상원(65)을 따라서 발생하는 마찰력보다도 크게 되도록 한다. 이와 같이 하면, 금속쉘(50)과 엔진헤드(90)의 나사체결 및 분리시에 있어서, 나사체결하기 쉽고 분리하기 어렵게 할 수 있다. 이것을 실현하기 위해서는, 돌출부(54)의 시트면(55)과 접촉하는 점 X에 의해서 그려지는 가상원(65)의 직경(L1)보다도 개구주연부(92)와 접촉하는 점 Y에 의해서 그려지는 가상원(66)의 직경(L2) 측이 크게 되도록 하면 된다. 즉, 규정 2에 규정하는 바와 같이, 개스킷(60)을 축선(O)방향의 단면에서 보았을 때에, 비압축 상태의 개스킷(60)과 돌출부(54)의 시트면(55) 및 개구주연부(92)와의 접촉이 각각 점 X 및 점 Y의 한 점에서 이루어지면 된다. 또한, 점 Y가 점 X보다도 직경방향 외측에 위치하면 되는 것이다.

이어서, 규정 1에 대해서 설명한다. 제 1 실시형태의 개스킷(60)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 금속쉘(50)을 엔진헤드(90)에 나사체결하기 전의 비압축 상태에 있어서, 개스킷(60)의 어느 표면도 자신의 다른 표면과 접촉하지 않는다. 즉, 판재의 굽힘에 의해서 서로 마주보는 표면끼리가 간격(G)(도 2 참조)을 가지는 비접촉 상태에 있다. 압축 초기에 있어서, 개스킷(60)은 돌출부(54)의 시트면(55)과 점 X의 한 점에서 접촉한다. 그래서, 개스킷(60)과 돌출부(54)의 시트면(55)과의 사이에서 발생하는 실질적인 마찰력을 평가하는 지표가 되는 공지의 등가마찰직경(等價摩擦直徑)을 검토한다. 이 때, 가상원(65)의 직경이 개스킷(60)과 돌출부(54)의 시트면(55)과의 사이에서의 등가마찰직경에 상당한다. 마찬가지로, 가상원(66)의 직경이 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 등가마찰직경에 상당한다.

도 4에 나타내는 바와 같이 금속쉘(50)이 엔진헤드(90)에 나사체결됨에 의해서 돌출부(54)와 개구주연부(92)와의 사이에서 개스킷(60)이 축선(O)방향으로 압축되면, 우선은 상기한 바와 같이 스프링성을 가지는 판재의 굽힘부분을 중심으로 개스킷(60)의 변형(찌부러짐)이 이루어진다. 또한, 개스킷(60)이 압축되면, 개스킷(60)은 축선(O)방향으로 마주보는 표면끼리가 접촉하게 된다. 구체적으로는, 제 1 실시형태의 경우에는 도 4에 나타내는 바와 같이 점 S1과 점 T1의 위치에서 간극(G)(도 2 참조)이 없어지게 됨으로써 개스킷(60)의 표면끼리의 접촉이 발생한다. 이와 같이 되면, 개스킷(60)의 표면에 있어서, 점 S1의 위치에 축선(O)방향으로 대응하는 점 S2의 위치에서는 돌출부(54)의 시트면(55)에 대해서 항력이 발생하기 시작한다. 마찬가지로, 점 T1의 위치에 축선(O)방향으로 대응하는 점 T2의 위치에서도 개구주연부(92)에 대해서 항력이 발생하기 시작한다. 이 때문에, 개스킷(60)은 상기 굽힘부분에 있어서의 판재의 변형에 제한을 받게 되고, 점 S2와 점 T2에 있어서 돌출부(54)의 시트면(55)이나 개구주연부(92)와 접촉하게 되면, 각각의 사이에서 항력이 발생하기 시작한다. 이것에 의해서, 개스킷(60)과 돌출부(54)의 시트면(55)과의 사이에서의 등가마찰직경은 가상원(65)의 직경보다도 커지게 된다. 또, 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 등가마찰직경은 가상원(66)의 직경보다도 작아지게 된다.

그러나, 상기 판재의 굽힘부분의 스프링성에 의해서, 점 X 및 점 Y의 위치에서의 돌출부(54)의 시트면(55) 및 개구주연부(92)에 대한 각각의 항력은 점 S1 및 점 T1의 위치에서 표면끼리의 접촉이 발생할 때까지 충분히 높아지고, 접촉 후에도 유지되고 있다. 그러므로, 제 1 실시형태와는 달리 비압축 상태에서 표면끼리가 접촉하는 구조의 개스킷과 비교하면, 개스킷(60)과 돌출부(54)의 시트면(55)과의 사이에서의 등가마찰직경은 가상원(65)의 직경보다도 크게 되지만 더 가까운 크기가 된다. 또, 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 등가마찰직경도 가상원(66)의 직경보다 작아지게 되지만 더 가까운 크기가 된다. 따라서, 비압축 상태에서 표면끼리가 접촉하는 구조의 개스킷에 비해서, 제 1 실시형태의 개스킷(60)은 개구주연부(92)와의 사이에서 발생하는 마찰력이 돌출부(54)의 시트면(55)과의 사이에서 발생하는 마찰력보다도 큰 상태를 유지할 수 있다. 즉, 규정 1에 규정하는 바와 같이, 개스킷(60)의 비압축 상태에 있어서, 개스킷(60)의 어느 표면도 다른 표면과 접촉하지 않으면, 금속쉘(50)과 엔진헤드(90)의 나사체결 및 분리시에 있어서, 나사체결하기 쉽고 분리하기 어렵게 할 수 있다.

이어서, 규정 3에 대해서 설명한다. 금속쉘(50)을 엔진헤드(90)에 나사체결한 경우의 개스킷(60)과 돌출부(54) 및 개구주연부(92)와의 밀착성을 확보하기 위해서는 개스킷(60)의 스프링성(압축 후에 유지되는 항력)을 확보하는 것이 바람직하다. 스프링성을 확보하기 위해서는 개스킷(60)과 돌출부(54) 및 개구주연부(92)와의 접촉위치, 즉 점 X 및 점 Y의 위치가 모두 돌출부(54)와 개구주연부(92)의 대향면 내에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 점 X보다도 외주측에 위치하는 점 Y가 일반적으로 개구주연부(92)보다도 작은 면적으로 형성되는 돌출부(54)의 최대 외경(Dz)보다도 내측(직경방향 내주측)에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 제 1 실시형태에서는 후술하는 실시예의 결과에 의거하여 이하의 규정을 마련하였다. 도 4에 나타내는 바와 같이 금속쉘(50)을 부착구멍(91)에 나사결합하여 개스킷(60)을 돌출부(54)와 개구주연부(92)와의 사이에서 압축한다. 압축에 의해서 찌부러진 개스킷(60)은 돌출부(54) 및 개구주연부(92)의 각각에 면접촉한다. 그리고, 도 5에 나타내는 바와 같이 금속쉘(50)을 부착구멍(91)에서 빼내어 돌출부(54)에 남은 개스킷(60)의 접촉자국(J)과 개구주연부(92)에 남은 개스킷(60)의 접촉자국(K)을 관찰한다. 돌출부(54) 측의 접촉자국(J)의 외경을 d1_o, 내경을 d1_h로 하고서 그 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)을 하기 식(1)에 의해서 구한다.

또, 개구주연부(92) 측의 접촉자국(K)의 외경을 d2_o, 내경을 d2_h로 하고서 그 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)을 하기 식(2)에 의해서 구한다.

이 때, D1<D2를 만족한다.

스파크 플러그(1)를 엔진헤드(90)의 부착구멍(91)에 부착한 경우, 금속쉘(50)의 돌출부(54)와 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이에서 개스킷(60)이 압축된다. 개스킷(60)이 돌출부(54)와 개구주연부(92)에 면접촉함으로써 부착구멍(91)을 통한 기밀누설이 유지된다. 개스킷(60)과 돌출부(54) 및 개구주연부(92)와의 사이에서의 마찰력을 높이면, 금속쉘(50)의 내이완성을 확보하는 것이 가능하다. 여기서, 스파크 플러그(1)를 빼낼(분리할) 경우, 상기한 바와 같이 개스킷(60)과 돌출부(54)와의 사이보다도 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서 슬라이드가 발생하기 쉽다. 그러므로, 개스킷(60)과 돌출부(54)와의 사이에서의 마찰력보다도 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 마찰력을 높이면, 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 슬라이드를 억제할 수 있다. 즉, 스파크 플러그(1)의 분리에 필요한 분리토크를 크게 할 수 있어, 나사결합의 이완을 억제할 수 있다. 그래서, 스파크 플러그(1)를 분리한 경우에, 돌출부(54) 및 개구주연부(92)에 개스킷(60)과의 면접촉에 의해서 생긴 접촉자국(J,K)을 관찰한다. 외경 d1_o, d2_o 및 내경 d1_h, d2_h를 측정하여 돌출부(54) 측의 등가마찰직경(D1)과 개구주연부(92) 측의 등가마찰직경(D2)을 상기한 바와 같이 하여 구한다. 이 때, D1<D2를 만족시킴으로써, 개스킷(60)과 돌출부(54)와의 사이에서의 마찰력보다도 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 마찰력이 높아지도록 할 수 있다. 이것에 의해서, 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 슬라이드를 억제하여 내이완성을 확보할 수 있는 것이다.

또, 상기한 바와 같이 개스킷(60)을 스테인리스강으로 형성하고, 또 금속쉘(50)의 표면에 Ni도금층을 형성하고 있다. 스테인리스강으로 이루어지는 개스킷(60)은 엔진의 구동·정지에 수반되는 가열·냉각 사이클에 의해서 발생하는 크리프 변형에 대한 내구성이 높아 유효하다. 또, 금속쉘(50)의 표면에 Ni도금층을 형성하면, 내부식성에 효과가 있다. 그러나, Ni도금층이 형성된 금속쉘(50)은 나사체결에 의해서 발생하는 축력이 저하되는 것은 상술한 바와 같다. 그래서, 제 1 실시형태와 같이 D1<D2를 만족시킴에 의해서, 개스킷(60)과 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이의 마찰력을 높인다. 또한, 개스킷(60)에 스테인리스강을 사용함에 의한 크리프 변형에 기인한 나사결합의 이완을 억제한다. 이와 같이 하면, 금속쉘(50)의 표면에 대한 Ni도금층의 형성에 수반되는 나사체결시의 축력의 저하를 보완하는 한편, 충분한 분리토크(종래보다도 큰 토크)를 얻어 내이완성을 확보할 수 있다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이 금속쉘(50)의 돌출부(54)에 있어서, 개스킷(60)을 향하는 측의 면의 최대 외경(Dz)이 Dz>D2를 만족하면 좋다. 등가마찰직경(D1,D2)은 각각 개스킷(60)과 돌출부(54)와의 접촉직경 및 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 접촉직경에 상당하는 것이 된다. 개스킷(60)과 돌출부(54) 및 개구주연부(92)와의 밀착성을 확보하기 위해서는 개스킷(60)의 스프링성(압축 후에 유지되는 항력)을 확보하는 것이 바람직하다. 스프링성을 확보하기 위해서는 개스킷(60)과 돌출부(54) 및 개구주연부(92)와의 접촉위치가 모두 돌출부(54)와 개구주연부(92)의 대향면 내에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 접촉직경에 상당하는 등가마찰직경(D2)이 일반적으로 개구주연부(92)보다도 작은 면적으로 형성되는 돌출부(54)의 최대 외경(Dz)보다도 작은 것, 즉 Dz>D2를 만족하면 좋다.

이와 같이 엔진헤드(90)에 스파크 플러그(1)를 부착한 후에 분리한 경우의 개스킷(60)과 금속쉘(50)의 돌출부(54)와의 접촉자국(J)과 개스킷(60)과 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 접촉자국(K)을 관찰한다. 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)과 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)을 구하고, D1<D2를 만족하는 경우에 분리토크를 크게 할 수 있는 것을 이하의 실시예에 의해서 확인하였다.

《실시예 1》

스파크 플러그의 샘플 1로서 금속쉘의 부착부의 나사산의 호칭직경이 M10이고 표면에 Zn도금층을 형성한 것을 준비하고, 표 1의 타입 A1에 도시된 S자 형상의 단면형상을 가지는 스테인리스강제의 개스킷을 장착하였다. 또한, 표 1에 나타내는 개스킷의 단면은 어느 것이나 우측이 내주측, 좌측이 외주측이 되는 단면을 나타내고 있으며, 또 상측을 금속쉘의 돌출부 측으로 향하게 하여 금속쉘에 부착되는 것으로 한다. 즉, 타입 A1의 개스킷은 도 1의 개스킷(60)과 같은 방향으로 스파크 플러그에 장착된다.

