KR101508407B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

귀금속부재(71)와 중간부재(75)의 접합에 의해 형성되며, 중심전극과 접지전극(30) 사이의 불꽃 방전 간극에 설치되는 발화부(70)는, 중간부재(75)의 저면(80)이 접지전극(30)의 내면(33)에 저항용접됨으로써 접합되고, 접합부위에 용융부(73)가 형성되어 있다. 발화부(70)의 중심선(Q)을 포함하는 단면을 보았을 때, 용융부(73)는, 발화부(70)의 돌출방향과 직교하는 방향에 있어서의 기둥부(76)의 길이(D)의 범위 내에 확실하게 형성되어 있고, 적어도 길이(D)의 0.1배(10%) 이상의 길이(d)를 가진다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은, 중심전극과의 사이에 불꽃 방전 간극을 형성하는 바늘형상의 발화부를 접지전극에 설치한 스파크 플러그에 관한 것이다.

중심전극과 대향하는 접지전극의 타단부의 내면(일면)에 바늘형상의 발화부를 설치해서, 발화부와 중심전극의 사이에 불꽃 방전 간극을 형성한 스파크 플러그가 알려져 있다. 이러한 바늘형상의 발화부를 가지는 스파크 플러그에서는, 종래의 것에 비해, 접지전극을 불꽃 방전 간극으로부터 멀리 떨어뜨릴 수 있기 때문에, 불꽃 방전 간극에서 형성되는 화염 핵이, 그 성장과정의 초기의 단계에서 접지전극에 접촉하기 어렵다. 따라서, 화염 핵이 접지전극과 접촉해서 열을 빼앗기는 것에 의해 화염 핵의 성장이 저해되는, 이른바 소염작용이 저감되므로 스파크 플러그의 착화성(着火性)을 향상할 수 있다.

이러한 발화부(칩 부착 중간부재)로서, 귀금속부재(칩)와 중간부재로 구성되고, 중간부재측을 접지전극에 접합한 스파크 플러그가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또한 특허문헌 1에서는, 중간부재에 있어서, 접지전극과 접합되는 면인 저면(제 2 면)을 귀금속부재와 접합되는 면인 상면(제 1 면)보다 넓게 함으로써, 용접면적을 넓게 해서 접합강도를 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 발화부와 접지전극의 접합을 범용적인 저항용접으로 행할 수 있도록 하고 있다.

이때, 귀금속부재와 중간부재의 접합은 일반적으로 레이저 용접으로 이루어지나, 양자의 접합부위에 형성되는 용융부는 일반적으로, 귀금속부재 또는 중간부재에 비해 강도가 낮다. 따라서, 발화부를 접지전극에 저항용접할 때에, 중간부재와 접지전극의 접합면들을 밀접시키기 위해 필요한 압압력을 귀금속부재를 통해서 중간부재에 인가하면, 용융부에 있어서 내부 응력이 높아져서 변형이 발생할 우려가 있다. 또, 스파크 플러그를 사용하는 것에 수반하는 냉열(冷熱)부하를 받았을 때에 잔류하는 내부 응력의 영향을 받아 균열이나 박리 등이 발생할 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해서는 특허문헌 1과 같이, 상면보다 저면을 넓게 한 구성으로 형성되는 플랜지부에 대해 압압력을 인가함으로써, 귀금속부재에는 압압력이 가해지지 않게 한다. 이 상태에서, 중간부재의 저면과 접지전극의 내면을 밀접시켜서 저항용접을 행하면 좋다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개공보 제2004-134209호

