KR101457836B1

KR101457836B1 - 스파크 플러그의 제조방법

Info

Publication number: KR101457836B1
Application number: KR1020137025450A
Authority: KR
Inventors: 가즈미치 히로세; 히로카즈 구로노; 도시타카 혼다
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2014-11-04
Also published as: EP2683041A1; US20130337717A1; JP2012185963A; CN103348546A; EP2683041B1; WO2012120757A1; CN103348546B; US8672722B2; EP2683041A4; JP4975172B1; KR20130126721A

Abstract

절연체의 결함의 유무를 판별하는 것에 의해, 내전압 성능을 가지는 절연체를 구비한 스파크 플러그를 제공할 수 있는 스파크 플러그의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명의 스파크 플러그의 제조방법은, 상기 중심전극과 상기 금속 쉘과 상기 절연체가 조립된 조립체를 내압 용기의 내부에 배치하고, 상기 내압 용기 내의 압력이 대기압보다도 고압 분위기로 됨과 아울러, 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간이 상기 패킹과 상기 금속 쉘과 상기 절연체와 상기 금속 쉘의 선단면을 포함하는 가상 평면으로 둘러싸이는 공간으로서, 적어도 상기 선반부와 상기 절연체의 거리가 최단이 되는 부위에 상기 절연유가 존재하는 상태하에, 상기 중심전극과 상기 금속 쉘의 사이에 전위차를 발생시켜서 상기 절연체의 결함의 유무를 판별하는 결함판별공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

스파크 플러그의 제조방법{SPARK PLUG MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 내연기관의 점화에 이용되는 스파크 플러그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 내전압 성능을 가지는 절연체를 구비한 스파크 플러그의 제조방법에 관한 것이다.

자동차 엔진 등의 내연기관의 점화용으로 사용되고 있는 스파크 플러그는, 일반적으로, 통 형상의 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 내측 구멍에 배치되는 통 형상의 절연체와, 상기 절연체의 선단측 축 구멍에 배치되는 중심전극과, 타단측 축 구멍에 배치되는 금속단자와, 금속 쉘의 선단측에 일단이 접합되고, 타단이 중심전극과 대향해서 불꽃 방전 간극을 형성하는 접지전극을 구비한다. 중심전극과 금속 쉘의 사이에 고전압이 인가되면, 중심전극과 접지전극의 사이에 불꽃 방전이 발생하고, 상기 불꽃 방전에 의해 연소실 내의 연료에 착화된다.

이때, 절연체에 미소한 구멍 등의 결함이 존재하고 있으면, 중심전극과 금속 쉘의 사이에서, 상기 결함을 통하여 전류의 리크(이하에 있어서 관통 방전이라 한다)가 발생하여 정상적인 불꽃 방전이 실시되지 않게 될 우려가 있다.

특허문헌 1에는 절연 애자의 결함을 용이하고 또한 확실하게 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것을 과제로 하여 「중공부(中空部)가 내부에 형성됨과 아울러, 상기 중공부의 일단이 개구된 절연 애자를 유지하고, 상기 절연 애자의 중공부에 삽입된 제 1 전극과 상기 절연 애자의 근방에 설치된 제 2 전극의 사이에 불꽃 방전을 발생시키며, 상기 제 1 및 상기 제 2 전극 사이에 전압차를 발생시켰을 때에 발생하는 불꽃 방전이, 상기 절연 애자의 상기 중공부의 개구를 통과했는지 아닌지를 인식하고, 상기 중공부의 개구를 통과한 유무에 의해서 상기 절연 애자의 양부(良否)를 판별하는 것을 특징으로 하는 절연 애자의 결함검출방법.」(청구항 5)이 기재되어 있다. 상기 방법에 따르면, 절연 애자의 중공부의 개구를 통과하여 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 불꽃 방전이 발생한 경우에는, 절연 애자에 결함이 존재하지 않는다고 판정된다. 한편, 절연 애자의 중공부의 개구를 통과하는 일없이, 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 불꽃 방전이 발생한 경우에는, 절연 애자의 결함을 통과하여 관통 방전이 발생한 것이기 때문에, 절연 애자에 결함이 존재하고 있다고 판정된다.

그런데 상기 결함검출방법에 있어서, 절연 애자로부터 미소한 결함을 검출하기 위해서는, 제 1 및 제 2 전극 사이에 보다 고전압의 전위차를 인가하는 것이 효과적이다. 절연체에 결함이 있는 경우에 있어서, 해당 결함을 통과하여 관통 방전이 발생하기 쉬워지기 때문이다. 그래서, 상기 결함검출방법을 채용한 다음에, 제 1 및 제 2 전극 사이의 전위차를 증대시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나 인가 전압을 증대시켰다고 해도, 소정의 전압값에 도달한 시점에서, 상기 중공부의 개구를 통과하는 불꽃 방전이 발생한다. 이로 인해, 해당 소정 전압값 이상의 전압을 인가하는 것은 무의미하고, 단지 고전압을 인가하는 것만으로는 절연 애자에 존재하는 미소한 결함의 검출 정밀도를 향상시키는 데도 한계가 있다.

이와 같은 과제에 대해서, 특허문헌 2에는, 「··상기 내압 용기 내를 대기압보다도 고압의 에어로 밀봉하고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 전위차를 발생시켜서 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 흐르는 누설 전류를 검출하고, 상기 누설 전류의 전류값이 소정의 값보다도 큰지 아닌지에 의해, 상기 절연 애자의 결함을 판별하는 것을 특징으로 하는 절연 애자의 결함검사방법.」(청구항 1)이 기재되어 있다. 상기 발명에서는 내압 용기 내를 대기압보다도 고압의 에어로 밀봉함으로써, 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 공기 중의 불꽃 방전을 억제하고, 상기 중공부를 통과하는 불꽃 방전의 발생에 필요로 하는 전위차를 증대시키는 것이 생각되고 있다. 이에 따라, 상기 중공부를 통과하는 불꽃 방전의 발생을 억제하면서, 양전극 사이의 전위차를 증대시킬 수 있고, 그 결과, 절연 애자에 존재하는 미소한 결함의 검출 정밀도의 향상이 도모되고 있다.