개스킷의 단면형상(우측이 내주측)
타입 A1	타입 A2	타입 B1	타입 B2	타입 C1	타입 C2

상기 샘플 1을 알루미늄 부시에 10N·m의 체결토크로 부착한 후에 분리하여 개구주연부에 남은 접촉자국(K)을 관찰하였다. 또한, 타입 A1의 새 개스킷을 장착방향을 역방향으로 하여 샘플 1의 스파크 플러그에 장착하고, 상기한 바와 마찬가지로 알루미늄 부시에 대한 부착, 분리를 실시하였다. 알루미늄 부시의 개구주연부에 남은 접촉자국은 개스킷과 돌출부와의 접촉자국(J)과 동등한 것이며, 이것을 접촉자국(J)으로 간주하여 관찰하였다. 접촉자국(J)의 외경(d1_o)은 11.473㎜이고, 내경(d1_h)은 10.890㎜이었다. 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)을 계산하면 11.184㎜가 되었다. 또, 접촉자국(K)의 외경(d2_o)은 12.304㎜이고, 내경(d2_h)은 11.693㎜이었다. 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)를 계산하면 12.001㎜가 되었다. 등가마찰직경비율(D2/D1)을 구하면 1.07이 되어, D1<D2를 만족하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이 타입 A1의 개스킷의 장착방향을 거꾸로 한 타입 A2의 개스킷을 준비하고, 샘플 1과 같은 스파크 플러그에 장착하여 샘플 2로 하였다. 샘플 2에 대해서도 상기한 바와 마찬가지로 알루미늄 부시에 대한 부착, 분리를 실시하고서 접촉자국(J)과 접촉자국(K)에 대해서 관찰하였다. 샘플 2의 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)과 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)의 등가마찰직경비율(D2/D1)을 구하면 0.93이 되어, 샘플 2는 D1≥D2가 되었다.

또, 표 1의 타입 B1에 나타내는 단면형상을 가지는 스테인리스강제의 개스킷을 준비하고, 샘플 1과 같은 스파크 플러그에 표 1의 방향(단면형상의 우측이 내주측이 되는 방향)으로 장착하여 샘플 3으로 하였다. 또한, 타입 B1의 개스킷을 거꾸로 한 타입 B2의 개스킷을 준비하고, 샘플 1과 같은 스파크 플러그에 장착하여 샘플 4로 하였다. 상기한 바와 마찬가지로 표 1의 타입 C1에 나타내는 단면형상을 가지는 스테인리스강제의 개스킷을 준비하고, 샘플 1과 같은 스파크 플러그에 표 1의 방향(단면형상의 우측이 내주측이 되는 방향)으로 장착하여 샘플 5로 하였다. 또한, 타입 C1의 개스킷을 거꾸로 한 타입 C2의 개스킷을 준비하고, 샘플 1과 같은 스파크 플러그에 장착하여 샘플 6으로 하였다. 이들 샘플 3∼6에 대해서도 상기한 바와 마찬가지로 알루미늄 부시에 대한 부착, 분리를 실시하고서 접촉자국(J)과 접촉자국(K)에 대해서 관찰하였다. 샘플 3∼6의 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)과 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)의 등가마찰직경비율(D2/D1)은 순차적으로 1.05, 0.95, 1.06, 0.94가 되었다. 샘플 3과 샘플 5는 D1<D2를 만족하고, 샘플 4와 샘플 6은 D1≥D2가 되었다. 샘플 1∼6의 등가마찰직경비율을 정리한 것을 표 2에 나타낸다.

샘플	호칭직경	개스킷의 단면형상	등가마찰직경비율(D2/D1)	비교결과	분리토크/체결토크
1	M10	A1	1.07	D1＜D2	0.77
2		A2	0.93	D1≥D2	0.43
3		B1	1.05	D1＜D2	0.71
4		B2	0.95	D1≥D2	0.45
5		C1	1.06	D1＜D2	0.72
6		C2	0.94	D1≥D2	0.44

이어서, 상기한 바와 같은 조건으로 새로 제작한 샘플 1∼6 각각을 새로 준비한 알루미늄 부시에 각각 10N·m의 체결토크로 부착하고, 16시간, ISO11565에 의거하는 가진(加振)조건으로 진동을 주면서 200℃로 가열하였다. 그 후, 각 샘플을 알루미늄 부시에서 분리하되, 분리할 때에 가해진 분리토크를 각각 측정하였다. 그리고, 각 샘플에 대해서 체결토크에 대한 분리토크의 비율(분리토크/체결토크)을 구하였다(표 2 참조). 이상, 호칭직경이 M10인 샘플 1∼6에 대해서 실시한 평가시험의 결과로부터 얻어진 "체결토크에 대한 분리토크의 비율"과 "등가마찰직경비율"의 관계를 도 6의 그래프에 나타낸다. 또한, 도 6의 그래프 내에 기재된 숫자는 샘플번호를 나타내며, 이 숫자 옆에 괄호를 붙여서 기재된 부호는 개스킷의 단면형상의 타입을 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이 타입 A1, B1, C1의 개스킷을 각각 장착한 샘플 1, 3, 5는 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 0.71∼0.77이었다. 이것에 대해서 타입 A2, B2, C2의 개스킷을 각각 장착한 샘플 2, 4, 6은 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 0.43∼0.45이었다. 도 6에서 분명하게 알 수 있는 바와 같이 타입 A1, B1, C1의 개스킷을 장착한 샘플 1, 3, 5가 타입 A2, B2, C2의 개스킷을 장착한 샘플 2, 4, 6보다도 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 크게 되었다. 타입 A1, B1, C1의 개스킷은 모두 등가마찰직경비율(D2/D1)이 1보다 커서 D1<D2를 만족하지만, 타입 A2, B2, C2의 개스킷은 모두 등가마찰직경비율이 1이하로서 D1≥D2이었다. 상기한 바와 같이 타입 A2, B2, C2의 개스킷은 모두 타입 A1, B1, C1의 개스킷의 장착방향을 단지 역방향으로 한 것이다. 이 점에서 분명한 바와 같이, 등가마찰직경비율이 1보다 커서 D1<D2를 만족할 수 있는 개스킷이라면, 체결토크에 대한 분리토크의 비율을 크게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.

《실시예 2》

부착부의 나사산의 호칭직경이 M12인 스파크 플러그에 대해서도 실시예 1과 마찬가지로 타입 A1∼C2의 개스킷을 장착한 샘플 7∼12를 준비하고, 등가마찰직경비율에 대해서 확인하였다. 금속쉘의 표면에 Zn도금층을 형성하는 점에 대해서는 실시예 1과 같다. 이들 샘플 7∼12에 대해서 알루미늄 부시에 대한 부착, 분리를 실시하고서 각각의 접촉자국(J)과 접촉자국(K)에 대해서 관찰하였다. 샘플 7∼12의 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)과 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)의 등가마찰직경비율(D2/D1)은 순차적으로 1.06, 0.94, 1.04, 0.96, 1.05, 0.95가 되었다. 샘플 7, 9, 11는 D1<D2를 만족하고, 샘플 8, 10, 12는 D1≥D2가 되었다. 샘플 7∼12의 등가마찰직경비율을 정리한 것을 표 3에 나타낸다.

샘플	호칭직경	개스킷의 단면형상	등가마찰직경비율(D2/D1)	비교결과	분리토크/체결토크
7	M12	A1	1.06	D1＜D2	0.56
8		A2	0.94	D1≥D2	0.38
9		B1	1.04	D1＜D2	0.53
10		B2	0.96	D1≥D2	0.40
11		C1	1.05	D1＜D2	0.52
12		C2	0.95	D1≥D2	0.39

이어서, 상기한 바와 같은 조건으로 새로 제작한 샘플 7∼12 각각을 새로 준비한 알루미늄 부시에 각각 15N·m의 체결토크로 부착하고, 16시간, ISO11565에 의거하는 가진조건으로 진동을 주면서 200℃로 가열하였다. 그 후, 각 샘플의 분리토크를 측정하고, 체결토크에 대한 분리토크의 비율(분리토크/체결토크)을 구하였다(표 3 참조). 이상, 호칭직경이 M12인 샘플 7∼12에 대해서 실시한 평가시험의 결과로부터 얻어진 "체결토크에 대한 분리토크의 비율"과 "등가마찰직경비율"의 관계를 도 7의 그래프에 나타낸다(그래프 내의 부호 등은 도 6과 같다).

표 3에 나타내는 바와 같이 타입 A1, B1, C1의 개스킷을 각각 장착한 샘플 7, 9, 11은 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 0.52∼0.56이었다. 이것에 대해서 타입 A2, B2, C2의 개스킷을 각각 장착한 샘플 8, 10, 12는 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 0.38∼0.40이었다. 도 7에서 분명하게 알 수 있는 바와 같이 타입 A1, B1, C1의 개스킷을 장착한 샘플 7, 9, 11이 타입 A2, B2, C2의 개스킷을 장착한 샘플 8, 10, 12보다도 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 크게 되었다. 이와 같이 M12의 스파크 플러그에서도 M10의 스파크 플러그의 경우와 같은 결과가 얻어졌다. 등가마찰직경비율(D2/D1)이 1보다 커서 D1<D2를 만족할 수 있는 개스킷이라면, M12의 스파크 플러그에 있어서도 체결토크에 대한 분리토크의 비율을 크게 할 수 있는 것이 확인되었다.

《실시예 3》

또한, 부착부의 나사산의 호칭직경이 M14인 스파크 플러그에 대해서도 실시예 1, 2와 마찬가지로 타입 A1∼C2의 개스킷을 장착한 샘플 13∼18을 준비하고, 등가마찰직경비율에 대해서 확인하였다. 금속쉘의 표면에 Zn도금층을 형성하는 점에 대해서는 실시예 1, 2와 같다. 이들 샘플 13∼18에 대해서 알루미늄 부시에 대한 부착, 분리를 실시하고서 각각의 접촉자국(J)과 접촉자국(K)에 대해서 관찰하였다. 샘플 13∼18의 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)과 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)의 등가마찰직경비율(D2/D1)은 순차적으로 1.05, 0.95, 1.03, 0.97, 1.04, 0.96이 되었다. 샘플 13, 15, 17은 D1<D2를 만족하고, 샘플 14, 16, 18은 D1≥D2가 되었다. 샘플 13∼18의 등가마찰직경비율을 정리한 것을 표 4에 나타낸다.

샘플	호칭직경	개스킷의 단면형상	등가마찰직경비율(D2/D1)	비교결과	분리토크/체결토크
13	M14	A1	1.05	D1＜D2	0.71
14		A2	0.95	D1≥D2	0.56
15		B1	1.03	D1＜D2	0.67
16		B2	0.97	D1≥D2	0.60
17		C1	1.04	D1＜D2	0.66
18		C2	0.96	D1≥D2	0.57

이어서, 상기한 바와 같은 조건으로 새로 제작한 샘플 13∼18 각각을 새로 준비한 알루미늄 부시에 각각 20N·m의 체결토크로 부착하고, 16시간, ISO11565에 의거하는 가진조건으로 진동을 주면서 200℃로 가열하였다. 그 후, 각 샘플의 분리토크를 측정하고, 체결토크에 대한 분리토크의 비율(분리토크/체결토크)을 구하였다(표 4 참조). 이상, 호칭직경이 M14인 샘플 13∼18에 대해서 실시한 평가시험의 결과로부터 얻어진 "체결토크에 대한 분리토크의 비율"과 "등가마찰직경비율"의 관계를 도 8의 그래프에 나타낸다(그래프 내의 부호 등은 도 6과 같다).

표 4에 나타내는 바와 같이 타입 A1, B1, C1의 개스킷을 각각 장착한 샘플 13, 15, 17은 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 0.66∼0.71이었다. 이것에 대해서 타입 A2, B2, C2의 개스킷을 각각 장착한 샘플 14, 16, 18은 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 0.56∼0.60이었다. 도 8에서 분명하게 알 수 있는 바와 같이 타입 A1, B1, C1의 개스킷을 장착한 샘플 13, 15, 17은 타입 A2, B2, C2의 개스킷을 장착한 샘플 14, 16, 18보다도 체결토크에 대한 분리토크의 비율이 크게 되었다. 이와 같이 M14의 스파크 플러그에서도 M10, M12의 스파크 플러그의 경우와 같은 결과가 얻어졌다. 등가마찰직경비율(D2/D1)이 1보다 커서 D1<D2를 만족할 수 있는 개스킷이라면, M14의 스파크 플러그에 있어서도 체결토크에 대한 분리토크의 비율을 크게 할 수 있는 것이 확인되었다.