그러나, 특허문헌 1과 같이, 저항용접을 할 때에 통형상의 지그 등을 이용해서 중간부재의 플랜지부에 압압력을 가하면, 저면의 가장자리부에서는 접지전극의 내면에 대한 항력(抗力)이 커지지만, 저면의 중앙부에서는 항력이 작은 상태가 된다. 따라서 지그를 통해서 용접전류를 흘리면, 접지전극의 내면과 밀접상태에 있는 저면의 가장자리부에서 용접전류가 흐르기 쉬워지므로, 이 부분을 기점으로 해서 퍼져 가는 형태로 용융부가 형성된다. 용접조건(용접전류의 크기나 용접전류를 흘리는 시간 등)에 따라, 가장자리부에서 멀리 떨어진 중앙부에는 용융부가 형성되지 않은 부위가 발생할 우려가 있었다. 특히, 플랜지부의 강성이 낮아서 압압시에 휘어짐이 발생하는 것과 같은 상태에서는, 저면의 중앙부에 있어서 접지전극의 내면과 맞닿지 않은 간극이 발생할 우려가 있다. 가장자리부에서 내부로 진행된 산화 스케일(scale)이 상기와 같이 용융부가 형성되지 않은 부위에 도달하면, 산화 스케일이 확대되어 균열이나 박리 등이 발생할 우려가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 귀금속부재와 일체로 이루어진 중간부재를 접지전극에 저항용접할 때에, 용융부가, 중간부재의 저면 중 기둥부의 투영 범위 내에 확실하게 형성되도록 해서 접합강도를 높인 스파크 플러그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 중심전극과; 축선방향을 따라 연장되는 축 구멍을 가지며, 상기 축 구멍 내에서 상기 중심전극을 지지하는 절연애자와; 상기 절연애자를 원주방향으로 에워싸서 지지하는 금속쉘과; 일단부가 상기 금속쉘에 접합되며, 타단부에 있어서의 자신의 일면이 상기 중심전극의 선단부와 마주하도록 굴곡되어, 상기 중심전극과의 사이에 불꽃 방전 간극을 형성하는 접지전극과; 상기 접지전극의 상기 타단부에 있어서의 상기 일면 상에서 상기 불꽃 방전 간극이 형성되는 위치에 설치되며, 상기 일면에서 상기 중심전극을 향해 돌출하는 형태를 이루는 발화부로서, 자신의 돌출방향에 있어서, 상기 중심전극측에 배치되는 귀금속부재, 및 상기 귀금속부재와 상기 접지전극의 사이에 배치되는 중간부재를 서로 접합해서 이루어지는 발화부;를 구비하고, 상기 발화부의 상기 중간부재가; 상기 귀금속부재와 접합되는 면인 상면을 가지며, 상기 돌출방향을 따라 연장되는 기둥형상을 이루는 기둥부와; 상기 접지전극과 접합되는 면인 저면을 가지며, 상기 기둥부보다도 지름방향으로 지름이 큰 플랜지형상을 이루는 플랜지부;를 가지는 스파크 플러그에 있어서; 상기 접지전극의 상기 일면과 상기 중간부재의 상기 저면은 저항용접에 의해 서로 접합되며, 상기 저항용접에 의해 상기 일면과 상기 저면의 사이에 용융부를 형성해서 이루어지는 것이며; 상기 발화부의 상기 돌출방향을 따르는 자신의 중심선(Q)을 포함하는 평면에서 상기 중간부재와 상기 접지전극을 절단한 단면을 보았을 때, 상기 용융부 중, 상기 기둥부와 상기 플랜지부의 경계선을 통과하고 상기 돌출방향을 따르는 가상면 내에 형성된 부위가 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 차지하는 길이를 d라고 하고, 상기 기둥부 중 상기 돌출방향과 직교하는 방향의 길이를 D라고 했을 때, d≥0.1D를 만족하는 스파크 플러그가 제공된다.

본 실시형태에서는, 귀금속부재와 중간부재가 접합되어 이루어지는 발화부는, 중간부재의 저면이 접지전극의 일면에 저항용접에 의해 접합됨으로써 접지전극과 접합된다. 양자의 접합부위에 형성되는 용융부는, 발화부의 단면에 있어서, 발화부의 돌출방향과 직교하는 방향에 있어서의 기둥부의 길이(D)의 범위 내(환언하면, 기둥부를 중간부재의 저면에 투영한 범위 내)에 확실하게 형성되어 있기 때문에, 발화부와 접지전극의 접합강도를 높일 수 있다. 용융부의 길이(d)가 기둥부의 길이(D)의 0.1배(10%) 이상이면, 즉 d≥0.1D를 만족하면, 스파크 플러그의 통상의 사용에 있어서, 박리 등의 발생이나 산화 스케일의 진행을 억제하는데 충분한 접합강도를 얻을 수 있다.

