KR101483817B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

스파크 플러그는 절연 부재의 선단부가 금속쉘의 선단면으로부터 2㎜ 이상 돌출되도록 그리고 상기 선단으로부터 후단측을 향하여 상기 선단으로부터 1㎜에 위치되는 위치까지의 범위 내에 위치되는 상기 절연 부재의 일 부분의 부피는 11㎣ 이하로 되도록 이루어진다. 상기 절연 부재의 선단면이 축홀의 측표면을 교차하는 코너부를 위치(PA)로, 상기 축홀 내에서 상기 위치(PA)로부터 상기 중앙 전극까지의 직선 거리인 상기 중앙 전극 상의 일 위치를 위치(PB)로, 상기 절연 요소의 표면을 따라 상기 절연 요소의 선단면으로부터 상기 절연 요소가 상기 금속쉘에 일차로 접촉하는 일 위치를 위치(PC)로, 그리고 상기 위치(PB)를 상기 위치(PC)에 연결하는 일 직선(BC)이 상기 축의 외측을 향하여 평행하게 변형될 때, 상기 직선(BC)이 상기 절연 부재의 표면에 접촉되는 상기 절연 부재 상의 일 위치를 위치(PD)로 칭한다고 가정할 때, 상기 직선(BC)이 상기 위치(PD)에 접촉될 때까지 평행하게 변형되는 평행 변위량(E)은 0.75㎜ 이상이다. 이러한 방식으로 구성되는 상기 스파크 플러그에 의하여, 상기 스파크 플러그가 작은 형상으로 될 때에도, 측방향 스파크 및 내측 스파크의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 연료 혼합물을 점화하기 위하여 내연 엔진에 장착된 스파크 플러그에 관한 것이다.

일반적으로, 내연 엔진에서 연료 혼합물을 점화하는 데에 스파크 플러그를 사용한다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 일반적인 스파크 플러그는 중앙 전극, 축홀 내에 상기 중앙 전극을 지지하는 절연 부재, 상기 절연 부재를 지지하기 위하여 상기 절연 부재의 둘레를 감싸는 금속쉘, 및 중심부쪽 단부 부분에서 상기 금속쉘에 결합되고 말단부에서 상기 중앙 전극과 함께 스파크 갭을 형성하는 접지 전극을 포함한다. 상기 연료 혼합물은 상기 스파크 갭 내에서 스파크 방전에 의하여 점화된다. 도 21에 나타낸 상기 스파크 플러그의 형태는 소위 돌출형으로 되어 있으나, 이것 이외에도, 경사형 및 서행형(semi-creeping type) 스파크 플러그가 있다(일본국 특허공개공보 평6-176849호 참조).

최근 수년 동안, 흡기 밸브 및 배기 밸브는 내연 엔진의 출력을 증가시키기 위하여 그의 밸브 직경이 연장될 것이 요구된다. 또한, 엔진을 좋은 효율로 냉각시키기 위한 방식으로 내연 엔진의 출력을 증가시키기 위해서는 더욱 큰 워터 재킷을 장착할 것이 요구된다. 그러나, 이러한 요구를 실행시키기에는, 상기 내연 엔진 내에 장착되는 스파크 플러그를 장착할 공간이 작아지기 때문에, 현재 더욱 작은 직경을 갖는 스파크 플러그가 요구된다.

그러나, 단순히 스파크 플러그의 직경을 감소시킬 경우에는, 절연 부재와 금속쉘 사이의 절연 거리가 좁아진다. 이 때문에, 상기 절연 부재에 탄소 퇴적물이 어떻게 축적되느냐에 따라, 스파크가 절연체를 통하여 상기 중앙 전극으로부터 상기 금속쉘까지 발생되는 측방향 스파크 또는 스파크가 상기 절연체와 상기 금속쉘 사이의 갭을 통하여 상기 중앙 전극으로부터 상기 금속쉘까지 발생되는 내측 스파크가 발생된다(도 21 참조).측방향 스파크 및 내측 스파크가 빈번하게 발생할 때에는, 정상적인 스파크 갭에서의 방전 빈도가 감소되고, 따라서, 연료 혼합물로 점화하는 데에 문제점이 있다.

이러한 문제점들에 관련하여, 예를 들면, 일본국 특허공개공보 제2006-49207호는 절연 부재의 선단 외경이 선단측으로부터 후단측까지 점진적으로 증가되도록 하고, 상기 절연 부재의 선단으로부터 상기 선단으로부터 0.1㎜ 후방으로 위치되는 일 위치까지의 부피가 0.38㎣ 이하로 되도록 형성하여, 상기 측방향 스파크를 억제하기 위한 스파크 플러그를 개시한다. 일본국 특허공개공보 제2000-243535호는 고융점 금속 팁을 갖는 중앙 전극을 포함하는 스파크 플러그를 개시하며, 여기에서 금속쉘의 선단면에 대향되게 위치되는 절연 부재의 일 부분의 두께는 1.1㎜ 이상이고 상기 절연 부재의 선단에 대향되게 위치되는 상기 중앙 전극의 일 부분의 외경은 1.4㎜ 이상 및 2.0㎜ 이하이다.

상술한 문제점의 관점으로부터 본 발명이 해결하고자 하는 문제점은 종래 기술의 관점과는 상이하게 작은 직경의 구조로도 측방향 스파크 및 내측 스파크를 효과적으로 억제할 수 있는 스파크 플러그를 어떻게 제공하느냐 하는 것이다.

상술한 바의 문제점들 중 적어도 일부를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 의한 스파크 플러그는 다음과 같이 구성된다. 즉, 상기 스파크 플러그는: 로드형상 중앙 전극; 상기 중앙 전극의 축 방향을 따라 연장되는 축홀을 가지며 상기 중앙 전극의 선단부가 노출될 수 있도록 하면서 상기 축홀 내에 상기 중앙 전극을 지지하는 원통형 절연 부재; 상기 절연 부재의 외주 상에 제공되는 원통형 금속쉘; 및 상기 금속쉘의 선단면에 결합되며 상기 중앙 전극의 선단부와 함께 스파크 갭을 형성하는 접지 전극으로 이루어지며, 여기에서 상기 절연 부재의 선단부는 상기 금속쉘의 선단면으로부터 2㎜ 이상 돌출되고, 상기 절연 부재의 선단으로부터 후단을 향하여 상기 선단으로부터 1㎜의 위치까지의 범위 내에 위치되는 상기 절연 부재의 일 부분의 부피는 11㎣ 이하이며, 그리고 여기에서 상기 축을 통과하는 상기 스파크 플러그의 일 단면 내에서: 상기 절연 부재의 선단면 및 상기 축홀의 측표면이 교차하는 코너부를 위치(PA)로 칭하고, 상기 축홀 내에서 상기 위치(PA)로부터 상기 중앙 전극까지의 직선 거리가 최소로 되는 상기 중앙 전극 상의 일 위치를 위치(PB)로 칭하며, 상기 절연 부재의 선단면으로부터 상기 절연 부재의 일 표면을 따라 상기 절연 요소가 상기 금속쉘에 일차로 접촉하는 일 위치를 위치(PC)로 칭하고, 그리고 상기 위치(PB)를 상기 위치(PC)에 연결하는 일 직선(BC)이 상기 축의 외측을 향하여 평행하게 변형될 때, 상기 직선(BC)이 상기 절연 부재의 표면에 접촉되는 상기 절연 부재 상의 일 위치를 위치(PD)로 칭할 때, 상기 직선(BC)이 상기 위치(PD)에 접촉되도록 평행하게 변형되는 평행 변위량(E)은 0.75㎜ 이상이다.