특허문헌1 : 일본국 특허 제2550790호 공보 특허문헌2 : 일본국 특개2004-108817호 공보

그러나 종래의 절연체의 결함을 검출하는 방법에서는, 절연체를 금속 쉘 등에 조립하기 전의 절연체 단체(單體)에 대해서 실시되고 있었으므로, 절연체 단체에서는 결함이 검출되지 않았다고 해도, 그 후에 중심전극, 금속 쉘, 절연체 등의 개개의 부품이 조립되는 등, 스파크 플러그가 완성되기까지의 여러 가지 공정을 거치는 중에, 어떤 요인에 의해서 절연체에 결함이 발생하는 일이 있었던 경우에, 공정 중에 발생한 결함을 검출할 수 없었다. 그래서, 스파크 플러그가 완성되기까지의 공정 중에서도 가능한 한 완성품에 가까운 중간부품에 대해서, 절연체의 결함의 유무를 판별하는 것이 바람직하다고 생각된다.

단, 적어도 절연체와 중심전극과 금속 쉘이 조립된 스파크 플러그의 중간부품에 고전압을 인가하면, 접지전극이 설치되는 측을 선단측으로 하고, 중심전극과 접지전극의 사이에서의 정규의 불꽃 방전이나 중심전극의 선단과 금속 쉘의 선단의 사이 및 중심전극의 선단과 패킹의 사이 등에서의 누전에 의한 불꽃 방전[이하에 있어서 플래시 오버(flashover)라고 하는 일이 있다]이 발생한다. 절연체의 결함을 통과하는 관통 방전이 발생하기 전에, 상기 플래시 오버가 발생하면, 절연체의 결함을 검출할 수 없다. 그래서, 내압 용기 내에 상기 중간부품을 설치하여 내압 용기 내를 대기압보다도 고압 분위기로 하는 것에 의해 상기 플래시 오버의 발생을 억제하는 것을 생각할 수 있지만, 스파크 플러그가 내연기관에서 사용된 경우에 인가될 가능성이 있는 최고 전압을 인가했을 때에, 상기 플래시 오버의 발생을 억제하려면, 내압 용기 내의 분위기를 상당히 고압으로 할 필요가 있다. 그로 인해, 가압기의 대형화 및 관리의 번잡화를 피할 수 없다.

본 발명은 절연체의 결함의 유무를 판별함으로써, 내전압 성능을 가지는 절연체를 구비한 스파크 플러그를 제공할 수 있는 스파크 플러그의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, (1) 축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지는 절연체와, 상기 축 구멍 내로 삽입되어 설치되는 중심전극과, 상기 절연체의 외주에 배치되고, 자신의 내측으로 돌출되는 선반(ledge)부를 구비하는 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 선단부에 접합되고, 상기 중심전극과의 사이에 갭을 형성하는 접지전극과, 상기 금속 쉘에 있어서 상기 갭이 형성되는 측을 상기 금속 쉘의 선단측으로 했을 때에, 상기 선반부의 후단측의 면과 상기 절연체의 사이에 배치되는 패킹을 구비하는 스파크 플러그의 제조방법으로서, 상기 중심전극과 상기 금속 쉘과 상기 절연체가 조립된 조립체를 내압 용기의 내부에 배치하고, 상기 내압 용기 내의 압력이 대기압보다도 고압 분위기로 됨과 아울러, 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간이 상기 패킹과 상기 금속 쉘과 상기 절연체와 상기 금속 쉘의 선단면을 포함하는 가상 평면으로 둘러싸이는 공간으로서, 적어도 상기 선반부와 상기 절연체의 거리가 최단이 되는 부위에 상기 절연유가 존재하는 상태하에, 상기 중심전극과 상기 금속 쉘의 사이에 전위차를 발생시켜서 상기 절연체의 결함의 유무를 판별하는 결함판별공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법이고,