d＜0.1D의 경우, 발화부의 돌출방향과 직교하는 방향에 있어서, 발화부와 접지전극의 사이에 용융부가 형성되지 않은 부위가 90% 이상을 차지하게 된다. 즉, 중간부재의 저면 중, 기둥부의 길이(D)의 범위 내에서는 용융부의 존재가 치밀하지 못한 상태이므로, 발화부와 접지전극의 접합상태를 유지하는 것이 어렵다. 발화부와 접지전극이 접합된 부위의 외부에서 내부를 향해 진행하는 산화 스케일은, 용융부가 치밀하지 못한 상태이면 진행이 빨라지기 쉬워지므로, 용융부에 박리나 균열 등이 발생하기 쉬워질 우려가 있다.

본 실시형태에 있어서, 상기 단면을 보았을 때, 상기 용융부가 d≥0.4D를 만족해도 좋다. 또한 상기 중심선(Q)의 위치에서부터 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에, 상기 용융부의 적어도 일부가 형성되어 있어도 좋다.

스파크 플러그를 보다 가혹한 환경에서 사용해도 발화부와 접지전극의 접합상태를 충분히 유지할 수 있도록, 접합강도의 향상이 더욱더 요구되는 경우에는, 용융부의 길이(d)가 기둥부의 길이(D)의 0.4배(40%) 이상, 즉 d≥0.4D를 만족하도록 하면 좋다. 또한 발화부의 중심선(Q)의 위치에서부터 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에, 용융부의 적어도 일부를 존재시키면 좋다. 이와 같이 하면, 중간부재의 저면 중, 기둥부의 길이(D)의 범위 내에 있어서, 용융부의 존재를 더욱 치밀한 상태로 할 수 있다. 이와 같이 하면, 보다 가혹한 환경에 노출되어도 산화 스케일의 진행을 억제할 수 있으므로, 박리나 균열 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 상기 단면을 보았을 때, 상기 중심선(Q)의 위치에서부터 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에서, 상기 용융부의 상기 돌출방향에 있어서의 두께가 가장 얇은 부위의 두께(t)와, 상기 중심선(Q)의 위치에서 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치에서부터 D/2만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에서, 상기 용융부의 상기 돌출방향에 있어서의 두께가 가장 두꺼운 부위의 두께(T1)가, t<T1를 만족해도 좋다.

불꽃 방전 간극에 배치되는 발화부는 불꽃 방전을 할 때에 고온에 노출되기 때문에, 귀금속부재에 가해지는 열부하를 저감하기 위해서는, 발화부에서 받은 열을 신속하게 접지전극측으로 전도시켜서, 발화부의 열 축적을 방지하는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는, 열전도성을 저하시킬 우려가 있는 용융부의 두께(발화부의 돌출방향에 있어서의 두께)를 얇게 해서, 발화부에서 접지전극측으로 열이 전도되는 것을 부드럽게 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에 있어서 t<T1이 만족되면, 발화부의 중심선(Q)의 위치에서부터 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에 있어서, 발화부에서 접지전극으로 열이 전도되는 것을 부드럽게 할 수 있으므로, 귀금속부재의 내(耐) 불꽃 소모성을 높일 수 있다. 또, 용융부에 가해지는 열부하를 저감할 수 있으므로, 용융부에 있어서의 산화 스케일의 진행을 억제해서, 발화부와 접지전극의 접합강도를 향상시킬 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 상기 단면을 보았을 때, 상기 용융부 중, 상기 중심선(Q)의 위치에서부터 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에 형성된 부위에 있어서, 두께가 가장 두꺼운 부위의 두께를 T2라고 했을 때, 상기 두께(T2)와 상기 두께(t)의 중간의 두께{(T2+t)/2}보다도 두꺼운 제 1 두꺼운 층부와, 상기 중간의 두께{(T2+t)/2}보다 얇은, 얇은 층부와, 상기 중간의 두께{(T2+t)/2}보다 두껍고, 상기 제 1 두꺼운 층부와는 상이한 제 2 두꺼운 층부가, 이 순서로, 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 연속해서 나열된 배치이어도 좋다. 또한 상기 두께(t)의 부위가, 상기 얇은 층부이어도 좋다.