《실시예 4》

이어서, 금속쉘의 표면에 Ni도금층을 형성하고, 스테인리스강으로 이루어지는 개스킷을 장착한 스파크 플러그에 있어서, 충분히 분리토크를 얻을 수 있는 것을 확인하기 위해서, 열간 진동 이완 시험을 실시하였다. 여기서는, 스파크 플러그의 샘플을 5종류 준비하였다. 샘플 21은 금속쉘에 Zn도금층을 형성하고, Fe로 이루어지는 타입 A1의 개스킷을 장착하였다. 샘플 22는 금속쉘에 Ni도금층을 형성하고, Fe로 이루어지는 타입 A1의 개스킷을 장착하였다. 샘플 23은 금속쉘에 Ni도금층을 형성하고, Fe로 이루어지는 타입 A2의 개스킷을 장착하였다. 샘플 24는 금속쉘에 Zn도금층을 형성하고, 스테인리스강으로 이루어지는 타입 A1의 개스킷을 장착하였다. 샘플 21은 금속쉘에 Ni도금층을 형성하고, 스테인리스강으로 이루어지는 타입 A1의 개스킷을 장착하였다.

그리고, 각 샘플 21∼25를 알루미늄 부시에 각각 10N·m의 체결토크로 부착하고, 16시간, ISO11565에 의거하는 가진조건으로 진동을 주면서 200℃로 가열하는 시험을 실시하였다. 시험 후, 각 샘플을 알루미늄 부시에서 분리하되, 분리할 때에 가해진 분리토크를 각각 측정하였다. 측정결과를 표 5에 나타낸다.

샘플	호칭직경	금속쉘의 도금 종류	개스킷의 단면형상	개스킷의 소재	분리토크[N·m]
21	M10	Zn	A1	Fe	2.9
22		Ni	A1	Fe	1.7
23		Ni	A2	Fe	0.9
24		Zn	A1	스테인리스	7.7
25		Ni	A1	스테인리스	6.7

표 5에 나타내는 바와 같이 샘플 21∼25의 분리토크는 순차적으로 2.9, 1.7, 0.9, 7.7, 6.7[N·m]이었다. 샘플 21과 샘플 22의 비교에서, 금속쉘의 표면의 도금층을 Zn에서 Ni로 변경하면 분리토크가 저하된다. 나사의 이맞물림에 있어서의 마찰력은 Zn도금층보다도 Ni도금층 측이 크다. 동일한 체결토크로 나사체결한 경우, 나사체결에 의해서 발생하는 축력은 Zn도금층이 형성된 금속쉘보다도 Ni도금층이 형성된 금속쉘 측이 작아지게 된다. 따라서, 금속쉘의 표면의 도금층의 변경에 따라서 분리토크의 저하가 발생한다.

샘플 22와 샘플 23의 비교에서, 개스킷으로서 타입 A1(D1<D2)의 것을 사용하면, 나사체결시에 발생하는 축력이 저하되더라도 타입 A2(D1≥D2)의 개스킷을 사용한 경우보다도 충분한 크기의 분리토크를 확보할 수 있는 것은 실시예 1에서 서술한 바와 같다. 샘플 21과 샘플 24의 비교에서, 개스킷의 재질을 Fe에서 스테인리스강으로 변경하면, 개스킷의 변형(크리프 변형)에 기인하는 나사결합의 이완이 발생하기 어렵게 되어 분리토크가 크게 되는 것을 알 수 있다. 샘플 24와 샘플 25의 비교에서는, 샘플 21과 샘플 22의 비교결과와 마찬가지로, 개스킷의 재질에 관계없이 금속쉘의 표면의 도금층을 Zn에서 Ni로 변경하면 분리토크가 저하되는 것을 알 수 있다. 그러나, 샘플 21과 샘플 25의 비교에서, 금속쉘의 표면에 Ni도금층을 형성함에 의해서 나사체결시에 발생하는 축력이 저하되더라도, 스테인리스강으로 이루어지고 D1<D2를 만족하는 개스킷을 장착하면, 개스킷의 변형에 기인하는 나사결합의 이완을 방지할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 개스킷과 부착구멍의 개구주연부와의 사이에서의 마찰력을 크게 할 수 있어, 즉 충분한 분리토크를 얻을 수 있어, 내이완성을 향상시킬 수 있는 것도 확인할 수 있었다.

《실시예 5》

부착부의 나사산의 호칭직경이 M12인 스파크 플러그에 대해서도 실시예 4와 마찬가지로 금속쉘의 표면에 Zn도금층 또는 Ni도금층을 형성하고, Fe 또는 스테인리스강으로 이루어지는 개스킷을 장착한 샘플 26∼30(표 6 참조)를 준비하고, 열간 진동 이완 시험을 실시하였다. 시험방법은 실시예 4와 같으며, 각 샘플 26∼30의 알루미늄 부시에 대한 부착에 있어서 15N·m의 체결토크로 부착한 점만이 다르다. 시험 후, 각 샘플을 알루미늄 부시에서 분리하되, 분리할 때에 가해진 분리토크를 각각 측정하였다. 측정결과를 표 6에 나타낸다.

샘플	호칭직경	금속쉘의 도금 종류	개스킷의 단면형상	개스킷의 소재	분리토크[N·m]
26	M12	Zn	A1	Fe	3.5
27		Ni	A1	Fe	2.1
28		Ni	A2	Fe	1.0
29		Zn	A1	스테인리스	8.4
30		Ni	A1	스테인리스	7.2

표 6에 나타내는 바와 같이 샘플 26∼30의 분리토크는 순차적으로 3.5, 2.1, 1.0, 8.4, 7.2[N·m]이었다. 그리고, 샘플끼리를 비교한 바, 실시예 4와 같은 결과를 얻었다. 따라서, 금속쉘의 표면에 Ni도금층을 형성하더라도, 스테인리스강으로 이루어지고 D1<D2를 만족하는 개스킷을 장착하면, M12의 스파크 플러그에서도 충분한 분리토크를 얻을 수 있어, 내이완성을 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

《실시예 6》

또한, 부착부의 나사산의 호칭직경이 M14인 스파크 플러그에 대해서도 실시예 4, 5와 마찬가지로 금속쉘의 표면에 Zn도금층 또는 Ni도금층을 형성하고, Fe 또는 스테인리스강으로 이루어지는 개스킷을 장착한 샘플 31∼35(표 7 참조)를 준비하고, 열간 진동 이완 시험을 실시하였다. 시험방법은 실시예 4와 같으며, 각 샘플 31∼35의 알루미늄 부시에 대한 부착에 있어서 20N·m의 체결토크로 부착한 점만이 다르다. 시험 후, 각 샘플을 알루미늄 부시에서 분리하되, 분리할 때에 가해진 분리토크를 각각 측정하였다. 측정결과를 표 7에 나타낸다.

샘플	호칭직경	금속쉘의 도금 종류	개스킷의 단면형상	개스킷의 소재	분리토크[M·m]
31	M14	Zn	A1	Fe	7.4
32		Ni	A1	Fe	3.9
33		Ni	A2	Fe	1.9
34		Zn	A1	스테인리스	14.2
35		Ni	A1	스테인리스	11.1

표 7에 나타내는 바와 같이 샘플 31∼35의 분리토크는 순차적으로 7.4, 3.9, 1.9, 14.2, 11.1[N·m]이었다. 샘플끼리를 비교한 바, 실시예 4, 5와 같은 결과를 얻었다. 따라서, 금속쉘의 표면에 Ni도금층을 형성하더라도, 스테인리스강으로 이루어지고 D1<D2를 만족하는 개스킷을 장착하면, M14의 스파크 플러그에서도 충분한 분리토크를 얻을 수 있어, 내이완성을 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 제 1 실시형태에 관한 스파크 플러그(1)에 대해서 각종 변형이 가능한 것은 물론이다. 개스킷(60)의 단면형상에 대해서, 제 1 실시형태에서는 둘레방향에 직교하는 단면의 형상이 S자 형상인 것을 예로 하여 설명하였으나, 단면형상은 S자 형상에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도 9나 도 10에 나타내는 개스킷(68,69)과 같이 원환형상의 판재를 두께방향으로 복수회 굽혀서 형성하되, 둘레방향에 직교하는 단면의 형상에 있어서, 비압축 상태에서 상기한 규정 1 및 규정 2를 만족하면 된다. 즉, 개스킷(68,69)은 각각 비압축 상태에서 표면끼리가 비접촉인{간극(G)를 가진다} 것(규정 1)을 만족하면 된다. 또한, 개스킷(68,69)의 돌출부(54)의 시트면(55) 및 개구주연부(92)와의 접촉이 각각 점 X 및 점 Y의 한 점에서 이루어지고, 또한 점 Y가 점 X보다도 직경방향의 외주측에 있는 것(규정 2)을 만족하면 된다. 또한, 도 9 및 도 10은 각각 둘레방향에 직교하는 개스킷(68,69)의 단면을 나타내고 있으며, 개스킷(68,69)은 모두 우측이 내주측{축선(O) 측}이 되고, 좌측이 외주측이 되는 단면을 나타내고 있다. 또, 개스킷(68,69)은 도 9 및 도 10에 나타내는 단면에 있어서 상측을 돌출부(54) 측으로 향하게 하여 금속쉘(50)에 부착되는 것으로 한다.

개스킷(60)의 단면형상에 대해서, 제 1 실시형태에서는 S자 형상인 것을 예로 하여 설명하였으나, 단면형상은 S자 형상에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 표 1의 타입 B1과 타입 C1에 나타내는 바와 같은 단면형상을 가지고 있어도 좋고, 그 외의 단면형상이어도 좋다. 스파크 플러그(1)를 엔진헤드(90)에서 분리하였을 때에 관찰되는 "개스킷(60)과 돌출부(54)와의 접촉자국(J)"과 "개스킷(60)과 개구주연부(92)와의 접촉자국(K)"에 의거하여 얻어지는 등가마찰직경(D1,D2)이 D1<D2를 만족하는 개스킷이면 족하다.

또, 등가마찰직경(D1,D2)이 D1<D2를 만족하도록 하기 위해서는, 예를 들면 금속쉘에 대한 장착방향(축방향)에 있어서, 개스킷의 둘레방향에 직교하는 단면에서 돌출부 측에 있어서의 가장 끝에 위치하는 점이 개구주연부 측에 있어서의 가장 끝에 위치하는 점보다도 내주측에 배치되는 단면형상을 가진 개스킷을 사용하면 좋다. 예를 들면, 스파크 플러그를 부착구멍에 부착할 때의 나사체결에 의한 개스킷의 압축개시 직전의 상태에 있어서, 돌출부와 개구주연부와의 사이에 끼워진 개스킷의 둘레방향에 직교하는 단면을 살펴본다. 이 단면에 있어서, 개스킷이 돌출부와 개구주연부 각각에 접촉하는 점이 한 점이고, 또한 돌출부에 접촉하는 점이 개구주연부에 접촉하는 점보다도 내주측에 있는 단면형상을 가진 개스킷을 사용하면 좋다. 구체적으로는, 도 2에 나타내는 개스킷(60)과 같이, 둘레방향에 직교하는 단면에 있어서의 장착방향 양측에 있어서 가장 끝에 위치하는 점이 되도록 점 X, 점 Y가 형성되고, 또한 점 Y가 점 X보다도 내주측에 배치되도록 개스킷(60)을 제작하면 좋다.

개스킷(60)의 단면에 있어서의 점 X는, 스파크 플러그(1)를 부착구멍(91)에 부착할 때의 나사체결에 의한 개스킷(60)의 압축개시 직전의 상태에 있어서, 돌출부(54)와 개구주연부(92)와의 사이에 끼워진 개스킷(60)이 돌출부(54)와 유일하게 접촉하는 점이다. 즉, 개스킷(60)은 압축개시시에 돌출부(54)에 대해서 개스킷(60)의 둘레 전체에 걸쳐서 점 X에 의해서 그려지는 가상원(65)에서 선접촉한다. 마찬가지로, 개스킷(60)의 단면에 있어서의 점 Y는, 나사체결에 의한 개스킷(60)의 압축개시 직전의 상태에 있어서, 개스킷(60)이 개구주연부(92)와 유일하게 접촉하는 점이다. 즉, 개스킷(60)은 압축개시시에 개구주연부(92)에 대해서 개스킷(60)의 둘레 전체에 걸쳐서 점 Y에 의해서 그려지는 가상원(66)에서 선접촉한다. 개스킷(60)의 단면에 점 X, Y가 형성되고, 또한 점 X에 의해서 그려지는 가상원(65)의 직경(L1)이 점 Y에 의해서 그려지는 가상원(66)의 직경(L2)보다도 작아지게 되도록 개스킷(60)을 형성한다. 이와 같이 하면, 개스킷(60)과 돌출부(54)의 접촉이 점 X의 위치를 중심으로 이루어지게 되어, 접촉자국(J)의 등가마찰직경(D1)을 L1에 근접하게 할 수 있다. 마찬가지로, 개스킷(60)과 개구주연부(92)의 접촉이 점 Y의 위치를 중심으로 이루어지게 되어, 접촉자국(K)의 등가마찰직경(D2)을 L2에 근접하게 할 수 있다. 따라서, L1<L2를 만족하게 됨으로써 D1<D2를 만족하기 쉽다.