상술한 바와 같이 형성되는 상기 스파크 플러그에서, 상기 절연 부재의 선단부는 상기 금속쉘의 선단면으로부터 2㎜ 이상 돌출되며, 상기 선단으로부터 상기 후단을 향하여 상기 선단으로부터 1㎜의 범위 내에 위치되는 상기 절연 부재 부분의 부피는 11㎣ 이하로 명시된다. 이러한 방식으로 형성되는 상기 스파크 플러그에 의하면, 상기 절연 부재의 선단 온도가 빠르게 증가될 수 있으므로, 측방향 스파크의 원인이 되는 탄소는 빠르게 연소될 수 있다. 그 결과, 표준 스파크 플러그보다 더욱 작은 직경을 갖는 스파크 플러그라 하더라도, 측방향 스파크의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 형성되는 스파크 플러그에 있어서, 0.75㎜ 이상으로 되는 상기 평행 변위량(E)으로써, 상기 스파크 플러그의 외주 돌출량을 보장할 수 있다. 이로 인하여, 상기 중앙 전극으로부터 상기 절연 부재와 상기 금속쉘 사이의 갭까지 발생하는 내측 스파크의 발생을 억제할 수 있다. 비록 상기 위치(PC)는 상기 절연 부재가 상기 절연 부재의 선단면으로부터 상기 절연 부재의 표면을 따라 상기 금속쉘에 일차로 접촉하는 위치이나, 상기 금속쉘의 개념은 상기 금속쉘에 전기적으로 연통되는 패킹과 같은 금속 부재를 포함하는 것으로 이해된다. 상기 참조 문자(PA, PB, PC, PD) 등은 이들 참조 문자가 부여된 위치들을 서로 구분하기 위하여 편의상 부여된 것이며, 여기에서, 상기 위치들은 또 다른 방식으로 표현될 수도 있다.

상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 중앙 전극의 선단부의 직경이 감소되는 소경부는 상기 중앙 전극의 선단부에 형성가능하고, 상기 중앙 전극의 선단부의 직경(R1) 및 상기 소경부의 직경(R2)은 다음의 관계, 0.75 ≤ R2/R1 ≤ 0.95를 가질 수 있다. 또한, 상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 절연 부재의 선단면으로부터 상기 소경부와 상기 절연 부재 사이에 구획되는 갭의 깊이는 0.5㎜ 이상 및 2.0㎜ 이하로 될 수 있다.

이러한 방식으로 형성되는 상기 스파크 플러그에 의하면, 상기 절연 부재의 선단부 온도가 빠르게 증가될 수 있으므로, 상기 측방향 스파크를 효과적으로 억제할 수 있다.

상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 절연 부재의 선단부 및 상기 금속쉘의 선단부는 상기 금속쉘의 선단면에 상응하는 일 위치에서 소정의 갭을 제공하도록 배치될 수 있고, 상기 소정의 갭의 치수는 상기 접지 전극과 상기 중앙 전극 사이에 구획되는 스파크 갭 치수의 0.8 내지 1.3배로 될 수 있다.

이러한 형태에 의하여, 상기 절연 부재와 상기 금속쉘 사이의 갭 및 상기 스파크 갭의 치수를 최적의 비율로 설정하는 것이 가능하므로, 작은 직경을 갖는 스파크 플러그에 의해서도, 표준 직경을 갖는 스파크 플러그에 비하여 같거나 더 나은 점화 성능을 보장할 수 있다. 또한, 상기 비율에 의하여, 상기 스파크 플러그의 직경이 감소되는 경우에도, 상기 금속쉘 및 상기 접지 전극의 두께를 필요 이상으로 박형화하지 않아도 된다. 이 때문에, 상기 스파크 플러그의 직경이 감소되는 경우에도, 그의 강도를 보장할 수 있다.

상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 스파크 갭의 치수를 0.6㎜ 이상 및 1.2㎜ 이하로 할 수 있다. 이러한 형태에 의하여, 점화 성능을 보장하면서 상기 절연 부재의 선단부와 상기 금속쉘의 선단부 사이에 충분한 갭을 보장할 수 있다.

상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 절연 부재의 선단으로부터 상기 후단을 향하여 1㎜에 위치된 일 위치 내에 위치되는 상기 절연 부재의 일 부분의 두께는 0.7㎜ 이상으로 될 수 있다. 이러한 형태에 의하여, 탄소 퇴적물 없이도 발생되는 경향이 있는 내측 스파크를 효과적으로 억제할 수 있다.

상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 금속쉘의 선단면에 상응하는 일 위치에서 상기 중앙 전극의 외경은 1.2㎜ 이상 및 2.1㎜ 이하로 될 수 있다. 이러한 방식으로 형성되는 상기 중앙 전극에 의하면, 표준보다 더욱 작은 직경을 갖는 스파크 플러그의 실현을 도모할 수 있다.

상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 중앙 전극의 선단부 및 상기 접지 전극의 말단부 중 적어도 어느 하나에 귀금속 팁이 제공될 수 있다. 상기 형태에 의하여, 상기 스파크 플러그의 점화 성능을 개선할 수 있다.

상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 중앙 전극의 선단부 및 상기 접지 전극의 말단부는 상기 중앙 전극의 축 상에서 서로 대향될 수 있다. 또한, 상기 특징의 스파크 플러그에서, 상기 중앙 전극의 선단부 및 상기 접지 전극의 말단부는 상기 중앙 전극의 축 외측에서 서로 대향될 수 있다.

상술한 바와 같이 형성되는 상기 스파크 플러그에서, 상기 금속쉘은 상기 금속쉘의 부분에서 내연 엔진에 상기 스파크 플러그를 조이기 위하여 제공되는 나사산을 갖는 장착부를 포함할 수 있고, 상기 장착부의 나사산은 M10 또는 M12이다. 이러한 형태에 의하여, 기존의 명시된 크기를 선택함으로써 표준 크기 M14를 갖는 스파크 플러그보다 더욱 작은 직경을 갖는 스파크 플러그를 제공할 수 있다.

도 1은 스파크 플러그(100)의 부분적인 단면도
도 2는 중앙 전극(20)의 선단부(22) 부근을 나타내는 확대도
도 3은 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22) 근처 부분들의 각 치수를 나타내는 도면
도 4는 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22) 근처 부분들의 각 치수를 나타내는 도면
도 5는 제 1 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 6은 제 2 실시예에 있어서 제작된 표본들의 치수를 나타내는 표
도 7은 그을음 부착물 테스트를 수행하였을 때에 발생된 측방향 스파크의 발생율을 나타내는 그래프
도 8은 제 3 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 9는 제 4 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 10은 제 5 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 11은 상기 제 5 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 12는 제 6 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 13은 상기 제 6 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 14는 전극 팁의 장착 위치에 대한 또 하나의 형태를 나타내는 설명도
도 15는 전극 팁의 장착 위치에 대한 또 다른 형태를 나타내는 설명도
도 16은 전극 팁의 장착 위치에 대한 또 하나의 형태를 나타내는 설명도
도 17은 접지 전극(30)의 단면 형상을 나타내는 설명도
도 18은 접지 전극(30)의 또 하나의 단면 형상을 나타내는 설명도
도 19는 접지 전극(30)의 또 다른 단면 형상을 나타내는 설명도
도 20은 접지 전극(30)의 말단부와 상기 중앙 전극(20)의 선단부 사이의 위치 관계에 대한 하나의 변형예를 나타내는 설명도
도 21은 측방향 스파크 및 내측 스파크의 개념을 나타내는 설명도

이하, 도면을 참조하여 본 발명 방식인 스파크 플러그의 일 실시예를 설명한다. 스파크 플러그의 상기 실시예는 다음의 순서대로 설명한다.