이것은, 즉, 발화부의 중심선(Q)의 위치로에서부터 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에 형성된 용융부의 두께에 요철이 있는 것을 의미하는 것이며, 얇은 층부를 통해서, 발화부에서 접지전극으로 열이 전도되는 것을 부드럽게 할 수 있다. 이와 같이, 제 1 두꺼운 층부, 얇은 층부, 제 2 두꺼운 층부의 순서로 연속해서 나열되어 배치되도록, 저항용접에 의해 용융부를 형성하는 것은, 이하와 같이 하면 좋다. 용접 전의 중간부재의 저면에, 이 저면에서 돌출하는 돌기부를 형성하고, 저항용접을 할 때, 접지전극의 일면에 중간부재의 저면이 접촉하기 전에 돌기부가 먼저 접촉하도록 해서 용해시킴으로써, 돌기부의 주위에 의해 용융부를 성장시킨다. 즉, 돌기부에 의해 용융부의 두께에 요철이 발생하는 것이다. 그리고, 이러한 형태의 용융부가, 발화부의 중심선(Q)의 위치에서부터 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에 형성되는 구성이면, 중간부재의 저면 중, 기둥부의 길이(D)의 범위 내에 있어서의 용융부의 존재를 치밀한 상태로 해서 접합강도를 높일 수 있다. 또한 얇은 층부를 통해서 발화부에서 열이 전도되는 것을 부드럽게 할 수 있으므로, 귀금속부재의 내(耐) 불꽃 소모성을 높일 수 있다. 또, 용융부에 가해지는 열부하를 저감함으로써, 접합강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 스파크 플러그(100)의 부분단면도
도 2는 스파크 플러그(100)의 불꽃 방전 간극(GAP) 부근을 확대한 단면도
도 3은 발화부(70) 부근의 단면도
도 4는 변형예로서의 발화부(170)의 형태를 나타내는 단면도
도 5는 변형예로서의 스파크 플러그(200)의 불꽃 방전 간극(GAP) 부근을 확대한 단면도

이하, 본 발명을 구체화한 스파크 플러그의 일 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 우선, 도 1 ~ 도 3을 참조해서 일례로서의 스파크 플러그(100)의 구조에 대해서 설명한다. 또한 도 1, 도 2에 있어서, 스파크 플러그(100)의 축선(O) 방향을 도면에 있어서의 상하 방향으로 하고, 하측을 스파크 플러그(100)의 선단측, 상측을 후단측으로 해서 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 스파크 플러그(100)는, 대략, 절연애자(10)의 축 구멍(12) 내의 선단측에 중심전극(20)이 지지되며, 후단측에 금속단자(40)가 지지됨과 아울러, 절연애자(10)가 금속쉘(50)에 의해 둘레방향으로 에워싸여 지지된 구조를 가진다. 금속쉘(50)의 선단면(57)에는 접지전극(30)이 접합되어 있으며, 접지전극(30)의 타단부(선단부, 31)측이 중심전극(20)의 선단부(22)와 마주하도록 굴곡됨으로써, 중심전극(20)과의 사이에 불꽃 방전 간극(GAP)이 형성되어 있다.