계속해서, 제 2 실시형태의 스파크 플러그(2)(도 13 참조)에 대해서 설명한다.

제 2 실시형태의 스파크 플러그(2)는 개스킷(100)의 형상이 제 1 실시형태에서의 개스킷(60)과 다른 것이다. 스파크 플러그(2)의 그 외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태의 스파크 플러그(1)(도 1 참조)와 동일하다. 따라서, 이하에서는 개스킷(100)에 대해서 설명하되, 스파크 플러그(2)의 구성에 대해서는 적절하게 스파크 플러그(1)를 참조하는 것으로 하여 그 설명을 생략한다. 또한, 제 2 실시형태의 스파크 플러그(2)의 금속쉘(50)은 부착부(52)의 나사산의 호칭직경을 M12로 하는 규격에 따라서 제작된 것이다. 호칭직경에 대해서는 M12에 한정되는 것이 아니며, M10이어도 M14이어도 좋고, 혹은 M8이어도 좋다.

도 13에 나타내는 제 2 실시형태의 개스킷(100)은, 제 1 실시형태의 개스킷(60)(도 2 참조)과 마찬가지로, 오스테나이트계 스테인리스강 또는 페라이트계 스테인리스강으로 이루어지는 1장의 원환형상의 판재에 대해서 두께방향으로 굽힘가공을 실시하여 환형상으로 제작한 것이다. 개스킷(100)을 금속쉘(50)에 장착할 때에는 환형상의 개스킷(100)의 중심축(N)(도 12 참조)을 축선(O)방향에 맞추고서 나사목부(59)에 끼워넣는다. 이 때, 후술하는 제 1 연신부(延伸部)(110) 측이 금속쉘(50)의 돌출부(54)를 향하도록 하고, 후술하는 제 2 연신부(120)가 후술하는 제 3 연신부(13)보다도 직경방향 내측에 위치하도록 하여, 개스킷(100)이 나사목부(59)에 장착된다. 또한, 도 13에 나타내는 개스킷(100)은 금속쉘(50)에 장착될 때에 중심축(N)방향으로 압축되어 직경방향으로 팽창되도록 변형된 것이며, 나사목부(59)에서의 빠짐이 방지된다. 이하에서는 금속쉘(50)에 장착하기 전의 개스킷(100){즉, 중심축(N)방향으로 압축되지 않은 상태의 것}에 대해서 설명한다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태의 개스킷(100)은 원환형상의 판재를 3개소에서 두께방향으로 굽힘으로써, 둘레방향에 직교하는 단면{환언하면, 중심축(N)을 포함하는 평면에서 개스킷(100)을 본 단면이며, 이하 "둘레방향 단면"이라고도 한다}의 형상이 소용돌이 형상이 되도록 제작된다. 보다 구체적으로는, 개스킷(100)은 둘레방향 단면에 있어서, 일측 단부(101)에서 타측 단부(102)까지 연속하면서 타측 단부(102)가 일측 단부(101)보다도 내측에 위치하는 소용돌이 형상을 이룬다. 예를 들면, 굽힘개소가 4개소 이상인 것이나, 둘레방향 단면이 소용돌이 형상이 아니라 표면과 이면이 반대가 되도록 두께방향으로의 굽힘이 포함되는 개스킷을 제작하기 위해서는 적어도 5공정 이상의 프레스 성형에 의한 가공을 필요로 한다. 제 2 실시형태의 개스킷(100)은 판재의 일측면 측이 항상 곡(谷)측이 되는 이른바 일방향 굽힘에 의해서 제작할 수 있으며, 구체적으로는 4공정의 프레스 성형에 의해서 형성할 수 있기 때문에 성형성이 우수하다.

이하, 개스킷(100)의 형태에 대해서 설명하는 데, 설명의 편의상 개스킷(100)의 둘레방향 단면은 제 1 연신부(延伸部)(110), 제 2 연신부(120), 제 3 연신부(130), 제 1 접속부(140), 제 2 접속부(150) 및 제 3 접속부(160)의 6개의 부위로 이루어지는 것으로 한다.

제 1 연신부(110)는, 둘레방향 단면에 있어서, 개스킷(100)의 일측 단부(101)를 자신의 일단(111)으로 하며, 자신의 타단(112)을 향해서 직선형상으로 연장되는 형상을 가지는 부위이다. 제 1 연신부(110)의 타단(112)은 직경방향에 있어서 일단(111)보다도 내측에 배치된다. 제 2 연신부(120)는, 둘레방향 단면에 있어서, 직경방향의 성분보다도 중심축(N)방향의 성분이 크게 되도록 자신의 일단(121)에서 타단(122)을 향해서 직선형상으로 연장되는 형상을 가지는 부위이다. 제 2 연신부(120)의 일단(121)은 타단(122)보다도 제 1 연신부(110) 측에 배치된다. 제 3 연신부(130)는, 둘레방향 단면에 있어서, 직경방향의 성분보다도 중심축(N)방향의 성분이 크게 되도록 자신의 일단(131)에서 타단(132)을 향해서 직선형상으로 연장되는 형상을 가지는 부위이다. 제 3 연신부(130)의 타단(132)은 일단(131)보다도 제 1 연신부(110) 측에 배치된다. 또, 제 3 연신부(130)는 직경방향에 있어서 제 2 연신부(120)보다도 외측에 배치된다.

제 1 접속부(140)는 제 1 연신부(110)의 타단(112)과 제 2 연신부(120)의 일단(121)을 접속하는 부위이다. 제 1 접속부(140)는 개스킷(100)의 제작시에 굽혀지는 상기한 3개소의 부위 중 1부위이다. 상세에 대해서는 후술하는 데, 금속쉘(50)의 나사목부(59)에 대한 장착시에 개스킷(100)이 압축되었을 때에, 제 1 접속부(140)는 둘레방향 단면의 형상이 곡률반경(r)의 곡선을 따르는 형상으로 되어, 제 1 연신부(110)와 제 2 연신부(120)를 접속한다. 개스킷(100)의 제작시에 미리 제 1 접속부(140)를 굽혀 둠으로써, 개스킷(100)이 장착시에 압축되었을 때, 제 1 접속부(140)가 곡률반경(r)의 곡선을 따르는 형상으로 형성된다.

제 2 접속부(150)는 제 2 연신부(120)의 타단(122)과 제 3 연신부의 일단(131)을 접속하는 부위이다. 제 2 접속부(150)는 상기한 제 1 접속부(140)와 마찬가지로 개스킷(100)의 제작시에 굽혀지는 부위 중 하나이다. 제 2 접속부(150)는 굽힘에 의해서 둘레방향 단면의 형상이, 중심축(N)방향에 있어서 제 1 연신부(110)에서 멀어지는 방향으로 굽혀지는 U자 형상의 곡선을 따르는 형상이 된다.

제 3 접속부(160)는 자신의 일단(161)이 제 3 연신부(130)의 타단(132)에 접속되고, 자신의 타단(162)을 개스킷(100)의 타측 단부(102)로 하는 부위이다. 제 3 접속부(160)도 상기한 바와 마찬가지로 개스킷(100)의 제작시에 굽혀지는 부위 중 하나이다. 제 3 접속부(160)의 타단(162)은 직경방향에 있어서 일단(161)보다도 내측에 위치하도록 굽혀진다. 이 때, 타단(162)은, 직경방향에 있어서는 제 2 연신부(120)와 제 3 연신부(130)와의 사이에 위치하고, 중심축(N)방향에 있어서는 제 1 연신부(110)와 제 2 접속부(150)와의 사이에 위치한다. 이것에 의해서, 제 3 접속부(160)의 타단(162)은 개스킷(100)이 이루는 소용돌이 형상의 내측에 위치하면서, 중심축(N)방향에 있어서 제 1 연신부(110)와 제 2 접속부(150)와의 사이에 겹쳐지는 위치에 배치된다.

이와 같이 개스킷(100)은 둘레방향 단면이 소용돌이 형상이 되도록 형성됨으로써, 개스킷(100)은 내부에 공간이 확보된다. 이 내부 공간이 스파크 플러그(2)를 엔진헤드(90)에 부착할 때에(도 13 참조), 개스킷(100)이 찌부러지는 압축부분으로서 기능한다. 제 2 실시형태에서는, 스파크 플러그(2)를 엔진헤드(90)에 부착할 때에, 연소실 내로 돌출되는 접지전극(30)(도 1 참조)의 방향을 조정하기 위해서, 개스킷(100)에는 압축부분의 크기의 확보가 요구된다. 또, 개스킷(100)의 압축시에 기밀성의 확보를 위한 충분한 축력을 얻기 위해서, 개스킷(100)의 제 2 연신부(120)와 제 3 연신부(130)가 확실하게 직경방향으로 팽창되는 변형을 이루는 것이 요구된다. 그래서, 개스킷(100)의 제작시에, 제 3 접속부(160)를 굽힐 때의 굽힘각도(θ)에 규정이 마련되어 있다. 구체적으로는, 제 3 접속부(160)는 제 3 연신부(130)의 타단(132)과 접속하는 자신의 일단(161) 측에서 개스킷(100)의 타측 단부(102)인 자신의 타단(162) 측으로 향하는 방향이 중심축(N)방향에 대해서 40°이상 70°이하의 각도로 교차하는 것이 규정되어 있다.

제 3 접속부(160)가 굽혀지기 전의 상태에 있어서, 제 3 접속부(160)의 일단(161)에서 타단(162)으로 향하는 방향은 제 3 연신부(130)의 일단(131)에서 타단(132)으로 향하는 방향과 일치하며, 직선형상으로 연장된다. 제 3 접속부(160)를 굽힐 때에는, 제 3 접속부(160)의 일단(161)에서 타단(162)으로 향하는 방향이 제 3 연신부(130)의 일단(131)에서 타단(132)으로 향하는 방향과 교차하는 각도(θ)가 40°이상 70°이하가 되도록, 제 3 접속부(160)를 굽힌다. 다만, 제 3 접속부(160)를 굽힌 후에 있어서, 일단(161)에서 타단(162)으로 향하는 방향은 굽힘위치에 따라서 달라진다. 제 2 실시형태에서는, 개스킷(100)의 제작시에 있어서의 제 3 접속부(160)의 굽힘은 일단(161) 부근에서 이루어지는 것으로 하고, 타단(162) 부근에서는 연신방향이 유지되는 것으로 한다. 따라서, 설명의 편의상, 타단(162) 부근에서의 제 3 접속부(160)의 연신방향{가상 직선(163)으로 나타낸다}이 제 3 연신부(130)의 연신방향{가상 직선(164)으로 나타낸다}과 교차하는 각도(θ)를 검토한다.

후술하는 실시예 7에 의하면, 가상 직선(163)과 가상 직선(164)이 교차하는 각도(θ)가 70°보다 큰 것은 성형할 수 없다. 또, 가상 직선(163)과 가상 직선(164)이 교차하는 각도(θ)가 40°미만인 경우, 개스킷(100)을 금속쉘(50)에 장착할 때의 압축에 있어서, 제 2 연신부(120)와 제 3 연신부(130)가 직경방향으로 팽창하는 변형을 이루지 못할 우려가 있다.

이어서, 금속쉘(50)에 장착된 상태의 개스킷(100){중심축(N)방향으로 압축되어 직경방향으로 팽창되도록 변형된 상태의 것}에 대해서 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다. 개스킷(100)은 금속쉘(50)에 장착될 때에 도 12에 나타내는 바와 같이 중심축(N)방향으로 압축된다. 상기 압축에 의해서, 개스킷(100)은 둘레방향 단면에 있어서 직경방향으로 팽창하여 내경이 금속쉘(50)의 나사산의 외경보다도 작은 정도의 크기로 되기 때문에, 개스킷(100)의 나사목부(59)에서의 빠짐이 방지된다. 또한, 개스킷(100)의 둘레방향의 여러 개소에서 개스킷(100)의 내경을 더욱 작게 하기 위한 부분적인 압축을 실시하여도 좋다.

도 13에 나타내는 스파크 플러그(2)는, 금속쉘(50)이 엔진헤드(90)의 부착구멍(91)에 부착되고, 개스킷(100)이 금속쉘(50)의 돌출부(54)와 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이에 끼워진 상태의 것이다. 또한, 도 13에 나타내는 개스킷(100)은 금속쉘(50)의 나사체결에 의한 중심축(N)방향으로의 압축이 아직 이루어지지 않은 것이다. 이 상태에서 나사체결에 의한 압축이 이루어지면, 도시하지는 않았으나 개스킷(100)은 금속쉘(50)의 돌출부(54)와 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와의 사이에서 중심축(N)방향으로 압축되어 직경방향으로 팽창하는 변형이 발생한다. 이 때, 제 2 연신부(120)와 제 3 연신부(130)가 서로 멀어지는 방향으로 스프링성을 갖도록 휘어짐으로써, 개스킷(100)은 돌출부(54)와 개구주연부(92)에 대한 축력{나사체결에 수반되는 압축에 의해서 중심축(N)방향으로 작용하는 반력}을 유지한 채로 변형된다.