A. 스파크 플러그의 구성 :

B. 부분들 각각의 치수 :

C. 실시예 :

D. 변형예 :

A. 스파크 플러그의 구성 :

도 1은 스파크 플러그(100)의 부분적인 단면도이고, 도 2는 상기 스파크 플러그(100)의 중앙 전극(20)의 선단부(22) 부근을 나타내는 확대도이다. 도 1에서, 본 설명에서 상기 스파크 플러그(100)의 축 방향(O)은 수직 방향으로, 본 도면의 하측은 상기 스파크 플러그(100)의 선단측으로, 그리고 본 도면의 상측은 그의 후단측으로 간주한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(100)는 절연 부재로서의 절연체(10), 상기 절연체(10)를 지지하는 금속쉘(50), 상기 스파크 플러그(100)의 축 방향(O)으로 상기 절연체(10) 내에 지지되는 중앙 전극(20), 베이스부(32)가 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 용접되고 말단부(31)의 일 측표면 상에서 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되는 접지 전극(30), 및 상기 절연체(10)의 후단부에 제공되는 단자 금속 끼워맞춤부(40)를 포함한다.

주지된 바와 같이, 상기 절연체(10)는 알루미나 등을 하소함으로써 형성되며, 중심부에서 축홀(12)이 상기 축 방향(O)으로 연장되게 내부에 형성되는 원통형상을 갖는다. 최대 외경을 갖는 플랜지부(19)는 상기 축 방향(O)으로 실질적으로 상기 절연체(10)의 중심에 형성되며, 후단측 몸체부(18)는 상기 플랜지부(19)로부터 후단측(도 1에서 상측)을 향하여 후방으로 연장되도록 형성된다. 상기 후단측 몸체부(18)보다 더욱 작은 외경을 갖는 선단측 몸체부(17)는 상기 플랜지부(19)로부터 선단측(도 1에서 하측)을 향하여 전방으로 연장되도록 형성되며, 상기 선단측 몸체부(17)보다 더욱 작은 외경을 갖는 길다란 다리부(13)는 상기 선단측 몸체부(17)로부터 전방으로 연장되도록 형성된다. 상기 길다란 다리부(13)는 엔진의 실린더 헤드(200) 내에 상기 스파크 플러그(100)를 장착할 때 연소실 내에 노출되도록 선단측을 향하여 연장될수록 직경이 감소된다. 상기 길다란 다리부(13)와 상기 선단측 몸체부(17) 사이에는 수직면부(15)가 형성된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 중앙 전극(20)은 로드형상 전극이며, 코어재(25)가, 인코넬(상표명) 600 또는 601과 같은 니켈 또는 니켈을 주성분으로 포함하는 합금으로 형성되는 전극 베이스재(21)보다 열전도율이 좋은 구리 또는 구리를 주성분으로 포함하는 합금으로 형성되어 상기 전극 베이스재(21) 내에 매설된 구조를 갖는다. 일반적으로, 중앙 전극(20)은 바닥이 있는 원통형상으로 형성되는 전극 베이스재(21)의 내부에 코어재(25)를 채워 넣고, 상기 전극 베이스재(21)를 바닥측으로부터 압출하여 늘림으로써 제작된다. 비록 상기 코어재(25)는 몸체부에 일정한 외경을 갖지만, 상기 코어재(25)는 그의 선단측이 테이퍼진 형상으로 형성된다.

상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)는 상기 절연체(10)의 선단부(11)보다 더욱 전방으로 돌출되며, 그의 선단측을 향하여 연장될수록 직경이 감소되도록 형성된다. 그의 스파크 마모 저항을 개선하고자 하는 관점에서, 높은 융점을 갖는 귀금속으로 형성되는 전극 팁(90)은 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)의 선단면에 결합된다. 상기 전극 팁(90)은, 예를 들면, 이리듐(Ir), 또는 주성분으로서의 Ir과 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd) 및 레늄(Re) 중 하나 또는 두 가지 이상을 포함하는 Ir 합금으로 형성할 수 있다.

상기 중앙 전극(20)과 상기 전극 팁(90)의 결합은 상기 전극 팁(90) 및 상기 중앙 전극(20)의 짝이 되는 표면들을 겨냥하면서 이들 표면들의 외주 전체 둘레에 레이저 용접을 수행함으로써 이루어진다. 상기 레이저 용접에 있어서, 상기 두 부재들은 레이저 조사에 의하여 함께 용융 및 혼합되므로, 상기 전극 팁(90) 및 상기 중앙 전극(20)은 함께 강하게 결합된다. 상기 중앙 전극(20)은 상기 축홀(12) 내에서 상기 후단측을 향하여 연장되며, 밀봉 부재(4) 및 세라믹 저항(3)에 의하여 상기 후단(도 1의 상부)에서 상기 단자 금속 끼워맞춤부(40)에 전기적으로 접속된다(도 1 참조). 상기 단자 금속 끼워맞춤부(40)에는 플러그 캡(도시 생략)을 통하여 고압 케이블(도시 생략)이 연결되므로, 상기 단자 금속 끼워맞춤부(40)에는 고전압이 인가된다.

상기 접지 전극(30)은 높은 부식 저항력을 갖는 금속으로 형성되며, 일 예로서, 인코넬(상표명) 600 또는 601과 같은 니켈 합금이 이용된다. 이러한 접지 전극(30)은 그의 길이 방향에 대하여 지각인 일 평면을 따라 취할 때 실질적으로 직사각형인 단면 형상을 가지며, 상기 베이스부(32)는 용접에 의하여 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 결합된다. 상기 접지 전극(30)의 말단부(31)는 상기 축(O) 상의 일 측에서 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되도록 구부려진다.

상기 금속쉘(50)은 내연 엔진의 실린더 헤드(200) 내에 상기 스파크 플러그(100)를 고정시키는 원통형 금속쉘이다. 상기 금속쉘(50)은 상기 후단측 몸체부(18) 부분으로부터 상기 길다란 다리부(13)까지 연장되는 상기 절연체(10)의 일 부분을 감싸도록 그의 내부에 상기 절연체(10)를 지지한다. 상기 금속쉘(50)은 저탄소강 물질로 형성되며, 도시 생략한 스파크 플러그 렌치가 맞물림되는 도구 결합부(51) 및 장착 나사부(52)를 포함하며, 상기 장착 나사부(52)에는 내연 엔진의 상부에 제공되는 실린더 헤드(200)의 꼭지형 장착홀(201) 내로 나사 삽입되는 스크류 나사산이 형성된다.

플랜지형 밀봉부(54)는 상기 도구 결합부(51)와 상기 장착 나사부(52) 사이에 형성된다. 판 부재를 구부림으로써 형성되는 링형 개스킷(5)은 상기 장착 나사부와 상기 밀봉부(54) 사이의 나사 목부(59) 내로 끼워맞춤식으로 삽입된다. 상기 개스킷(5)은 상기 밀봉부(54)의 착좌 표면과 상기 꼭지형 장착홀(201)의 개방 원주부(205) 사이에서 가압되어 눌려서 변형된다. 상기 스파크 플러그(100)와 상기 실린더 헤드(200) 사이의 갭은 상기 개스킷(5)의 변형에 의하여 밀봉되므로, 상기 꼭지형 장착홀(201)을 통하여 엔진 내의 기밀성이 방해받는 일이 방지된다.