우선, 스파크 플러그(100)의 절연애자(10)에 대해서 설명한다. 절연애자(10)는 주지된 바와 같이 알루미나 등을 소성(燒成)해서 형성되며, 축중심에 축선(O) 방향으로 연장되는 축 구멍(12)이 형성된 통형상을 가진다. 축선(O) 방향의 대략 중앙에는 외경이 가장 큰 플랜지부(19)가 형성되어 있고, 플랜지부(19)보다 후단측(도 1에 있어서의 상측)에는 후단측 몸통부(18)가 형성되어 있다. 플랜지부(19)보다 선단측(도 1에 있어서의 하측)에는 후단측 몸통부(18)보다 외경이 작은 선단측 몸통부(17)가 형성되고, 또한 선단측 몸통부(17)보다 선단측에는 선단측 몸통부(17)보다 외경이 작은 다리부(13)가 형성되어 있다. 다리부(13)는 선단측으로 갈수록 지름이 작게 이루어져 있으며, 스파크 플러그(100)가 내연기관의 엔진 헤드(도시 생략)에 부착될 때에 연소실 내부로 노출된다. 다리부(13)와 선단측 몸통부(17)의 사이에는 계단형상의 단부(15)가 형성되어 있다.

이어서, 중심전극(20)에 대해서 설명한다. 중심전극(20)은, 인코넬(상표명) 600 또는 601 등의 Ni 또는 Ni을 주성분으로 하는 합금으로 형성된 모재(母材, 24)의 내부에, 모재(24)보다도 열전도성이 뛰어난 구리 또는 구리를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 심재(芯材, 25)를 매설한 구조를 가지는 막대형상의 전극이다. 중심전극(20)은 절연애자(10)의 축 구멍(12) 내부의 선단측에 지지되어 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 선단부(22)가 절연애자(10)의 선단보다도 선단측으로 돌출되어 있다. 중심전극(20)의 선단부(22)는 선단측을 향해서 지름이 작아지도록 형성되어 있으며, 선단부(22)의 선단면에는 내(耐) 불꽃 소모성을 향상하기 위해 귀금속으로 이루어지는 전극 칩(90)이 접합되어 있다.

중심전극(20)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 축 구멍(12) 내에서 축선(O) 방향을 따라 연이어 형성되는 전도성의 밀봉체(4) 및 세라믹 저항(3)을 통해서, 후방(도 1에 있어서의 상측)의 금속단자(40)와 전기적으로 접속되어 있다. 스파크 플러그(100)를 사용할 때에는 금속단자(40)에 고압케이블(도시 생략)이 플러그 캡(도시 생략)을 통해서 접속되어 고전압이 인가된다.

이어서, 금속쉘(50)에 대해 설명한다. 금속쉘(50)은 내연기관의 엔진 헤드 (도시 생략)에 스파크 플러그(100)를 고정하기 위한 원통형상의 금속 부재이다. 금속쉘(50)은, 절연애자(10)의 후단측 몸통부(18)의 일부에서부터 다리부(13)에 걸친 부위를 에워싸도록 해서, 절연애자(10)를 자신의 내부에 지지하고 있다. 금속쉘(50)은 저(低)탄소강을 재료로 형성되고, 도시 생략한 스파크 플러그 렌치가 삽입되는 공구 걸어맞춤부(51)와, 엔진 헤드의 부착구멍(도시 생략)에 나사맞춤되는 나사산이 형성된 부착 나사부(52)를 구비하고 있다.

금속쉘(50)의 공구 걸어맞춤부(51)와 부착 나사부(52)의 사이에는 플랜지형상의 밀봉부(54)가 형성되어 있다. 부착 나사부(52)와 밀봉부(54) 사이의 목부(59)에는 판체를 절곡시켜서 형성한 환형상의 개스킷(5)이 삽입되어 있다. 개스킷(5)은, 스파크 플러그(100)를 엔진 헤드의 부착구멍(도시 생략)에 부착할 때에, 밀봉부(54)의 맞닿음면(55)과 부착구멍의 가장자리 사이에서 압압되는 것에 의해, 우그러져서 변형되어 양자 사이를 밀봉함으로써, 부착구멍을 통한 엔진 내의 기밀 누출을 방지한다.