돌출부(54)와 개구주연부(92)와의 사이에서 압축되는 개스킷(100)에 의한 기밀성을 확보하기 위해서는, 개스킷(100)에 적당한 압축력이 부가되는 것이 중요하다. 그래서, 개스킷(100)을 중심축(N)방향으로 압축할 때의 압축하중을 F라 하고, 개스킷(100)으로의 적당한 압축력이 부가되는 압력(부가압력)(P)을 "P=F/{π(R1²-R2²)}"에 의해서 산출한다. 또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 개스킷(100)의 둘레방향 단면에 있어서, 제 3 연신부(130)에 있어서의 중심축(N)에서 가장 먼 부위의 중심축(N)으로부터의 직경방향거리를 R1이라 한다. 마찬가지로, 제 2 연신부(120)에 있어서의 중심축(N)에 가장 가까운 부위의 중심축(N)으로부터의 직경방향거리를 R2라 한다.

후술하는 실시예 8에 의하면, 부가압력(P)의 범위를 60MPa 이상 130MPa 이하로 하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 부가압력(P)이 60MPa 미만이면, 개스킷(100)에 의한 기밀성의 확보가 어렵다. 부가압력(P)이 130MPa보다 크면, 강도를 확보하는 것이 어려워 나사체결에 의해서 금속쉘(50)이 파단될 우려가 있다.

또, 상기한 부가압력(P)의 범위를 확보하기 위해서는, 개스킷(100)의 경도를 확보함에 의해서 스프링성을 얻음으로써, 개스킷(100)의 압축시에 충분한 축력이 얻어지도록 하는 것도 필요하다. 후술하는 실시예 9에 의하면, 도 12에 나타내는 바와 같이 개스킷(100)의 둘레방향 단면에 있어서의 S점에서 개스킷(100)의 경도를 측정하였을 때에 비커즈 경도로 200Hv 이상 450Hv 이하이면 좋은 것임을 알았다. 또한, 도 12에 나타내는 바와 같이 엔진헤드(90)에 부착하기 전(나사결합하기 전)의 금속쉘(50)에 장착된 상태의 개스킷(100)의 둘레방향 단면에 있어서, 개스킷(100)의 중심축(N)방향의 높이를 h라 한다. 중심축(N)방향의 높이가 h/2가 되는 부위에 있어서, 제 2 연신부(120)의 두께를 t라 한다. 두께(t)의 중앙 위치를 상기한 S점이라 한다.

S점에 있어서의 개스킷(100)의 비커즈 경도가 200Hv 미만인 경우, 개스킷(100)은 충분한 스프링성을 얻을 수 없기 때문에, 나사체결에 의해서 압축되면 소성 변형하여 이완이 발생될 우려가 있다. S점에 있어서의 개스킷(100)의 비커즈 경도가 450Hv보다 큰 경우, 나사체결에 의해서 압축되면 개스킷(100)에 균열이 발생할 우려가 있다.

또, 상기한 바와 같이, 제 2 실시형태의 개스킷(100)은 연소실 내로 돌출되는 접지전극(30)의 방향을 조정하기 위한 압축부분을 형성하고 있다. 다만, 개스킷(100)으로서 기밀성의 확보가 필요하기 때문에, 압축부분이 찌부러지더라도 부가압력(P)의 범위로서 60MPa 이상 130MPa 이하가 확보되는 것이 바람직하다. 그러므로, 후술하는 실시예 10에 의하면, 부가압력(P)의 범위가 확보된 상태에서 스파크 플러그(2)의 착화성을 확보하기 위해서는 접지전극(30)의 방향을 적어도 90°이상 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 접지전극(30)의 방향을 조정할 수 있는 각도가 90°미만인 경우, 접지전극(30)의 방향을 착화성에 대한 영향을 작게 할 수 있는 방향으로 조정하는 것이 어려운 경우가 있다. 또한, 접지전극(30)의 방향은 360°(1회전분) 조정할 수 있으면, 모든 방향에 대응할 수 있기 때문에, 상한을 360°로 하고 있다.

또한, 후술하는 실시예 10에 의하면, 접지전극(30)의 방향을 180°이상 조정할 수 있으면, 스파크 플러그(2)의 착화성을 확실하게 확보할 수 있는 것을 알았다. 접지전극(30)의 방향을 조정할 수 있는 각도가 180°미만인 경우, 접지전극(30)의 방향을 착화성에 대한 영향을 더욱 작게 할 수 있는 방향으로 조정하는 것이 어려운 경우가 있다. 또한, 접지전극(30)의 방향 조정의 상한을 360°로 하는 점은 상기한 바와 같다.

또, 접지전극(30)의 방향을 조정하는 데에 충분한 크기의 압축부분을 확보하면서, 찌부러지더라도 돌출부(54) 밖으로 밀려나오지 않도록, 제 2 실시형태에서는 개스킷(100)의 둘레방향 단면의 형상에 규정을 마련하고 있다. 상기한 바와 같이 개스킷(100)의 중심축(N)방향의 높이를 h, h/2의 위치에 있어서의 제 2 연신부(120)의 두께를 t, 제 1 접속부(140)의 곡률반경을 r이라 한다. 또, 제 3 연신부(130)에 있어서의 중심축(N)에서 가장 먼 부위의 직경방향거리를 R1, 마찬가지로 제 2 연신부(120)에 있어서의 중심축(N)에 가장 가까운 부위의 직경방향거리를 R2라 한다. 이 때, "2×t≤r≤(R1-R2)/2"를 만족함과 아울러 "h≥(R1-R2)"를 만족한다.

개스킷(100)에 있어서, 제 2 연신부(120) 및 제 3 연신부(130)는 압축부분이 중심축(N)방향으로 압축될 때에 찌부러짐으로써 직경방향으로 팽창하는 부분이다. 제 2 연신부(120) 및 제 3 연신부(130)에 의해서 압축부분의 중심축(N)방향의 크기가 확보된다. 상기한 바와 같이 접지전극(30)의 방향을 조정하기 위해서는 중심축(N)방향으로의 찌부러짐의 크기로서 어느 정도의 크기의 확보가 필요하다. 따라서, h가 R1-R2보다 작아서 압축부분이 중심축(N)방향보다도 직경방향으로 큰 경우, 개스킷(100)이 찌부러진 경우의 직경방향의 크기가, h가 R1-R2 이상인 것보다도 크게 된다. 이와 같이 되면, 개스킷(100)의 돌출부(54) 밖으로 밀려나오거나 나사목부(59)에 걸리는 경우가 있어, 충분한 나사체결을 할 수 없게 될 우려가 있다. 후술하는 실시예 11에 의하면, 접지전극(30)의 방향을 조정하는 각도로서 충분한 각도(구체적으로는 180°이상)를 확보할 수 없게 될 우려가 있는 것을 알았다.

이어서, 개스킷(100)이 중심축(N)방향으로 찌부러지는 크기를 확보하기 위해서는, 제 1 접속부(140)의 곡률반경(r)을 보다 작게 하면 좋다. 곡률반경(r)이 클 수록 중심축(N)방향에 있어서 제 1 접속부(140)가 차지하는 크기가 더 커지게 된다. 이와 같이 되면, 제 2 연신부(120)의 중심축(N)방향의 크기를 확보하기 어렵게 되어, 충분한 압축부분을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 후술하는 실시예 11에 의하면, 곡률반경(r)이 (R1-R2)/2보다 큰 경우에, 충분한 압축부분을 확보할 수 없게 되는 것을 알았다.

한편, 곡률반경(r)이 작을 수록, 개스킷(100)을 제작할 때에 제 1 접속부(140)에 있어서 굽힘가공에 의한 변형량이 커지게 된다. 이와 같이 되면, 굽힐 때에 가해지는 하중에 의한 부하에 의해서 제 1 접속부(140)의 굽혀지는 부분(이하 '굽힘부분'이라고도 한다)에 주름이 생기고, 개스킷(100)을 압축하였을 때에 이 굽힘부분을 기점으로 꺾임이나 찌부러짐이 발생하여, 제 2 연신부(120)에 있어서의 스프링성을 확보하기 어렵게 될 우려가 있다. 후술하는 실시예 12에 의하면, 곡률반경(r)이 제 2 연신부(120)의 두께(t)의 2배 미만인 경우, 개스킷(100)의 제작시에 제 1 접속부(140)에 있어서 꺾임이나 찌부러짐이 발생하는 경우가 있는 것을 알았다.

또한, 개스킷(100)의 재료로서 제 1 실시형태와 같은 스테인리스강(SUS)을 사용할 수 있다. 후술하는 실시예 13에 의하면, 개스킷(100)에 스테인리스강(SUS)을 사용한 경우와 철(Fe)을 사용한 경우에 있어서 내이완성에 차이가 발생하는 것이 확인되었고, 개스킷(100)의 재료로서 스테인리스강을 사용하는 것이 바람직하다는 것이 분명하게 되었다.

또한, 금속쉘(50)의 나사목부(59)에 개스킷(100)을 장착하는 방향에 따라서도 내이완성에 차이가 발생하는 것이 후술하는 실시예 13에 의해서 확인되었다. 구체적으로는, 제 2 실시형태의 개스킷(100)은 둘레방향 단면에 있어서 제 2 연신부(120) 측을 직경방향 내측에, 제 3 연신부(130) 측을 직경방향 외측에 배치하는 형상으로 제작되고, 제 1 연신부(110) 측을 돌출부(54)로 향하게 하여 나사목부(59)에 장착된다. 이것에 대해서, 제 2 연신부 측을 직경방향 외측에, 제 3 연신부 측을 직경방향 내측에 배치하는 형상으로 제작되고, 제 1 연신부 측을 돌출부(54)로 향하게 하여 나사목부(59)에 장착되는 형태의 개스킷(샘플 143)이 있다. 또, 제 2 연신부 측을 직경방향 내측에, 제 3 연신부 측을 직경방향 외측에 배치하는 형상으로 제작되고, 제 2 접속부 측을 돌출부(54)로 향하게 하여 나사목부(59)에 장착된 형태의 개스킷(샘플 144)이 있다. 어떤 형태의 개스킷도 제 2 실시형태의 개스킷(100)보다도 스파크 플러그의 분리에 필요한 축력(분리토크)이 작아지게 되어, 내이완성이 저하되는 것을 알았다.

이 현상은 등가마찰직경의 비교에 의해서 설명된다. 도 13에 나타내는 바와 같이 금속쉘(50)이 나사목부(59)에 장착될 때에, 상기한 바와 같이 개스킷(100)은 중심축(N)방향으로 압축된다. 개스킷(100)이 장착된 금속쉘(50)을 부착구멍(91)에 부착하고서 나사체결을 하면, 압축 초기에 있어서, 개스킷(100)은 돌출부(54)와 점 X의 한 점에서 접촉한다. 개스킷(100)과 돌출부(54)와의 사이에서 발생하는 실질적인 마찰력을 평가하는 지표가 되는 공지의 등가마찰직경을 검토하였을 때, 점 X의 직경방향거리를 반경으로 하는 가상원의 직경이 개스킷(100)과 돌출부(54)와의 사이에서의 등가마찰직경에 상당한다. 마찬가지로, 개스킷(100)은 부착구멍(91)의 개구주연부(92)와도 점 Y의 한 점에서 접촉한다. 따라서, 개스킷(100)과 개구주연부(92)와의 사이에서의 등가마찰직경은 점 Y의 직경방향거리를 반경으로 하는 가상원의 직경에 상당한다.

여기서, '등가마찰직경'이란 "회전 마찰력에 관해서, 원환형상의 접촉을 이것과 동일한 회전 마찰력을 가지는 원형상의 접촉으로 치환하였을 때의 원의 직경"을 말한다. 내이완성을 높이기 위해서는, 개스킷과 금속쉘 및 엔진헤드와의 사이의 마찰력을 높여서 분리토크를 크게 하면 된다. 본 발명자들은 엔진헤드를 본떠 만든 알루미늄 부시를 이용하여, 알루미늄 부시에 형성된 부착구멍에 금속쉘을 나사결합할 때에 개스킷과 금속쉘 및 알루미늄 부시와의 사이에서 발생하는 슬라이드의 상황을 관찰하였다. 그 결과, 나사체결시에 있어서는, 개스킷과 금속쉘과의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 쉽고, 개스킷과 알루미늄 부시와의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 어려운 것을 알았다. 한편, 나사분리시에 있어서는, 개스킷과 금속쉘과의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 어렵고, 개스킷과 알루미늄 부시와의 사이에서는 슬라이드가 발생하기 쉬운 것을 알았다. 이러한 관점에서, 개스킷과 금속쉘과의 사이의 마찰력보다도 개스킷과 알루미늄 부시, 즉 개스킷과 엔진헤드와의 사이의 마찰력을 높이면, 나사결합의 이완에 대한 내성(내이완성)을 높일 수 있다.