상기 (1)의 바람직한 형태는, (2) 상기 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간이, 상기 패킹과 상기 금속 쉘과 상기 절연체와 상기 선반부의 선단을 포함하는 상기 축선에 직교하는 가상 평면으로 둘러싸이는 제 2 공간이며, (3) 상기 절연유의 비유전율이 5 이하이고, (4) 상기 내압 용기 내의 분위기의 압력이 5㎫ 미만이며, (5) 상기 접지전극을 구부리는 것에 의해 상기 갭을 형성하는 공정 전에, 상기 결함판별공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법은, 적어도 상기 중심전극과 상기 금속 쉘과 상기 절연체가 조립된 조립체를 사용하여 결함판별공정을 실시하므로, 절연체 제조시에 발생한 결함뿐만이 아니라, 조립 등의 제조공정 중에 있어서의 여러 가지의 요인으로 발생할 수 있는 절연체의 결함도 검출할 수 있다. 또, 대기압보다도 고압 분위기로 유지된 내압 용기 내에 조립체를 설치하여 두고, 상기 공간에 절연유가 존재하는 상태하에 중심전극과 금속 쉘의 사이에 전위차를 발생시켜서 절연체의 결함의 유무를 판별하므로, 중심전극으로부터 절연체의 표면을 따라서 패킹을 향하여 방전하는, 플래시 오버의 하나인 연면(沿面) 방전을 억제할 수 있다. 그 결과, 내연기관에서 사용될 때의 요구 내전압과 동등한 전압을 걸더라도 연면 방전을 발생시키는 일없이, 절연체에 결함이 있는 경우에는, 상기 결함 내를 통과하는 관통 방전을 발생시킬 수 있으므로, 절연체의 결함의 유무를 간단한 설비에 의해 확실하게 판별할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 따르면, 결함이 없는 절연체를 구비한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 따르면, 상기 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간이 상기 제 2 공간이라고 하는 좁은 공간으로 한정되므로, 중심전극과 금속 쉘의 사이에 전위차를 발생시켰을 때에 절연유 중에 기포가 발생하고, 상기 기포에 기인하여 결함이 없는 절연체를 결함이 있는 절연체라고 잘못하여 판별하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 따르면, 상기 절연유의 비유전율이 5 이하이므로, 결함판별공정에 있어서 절연체에 걸리는 전압을 작게 할 수 있어 절연체에의 부하를 억제할 수 있다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 따르면, 내압 용기 내의 분위기의 압력이 5㎫ 미만이므로, 가압기의 대형화 및 관리의 번잡화를 억제할 수 있다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 따르면, 상기 접지전극을 구부리는 것에 의해 상기 갭을 형성하는 공정 전에, 상기 결함판별공정을 실시하므로, 상기 결함판별공정 중에 상기 중심전극과 상기 접지전극의 사이에 불꽃 방전이 발생하는 것을 더욱더 한층 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 의해 제조되는 스파크 플러그의 일례를 나타내는 스파크 플러그의 단면 전체 설명도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 스파크 플러그의 주요부 단면 설명도이다.
도 3은 내압 용기의 일례를 나타내는 내압 용기의 단면 설명도이다.
도 4는 내압 용기 내의 분위기의 압력과 플래시 오버가 발생했을 때의 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 절연유의 유무의 차이를 나타내는, 내압 용기 내의 분위기의 압력과 플래시 오버가 발생했을 때의 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 절연유의 주입량의 차이를 나타내는, 내압 용기 내의 분위기의 압력과 플래시 오버가 발생했을 때의 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 비유전율이 다른 절연유의 절연체에 부여하는 부하의 영향을 나타내는 도면이다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 의해 제조되는 스파크 플러그(1)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 축선(O) 방향으로 연장되는 축 구멍(7)을 가지는 절연체(2)와, 상기 축 구멍(7) 내로 삽입되어 설치되는 중심전극(3)과, 상기 절연체(2)의 외주에 배치되고, 자신의 내측으로 돌출되는 선반부(8)를 구비하는 금속 쉘(4)과, 상기 금속 쉘(4)의 선단부에 접합되고, 상기 중심전극(3)과의 사이에 갭(g)을 형성하는 접지전극(5)과, 상기 금속 쉘(4)에 있어서 상기 갭(g)이 형성되는 측을 상기 금속 쉘(4)의 선단측으로 했을 때에, 상기 선반부(8)의 후단측의 제 1 면(9)과 상기 절연체(2)의 사이에 배치되는 패킹(6)을 구비한다.

상기 절연체(2)는 기계적 강도, 열적 강도, 전기적 강도 등을 가지는 재료, 예를 들면, 알루미나를 주체로 하는 세라믹 소결체에 의해 형성되고, 대략 원통 형상이며 축선(O) 방향으로 연장되는 축 구멍(7)을 가진다. 축 구멍(7) 내의 일단측에는 대략 원기둥 형상의 중심전극(3)이 유지되고, 축 구멍(7) 내의 타단측에 대략 원기둥 형상의 금속단자(10)가 유지되어 있다. 축 구멍(7) 내에 있어서의 중심전극 (3)과 금속단자(10)의 사이에는 전파 잡음의 발생을 억제하기 위해 필요에 따라서 저항체(11)가 설치되고, 저항체(11)의 양단에 도전성의 유리 밀봉층(12, 13)이 설치되어 중심전극(3)과 금속단자(10)가 전기적으로 접속된다. 절연체(2)의 축선(O) 방향에 있어서의 대략 중앙 부분에는 직경 방향 외측으로 돌출되는 차양 형상의 플랜지부(14)가 형성되고, 상기 플랜지부(14)로부터 선단측에 상기 플랜지부(14)보다 소경인 중간 몸통부(15)가 형성되며, 상기 중간 몸통부(15)보다 선단측에 상기 중간 몸통부(15)보다 소경이고, 완만하게 축경(縮俓)하여 연재되는 긴 다리부(16)가 형성되어 있다. 중간 몸통부(15)의 외주면(17)과 긴 다리부(16)의 외주면(18)은 테이퍼 형상으로 형성되는 단차면(19)으로 연결되고, 상기 단차면{(段差面)(19)}과 후술하는 금속 쉘(4)의 선반부(8)의 후단측의 제 1 면(9)의 사이에 패킹(6)이 배치되어 절연체(2)가 금속 쉘(4)에 대해서 유지되어 있다.

상기 중심전극(3)은 열전도성 및 기계적 강도 등을 가지는 재료, 예를 들면, 인코넬(상표명) 600등의 니켈(Ni)기 합금으로 형성된다. 중심전극(3)은 절연체(2)의 축 구멍(7) 내에 형성된 중간 몸통부(15)의 내주면과 상기 중간 몸통부(15)보다 내경이 작은 긴 다리부(16)의 내주면의 사이를 연결하는 테이퍼 형상의 단차(20)에 지지를 받는 머리부(21)와, 상기 머리부으로부터 선단 방향으로 연장되고, 상기 머리부보다 외경이 작은 몸통부(22)를 가지며, 상기 몸통부(22)의 선단부가 절연체(2)의 선단면으로부터 돌출된 상태에서 금속 쉘(4)에 대해 절연되어 유지되어 있다.