박형 크림핑부(53)는 상기 금속쉘(50)의 도구 결합부(51) 보다 상기 후단을 향하여 더욱 후방에 제공된다. 상기 밀봉부(54)와 상기 도구 결합부(51) 사이에는 상기 크림핑부(53)만큼 박형으로 되는 박형 버클링부(58)는 제공된다. 상기 도구 결합부(51)로부터 상기 크림핑부(53)까지 연장되는 상기 금속쉘(50)의 일 부분의 내주 표면과 상기 절연체(10)의 후단측 몸체부(18)의 외주 표면과의 사이에는 환형 링부재(6, 7)가 위치되고, 이들 링 부재(6, 7) 사이에는 활석 분말(9)이 충진된다. 상기 크림핑부(53)를 내측으로 구부리면서 이를 크림핑함으로써 상기 절연체(10)는 상기 금속쉘(50) 내에서 상기 링 부재(6, 7) 및 상기 활석(9)을 통하여 상기 선단측을 향하여 가압된다. 이로써, 상기 절연체(10)의 수직면부(15)는 철로 형성되는 링형 플레이트 패킹(8)을 통하여 상기 금속쉘(50)의 내주 상에 상기 장착 나사부(52)가 위치되는 일 위치에 형성되는 수직면부(56) 상에 지지되므로, 상기 금속쉘(50) 및 상기 절연체(10)는 일체화된다. 이러한 현상이 발생됨에 따라, 상기 금속쉘(50)과 상기 절연체(10) 사이의 기밀성이 상기 플레이트 패킹(8)에 의하여 지지되며, 연소 가스의 유출이 방지된다. 상기 버클링부(58)는, 상기 크림핑이 발생할 때 압축력이 이에 인가됨에 따라, 외측으로 편향 및 변형되도록 설계되므로, 상기 축 방향(O)에서 상기 활석(9)의 압축 스트로크가 증가된다. 이로 인하여, 상기 금속쉘(50) 내의 기밀성이 증가된다. 상기 수직면부(56)보다 상기 선단측을 향하여 더욱 전방으로 위치되는 영역 내에서 상기 금속쉘(50)과 상기 절연체(10)의 사이에는 소정 치수의 공극(C)이 제공된다.

B. 부분들 각각의 치수 :

다음으로, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기 스파크 플러그(100)의 부분들 각각의 치수를 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 상기 스파크 플러그(100)에서, 상기 장착 나사부(52)의 외경(M)(공칭 직경)은 표준 외경인 M14보다 더욱 작은 M10로 한다. 상기 금속쉘(50)의 선단면(57) 부근에 위치되는 상기 중앙 전극(20)의 일 부분의 외경(R1)은 1.2㎜ 이상 및 2.1㎜ 이하로 한다. 본 실시예에서, 상기 장착 나사부(52)의 외경(M)은 M10인 것으로 설명되나, 상기 외경(M)은 M12로 할 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 축 방향(O)에서 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)으로부터 상기 선단측을 향하여 돌출되는 상기 절연체(10)의 돌출량(H)(㎜)은 2㎜ 이상인 것으로 명시된다. 상기 돌출량을 이 치수로 명시하는 이유는 후술하는 제 1 실시예에서 설명한다.

본 실시예에서, 도 2에 나타낸 상기 절연체(10)의 해치 부분의 부피(Vc)(㎣)는 11㎣ 이하인 것으로 명시된다. 도 2에 나타낸 상기 해치 부분의 부피(Vc)는, 상기 축 방향(O)에서 상기 절연체(10)의 선단으로부터 상기 후단측을 향하여 1㎜ 떨어져 위치되는 일 위치를 통과하고 상기 축(O)을 직각으로 교차하는 일 평면(P)(그의 단면은 2점 쇄선(P-P)에 의하여 나타냄)에서 상기 중앙 전극(20)을 절단할 때 상기 절연체(10)의 선단측 부분의 부피를 나타낸다. 상기 부피(Vc)가 11㎣ 이하인 것으로 하는 이유는 후술하는 제 2 실시예에서 설명한다.

본 실시예에서, 상기 금속쉘의 선단부(50)와 상기 절연체(10)의 선단부 사이에 구획되는 상기 공극(C)은 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 상응하는 위치에서 스파크 갭(G)(㎜)으로써 다음의 관계(1)를 만족하도록 명시된다. 상기 스파크 갭(G)은 상기 접지 전극(30)의 말단부(31)와 상기 중앙 전극(20)의 선단에 제공된 전극 팁(90)과의 사이의 거리임을 주지해야 한다. 상기 관계(1)가 성립하는 이유는 후술하는 제 2 실시예에서 설명한다.

0.8 ≤(C/G) ≤ 1.3 …(1)

본 실시예에서, 상기 스파크 갭(G)은 0.6㎜ 이상 및 1.2㎜ 이하인 것으로 한다. 이 때문에, 상기 공극(C)이 상기 스파크 갭(G)의 치수에 의한 위의 관계(1)에 기초하여 0.48㎜ 이상 및 1.56㎜ 이하의 치수로 되는 것은 당연하다.

본 실시예에서, 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 상응하는 위치에 위치되는 상기 절연체(10)의 일 부분의 두께(T)는 0.7㎜ 이상으로 명시된다. 상기 두께가 이 치수로 명시되는 이유는 후술하는 제 3 실시예에서 설명한다.

본 실시예에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(100)의 축(O)을 통과하는 단면 내에서 상기 위치들(PA ~ PD)는 아래와 같이 정의되며, 이들 위치에 기초하여 계산되는 돌출량(E)은 0.75㎜ 이상인 것으로 한다. 이러한 치수에 대한 이유는 후술하는 제 4 실시예에서 설명한다. 상기 돌출량(E)은 상기 축(O)의 외측으로 상기 절연체(10)가 돌출되는 범위를 나타내는 치수이다.

위치(PA) : 상기 절연체의 선단면이 상기 축홀(12)의 측표면을 교차하는 코너부.

위치(PB) : 상기 축홀(12) 내에서 상기 위치(PA)로부터 상기 중앙 전극(20)까지의 직선이 최소가 되는 상기 중앙 전극(20) 상의 일 위치. 달리 말하자면, 위치(PB)는 상기 위치(PA)로부터 가상원을 그릴 때 상기 가상원이 상기 중앙 전극(20)에 접촉되는, 상기 중앙 전극(20)과 상기 가상원 사이의 접점의 위치이다.

위치(PC) : 상기 절연체(10)의 표면을 따라 상기 절연체의 선단면(10)으로부터 연장되는 영역 내에서 상기 절연체(10)가 상기 금속 부재(금속쉘(50) 또는 상기 금속쉘(50)과 전기적으로 연통되는 상기 플레이트 패킹(8))에 일차로 접촉되는 위치.

위치(PD) : 상기 위치(PB)를 상기 위치(PC)에 연결하는 직선(BC)이 상기 축(O)의 외측을 향하여 평행하게 변형될 때, 이 직선(BC)이 상기 절연체(10)의 표면에 접선적으로 접촉되는 상기 절연체(10)의 일 위치. 달리 말하자면, 도 3에서, 상기 위치(PD)는 상기 직선(BC)이 평행하게 변형될 때 초래되는 직선(B'C')과 상기 절연체(10)의 표면 사이의 접점의 위치이다.

돌출량(E) : 상기 직선(BC)이 상기 위치(PD)에 접촉되도록 평행하게 변형됨에 따른 평행 변위량.

본 실시예에서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 축홀(12)이 상기 중앙 전극(20)에 접촉되는 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22) 중 일 부분의 직경(R1) 및 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22) 직경이 테이퍼부(24)를 통하여 한 가지 크기로 상대적으로 감소되는 소경부(23)의 직경(R2)은 다음의 관계(2)를 만족하도록 명시된다. 이러한 관계(2)가 설정되는 이유는 후술하는 제 5 실시예에서 설명한다.