실시예 13에 의하면, 샘플 143의 개스킷은 제 2 실시형태의 개스킷(100)(샘플 141)에 비해서 개구주연부와의 사이의 등가마찰직경은 같지만, 돌출부와의 사이의 등가마찰직경이 크다. 즉, 샘플 143의 개스킷이 장착된 금속쉘은 나사체결시에 보다 큰 토크로 체결하지 않으면, 제 2 실시형태의 개스킷(100)이 장착된 금속쉘(50)과 동등한 체결력을 얻을 수 없다. 환언하면, 샘플 143의 개스킷이 장착된 금속쉘과 제 2 실시형태의 개스킷(100)이 장착된 금속쉘(50)을 동일한 토크로 나사체결한 경우, 분리토크는 제 2 실시형태의 개스킷(100)이 장착된 금속쉘(50)이 크다.

또, 샘플 144의 개스킷은 제 2 실시형태의 개스킷(100)(샘플 141)에 비해서 개구주연부와의 사이의 등가마찰직경이 작고, 돌출부와의 사이의 등가마찰직경은 크다. 따라서, 양자를 동일한 토크로 나사체결한 경우, 체결력과 분리토크 모두 샘플 144의 개스킷이 장착된 금속쉘보다도 제 2 실시형태의 개스킷(100)이 장착된 금속쉘(50)의 것이 크다.

《실시예 7》

개스킷(100)의 제작시에 제 3 접속부(160)를 굽힐 때의 굽힘각도(θ)를 규정하는 것의 효과에 대해서 확인하였다. 우선 굽힘각도(θ)의 크기의 차이에 따른 프레스 성형기에 의한 성형이 가능한지 아닌지의 여부에 대해서 시뮬레이션에 의해서 확인하였다. 도 11에 나타내는 개스킷(100)의 둘레방향 단면에 있어서, 제 3 접속부(160)의 굽힘각도(θ)가 0°∼70°인 개스킷은, 프레스 성형기에 의한 성형과정을 시뮬레이션한 바, 성형하는 것이 가능하였기 때문에 ○라 평가하였다. 그러나, 굽힘각도(θ)를 90°로 하는 개스킷은, 프레스 성형기에 의한 성형과정을 시뮬레이션한 바, 프레스 성형기로는 가공할 수 없는 것을 알았으므로 ×라 평가하였다.

이어서, 굽힘각도(θ)의 크기의 차이에 따른 성형 후의 개스킷을 압축한 경우의 거동(擧動)의 차이를 시뮬레이션에 의해서 확인하였다. 시뮬레이션은 공지의 FEM해석에 의해서 실시하였다. 굽힘각도(θ)가 40°이상인 개스킷의 경우, 중심축(N)방향으로 압축하면, 제 1 연신부(110)가 압압됨과 동시에 제 1 접속부(140)에 휘어짐이 발생함으로써, 제 1 연신부(110)의 일단(111) 측이 하측으로 이동한다. 그리고, 제 1 연신부(110)가 제 3 접속부(160)의 타단(162)에 접촉하여 당해 타단(162)을 압압함으로써, 제 3 접속부(160)의 타단(162) 측이 압축부분(압축공간)의 내측으로 말려 들어가듯이 하측으로 이동한다. 또한, 압축을 계속하면, 제 1 연신부(110)에 의해서 제 1 접속부(140)를 통해 제 2 연신부(120)가 압압되어, 제 2 연신부(120)가 직경방향 내측으로 향해서 휘어짐이 발생함으로써, 제 2 연신부(120)의 중심축(N)방향의 길이가 짧아지게 된다. 마찬가지로, 제 1 연신부(110)에 의해서 제 3 접속부(160)를 통해 제 3 접속부(160)가 압압되어, 제 3 연신부(130)가 직경방향 외측으로 향해서 휘어짐이 발생함으로써, 제 3 연신부(130)의 중심축(N)방향의 길이가 짧아지게 된다. 이와 같이 되면, 압축부분이 직경방향으로 팽창하면서 중심축(N)방향으로 압축되어 바람직한 형태로 찌부러지기 때문에 ○라 평가하였다.

한편, 굽힘각도(θ)가 40°미만인 개스킷의 경우, 상기한 바와 같이 중심축(N)방향으로의 압축에 의해서 제 1 접속부(140)가 휘어짐으로써 제 1 연신부(110)가 제 3 접속부(160)의 타단(162)에 맞닿게 된다. 이와 같이 되면, 제 3 접속부(160)의 타단(162)이 제 1 연신부(110)에 의해서 압압되되, 제 3 접속부(160)가 제 1 연신부(110)의 면에 대해서 수직한 방향으로 맞닿은 상태에서 압압되게 된다. 이것에 의해서, 제 3 접속부(160)가 제 3 연신부(130)와 함께 직경방향 외측으로 휘어짐이 발생함으로써, 압축부분이 평행사변형과 같이 변형한다. 즉, 압축부분이 제 2 연신부(120) 및 제 3 연신부(130)에 있어서의 직경방향으로 팽창하는 휘어짐이 발생하지 않고, 중심축(N)방향으로 찌부러지게 된다. 따라서, 압축부분은 찌부러지지만 제 2 연신부(120) 및 제 3 연신부(130)에 의한 스프링성을 얻지 못함으로써 축력을 확보할 수 없기 때문에, ×라 평가하였다. 상기 평가시험의 결과를 표 8에 나타낸다.

굽힘각도(θ)[°]	0	30	40	50	60	70	90
성형성 (성형의 여부)	○	○	○	○	○	○	×
압축시의 변형 (FEM해석 결과에 의한다)	×	×	○	○	○	○	○

표 8에서 분명한 바와 같이, 개스킷(100)의 제작시에 제 3 접속부(160)를 굽힐 때의 굽힘각도(θ)를 40°이상 70°이하로 규정하면, 성형성 및 압축시의 변형의 양면에 있어서 바람직한 형태의 압축부분을 가지는 개스킷(100)을 얻을 수 있는 것을 알았다.

《실시예 8》

이어서, 개스킷(100)이 기밀성 및 내이완성을 확보하는 데에 필요한 부가압력(P)를 확인하기 위해서 평가시험을 실시하였다. 스테인리스강으로 이루어지는 두께 0.5㎜의 원환형상의 판재에 프레스 성형에 의한 가공을 실시하여 개스킷(100)의 샘플을 5개 제작하였다. 이 때, 도 12에 나타내는 바와 같이 개스킷(100)의 둘레방향 단면에 있어서의 각 치수를 확인한 바, 제 1 접속부(140)의 곡률반경(r)이 1㎜, 직경방향거리 R1이 8.15㎜, 직경방향거리 R2가 6㎜가 되었다. 이 개스킷(100)의 샘플을 금속쉘(50)의 나사목부(59)에 장착한 스파크 플러그(2)의 5개의 샘플을 각각 체결토크{압축하중(F)}를 달리하여 알루미늄 부시(도시생략)에 부착하였다. 구체적으로는, 각 스파크 플러그(2)의 샘플을 부착할 때의 부가압력(P)(상기한 바와 같이 P=F/{π(R1²-R2²)}에 의해서 산출된다)을 각각 30, 60, 100, 130, 190[MPa]으로 하였다. 이 때, 190MPa의 부가압력(P)으로 부착된 스파크 플러그(2)의 샘플에서는 금속쉘(50)이 파단되었다. 따라서, 강도의 면에서 ×라 평가하고, 이하의 내이완성 및 기밀성에 대해서는 평가시험을 실시하지 않았다.

스파크 플러그(2)의 샘플이 부착된 알루미늄 부시에 대해서 ISO11565에 나타내는 진동시험을 실시하였다. 구체적으로는, 스파크 플러그(2)의 샘플이 부착된 알루미늄 부시를 200℃로 가열한 상태에서, 가속도 30G±2G, 주파수 50∼500Hz, 스위프율 1옥타브/분의 진동을 스파크 플러그(2)의 샘플의 축선방향과 그 직교방향으로 각각 8시간씩 부여하였다. 그리고, 진동시험 후에, 스파크 플러그(2)의 샘플이 부착된 그대로의 알루미늄 부시를 액체(예를 들면, 에타놀)로 채워진 케이스에 넣고, 알루미늄 부시의 부착구멍 내에, 연소실 측에 상당하는 개구에서 1.5MPa의 공기압을 가하여 1분당의 공기 누설량을 측정하였다. 공기 누설량이 5cc 이하인 것은 개스킷(100)에 의한 기밀성을 충분히 유지할 수 있는 것으로서 ○라 평가하고, 5cc보다 많은 것은 기밀성을 유지할 수 없는 것으로서 ×라 평가하였다.

또한, 알루미늄 부시로부터 스파크 플러그(2)를 분리하되, 이 때의 금속쉘(50)의 분리에 필요한 토크(분리토크)를 측정하고, 체결토크에 대한 분리토크의 비율(분리토크/체결토크)을 백분율로 구하였다. 분리토크가 체결토크의 10% 이상인 경우에는 이완에 대한 내성(내이완성)이 양호한 것으로서 ○라 평가하고, 10% 미만안 것은 이완에 대한 내성이 낮은 것으로서 ×라 평가하였다. 평가시험의 결과를 표 9에 나타낸다.

P[MPa]	30	60	100	130	190
내이완성	○	○	○	○	-
기밀성	×	○	○	○	-
강도(내파단)	○	○	○	○	×

표 9에 나타내는 바와 같이, 30∼130[MPa]의 부가압력(P)으로 부착된 개스킷(100)의 샘플은 모두 이완에 대한 내성(내이완성)이 양호하였다. 또, 기밀성에 대해서는, 60∼130[MPa]의 부가압력(P)으로 부착된 개스킷(100)의 샘플은 충분한 기밀성을 유지할 수 있었으나, 30[MPa]의 부가압력(P)으로 부착된 개스킷(100)의 샘플은 기밀성을 유지할 수 없었다. 따라서, 스파크 플러그(2)를 부착할 때의 부가압력(P)이 60∼130[MPa]이면, 제 2 연신부(120) 및 제 3 연신부(130)가 스프링성을 유지한 채로 변형됨으로써 압축부분의 찌부러짐이 이루어진다. 따라서, 개스킷(100)으로서 충분한 축력을 얻어 내이완성 및 기밀성을 확보할 수 있는 것을 알았다.

《실시예 9》

이어서, 압축부분이 찌부러지는 경우에, 제 2 연신부(120) 및 제 3 연신부(130)가 스프링성을 유지한 채로 변형하는 데에 필요한 경도를 확인하기 위해서 평가시험을 실시하였다. 스테인리스강의 제조공정에 있어서의 어닐링 조건을 여러 가지로 변화시켜서 비커즈 경도가 다른 9종류의 두께 0.5㎜의 판재를 준비하였다. 그리고, 상기 9종류의 각 판재를 이용하여 실시예 8과 같은 치수 조건을 구비한 개스킷(100)의 샘플을 제작하였다. 또, 9개의 개스킷(100)의 샘플과 같은 샘플을 별도로 제작하여, 각 샘플의 상기 S점에 있어서의 비커즈 경도를 측정한 바, 각각 150, 180, 200, 250, 325, 380, 400, 450, 460[Hv]이었다. 또한, 비커즈 경도는 JIS Z2244에 의거하는 시험방법에 있어서, 시험하중을 1.961N으로 하고 하중유지시간을 10초로 하여 측정된다. 그리고, 개스킷(100)의 샘플을 장착한 스파크 플러그(2)의 9개의 샘플을 소정의 체결토크로 알루미늄 부시(도시생략)에 부착하고, 실시예 8과 같은 조건으로 진동시험을 실시하였다. 시험 후에 알루미늄 부시로부터 스파크 플러그(2)를 분리할 때의 분리토크를 측정하고, 실시예 8과 마찬가지로 내이완성의 평가를 실시하였다. 또한, 내이완성의 평가에 대해서도 상기한 바와 같으나, 분리토크가 체결토크의 20% 이상이었던 경우에는 내이완성이 더욱 양호한 것으로서 ◎라 평가하였다.

또, 상기 9종류의 개스킷(100)의 샘플을 장착한 스파크 플러그(2)의 샘플을 각각 알루미늄 부시에 다시 부착하되, 이 때 체결토크를 단계적으로 크게 하여 갔다. 그리고, 금속쉘(50)에 파단(예를 들면, 나사산의 파손)이 발생하면, 개스킷(100)의 샘플을 분리하여 외관을 관찰하였다. 개스킷(100)의 샘플에 균열이 발생하면 ×라 평가하고, 발생하지 않았다면 ○라 평가하였다. 평가시험의 결과를 표 10에 나타낸다.