상기 금속 쉘(4)은 저탄소강 등의 도전성의 철강재료에 의해 형성되고, 대략 원통 형상을 가지고 있으며, 절연체(2)를 수용해서 유지하도록 형성되어 있다. 금속 쉘(4)에 있어서의 선단 방향의 외주면에는 나사부(23)가 형성되어 있고, 상기 나사부(23)를 이용해서 도시하지 않는 내연기관의 실린더 헤드에 스파크 플러그가 장착된다. 나사부(23)의 후단측에는 차양 형상의 가스 밀봉부(24)가 형성되고, 상기 가스 밀봉부(24)와 나사부(23)의 사이에는 개스킷(25)이 끼워 넣어져 있다. 가스 밀봉부(24)의 후단측에는 스패너나 렌치 등의 공구를 걸어 맞추게 하는 공구 걸어맞춤부(26)가 형성되고, 공구 걸어맞춤부(26)의 후단측에는 크림프(crimp)부(27)가 형성되어 있다. 크림프부(27) 및 공구 걸어맞춤부(26)의 내주면과 절연체(2)의 외주면의 사이에 형성되는 환 형상의 공간에는 링 형상 패킹(28) 및 활석(29)이 배치되고, 절연체(2)가 금속 쉘(4)에 대해서 고정되어 있다. 가스 밀봉부(24)보다 선단측에 절연체(2)의 중간 몸통부(15)를 둘러싸는 중통부{(中筒部)(30)}가 형성되고, 상기 중통부(30)보다 선단측에 직경 방향 내측으로 돌출되는 선반부(8)가 형성되며, 상기 선반부(8)보다 선단측에 절연체(2)의 긴 다리부(16)를 둘러싸는 전통부{(前筒部)(31)}가 형성되어 있다. 상기 선반부(8)는 직경 방향 내측으로 무엇보다도 가장 돌출되어 있는 면으로서, 통상, 상기 절연체(2)의 긴 다리부(16)의 외주면(18)과의 거리가 최단이 되는 원통 형상의 선반부 내주면(32)과, 상기 선반부 내주면(32)의 후단과 상기 선반부 내주면(32)보다 내경이 큰 중간 몸통부 내주면(33)을 연결하는 테이퍼 형상의 제 1 면{(9)(선반부(8)의 후단측의 면)}과, 상기 선반부 내주면(32)의 선단과 상기 선반부 내주면(32)보다 내경이 큰 전통부 내주면(34)을 연결하는 테이퍼 형상의 제 2 면(35)을 가진다.

상기 접지전극(5)은 예를 들면, 대략 각기둥체로 형성되어 이루어지고, 일단이 금속 쉘(4)의 선단면에 접합되며, 도중에 대략 ㄴ자로 구부러지고, 그 선단부가 중심전극(3)의 선단부와의 사이에 갭(g)을 통하여 대향하도록 그 형상 및 구조가 설계되어 있다. 접지전극(5)은 중심전극(3)을 형성하는 재료와 같은 재료에 의해 형성된다.

다음에, 본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 대해서 설명한다. 우선, 본 발명의 과제를 달성하기 위해 중요한 절연체의 결함판별공정부터 설명한다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법에 있어서의 결함판별공정은, 적어도 상기 중심전극(3)과 상기 금속 쉘(4)과 상기 절연체(2)가 조립된 조립체를 내압 용기의 내부에 배치하고, 상기 내압 용기 내가 대기압보다도 고압 분위기로 됨과 아울러, 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간이 상기 패킹(6)과 상기 금속 쉘 (4)과 상기 절연체(2)와 상기 금속 쉘(4)의 선단면을 포함하는 가상 평면(h)으로 둘러싸이는 제 1 공간(a)으로서, 적어도 상기 선반부(8)와 상기 절연체(2)의 거리가 최단이 되는 부위에 상기 절연유가 존재하는 상태하에, 상기 중심전극(3)과 상기 금속 쉘(4)의 사이에 전위차를 발생시켜서 상기 절연체(2)의 결함의 유무를 판별한다.

본 발명의 스파크 플러그의 제조방법은 상기 결함판별공정을 가짐으로써, 스파크 플러그가 내연기관에서 사용되었을 때에 절연체(2)에 인가될 가능성이 있는 최고 전압이 인가되었을 때에, 관통 방전을 발생시키는 절연체(2)의 결함의 유무를 확실하게 판별할 수 있다. 인가될 가능성이 있는 최고 전압은, 스파크 플러그가 내연기관에서 사용될 때에 스파크 플러그에 인가되는 전압에 더불어서 우발적으로 스파크 플러그에 인가될 수 있는 전압을 가미한 전압(이하에 있어서 요구 내전압이라고 하는 일이 있다)이다. 상기 요구 내전압이 인가되었을 때에 관통 방전을 발생하지 않는 절연체(2)는 내전압 성능을 가진다고 판단할 수 있다. 본 발명의 스파크 플러그의 제조방법은 상기 결함판별공정을 가지므로, 요구 내전압이 인가되었을 때에 관통 방전을 발생시킬 가능성이 있는 결함이 존재하지 않는 절연체(2)를 구비한 스파크 플러그, 즉 내전압 성능을 가지는 절연체(2)를 구비한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.