0.75 ≤ R2/R1 ≤ 0.95 …(2)

본 실시예에서, 상기 절연체의 선단면(10)으로부터 측정되는 바, 상기 소경부(23)와 상기 절연체(10) 내의 상기 축홀(12)과의 사이에 구획되는 갭의 깊이(F)(이하, "포켓부(26)"로 칭함)는 0.5㎜ 이상 및 2.0㎜ 이하로 한다. 이러한 범위에 대한 이유는 후술하는 제 6 실시예에서 설명한다.

그러므로, 이상에서 설명한 바와 같이, 외경(M10)으로 나타낸 바와 같이 비교적 작은 직경을 갖는 상기 스파크 플러그(100)에서, 상기 측방향 스파크 및 및 내측 스파크의 발생은 본 실시예에 의한 상기 스파크 플러그(100)의 각 부분들에 대한 치수 제어로써 효과적으로 억제가능하다.

상기 스파크 플러그(100)는 예를 들면 다음의 제조 방법에 의하여 제조가능하다. 즉, 이는 상기 구성을 채택하고 상술한 바의 치수를 갖는 중앙 전극(20), 절연체(10), 금속쉘(50) 및 접지 전극(30)을 준비하고, 노출된 상기 중앙 전극(20)의 선단부로써 상기 중앙 전극(20)의 외주를 커버하도록 상기 절연체(10)를 조립하며, 상기 절연체(10)의 선단부가 상기 금속쉘의 선단면으로부터 2㎜ 이상 돌출하도록 상기 절연체(10)의 외주 상에 상기 금속쉘(50)을 조립하고, 상기 중앙 전극(20)의 선단부에 대향되도록 된 상기 접지 전극의 말단부(30)로써 상기 접지 전극(30)의 베이스부를 상기 금속쉘의 선단면(50)에 결합하는 단계로 이루어지는 제조 방법이다.

C. 실시예 :

이하, 상기 개별적인 부분들 각각의 치수를 상술한 바와 같이 명시하는 이유를 다양한 실시예에 기초하여 설명한다.

C-1 제 1 실시예 :

제 1 실시예에서, 상기 돌출량(H)을 2㎜ 이상으로 하는 이유를 설명한다. 우선, 이러한 제 1 실시예에 있어서, 상기 절연체(10)의 선단이 돌출되는 돌출량(H)이 상이하고 부피(Vc)를 갖는 다수개의 스파크 플러그(100) 표본들을 준비하였다. 구체적으로, 부피가 5, 8, 11, 12 및 13㎣인 표본들을 준비하였고, 이들의 절연체(10)의 돌출량(H)을 -0.5㎜로부터 3.0㎜까지 0.5㎜씩 증가시켜 조정함으로써, 총 40가지의 상이한 유형으로 된 표본들을 준비하였다.

본 실시예에서, 이들 표본들의 절연체(10)의 선단을 버너로써 가열하였고, 상기 가열의 시작 이후 상기 절연체(10) 선단의 온도가 500℃에 이를 때까지 소모된 시간을 측정하였다. 상기 500℃의 온도는 상기 절연체(10)의 선단 부근에 달라붙는 탄소가 연소되기 시작하는 온도이다.

도 5는 평가 테스트의 결과를 나타내는 그래프이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의하여, 돌출량(H)이 2㎜ 이상인 표본들에 의하여 500℃에 이르기까지 소모된 시간이 나머지 표본들보다 계획대로 더욱 짧았다는 것을 증명할 수 있었다. 이 때문에, 본 실시예의 스파크 플러그(100)의 돌출량(H)은 2㎜ 이상인 것으로 한다. 이 양으로 되는 상기 돌출량(H)으로써, 탄소가 상기 절연체(10)에 달라붙는 경우에도, 이렇게 달라붙는 탄소를 빠르게 연소시키는 것이 가능하므로, 탄소가 퇴적될 때 발생되는 경향이 있는 상기 측방향 스파크의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다.

상기 부피(Vc)를 정의하는 위치를 상기 절연체(10)의 선단으로부터 1㎜ 후방의 위치로 하는 이유는 상기 선단으로부터 1㎜ 후방 위치까지 상기 선단으로부터의 범위에 걸친 부분의 온도가 상기 후단측을 향하여 더욱 후방에 위치되는 일 부분에서의 온도보다 극히 더 높았음을 증명할 수 있기 때문이다.

C-2 제 2 실시예 :

제 2 실시예에서, 상기 절연체(10)의 선단부의 부피를 11㎣ 이하로 하는 이유 및 상기 관계(1)를 만족하기 위하여 상기 공극(C) 및 상기 스파크 갭(G)을 명시하는 이유를 설명한다. 이러한 제 2 실시예에서, 우선, 금속쉘(50)의 선단 내 홀의 직경(D1)(도 2참조), 절연체(10)의 선단 외경(D2)(도 2 참조), 공극(C)(도 2 참조) 및 스파크 갭(G)(도 2 참조)을 다양하게 변경한 스파크 플러그(100) 표본들을 준비하였다.

도 6은 본 실시예에서 준비한 상기 표본들의 치수 부분을 나타내는 표이다. 표에 나타낸 바와 같이, 비록 본 실시예에서 준비한 상기 표본들에서 상기 금속쉘(50)의 홀 직경(D1)은 모두 6㎜이었으나, 상기 절연체(10)의 외경(D2)은 3.3㎜로부터 5.2㎜까지, 공극(C)은 0.4㎜로부터 1.35㎜까지, 그리고 갭은 0.6㎜로부터 1.1㎜까지 다양하게 변경하였다. 상기 개별적인 표본들의 공극(C) 대 스파크 갭(G)의 비율(이하, "공극 비율"로 칭함)을 상기 표의 최우측 컬럼에 나타낸다. 상기 공극(C)은 상기 금속쉘의 홀 직경(D1)으로부터 상기 절연체(10)의 외경(D2)을 감산하고 그 결과 값을 2로 나눈 값이다. 부피(Vc)에 있어서는, 상기 표본들의 중앙 전극(20)의 직경을 변경함으로써 5㎣로부터 13㎣까지의 범위로 다수개의 부피를 준비하였다.

도 7은 그을음 부착물 테스트를 수행했을 때 발생한 측방향 스파크의 발생율을 나타내는 그래프이다. 상기 그을음 부착물 테스트는 JIS(일본 공업 규격) "D 1606"에 명시된 테스트이다. 구체적으로, 상기 그을음 부착물 테스트는 저온 테스트실 내에서 섀시 동력계 상에 자동차를 위치시키고 상기 자동차의 엔진 내에 스파크 플러그를 장착하여 실제 구동 조건에 가까운 소정 구동 패턴으로 자동차를 구동할 때 스파크 플러그에 그을음이 부착되는 정도를 연구하기 위한 테스트이다.