비커즈 경도[Hv]	150	180	200	250	325	380	400	450	460
균열의 발생 유무	○	○	○	○	○	○	○	○	×
내이완성	×	×	○	◎	◎	◎	◎	◎	◎

표 10에 나타내는 바와 같이, 비커즈 경도가 450Hv 이하인 개스킷(100)은 금속쉘(50)에 파단이 발생할 정도의 체결토크로 압축하더라도 균열이 발생하지 않았으나, 450Hv를 초과하면 균열이 발생하는 것을 알았다. 또, 비커즈 경도가 200Hv 미만인 개스킷(100)은 열과 진동에 의해서 소성 변형을 일으켜 축력이 저하되는 것을 알았다. 그리고, 개스킷(100)의 비커즈 경도를 250Hv 이상으로 하면, 충분한 내이완성을 확보할 수 있는 것을 알았다. 따라서, 개스킷(100)의 비커즈 경도가 200Hv 이상 450Hv 이하이면, 제 2 연신부(120) 및 제 3 연신부(130)가 충분한 스프링성을 얻을 수 있고, 개스킷(100)으로서 충분한 축력을 얻어 내이완성을 확보할 수 있는 것을 알았다.

《실시예 10》

이어서, 스파크 플러그(2)의 착화성을 확보하기 위해서 필요한 접지전극(30)의 방향의 조정 가능한 각도에 대해서 검토하기 위해서 평가시험을 실시하였다. 여기서는, 압축부분이 부착부(52)의 나사산의 피치로 1/2피치분의 크기까지 찌부러질 수 있는 크기를 가짐으로써, 접지전극(30)의 방향을 0°∼180°의 범위에서 조정할 수 있는 개스킷(100)의 샘플을 8개 준비하였다. 개스킷(100)의 각 샘플을 각각 스파크 플러그(2)의 샘플에 장착하고, 각 스파크 플러그(2)를 시험용 자동차 엔진(1.6L, 4기통)에 60MPa의 부가압력(P)으로 부착하였다. 이 때, 연소실 내(도시생략)에서 접지전극(30)이 향하는 방향이 가장 착화성이 양호하게 되는 방향을 0°로 하고, 8개의 샘플의 접지전극(30)의 방향을 45°씩 엇갈리게 하여 부착하고, 각 샘플을 설명의 편의상 0°에서부터 순차적으로 샘플 121∼128로 하였다. 접지전극(30)의 방향을 조정하지 않은 경우의 점화진각(BTDC)은 샘플 121에서부터 순차적으로 42, 41, 37.5, 37, 35, 37.5, 41, 41.5[°] 가 되었다. 이 평가시험의 결과를 표 11에 나타낸다.

샘 플	P=60 일때의 접지 전극의 위치 [°]	C.O.V.5%의 점화진각(BTDC)[°]					+45°까지 조정 가능한 경우의 최대값	+90°까지 조정 가능한 경우의 최대값	+180°까지 조정 가능한 경우의 최대값
		접지전극조정각도 +0°	접지전극조정각도 +45°	접지전극조정각도 +90°	접지전극조정각도 +135°	접지전극조정각도 +180°
121	0	42	41	37.5	37	35	42	42	42
122	45	41	37.5	37	35	37.5	41	41	41
123	90	37.5	37	35	37.5	41	37.5	37.5	41
124	135	37	35	37.5	41	41.5	37	37.5	41.5
125	180	35	37.5	41	41.5	42	37.5	41	42
126	225	37.5	41	41.5	42	41	41	41.5	42
127	270	41	41.5	42	41	37.5	41.5	42	42
128	315	41.5	42	41	37.5	37	42	42	42
							37	37.5	41
							최소값

표 11에 나타내는 바와 같이, 개스킷(100)에 압축부분이 없어 접지전극(30)의 방향을 조정할 수 없는 경우, 샘플 125와 같이 점화진각이 35°가 되는 접지전극(30)의 방향(180°)으로 스파크 플러그(2)가 부착된 경우에는 점화진각을 35°에서 변경할 수 없어 착화성을 향상시킬 수 없었다. 개스킷(100)의 압축부분이 작아 접지전극(30)의 방향을 45°까지밖에 조정할 수 없는 경우, 샘플 125와 같이 스파크 플러그(2)가 부착되더라도 접지전극(30)의 방향을 +45°조정함으로써, 점화진각을 35°에서 37.5°로 개선할 수 있었다. 한편, 샘플 122와 같이 점화진각이 41°가 되는 접지전극(30)의 방향(45°)으로 스파크 플러그(2)가 부착된 경우에, 접지전극(30)의 방향을 +45°조정하면, 점화진각이 37.5 °로 떨어지는 경우도 있다. 이 경우에는 접지전극(30)의 방향을 조정하지 않으면 점화진각으로서 41°를 얻을 수 있었다. 마찬가지로, 개스킷(100)의 압축부분이 약간 커서 접지전극(30)의 방향을 90°까지 조정할 수 있는 경우는, 샘플 125에 대해서는 접지전극(30)의 방향을 +90°조정함으로써 점화진각을 35°에서 41°로 개선할 수 있었다. 또한, 개스킷(100)의 압축부분이 커서 접지전극(30)의 방향을 180°까지 조정할 수 있는 경우, 샘플 125에 대해서는 점화진각을 35°에서 42°까지 개선할 수 있었다.

이와 같이, 접지전극(30)의 방향을 조정할 수 있는 각도가 크게 될 수록 점화진각의 조정의 자유도를 높일 수 있다. 표 11에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 접지전극(30)의 방향을 90°까지 조정할 수 있는 개스킷(100)이 장착된 경우, 각 샘플 121∼128에 대해서 접지전극(30)의 방향을 +90°까지의 범위에서 조정함으로써, 점화진각의 최량의 값(최대값)으로서 순차적으로 42, 41, 37.5, 37.5, 41, 41.5, 42, 42[°]를 얻었다. 그리고, 이들 최대값 중에서 가장 작은 값(최소값)은 샘플 123, 124에서 나타내는 점화진각의 최대값 37.5°이었다. 접지전극(30)의 방향을 조정할 수 없는 경우에 비해서, 접지전극(30)의 방향을 90°까지 조정할 수 있으면, 점화진각의 최소값을 35°{접지전극(30)의 방향을 조정할 수 없는 경우의 샘플 125}에서 37.5°까지 개선할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 여기서, 도 14에 나타내는 바와 같이 접지전극(30)의 방향이 135°∼225°의 범위(그래프에서 사선으로 나타낸다)에서는 점화진각이 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 접지전극(30)의 방향을 적어도 90°이상 조정할 수 있으면, 적어도 점화진각의 최소값을 상기한 바와 같이 37.5°로 할 수 있다. 이것에 의해서, 도 14의 사선으로 나타내는 점화진각 37°이하의 범위를 피할 수 있어, 스파크 플러그(2)의 착화성을 확보할 수 있는 것을 알았다.

또한, 표 11에 나타내는 바와 같이 접지전극(30)의 방향을 180°까지 조정할 수 있는 개스킷(100)이 장착된 경우, 각 샘플 121∼128에 대해서 상기한 바와 마찬가지로 접지전극(30)의 방향을 조정함으로써, 점화진각의 최대값으로서 순차적으로 42, 41, 41, 41.5, 42, 42, 42, 42[°]를 얻었다. 이들 최대값 중에서 최소값은 샘플 122, 123에서 나타내는 점화진각의 최대값 41°이었다. 이와 같이, 접지전극(30)의 방향을 180°까지 조정할 수 있으면, 점화진각의 최소값을 35°{접지전극(30)의 방향을 조정할 수 없는 경우의 샘플 125}에서 41°까지 개선할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 도 14에 나타내는 바와 같이 35°에서 42°의 범위의 값을 취하는 점화진각의 평균값은 39°이지만, 접지전극(30)의 방향을 적어도 180°이상 조정할 수 있으면, 확실하게 평균값보다도 높은 점화진각이 되도록 조정할 수 있어, 스파크 플러그(2)의 착화성을 확실하게 확보할 수 있는 것을 알았다.

《실시예 11》

이어서, 개스킷(100)의 둘레방향 단면의 형상에 규정을 마련하는 것의 효과를 확인하기 위해서 평가시험을 실시하였다. 우선 두께가 다른 스테인리스강으로 이루어지는 원환형상의 판재를 복수 준비하고, 프레스 성형시의 굽힘위치나 굽힘각도를 조정하여 표 12에 나타내는 16종류의 개스킷(100)의 샘플 101∼116을 제작하였다. 샘플 101∼116에 있어서, 제 1 접속부(140)의 곡률반경(r)은 0.4㎜∼1.2㎜의 범위에서 다르게 하였다. 또, 제 2 연신부(120)의 두께(t)는 0.3㎜∼0.5㎜의 범위에서 다르게 하였다. 또한, 직경방향거리 R1과 직경방향거리 R2의 크기의 조합에 대해서도 다르게 하여, 압축부분의 1/2의 크기에 상당하는 (R1-R2)/2의 크기(설명의 편의상 'W'라 한다)를 0.8㎜∼1.075㎜의 범위에서 다르게 하였다. 그리고, 압축부분의 종횡(縱橫)비율(C)을 "h/(R1-R2)"로 구하되, C는 0.938∼1.475 범위에서 다르게 하였다. 표 12에 각 샘플의 두께(t), 곡률반경(r), 압축부분의 1/2의 크기(W), 압축부분의 종횡비율(C)를 비교한 표를 나타낸다.

샘플	t	r	W=(R1-R2)/2	C=h/(R1-R2)
101	0.3	0.4	0.8	1.475
102	0.3	0.6	0.8	1.475
103	0.3	0.8	0.8	1.475
104	0.4	0.5	0.975	1.323
105	0.4	0.7	0.975	1.323
106	0.4	0.9	0.975	1.323
107	0.5	0.6	1.075	1.302
108	0.5	0.8	1.075	1.302
109	0.5	1.0	1.075	1.302
110	0.5	1.2	1.075	1.302
111	0.3	0.4	0.8	0.938
112	0.3	0.6	0.8	0.938
113	0.4	0.5	0.975	1.000
114	0.4	0.7	0.975	1.000
115	0.5	0.6	1.075	0.977
116	0.5	0.8	1.075	0.977

표 12에 나타내는 각 샘플 101∼116을 각각 스파크 플러그(2)의 샘플에 장착하고, 60∼130MPa의 체결토크로 스파크 플러그(2)를 알루미늄 부시에 부착하였다. 이 때, 압축부분이 부착부(52)의 나사산의 피치로 1/2피치분의 크기까지 찌부러질 수 있는 샘플{즉, 접지전극(30)의 방향을 180°이상 조정할 수 있었던 샘플}을 확인하였다. 조정할 수 있었던 샘플에 대해서는 ○라 판정하고, 조정할 수 없었던 샘플에 대해서는 ×라 판정하였다. 이 평가시험의 결과를 표 13에 나타낸다. 또한, 표 13에서는 각 샘플의 곡률반경(r)의 크기와 압축부분의 종횡비율(C)의 관계에 대해서 착안하였다.

샘플	r	C	판정
101	0.50W	1.475	○
111	0.50W	0.938	×
104	0.51W	1.323	○
113	0.51W	1.000	○
107	0.56W	1.302	○
115	0.56W	0.977	×
105	0.72W	1.323	○
114	0.72W	1.000	○
108	0.74W	1.302	○
116	0.74W	0.977	×
102	0.75W	1.475	○
112	0.75W	0.938	×
106	0.92W	1.323	○
109	0.93W	1.302	○
103	1.00W	1.475	○
110	1.12W	1.302	×

표 13에 나타내는 바와 같이 샘플 101∼109, 113, 114는 접지전극(30)의 방향을 180°이상 조정할 수 있었다. 종횡비율(C)이 1 미만으로서 압축부분이 직경방향으로 큰 샘플 111, 112, 115, 116은 접지전극(30)의 방향을 180°이상 조정할 수 없는 것을 알았다. 또, 곡률반경(r)이 W보다도 큰 샘플 110도 접지전극(30)의 방향을 180°이상 조정할 수 없는 것을 알았다. 따라서, 곡률반경(r)이 W{즉, (R1-R2)/2} 이하이고, 또한 종횡비율(C)이 1 이상이면{즉, 압축부분이 중심축(N)방향으로 커서 h≥(R1-R2)를 만족하면}, 접지전극(30)의 방향을 180°이상 조정할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

《실시예 12》

또한, 상기한 각 샘플 101∼116에 대해서, 제 1 접속부(140)를 형성할 때의 성형성에 대해서도 평가하였다. 샘플 101∼116의 개스킷(100)을 제작할 때의 프레스 성형에 의해서 제 1 접속부(140)를 굽힌 후, 굽혀진 부분(이하 '굽힘부분'이라 한다)의 상태에 대해서 관찰하였다. 이 때, 제 1 접속부(140)의 굽힘부분에 주름이 생겨서 꺾임이나 찌그러짐이 발생한 것을 확인할 수 있었던 샘플을 ×라 평가하고, 굽힘부분이 매끄러운 곡면을 형성한 샘플을 ○라 평가하였다. 평가시험의 결과를 표 14에 나타낸다. 또한, 표 14에서는 각 샘플의 곡률반경(r)의 크기와 두께(t)의 관계에 대해서 착안하였다.