상기 결함판별공정에서는 내압 용기의 내부에 절연체(2)만이 아니고, 적어도 상기 중심전극(3)과 상기 금속 쉘(4)과 상기 절연체(2)가 조립된 조립체가 배치된다. 내압 용기의 내부에 배치되는 것은, 상기 결함판별공정을 거친 후에 완성품이 되는 스파크 플러그의 중간부품이라도 좋고, 상기 조립체에 다시 후술하는 공정을 거쳐 얻어지는 각 공정 종료시에 얻어지는 중간부품이라도 좋다. 결함판별공정이 절연체(2) 단체에 대해서 실시되면, 절연체(2) 단체에서는 결함이 검출되지 않았다고 해도, 그 후에 중심전극(3), 금속 쉘(4), 절연체(2) 등의 개개의 부품이 조립되는 등, 스파크 플러그가 완성될 때까지의 여러 가지 공정을 거치는 중에 어떤 요인에 의해 절연체(2)에 결함이 발생하는 일이 있었던 경우에, 공정 중에 발생한 결함을 검출할 수 없다. 그래서, 적어도 상기 조립체가 얻어지는 공정을 거친 후에 얻어지는 중간부품에 대해서, 바람직하게는 가능한 한 완성품에 가까운 중간부품에 대해서 결함판별공정을 실시함으로써, 공정 중에 발생한 결함을 확실하게 검출할 수 있다. 단, 접지전극(5)을 구부리는 것에 의해 갭(g)을 형성하는 공정을 거친 후의 중간부품은, 결함판별공정 중에 갭(g)에 있어서 정규의 불꽃 방전이 발생하기 쉬워지고, 절연체(2)의 관통 방전을 검지하기 어려워질 우려가 있으므로, 접지전극 (5)을 구부리는 공정의 전에 결함판별공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이하에 있어서는, 내압 용기에 중심전극(3)과 금속단자(10)와 금속 쉘(4)과 절연체(2)가 조립된 조립체를 배치해서 결함판별공정을 실시하는 경우에 대해서 설명한다.

상기 결함판별공정은, 절연체(2)에 요구 내전압을 인가했을 때에 절연체(2)에 관통 방전이 발생하는지 아닌지를 검출함으로써, 절연체(2)의 결함의 유무를 판별한다. 관통 방전이 발생한 것은, 예를 들면, 인가한 전류를 측정했을 때의 파형에 의해 검출할 수 있다. 근래 구해지는 요구 내전압은, 종래 보다도 높아지고 있고, 예를 들면 절연체는 40㎸에 있어서의 내전압 성능이 구해진다. 대기압 하에 있어서, 절연체(2) 단체에 대해서는 아니고, 조립체에 대해서, 40㎸의 고전압을 인가하면, 절연체(2)의 결함을 통과하는 관통 방전이 발생하기 전에 중심전극(3)의 선단과 금속 쉘(4)의 선단의 사이 등에서 플래시 오버가 발생하고, 절연체(2)의 결함의 유무를 판별할 수 없다. 그래서, 내압 용기 내를 대기압보다도 고압 분위기로 하는 것에 의해, 공기 중의 불꽃 방전을 어느 정도 억제할 수 있다. 그러나 40㎸의 전압을 인가했을 때에 관통 방전이 발생하기 전에 플래시 오버가 발생하는 것을 억제하기 위해서는, 내압 용기 내의 분위기의 압력을 후술하는 바와 같이, 7㎫ 이상으로 할 필요가 있다. 이와 같은 고압 환경을 설정하려면, 대형의 가압기를 필요로 하고, 게다가 관리도 번잡하게 된다.

그런데 조립체에 고전압을 인가하면, 중심전극(3)의 선단과 금속 쉘(4)의 선단의 사이, 금속단자(10)의 후단과 금속 쉘(4)의 크림프부(27)의 사이, 및 중심전극(3)의 선단과 패킹(6)의 사이에 플래시 오버가 발생할 가능성이 있다. 이들 중에서도, 중심전극(3)의 선단과 패킹(6)의 사이에 발생하는 플래시 오버는, 중심전극(3)의 선단에서 절연체(2)의 표면을 따라서 패킹(6)으로 향하여 방전하는 연면 방전이므로, 공기를 통하여 플래시 오버가 발생하는 다른 부위보다도 플래시 오버가 발생하기 쉽다.

상기 결함판별공정에서는, 내압 용기 내의 분위기의 압력이 불꽃 방전이 발생하기 어려운 고압 분위기로 유지됨과 아울러, 상기 제 1 공간(a)에 절연유가 존재하는 것이 가능하게 되고, 적어도 상기 선반부(8)와 상기 절연체(2)의 거리가 최단이 되는 부위에 상기 절연유가 존재하는 상태하에, 상기 중심전극(3)과 상기 금속 쉘(4)의 사이에 전위차를 발생시키므로, 절연체(2)의 표면을 따라서 발생하는 연면 방전의 발생을 억제할 수 있다. 상기 제 1 공간(a)에 있어서의 절연유의 존재에 의해, 가장 발생하기 쉬운 플래시 오버의 발생을 억제할 수 있으므로, 내압 용기 내의 분위기의 압력을 7㎫까지 올리는 일없이, 요구 내전압과 동등한 전압을 인가함으로써, 절연체(2)의 결함의 유무를 확실하게 판별할 수 있다. 내압 용기 내의 분위기의 압력은 대기압보다 크고, 바람직하게는 1.5㎫보다 크며, 가압기의 대형화 및 관리의 번잡화의 관점으로부터 5㎫ 미만인 것이 바람직하다. 또한, 상기 압력은 절대압이다.

상기 절연유는 80℃에 있어서의 체적저항률이 1.0×10⁸(Ω·㎝) 이상의 액체이며, 예를 들면, JIS C 2320에 기재되어 있는, 광유(鑛油), 알킬벤젠, 폴리부텐, 알킬나프탈렌, 알킬디페닐알칸, 실리콘유 등의 전기 절연유를 들 수 있다.