금속쉘(50)의 공구 걸어맞춤부(51)보다 후단측에는 두께가 얇은 코킹부(53)가 형성되고, 밀봉부(54)와 공구 걸어맞춤부(51)의 사이에는 코킹부(53)와 같이 두께가 얇은 버클링부(58)가 형성되어 있다. 공구 걸어맞춤부(51)에서부터 코킹부(53)에 걸친 금속쉘(50)의 내주면과, 절연애자(10)의 후단측 몸통부(18)의 외주면의 사이에는 환형상의 링부재(6, 7)가 개재되어 있음과 아울러, 양 링부재(6, 7)의 사이에는 탤크(활석, 9) 분말이 충전되어 있다. 상기 코킹부(53)를 내측으로 절곡시켜서 코킹하는 것에 의해, 링부재(6, 7) 및 탤크(9)를 통해서 절연애자(10)가 금속쉘(50) 내에서 선단측을 향해 압압된다. 이것에 의해, 금속쉘(50)의 부착 나사부(52)가 형성된 위치의 내주에 형성된 단부(56)에, 환형상의 판 패킹(8)을 개재해서 절연애자(10)의 단부(15)가 지지되고, 금속쉘(50)과 절연애자(10)가 일체가 된다. 이때, 금속쉘(50)과 절연애자(10) 사이의 기밀성은 판 패킹(8)에 의해서 유지되며, 연소가스의 유출이 방지된다. 버클링부(58)는 코킹을 할 때에 압축력이 가해짐으로써, 외측을 향해 굴곡 변형되도록 구성되어 있으며, 탤크(9)가 축선(O) 방향으로 압축되는 길이를 길게 해서 금속쉘(50) 내의 기밀성을 높이고 있다.

이어서, 접지전극(30)에 대해 설명한다. 접지전극(30)은, 단면이 직사각형인 막대형상으로 형성된 전극이며, 중심전극(20)과 마찬가지로 인코넬(상표명) 600 또는 601 등의 Ni 또는 Ni을 주성분으로 하는 합금으로 이루어진다. 도 2에 나타낸 바와 같이 접지전극(30)은, 일단부(기단부, 32)가 금속쉘(50)의 선단면(57)에 접합됨과 아울러, 축선(O) 방향을 따라 연장되면서 굴곡부(34)에서 절곡되고, 타단부(선단부, 31)에 있어서, 자신의 일면(내면, 33)이 중심전극(20)의 선단부(22)와 마주하는 형태를 이룬다. 이것에 의해 접지전극(30)의 선단부(31)와 중심전극(20)의 선단부(22)의 사이에 불꽃 방전 간극(GAP)이 형성되어 있다.

접지전극(30)의 선단부(31)에 있어서의 내면(33)에서, 불꽃 방전 간극(GAP)이 형성된 위치에는, 중심전극(20)의 선단부(22)를 향해 내면(33)에서 바늘형상으로 돌출되는 형태를 이루는 발화부(70)가 설치되어 있다. 발화부(70)는, 접지전극(30)에서 돌출되는 방향(본 실시형태에서는 축선(O) 방향)을 따라 중첩해서 접합된 중간부재(75)와 귀금속부재(71)로 구성된다.

도 3에 나타낸 바와 같이 귀금속부재(71)는, 내(耐) 불꽃 소모성이 뛰어난 귀금속을 주성분으로 하는 재료에 의해 원주형상으로 형성된 것이다. 귀금속부재(71)는, 발화부(70)의 돌출방향에 있어서 중간부재(75)보다도 중심전극(20)측(도 2 참조)에 배치되어 중간부재(75)의 상면(79)에 접합된다. 중간부재(75)와 귀금속부재(71)의 접합은 양자의 접합면(맞춤면) 부근을 겨냥한 레이저 용접(혹은 전자빔 용접)에 의해 이루어진다. 중간부재(75)와 귀금속부재(71)의 용접부위에는 양자를 구성하는 성분이 용해되어 혼합된 용융부(72)가 형성되어 있다.