샘플	r	판정
107	1.20t	×
115	1.20t	×
104	1.25t	×
113	1.25t	×
101	1.33t	×
111	1.33t	×
108	1.60t	×
116	1.60t	×
105	1.75t	×
114	1.75t	×
102	2.00t	○
109	2.00t	○
112	2.00t	○
106	2.25t	○
110	2.40t	○
103	2.67t	○

표 14에 나타내는 바와 같이, 곡률반경(r)이 두께(t)의 2배 이상인 샘플 102, 103, 106, 109, 110, 112는 제 1 접속부(140)의 굽힘부분에 주름이 없는 매끄러운 곡면이 형성되어, 성형성이 양호하였다. 한편, 곡률반경(r)이 두께(t)의 2배 미만인 샘플 101, 104, 105, 107, 108, 111, 113∼116은 제 1 접속부(140)의 굽힘부분에 주름이 생긴 것이 확인되었다. 실시예 11에 있어서 알루미늄 부시에 부착된 스파크 플러그(2)를 분리하고, 각 샘플의 제 1 접속부(140)의 굽힘부분을 관찰하였다. 이와 같이 하면, 곡률반경(r)이 두께(t)의 2배 미만인 샘플 101, 104, 105, 107, 108, 111, 113∼116에서는 꺾임이나 찌그러짐이 발생한 것이 확인되었다.

《실시예 13》

이어서, 개스킷(100)의 재료, 개스킷(100)을 금속쉘(50)에 장착하는 방향, 둘레방향 단면의 형상의 차이 등에 따른 내이완성의 영향을 확인하기 위해서 평가시험을 실시하였다. 우선 실시예 8과 마찬가지로, 스테인리스강으로 이루어지는 두께 0.5㎜의 원환형상의 판재에 프레스 성형에 의한 가공을 실시하여 제 2 실시형태의 개스킷(100)의 샘플 141을 제작하였다. 개스킷(100)의 둘레방향 단면에 있어서의 각 치수는 제 1 접속부(140)의 곡률반경(r)을 1㎜, 직경방향거리 R1을 8.15㎜, 직경방향거리 R2를 6㎜로 하였다. 또, 샘플 141과 같은 치수로 하되 재료를 철(Fe)로 한 샘플 142를 제작하였다. 또한, 둘레방향 단면의 형상이 샘플 141과 경상체(鏡像體)를 이루는 샘플 143을 제작하였다. 각 샘플을 금속쉘(50)의 나사목부(59)에 장착한 스파크 플러그(2)의 샘플을 제작하고, 또한 샘플 141을 중심축(N)방향을 거꾸로 한 샘플 144를 나사목부(59)에 장착한 스파크 플러그(2)의 샘플을 준비하였다.

각 샘플 141∼144가 장착된 스파크 플러그(2)를 체결토크 15N·m으로 알루미늄 부시에 각각 부착하고, 실시예 8과 마찬가지로 진동시험을 실시하였다. 또한, 알루미늄 부시에서 스파크 플러그(2)를 분리할 때에 있어서의 금속쉘(50)의 분리에 필요한 토크(분리토크)를 측정하였다. 이 평가시험의 결과를 표 15에 나타낸다.

샘플		분리토크[N·m]	재료	등가마찰직경[㎜]
141		7.9	SUS	13.5
142		4.7	Fe	-
143		6.7	SUS	14.8
144		4.4	SUS	-

표 15에 나타내는 바와 같이, 샘플 141의 분리토크가 7.9N·m인 것에 대해서 샘플 142∼144가 각각 4.7, 6.7, 4.4[N·m]로 되어, 내이완성이 저하되는 것을 알 수 있었다. 또한, 샘플 141과 143에 대해서 돌출부(54)와의 접촉자국(점 X로 나타낸다)에서 등가마찰직경을 구한 바 각각 13.5㎜, 14.8㎜이었다. 개구주연부(92)와의 접촉자국(점 Y로 나타낸다)에 의거하는 등가마찰직경은 샘플 141과 143에서는 같았다. 둘레방향 단면이 경상체를 이루면, 돌출부(54) 측과 개구주연부(92) 측과의 사이에서 등가마찰직경의 비율이 달라지게 된다. 이것이 분리토크에 영향을 주는 것이 샘플 141과 143의 비교에 의해서 확인되었다.

또한, 제 2 실시형태에 관한 스파크 플러그(2)에 대해서도 각종 변형이 가능한 것은 물론이다. 개스킷(100)은 원환형상의 판재를 두께방향으로 3개소에서 굽혀서 제작하였으나, 2개소 혹은 4개소 이상에서 굽혀서 제작하여도 좋다. 또, 개스킷(100)의 둘레방향 단면이 개스킷(100)의 둘레 전체에 걸쳐서 동일한 형상이 아니어도 좋다. 즉, 개스킷(100)은, 개스킷(100)의 둘레방향에 있어서 부분적으로 도 12에 나타내는 둘레방향 단면의 형상을 가지는 것이어도 좋다.

도 12에 나타내는 개스킷(100)의 둘레방향 단면의 형상은, 금속쉘(50)의 나사목부(59)에 장착될 때에 중심축(N)방향으로 압축된 상태의 형상을 나타내었다. 이것에 한정하지 않고, 개스킷(100)을 나사목부(59)에 장착한 상태에서는 도 11에 나타내는 둘레방향 단면의 형상을 이루고, 스파크 플러그(2)를 부착구멍(91)에 나사체결할 때의 압축에 의해서 도 12에 나타내는 둘레방향 단면의 형상을 가져도 좋다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 중심전극과,
   축구멍을 가지며, 상기 축구멍의 선단측 내부에 상기 중심전극을 유지하는 절연애자와,
   상기 절연애자를 둘레방향으로 둘러싸서 유지하며, 또한 자신의 외주에 나사산이 형성되고, 또한 상기 나사산보다도 기단측에 형성되며, 자신의 외주에서 외측방향으로 돌출되면서 둘레방향으로 일주하는 형태를 이루는 돌출부를 가지는 통형상의 금속쉘과,
   상기 중심전극과의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 접지전극과,
   상기 금속쉘에 있어서의 상기 나사산과 상기 돌출부와의 사이의 부위에 외측에서 동심적으로 장착되는 환형상 형태를 이루며, 상기 금속쉘이 암나사가 형성된 부착구멍에 나사결합에 의해 부착된 상태에서 상기 돌출부와 상기 부착구멍의 개구주연부와의 사이에서 압축되어 상기 돌출부와 상기 개구주연부와의 사이를 실링하는 실링부재를 구비하는 스파크 플러그에 있어서,
   상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합하여 상기 실링부재를 상기 돌출부와 상기 개구주연부와의 사이에 끼워 압축할 때에, 상기 실링부재는 상기 돌출부 및 상기 개구주연부의 각각에 면접촉하는 것이고,
   또한 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에서 빼내어 상기 돌출부 및 상기 개구주연부에 남은 상기 실링부재와의 접촉자국을 관찰하여, 상기 돌출부 측의 접촉자국의 외경을 d1_o, 내경을 d1_h라 하고서 그 접촉자국의 등가마찰직경(D1)을 하기 식(1)에 의해서 구하고, 또한 상기 개구주연부 측의 접촉자국의 외경을 d2_o, 내경을 d2_h라 하고서 그 접촉자국의 등가마찰직경(D2)을 하기 식(2)에 의해서 구한 경우에, D1<D2를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   단,
   [수학식 1]
   

   

   
   [수학식 2]
   

   

   
   로 한다.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 금속쉘의 상기 돌출부에 있어서, 상기 실링부재를 향하는 측의 면의 최대 외경을 Dz라 하였을 때에, Dz>D2를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 실링부재는 스테인리스강으로 이루어지고, 상기 금속쉘의 표면에는 Ni도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 실링부재의 중심축을 포함하는 평면에서 상기 실링부재의 단면을 보았을 때에, 상기 실링부재의 단면은 일측 단부에서 타측 단부까지 연속하면서 상기 타측 단부가 상기 일측 단부보다도 내측에 위치하는 소용돌이 형상이고,
   또한 상기 실링부재의 단면에 있어서, 상기 실링부재는,
   자신의 일단을 상기 일측 단부로 하고, 상기 자신의 일단보다도 상기 실링부재의 직경방향 내측에 위치하는 자신의 타단을 향해서, 상기 실링부재의 축방향을 따르는 성분보다도 상기 직경방향을 따르는 성분 측이 크게 되도록 직선형상으로 연장되는 제 1 연신부와,
   상기 직경방향을 따르는 성분보다도 상기 축방향을 따르는 성분 측이 크게 되도록 직선형상으로 연장되는 제 2 연신부와,
   상기 제 1 연신부의 타단과 상기 제 2 연신부의 일단을 곡률반경(r)의 곡선으로 접속하는 제 1 접속부와,
   상기 제 2 연신부보다도 상기 직경방향 외측의 위치에서, 상기 직경방향을 따르는 성분보다도 상기 축방향을 따르는 성분 측이 크게 되도록 직선형상으로 연장되는 제 3 연신부와,
   상기 제 2 연신부의 타단과 상기 제 3 연신부의 일단을 상기 제 1 연신부로부터 멀어지는 방향으로 굴곡되는 곡선으로 접속하는 제 2 접속부와,
   자신의 일단이 상기 제 3 연신부의 타단에 접속되고 또한 자신의 타단을 상기 타측 단부로 하고, 상기 축방향에 있어서 상기 제 1 연신부 및 상기 제 2 접속부와의 사이에 위치하면서 상기 제 1 연신부 및 상기 제 2 접속부와 겹쳐지는 부위를 가지는 제 3 접속부로 구성되고,
   상기 실링부재는, 상기 제 1 연신부가 상기 금속쉘의 상기 돌출부에 접촉하는 측에 위치하고 또한 상기 금속쉘이 상기 제 2 연신부보다도 상기 직경방향 내측에 위치하도록 상기 금속쉘에 장착되고,
   상기 실링부재가, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합하기 전의 상기 금속쉘에 장착된 상태에 있어서,
   상기 실링부재의 상기 축방향의 높이를 h,
   h/2를 만족하는 위치에 있어서의 상기 제 2 연신부의 두께를 t라 하고,
   또한 상기 실링부재의 상기 직경방향에 있어서,
   상기 제 3 연신부에 있어서의 상기 실링부재의 상기 중심축에서 가장 먼 부위의 상기 중심축으로부터의 직경방향거리를 R1,
   상기 제 2 연신부에 있어서의 상기 실링부재의 상기 중심축에 가장 가까운 부위의 상기 중심축으로부터의 직경방향거리를 R2라 하였을 때에,
   2×t≤r≤(R1-R2)/2를 만족하고,
   또한 h≥(R1-R2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 실링부재의 단면에 있어서, 상기 타측 단부는 상기 직경방향에 있어서 상기 일측 단부보다도 상기 중심축 근방의 위치에 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 실링부재를 상기 축방향으로 압축할 때의 압축하중을 F라 하고, 상기 실링부재에 대한 부가압력(P)을 F/{π(R1²-R2²)}에 의해서 산출하였 때에, 상기 부가압력(P)이 60MPa∼130MPa의 범위 내에 있어서의, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합할 때의 회전각이 90°이상 360°미만인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 부가압력(P)이 60MPa∼130MPa의 범위 내에 있어서의, 상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합할 때의 회전각이 180°이상 360°미만인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속쉘을 상기 부착구멍에 나사결합하기 전에 있어서, 상기 금속쉘에 장착된 상기 실링부재의 단면에서 상기 h/2를 만족하고, 상기 두께(t)의 중앙이 되는 상기 제 2 연신부의 위치에서 상기 실링부재의 경도를 측정하였을 때에 비커즈 경도로 200Hv 이상 450Hv 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
    
11. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속쉘에 장착하기 전의 상기 실링부재의 단면을 보았을 때에, 상기 제 3 접속부의 일단 측에서 상기 타측 단부 측으로 향하는 방향이 상기 축방향에 대해서 40°이상 70°이하의 각도로 교차되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

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