상기 절연유는 적어도 상기 선반부(8)와 상기 절연체(2)의 거리가 최단이 되는 부위에 존재하면 좋고, 상기 절연유는 상기 제 1 공간(a)에 존재하는 것이 가능하다. 상기한 바와 같이, 절연체(2)의 표면을 따라서 발생하는 연면 방전이 가장 발생하기 쉽고, 상기 연면 방전이 발생하는 상기 제 1 공간에 체적저항률이 높은 절연유가 존재하면, 전류가 흐르기 어려워져 연면 방전의 발생을 억제할 수 있다. 적어도 상기 선반부(8)와 상기 절연체(2)의 거리가 최단이 되는 부위에 상기 절연유가 존재하면, 상기 부위에서 절연 파괴가 발생하여 플래시 오버가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

상기 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간은, 상기 패킹(6)과 상기 금속 쉘(4)과 상기 절연체(2)와 상기 선반부(8)의 선단을 포함하는 상기 축선에 직교하는 가상 평면(k)으로 둘러싸이는 제 2 공간(b)인 것이 바람직하다. 절연체(2)와 금속 쉘(4)로 둘러싸이는 공간에 있어서의 절연유가 존재하는 것이 가능한 량을 필요 최소한으로 하는 것에 의해, 결함이 없는 절연체(2)를 결함이 있다고 잘못하여 판별하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 공간(a)에 절연유가 채워진 상태에서 중심전극(3)과 금속 쉘(4)의 사이에 전위차를 발생시키면, 절연유 중에 기포가 발생하는 일이 있다. 상기 기포에 기인해서 전류의 파형에 변화가 발생함으로써, 절연체(2)에 결함이 있다고 잘못하여 판별할 우려가 있다. 따라서, 절연유가 존재하는 것이 가능한 공간을 상기 제 2 공간(b)으로 하는 것에 의해, 잘못된 판별을 방지할 수 있다. 또한, 상기 선반부(8)의 선단은, 제 2 면(35)과 전통부 내주면(34)의 경계로서, 직경 방향으로 돌출되는 선반부(8)의 선단측 기단부(基端部)이다.

상기 절연유의 비유전율은 5 이하인 것이 바람직하다. 절연유의 비유전율이 5 이하이면, 절연체(2)에 걸리는 전압을 작게 할 수 있으므로, 상기 결함판별공정에 의한 절연체(2)로의 부하를 억제할 수 있다.

상기 절연유로서는, 결함판별공정 후에 휘발하여 소실되는 비점을 가지는 절연유가 바람직하다. 결함판별공정 후에 절연유가 휘발하여 소실되면, 특별한 처리를 하는 일없이, 다음의 공정으로 신속하게 이행할 수 있다.

상기 내압 용기(50)는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 내압성을 가지는 용기(40)와, 그 내부에 설치된, 조립체(41)를 배치하기 위한 금속제의 고정판 (42)을 가진다. 상기 고정판(42)은, 예를 들면 복수의 원형의 구멍을 가지며, 상기 구멍에 접지전극(46)이 설치되어 있는 측이 상측이 되도록 하여 조립체(41)가 배치된다. 내압 용기(50)에는 배관을 통하여 컴프레서가 접속된다(도시생략). 또, 조립체(41)의 금속단자(43)는 접속 케이블(44)을 통하여 전원(도시생략)에 전기적으로 접속되도록 구성된다. 전원은 접속 케이블(44)에 접속된 금속단자(43)와 고정판 (42)의 사이에 흐르는 전류값을 측정할 수 있도록 구성된다. 또한, 조립체(41)에 금속단자(43)가 조립되어 있지 않은 경우에는, 접속 케이블(44)의 전원에 접속되는 측과는 반대측의 단부에 금속제의 봉이 접속되고, 상기 봉과 중심전극(45)이 전기적으로 접속되도록 구성된다.

상기 결함판별공정에서는, 우선 내압 용기(50)에 조립체(41)가 배치된다. 내압 용기(50)에 조립체(41)가 배치된 후에, 상기 선반부와 상기 절연체의 거리가 최단이 되는 부위를 적어도 포함하는, 상기 제 1 공간(a) 또는 상기 제 2 공간(b)에 절연유가 주입된다. 그 다음에, 컴프레서에 의해 내압 용기(50) 내가 소정의 압력으로 유지되고, 전원에 의해 소정의 전압이 소정 시간, 접속 케이블(44)을 통하여 인가된다. 이때, 금속단자(43)와 고정판(42)의 사이를 흐르는 전류를 측정하고, 전류의 파형에 의해서 절연체(2)의 결함의 유무를 판별한다.

다음에, 결함판별공정 이외의 스파크 플러그의 제조 공정의 일례를 설명한다. 우선, 중심전극(3) 및 접지전극(5)은 예를 들면, 진공 용해로를 이용하여 소망한 조성을 가지는 합금의 용탕을 조제하고, 진공 주조로 각 용탕으로부터 주괴(鑄塊)를 조제한 후, 상기 주괴를 소성가공 등으로 하여 소정의 형상 및 소정의 치수로 적절히 조정해서 중심전극(3) 및 접지전극(5)을 제작할 수 있다. 또한, 컵 형상으로 형성한 외재(外材)에 내재(內材)를 삽입하고, 압출 가공 등의 소성가공으로 중심전극(3)을 형성할 수도 있다.

그 다음에, 소정의 형상으로 소성가공 등에 의해서 형성한 금속 쉘(4)의 선단면에, 접지전극(5)의 일단부를 전기저항용접 또는 레이저용접 등에 의해서 접합한다.