도 7에 나타낸 그래프에서, X축은 공극 비율(C/G)을 나타내며, Y축은 상기 절연체의 선단부 부피(Vc)(㎣)를, 그리고 Z축은 측방향 스파크의 발생율(%)을 나타낸다. 본 그래프에서, 진한 실선은 상기 측방향 스파크의 발생율이 24%인 위치를 표시한다. 이러한 진한 실선은 M14의 일반적인 스파크 플러그에 대한 측방향 스파크의 발생율을 나타낸다. 즉, 이는 상기 진한 실선 또는 그 아래의 측방향 스파크 발생율을 갖는 스파크 플러그는 M14의 상기 스파크 플러그에서와 같거나 또는 그보다 좋은 점화 성능을 갖는다는 것을 의미한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 공극 비율이 일반적으로 0.8 이상이었고 부피(Vc)가 11㎣ 이하이었던 표본들에서, 상기 측방향 스파크의 발생율은 24% 이하로 되었다. 부피(Vc)가 11㎣를 초과할 때인 상기 제 1 실시예에서의 평가 테스트의 결과를 나타내는 도 5를 참조할 때, 탄소를 빠르게 연소시키기가 어려워졌다는 것을 증명할 수 있었다. 또한, 부피(Vc)가 11㎣를 초과하거나 또는 공극 비율이 1.3을 초과할 때, 상기 공극(C)(도 2 참조)은 크게 확보되어야 한다. 그러면, 상기 금속쉘(50) 및 상기 접지 전극(30)의 두께가 감소될 필요가 있고, 이는 상기 접지 전극(30)의 구부러짐 또는 융해의 발생을 유발한다. 이러한 사실의 관찰로부터, 본 실시예에서 상기 공극 비율은 0.8 이상으로 명시되며, 상기 부피(Vc)는 11㎣ 이하로 명시된다. 이러한 방식으로 구성된 상기 스파크 플러그(100)로써, 보다 작은 직경을 갖는 상기 스파크 플러그는 M14의 상기 스파크 플러그에서와 같거나 또는 그보다 좋은 점화 성능 및 강도로 제공될 수 있다.

C-3 제 3 실시예 :

제 3 실시예에서, 상기 절연체(10)의 두께(T)가 0.7㎜ 이상으로 명시되는 이유를 설명한다. 본 출원인에 의하여 수행된 다양한 실험에 의하면, 상기 절연체가 탄소로 그을을 때, 많은 측방향 스파크가 발생된 반면에 상기 절연체가 그을지 않을 때에는, 많은 내측 스파크가 발생되었음을 증명할 수 있었다. 그러므로, 이러한 제 3 실시예에서, 상기 내측 스파크의 발생을 주로 억제하기 위하여 다음의 실험을 수행하였다.

즉, 절연체(10)의 선단부 두께(T)를 다양한 방식으로 변경한 표본들을 준비함으로써 그리고 이렇게 준비된 상기 표본들의 스파크 갭의 치수를 조정함으로써 내측 스파크를 촉발하는 스파크 갭에 대하여 연구하기 위한 실험을 수행하였다. 본 실시예에서, 스파크 방전은 각 스파크 갭에 대하여 100회 수행하였고, 내측 스파크가 한 번이라도 발생되었을 때, 상기 스파크 갭이 내측 스파크를 촉발한 것으로 판단하였다. 즉, 상기 스파크 갭보다 더욱 큰 스파크 갭으로써 더욱 많은 내측 스파크가 발생됨을 의미한다.

도 8은 본 실시예에서의 평가 테스트 결과를 나타내는 그래프이다. 가로 좌표 축은 절연체(10)의 두께(T)를 나타내며, 세로 좌표 축은 내측 스파크가 촉발되는 스파크 갭(G)의 치수를 나타낸다. 본 그래프에서, 내측 스파크 촉발 갭은 두께와 관련하여 표시한다. 상기 그래프에 나타낸 수평의 진한 선은 M14의 일반적인 스파크 플러그(100)의 스파크 갭(G) 치수를 나타낸다. 일반적으로, 상기 가연성은 상기 스파크 갭이 증가되는 범위만큼 증가된다. 이 때문에, 스파크 플러그가 본 도면에서 상기 진한 선으로 나타낸 값 이상의 값을 취하는 내측 스파크 촉발 갭을 가질 때, 이는 상기 스파크 플러그가 M14의 상기 스파크 플러그에서와 같거나 그보다 좋은 점화 성능을 갖는다는 것을 의미한다.

그리고 나서, 상기 그래프에서의 개별적인 평가 값에 기초하여 근사선을 그리고 상기 근사선이 상기 진한 선을 교차하는 지점을 구하였다. 그 결과, 상기 교차 지점 두께(T)는 대체로 0.7㎜이었다. 즉, 두께(T)가 0.7㎜ 이상으로 되는 상기 절연체(10)로써, 상기 스파크 플러그는 내측 스파크를 억제하면서 M14의 상기 스파크 플러그에서와 같거나 그보다 좋은 점화 성능으로 제공될 수 있다.

C-4 제 4 실시예 :

제 4 실시예에서, 상기 돌출량(E)이 0.75㎜ 이상으로 명시되는 이유를 설명한다. 제 4 실시예에서, 다양한 방식으로 돌출량을 변경하여 표본들을 준비하였고 상기 제 3 실시예에서와 유사한 실험을 수행하였다.

도 9는 본 실시예에서 수행된 평가 테스트의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로 좌표 축은 절연체(10)의 돌출량(E)을 지칭하며, 세로 좌표 축은 내측 스파크를 촉발하는 스파크 갭(G)의 치수를 지칭한다. 상기 그래프에 나타낸 수평의 진한 선은 M14의 일반적인 스파크 플러그의 스파크 갭(G) 치수를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 상기 점화 성능은 상기 스파크 갭(G)이 증가되는 범위만큼 증가된다. 이 때문에, 스파크 플러그가 본 도면에서 상기 진한 선으로 나타낸 값 이상의 값을 취하는 내측 스파크 촉발 갭을 가질 때, 이는 상기 스파크 플러그가 M14의 상기 스파크 플러그에서와 같거나 그보다 좋은 점화 성능을 갖는다는 것을 의미한다.

그리고 나서, 상기 그래프에서의 개별적인 평가 값에 기초하여 근사선을 그리고 상기 근사선이 상기 진한 선을 교차하는 지점을 구하였다. 그 결과, 상기 교차 지점 돌출량(E)은 대체로 0.75㎜이었다. 즉, 돌출량(E)이 0.75㎜ 이상으로 되는 상기 절연체(10)로써, 내측 스파크가 발생하기 쉬운 경로(도 3에서 상기 위치(PB)로부터 상기 위치(PC)까지의 경로)의 거리를 연장할 수 있으므로, 상기 스파크 플러그는 내측 스파크를 억제하면서 M14의 상기 스파크 플러그에서와 같거나 그보다 좋은 점화 성능으로 제공될 수 있다.

C-5 제 5 실시예 :

제 5 실시예에서, 상기 관계(2)를 만족하기 위하여 상기 중앙 전극(20)의 직경(R1)(이하, "중심축 직경(R1)"으로 칭함) 및 상기 소경부(23)의 직경(R2)(이하, "포켓 직경(R2)"으로 칭함)이 명시되는 이유를 설명한다. 이러한 제 5 실시예에서, 중심축 직경(R1)이 1.9㎜인 스파크 플러그(100) 및 중심축 직경(R1)이 2.1㎜인 스파크 플러그(100)를 준비하였고, 그들의 포켓 직경(R2)을 그의 중심축 직경(R1)의 0.55 배, 0.65 배, 0.75 배, 0.85 배, 및 1.0 배로 변경하였다. 이렇게 준비한 상기 표본들에 대하여 500℃의 온도에 이르는 데에 소모되는 시간을 측정하였다.

도 10은 본 실시예에서 수행된 평가 테스트의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로 좌표 축은 중심축 직경(R1) 대 포켓 직경(R2)의 비율(R2/R1)을 나타낸다. 본 실시예에서, 중심축 직경(R1)이 1.9㎜인 스파크 플러그(100) 및 중심축 직경(R1)이 2.1㎜인 스파크 플러그(100)에 대하여 500℃의 온도에 이르는 데에 소모되는 시간을 측정하였다. 상기 개별적인 포켓 직경(R2)에서 500℃의 온도에 이르는 데에 소모되는 시간은 거의 유사한 값을 보였다. 이 때문에, 도 10에서 상기 개별적인 비율(R2/R1)에 대하여 오직 하나의 500℃ 도달 시간이 표시된다.

도 10에 나타낸 상기 실험 결과에 의하면, 중심축 직경(R1) 대 포켓 직경(R2)의 비율(R2/R1)의 값이 감소되었음을 발견하였다. 즉, 상기 포켓부(26)의 갭은 증가되었고 상기 500℃ 도달 시간은 단축되었다. 즉, 상기 절연체(10)의 선단부가 상기 중앙 전극(20)으로부터 더욱 멀어질수록, 온도는 쉽게 증가되는 경향이 있다. 결과적으로, 비율(R2/R1)의 값이 더욱 낮아질수록, 탄소는 더욱 빠르게 연소될 수 있고, 상기 측방향 스파크의 발생이 효과적으로 억제될 수 있다. 비록 도 10은 상기 평가 테스트의 결과를 나타내며 여기에서 상기 비율(R2/R1)은 "1"이었으나, 즉, 상기 중앙 전극(20)과 상기 절연체(10) 사이에 갭이 존재하지 않았으나, 이러한 경우는 상기 중앙 전극(20)과 상기 절연체(10) 사이에 다소간이라도 갭이 존재하는 표본에서보다 상기 500℃ 도달 시간이 극히 더 길어지는 결과를 초래했다. 즉, 이는 상기 중앙 전극(20)과 상기 절연체(10) 사이에 갭을 제공하는 것이 이들 사이에 갭이 전혀 없는 것보다 더욱 좋다는 것을 의미한다. 그러므로, 본 실시예에서, 중심축 직경(R1) 대 포켓 직경(R2)의 비율(R2/R1)의 상한값은 "0.95"로 명시된다.

부수적으로, 비록 상기 절연체(10)의 선단부의 온도가 더욱 높아질수록, 탄소가 더욱 빠르게 연소될 수 있으나, 조기 점화가 쉽게 발생되는 경향이 있다. 그러므로, 비율(R2/R1)의 하한값을 결정하기 위하여, 본 실시예에서는, 주지의 점화 진각 방법(spark advance method)을 이용하여 조기 점화를 촉발하는 진각(advance angle)을 연구하였다. 상기 점화 진각 방법은 다음의 단계(a) 내지 단계(c)에 의하여 조기 점화를 촉발하는 각도를 연구하기 위한 방법이다.

(a) 임의의 점화 진각을 설정하고, 소정 엔진 속도 하에서 전부하 구동(full load driving)을 개시한다. 2분의 연속적인 구동 동안 이온 전류 검출 방법에 의하여 조기 점화의 발생 여부를 관찰한다.

(b) 상기 2분의 연속적인 구동 동안 조기 점화가 관찰되지 않는 경우, 조기 점화가 관찰될 때까지 점화 타이밍을 적당량씩 증가시키면서 상기 점화 타이밍을 단계적으로 반복적으로 진행한다.

(c) 임의의 진각으로 구동하는 동안 조기 점화가 발생하는 경우, 상기의 진각을 기록한다.

도 11은 상기 점화 진각 방법을 이용함으로써 수행된 측정 결과를 나타낸다. 본 도면에서, 가로 좌표 축은 중심축 직경(R1) 대 포켓 직경(R2)의 비율(R2/R1)을 나타내며, 세로 좌표 축은 조기 점화를 촉발하는 진각을 나타낸다. 도 11에 나타낸 측정 결과에 의하면, 조기 점화는 상기 비율(R2/R1)이 0.75이었을 때 발생하였음을 발견하였다. 조기 점화를 촉발하는 진각에 있어서의 지연은 상기 스파크 플러그(100)의 열저항이 그 정도만큼 낮다는 것을 나타내며, 그 결과 측방향 스파크가 발생되기 쉬워진다. 결과적으로, 본 실시예에서, 상기 중심축 직경(R1) 대 포켓 직경(R2)의 비율(R2/R1)에 대한 하한값은 상기 수행된 측정 결과로부터 "0.75"로 명시된다.

C-6 제 6 실시예 :

제 6 실시예에서, 상기 포켓 부분(26)의 깊이(F)가 0.5㎜ 이상 및 2.0㎜ 이하로 명시되는 이유를 설명한다. 본 실시예에서, 상기 중심축 직경(R1) 대 포켓 직경(R2)의 비율(R2/R1)이 "0.75"인 스파크 플러그(100)의 상기 포켓 부분(26)의 깊이(F)를 다양한 방식으로 변경하였고, 상기 500℃ 도달 시간 및 조기 점화 촉발 진각을 연구하기 위하여 실험을 수행하였다.

도 12는 상기 포켓 부분(26)의 깊이(F)를 0.25㎜로부터 2.0㎜로 변경한 개별적인 표본들의 500℃ 도달 시간을 나타내는 그래프이다. 본 도면에 나타낸 상기 실험의 결과에 의하여, 0.5㎜ 이상인 포켓 부분(26)의 깊이로써, 상기 포켓 부분(26)의 깊이가 0.5㎜미만인 표본들에 비하여 500℃ 도달 시간을 더욱 짧게 계획대로 감소하였을 발견하였다. 이 때문에, 본 실시예에서, 상기 포켓 부분(26)의 깊이(F)에 대한 낮은 값을 0.5㎜로 명시한다.

도 13은 상기 포켓 부분(26)의 깊이(F)를 0.25㎜로부터 2.0㎜로 변경한 개별적인 표본들의 조기 점화 촉발 진각을 나타내는 그래프이다. 본 도면에 나타낸 상기 실험의 결과에 의하여, 2.0㎜를 넘지 않는 포켓 부분(26)의 깊이(F)로써, 조기 점화를 촉발하는 진각이 그다지 많이 지연되지 않았음을 확인하였다. 이 때문에, 본 실시예에서, 상기 포켓 부분(26)의 깊이(F)에 대한 상한값을 2.0㎜로 명시한다.

D. 변형예 :

이상에서는 본 발명의 실시예 및 다양한 예들을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 바의 실시예 및 예들에 한정되지 않으며, 그러므로, 거론할 필요도 없이, 본 발명은 그의 요지 및 기본 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 구성을 취할 수 있다. 예를 들면, 상기 다음의 수정을 가할 수 있다.

D-1 변형예 1 :

본 실시예에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 전극 팁(90)은 상기 중앙 전극(20)의 선단에 제공되는 것으로 설명된다. 그러나, 상기 전극 팁(90)의 장착 위치는 이에 한정되지 않으며, 그러므로, 상기 전극 팁(90)을 다양한 위치들에 장착할 수 있다.

도 14 내지 도 16은 기타 형태의 전극 팁 장착 위치들을 나타내는 설명도이다. 도 14는 전극 팁(91)이 접지 전극(30)의 말단부에 제공되는 일 예를 나타낸다. 이 경우, 스파크 갭(G)은 상기 접지 전극(30)의 선단에 제공되는 상기 전극 팁(91)과 중앙 전극(20)의 선단 사이의 거리로 된다. 도 15는 전극 팁(90, 91)이 중앙 전극(20)의 선단 및 접지 전극(30)의 말단부 모두에 각각 제공되는 경우의 일 예를 나타낸다. 이 경우, 스파크 갭(G)은 상기 전극 팁(90)과 상기 전극 팁(91) 사이의 거리로 된다. 이들 예에 나타낸 바와 같이, 상기 중앙 전극(20)의 선단부 또는/및 상기 접지 전극의 말단부(30)에 장착된 상기 전극 팁/들에 의하여, 상기 스파크 플러그(100)의 상기 가연성을 개선할 수 있다. 물론, 도 16에 나타낸 바와 같이, 전극 팁이 중앙 전극(20)에도 접지 전극(30)에도 장착되지 않는 형태 또한 가능하다. 이 경우, 스파크 갭(G)은 상기 중앙 전극(20)의 선단부와 상기 접지 전극의 말단부(30) 사이의 거리로 된다. 즉, 상기 전극 팁의 제공 여부에 관계없이, 상기 스파크 갭(G)은 스파크 방전이 통상적으로 발생되는 부분의 치수를 지칭한다.