그 다음에, 필요에 따라 소망하는 조성을 가지는 팁 재료를 용해하여 얻어지는 용해재를 판재로 가공하고, 상기 판재를 열간 펀칭가공에 의해 예정의 팁 형상으로 펀칭하여 귀금속 팁을 제작하며, 상기 귀금속 팁을 중심전극(3) 및 접지전극(5)에 저항용접 및/또는 레이저용접 등에 의해 용융 고착한다.

한편, 세라믹 등을 소정의 형상으로 소성하는 것에 의해서 절연체(2)를 제작하고, 상기 절연체(2)의 축 구멍(7) 내에 귀금속 팁이 접합된 중심전극(3)을 삽입하여 설치하며, 유리 밀봉층(12)을 형성하는 유리 분말, 저항체(11)를 형성하는 저항체 조성물, 상기 유리 분말을 상기 순서로 상기 축 구멍(7) 내에 예비 압축하면서 충전한다. 그 다음에 상기 축 구멍(7) 내의 단부로부터 금속단자(10)를 압입하면서 저항체 조성물 및 유리 분말을 압축 가열한다. 이렇게 해서 저항체 조성물 및 유리 분말이 소결되어 저항체(11) 및 유리 밀봉층(12, 13)이 형성된다. 그 다음에 접지전극(5)이 접합된 금속 쉘(4)의 선반부(8)에 패킹(6)을 배치하고, 상기 중심전극(3) 등이 고정된 절연체(2)를 조립하여 조립체로 한다. 상기 조립체에 대해서 상기한 결함판별공정을 실시한다.

마지막으로 접지전극(5)의 선단부를 중심전극(3)측으로 접어 구부려서 접지전극(5)의 일단과 중심전극(3)의 선단부의 사이에 갭(g)이 형성되도록 해서 스파크 플러그가 제조된다.

결함판별공정은, 적어도 중심전극(3)과 금속 쉘(4)과 절연체(2)가 조립된 조립체가 형성된 후에 실시된다. 상기 제조공정에 있어서는, 중심전극(3)과 저항체 (11)와 금속단자(10)가 조립된 절연체(2)를 금속 쉘(4)에 조립하고 있지만, 이들을 조립하는 순서는 특별히 제한이 없고, 금속 쉘(4)에 절연체(2)를 조립한 후에 중심전극(3)을 조립해도 좋다. 이 경우, 저항체(11) 및 금속단자(10)를 절연체(2)에 조립하기 전에 결함판별공정을 실시해도 좋다. 또, 상기 제조공정에 있어서는, 접지전극(5)이 접합된 금속 쉘(4)에 절연체(2)를 조립하고 있지만, 모든 부품이 조립된 후에 접지전극(5)을 접합해도 좋다.

본 발명에 관련되는 스파크 플러그의 제조방법에 의해 제조된 스파크 플러그는, 자동차용의 내연기관, 예를 들면 가솔린엔진 등의 점화전으로서 사용되고, 내연기관의 연소실을 구획 형성하는 헤드(도시생략)에 설치된 나사구멍에 상기 나사부(23)가 나사 결합되어 소정의 위치에 고정된다.

본 발명에 관련되는 스파크 플러그의 제조방법은, 상기한 실시예로 한정되는 일은 없고, 본원 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에 있어서, 여러 가지의 변경이 가능하다.

실시예

＜조립체의 제작＞

상기한 제조공정에 따라서, 중심전극과 저항체와 금속단자와 절연체와 금속 쉘과 접지전극이 조립된 조립체를 제조했다. 또한, 상기 조립체는 접지전극이 구부러져 있지 않으므로, 중심전극과 접지전극의 사이에 갭(g)이 형성되어 있지 않다. 또, 나사직경은 M12이며, 절연체의 중간 몸통부의 두께는 3㎜였다.

＜평가방법＞

(실시예 1)

접지전극이 접합되어 있는 측을 상측으로 하여 상기 조립체를 도 3에 나타내는 내압 용기에 배치하고, 내압 용기 내의 분위기의 압력을 대기압에서 10㎫까지의 사이의 소정의 압력으로 유지한 상태에서, 금속단자에 전압을 인가하여 중심전극과 금속 쉘의 사이에 전위차를 발생시켰다. 이때, 전압값을 천천히 올리면서 금속단자와 고정판의 사이에 흐르는 전류를 측정하고, 그 파형으로부터 플래시 오버가 발생했을 때의 전압을 측정했다. 또한, 각 압력에 대해서 3회 시험을 실시하고, 측정된 전압의 평균값을 산출했다. 결과를 도 4에 나타낸다.

(실시예 2)

내압 용기 내의 분위기의 압력을 대기압에서 2㎫까지의 소정의 압력으로 하고, 패킹과 금속 쉘과 절연체와 금속 쉘의 선단면을 포함하는 가상 평면으로 둘러싸이는 제 1 공간(a)에 절연유를 주입한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 시험을 실시했다. 결과를 도 5에 나타낸다. 또한, 절연유 1의 비유전율은 2.0, 80℃에 있어서의 체적 저항률은 1.0×10¹⁵Ω·㎝이며, 절연유 2의 비유전율은 1.5, 80℃에 있어서의 체적 저항률은 2.0×10¹³Ω·㎝였다.

(실시예 3)

절연유 1을 사용하고, 절연유의 량을 변화시킨 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 하여 시험을 실시했다. 결과를 도 6에 나타낸다. 또한, 도 6에 있어서, 액면 1은 선반부 내주면에 있어서의 축선(O) 방향의 중심을 포함하는 액면까지 절연유를 주입한 경우이고, 액면 2는 선반부의 선단을 포함하는 액면까지 절연유를 주입한 경우이며, 액면 3은 선반부의 선단과 금속 쉘의 선단의 축선 방향 길이의 중심을 포함하는 액면까지 절연유를 주입한 경우이다.

(실시예 4)

80℃에 있어서의 체적 저항률이 1.0×10¹³이며, 비유전율이 1∼7의 범위에 있는 절연유를 7종류 준비하고, 이들의 절연유를 절연유(1)∼절연유(7)로 했다. 이들의 절연유를 사용하고, 내압 용기 내의 분위기의 압력을 1.5㎫로 하여 40㎸의 전압을 10분간 인가한 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 하여 시험을 실시했다. 그 다음에, 내압 용기로부터 조립체를 꺼내고, 절연체의 선단에 절연체가 파단될 때까지 압력(p)을 가했다. 압력을 가한 점에서 파단면까지의 거리(d)를 측정하고, 이하의 식에 따라서, 파단 모멘트(m)를 산출하여 파단 모멘트로 절연체의 강도를 평가했다.

파단 모멘트(m)=압력(p)×거리(d)

또한, 절연유의 종류마다 3회 시험을 실시했다. 결과를 도 7에 나타낸다. 또, 절연체의 강도는, 이하의 기준에 따라서 평가하고, 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

◎：파단 모멘트의 하한값이 5.8 이상

○：파단 모멘트의 하한값이 5.6 이상 5.8 미만

△：파단 모멘트의 하한값이 5.4 이상 5.6 미만

절연유의 종류	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)
비유전율	1	2	3	4	5	6	7
평가	◎	◎	◎	◎	◎	○	△

도 4에 나타내는 바와 같이, 내압 용기 내의 분위기의 압력이 높아질수록 플래시 오버의 발생이 억제되고, 플래시 오버가 발생할 때의 전압이 높아졌다. 실시예 1에 의해, 요구 내전압으로서 필요하게 되는 40㎸로 플래시 오버를 발생시키지 않도록 하려면, 내압 용기 내의 분위기의 압력을 적어도 7㎫로 할 필요가 있는 것을 나타내었다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 절연체와 금속 쉘의 사이에 절연유가 존재하면, 플래시 오버가 발생하는 전압이 높아졌다. 또, 내압 용기 내의 분위기의 압력이 높아질수록 플래시 오버가 발생하는 전압이 높아졌다. 실시예 2에 의해, 절연유가 존재하고, 압력이 적어도 1.5㎫일 때, 요구 내전압을 걸었을 때에 플래시 오버가 발생하지 않는 것을 나타내었다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 절연체의 주입량의 차이에 의해 플래시 오버가 발생하는 전압에 큰 차이는 없고, 적어도 액면 1까지 절연유가 주입되어 있으면, 플래시 오버의 발생이 억제되는 것을 나타내었다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 비유전율이 5 이하인 절연유를 사용한 경우에는, 절연체의 파단 모멘트의 값에 큰 차이가 없고, 절연체에 고전압이 인가되어도 절연체로의 부하가 억제되었다.

1 - 스파크 플러그 2 - 절연체
3, 45 - 중심전극 4 - 금속 쉘
5, 46 - 접지전극 6 - 패킹
7 - 축 구멍 8 - 선반부
9 - 제 1 면 10, 43 - 금속단자
11 - 저항체 12, 13 - 유리 밀봉층
14 - 플랜지부 15 - 중간 몸통부
16 - 긴 다리부 17 - 외주면
18 - 외주면 19 - 단차면
20 - 단차 21 - 머리부
22 - 몸통부 23 - 나사부
24 - 가스 밀봉부 25 - 개스킷
26 - 공구 걸어맞춤부 27 - 크림프부
28 - 링 형상 패킹 29 - 활석
30 - 중통부 31 - 전통부
32 - 선반부 내주면 33 - 중간 몸통부 내주면
34 - 통부 내주면 35 - 제 2 면
40 - 용기 41 - 조립체
42 - 고정판 44 - 접속 케이블
50 - 내압 용기

Claims

축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지는 절연체와, 상기 축 구멍 내로 삽입되어 설치되는 중심전극과, 상기 절연체의 외주에 배치되고, 자신의 내측으로 돌출되는 선반부를 구비하는 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 선단부에 접합되고, 상기 중심전극과의 사이에 갭을 형성하는 접지전극과, 상기 금속 쉘에 있어서 상기 갭이 형성되는 측을 상기 금속 쉘의 선단측으로 했을 때에, 상기 선반부의 후단측의 면과 상기 절연체의 사이에 배치되는 패킹을 구비하는 스파크 플러그의 제조방법으로서, 상기 중심전극과 상기 금속 쉘과 상기 절연체가 조립된 조립체를 내압 용기의 내부에 배치하고, 상기 내압 용기 내가 대기압보다도 고압 분위기로 됨과 아울러, 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간이 상기 패킹과 상기 금속 쉘과 상기 절연체와 상기 금속 쉘의 선단면을 포함하는 가상 평면으로 둘러싸이는 공간으로서, 적어도 상기 선반부와 상기 절연체의 거리가 최단이 되는 부위에 상기 절연유가 존재하는 상태하에, 상기 중심전극과 상기 금속 쉘의 사이에 전위차를 발생시켜서 상기 절연체의 결함의 유무를 판별하는 결함판별공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 절연유가 존재하는 것을 가능하게 하는 공간이, 상기 패킹과 상기 금속 쉘과 상기 절연체와 상기 선반부의 선단을 포함하는 상기 축선에 직교하는 가상 평면으로 둘러싸이는 제 2 공간인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 절연유의 비유전율이 5 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 내압 용기 내의 분위기의 압력이 5㎫ 미만인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 접지전극을 구부리는 것에 의해 상기 갭을 형성하는 공정의 전에, 상기 결함판별공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.