D-2 변형예 2 :

본 실시예에서, 도 17에 나타낸 바와 같이, 상기 접지 전극(30)은 그의 길이 방향에 대하여 직각인 단면을 따라 취한 단면(본 도면에서 a-a선을 따라 취한 단면)과 같이 실질적으로 직사각형상을 갖는 것으로 설명된다. 상기 단면의 치수는 폭 1.1㎜ 및 길이 2.2㎜로 될 수 있다. 그러나, 상기 접지 전극(30)의 단면 형상은 이에 한정되지 않으며, 따라서, 상기 접지 전극(30)은 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.

도 18 및 도 19는 접지 전극(30)의 단면 형상의 기타 형태를 나타내는 설명도이다. 도 18는 실질적으로 원형인 접지 전극(30)의 단면 예를 나타낸다. 도 19는 편평한 평면 부분이 중앙 전극(20)을 향하여 배향되는 실질적으로 반원형인 접지 전극(30)의 단면 예를 나타낸다. 이들 형태에 있어서, 상기 접지 전극(30)의 단면 영역은, 예를 들면, 도 17에서 나타낸 직사각형과 대략 동일한 단면 영역(=1.1㎜ × 2.2㎜)으로 될 수 있다. 더욱이, 상기 접지 전극(30)의 단면 형상은 도 18 및 도 19에 나타낸 예들에 한정되지 않으며, 따라서, 상술된 바에 더하여, 예를 들면, 타원형상, 사다리꼴 형상 및 기타 다각형상을 상기 접지 전극(30)의 단면 형상으로 채택할 수 있다.

D-3 변형예 3 :

본 실시예에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 접지 전극의 말단부(30)는 상기 축(O)에서 상기 중앙 전극(20)의 선단부에 대향되는 것으로 설명된다. 그러나, 상기 접지 전극의 말단부(30)와 상기 중앙 전극(20)의 선단부 사이의 위치 관계는 이에 한정되지 않는다.

도 20은 접지 전극(30)의 말단부와 중앙 전극(20)의 선단부 사이의 또 하나의 위치 관계를 나타내는 설명도이다. 본 도면에 나타낸 바와 같이, 이러한 변형예에서, 상기 접지 전극의 말단부(30)는 축(O)을 교차하는 축(Q) 상의 상기 중앙 전극(20)의 선단부에서 상기 중앙 전극(20)의 선단부에 대향되게 형성된다. 이러한 형태에서, 스파크 방전은 상기 축(O)이 아닌 상기 축(Q) 상에서 발생된다. 이러한 위치 관계에 더하여, 접지 전극(30)의 말단부는 축(O)에 대하여 형성된 소정 각도에서 중앙 전극(20)의 선단에 대향되게 형성될 수 있다. 이러한 경우 중 어느 하나에 있어서, 절연체(10)의 선단부는 상기 중앙 전극(20)의 선단부 및 상기 접지 전극의 말단부(30)가 서로 대향되는 축 상에 존재하지 않게 형성된다. 상기 접지 전극의 말단부(30)와 상기 중앙 전극(20)의 선단부 사이의 위치 관계는 상기 스파크 플러그의 적용에 의하여 요구되는 바대로 또는 요구되는 성능에 따라 설정가능하다.

Claims (11)

1. 로드형상 중앙 전극;
   상기 중앙 전극의 축 방향을 따라 연장되는 축홀을 가지며 상기 중앙 전극의 선단부가 노출될 수 있도록 하면서 상기 축홀 내에 상기 중앙 전극을 지지하는 원통형 절연 부재;
   상기 절연 부재의 외주 주위에 제공되는 원통형 금속쉘; 및
   상기 금속쉘의 선단면에 결합되며 상기 중앙 전극의 선단부와 함께 스파크 갭을 형성하는 접지 전극으로 이루어지며,
   여기에서 상기 절연 부재의 선단부는 상기 금속쉘의 선단면으로부터 2㎜ 이상 돌출되고, 상기 절연 부재의 선단으로부터 후단을 향하여 상기 선단으로부터 1㎜의 위치까지의 범위 내에 위치되는 상기 절연 부재의 일 부분의 부피는 11㎣ 이하이며, 그리고
   여기에서 상기 축을 통과하는 상기 스파크 플러그의 일 단면 내에서:
   상기 절연 부재의 선단면 및 상기 축홀의 측표면이 교차하는 코너부를 위치(PA)로 칭하고,
   상기 축홀 내에서 상기 위치(PA)로부터 상기 중앙 전극까지의 직선 거리가 최소로 되는 상기 중앙 전극 상의 일 위치를 위치(PB)로 칭하며,
   상기 절연 부재의 선단면으로부터 상기 절연 부재의 일 표면을 따라 상기 절연 요소가 상기 금속쉘에 일차로 접촉하는 일 위치를 위치(PC)로 칭하고, 그리고
   상기 위치(PB)를 상기 위치(PC)에 연결하는 일 직선(BC)이 상기 축의 외측을 향하여 평행하게 변형될 때, 상기 직선(BC)이 상기 절연 부재의 표면에 접촉되는 상기 절연 부재 상의 일 위치를 위치(PD)로 칭할 때,
   상기 직선(BC)이 상기 위치(PD)에 접촉되도록 평행하게 변형되는 평행 변위량(E)은 0.75㎜ 이상임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 중앙 전극의 선단부 직경이 감소되는 소경부는 상기 중앙 전극의 선단부에 형성되고, 상기 중앙 전극의 선단부의 직경(R1) 및 상기 소경부의 직경(R2)은 다음의 관계를 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그,
   0.75 ≤ R2/R1 ≤ 0.95.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 소경부와 상기 절연 부재 사이에 구획되는 갭의 상기 절연 부재의 선단면으로부터의 깊이는 0.5㎜ 이상 및 2.0㎜ 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연 부재의 선단부 및 상기 금속쉘의 선단부는 상기 금속쉘의 선단면에 상응하는 위치에 소정의 갭을 제공하도록 배치되며, 그리고
   상기 소정의 갭의 치수는 상기 접지 전극과 상기 중앙 전극 사이에 구획되는 스파크 갭 치수의 0.8 내지 1.3배임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 스파크 갭의 치수는 0.6㎜ 이상 및 1.2㎜ 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연 부재의 선단으로부터 상기 후단을 향하여 1㎜ 에 위치되는 위치에서 상기 절연 부재의 두께는 0.7㎜ 이상임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속쉘의 선단면에 상응하는 위치에서 상기 중앙 전극의 외경은 1.2㎜ 이상 및 2.1㎜ 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   귀금속 팁은 상기 중앙 전극의 선단부 및 상기 접지 전극의 말단부 중 적어도 어느 하나에 제공됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중앙 전극의 선단부 및 상기 접지 전극의 말단부는 상기 중앙 전극의 축 상에서 서로 대향됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 전극의 선단부 및 상기 접지 전극의 말단부는 상기 중앙 전극의 축 외측에서 서로 대향됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
    
11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속쉘은 상기 금속쉘 부분에 내연 엔진에 상기 스파크 플러그를 조이기 위하여 제공되는 나사산을 갖는 장착부로 이루어지며, 그리고
    상기 장착부의 나사산은 M10 또는 M12임을 특징으로 하는 스파크 플러그.

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