중간부재(75)는, Ni을 주성분으로 하는 Ni합금으로 형성되며, 접지전극(30)으로부터 돌출되는 방향으로 연장되는 기둥형상을 이루는 기둥부(76)와, 기둥부(76)보다도 지름방향으로 지름이 큰 플랜지형상을 이루는 플랜지부(77)을 가진다. 플랜지부(77)는 접지전극(30)의 내면(33)과 접합되는 저면(80)을 가지는 형태이며, 기둥부(76)의 돌출방향의 일단에 형성되어 있다(도 3 참조). 저면(80)과 내면(33)은 저항용접에 의해 접합되어 있고, 양자 사이에 중간부재(75)의 성분과 접지전극(30)의 성분이 혼합된 용융부(73)가 형성되어 있다. 이때, 용융부(73)는 수지(樹枝)형상의 구조(덴드라이트)나 대리석형상의 조직, 혹은, 이들이 혼재된 조직 등의 금속 조직으로 구성되어 있다.

본 실시형태에서 용융부(73)는, 저면(80)의 가장자리부(84) 부근에 있어서 돌출방향(도 3 참조)으로 두껍게 형성되어 있다. 저면(80)의 중앙부(83) 부근에는 저면(80)에서 돌출되는 돌기부(78)가 존재하며, 돌기부(78)의 주위에도 두꺼운 용융부(73)가 형성되어 있다. 돌기부(78)의 돌출 선단은 접지전극(30)에 근접 혹은 밀접되어 있다. 돌기부(78)가 존재함으로써, 용융부(73)에는, 발화부(70)의 돌출방향에 있어서의 두께가 주위보다 얇은 부위가 발생되어 있다. 이와 같이, 중간부재(75)의 저면(80)과 접지전극(30)의 내면(33) 사이에서 용융부(73)가 점재(點在)하고 있으나, 이것은 일례이며, 저항용접의 조건에 따라서는 저면(80) 전체에 형성되는 경우, 또는 가장자리부(84)에 용융부(73)가 형성되지 않는 경우도 발생한다. 그러나, 본 실시형태에서는 중앙부(83) 부근에 용융부(73)가 확실하게 형성되는 구성으로 되어 있다. 이것에 대해서는 후술한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 중간부재(75)와 귀금속부재(71)로 이루어지는 발화부(70)가 불꽃 방전 간극(GAP)에 설치됨으로써, 불꽃 방전을 할 때에 중심전극(20)의 전극 칩(90)과 발화부(70)의 귀금속부재(71) 사이에서 불꽃 방전이 이루어진다. 불꽃 방전 간극(GAP)은 중심전극(20)과 접지전극(30)의 사이에서 불꽃 방전이 이루어지는 부위를 말하지만, 본 실시형태와 같이 전극 칩(90) 및 발화부(70)를 각각 설치한 경우에는, 이 전극 칩(90)과 발화부(70)의 사이에서 불꽃 방전이 이루어진다. 따라서 좁은 의미에서는, 전극 칩(90)과 발화부(70) 사이의 간극을 불꽃 방전 간극(GAP)이라고 하는 경우도 있다.

이러한 구성의 스파크 플러그(100)의 제조과정에서는, 도 3에 나타낸 발화부(70)와 접지전극(30)을 저항용접할 때에, 발화부(70)가 접지전극(30)에 대해서 압압되어, 중간부재(75)의 저면(80)이 접지전극(30)의 내면(33)에 맞닿게 된다. 이 상태에서 중간부재(75)와 접지전극(30)의 사이에 용접전류가 흘려지고, 저면(80)과 내면(33) 사이의 접촉저항에 수반하는 발열로 양자의 접합면이 용해되어, 양자의 성분이 혼합된 용융부(73)가 형성된다. 저항용접의 과정에서는 귀금속부재(71)를 통해서 중간부재(75)를 압압하는 것에 의해, 귀금속부재(71)와 중간부재(75) 사이의 용융부(72)에 응력이 가해지는 것을 방지하기 위해, 플랜지부(77)를 저면(80)의 반대측에서 압압함으로써 발화부(70)를 압압하고 있다. 따라서, 저면(80)의 가장자리부(84) 부근과 내면(33)의 접촉저항이 저하되어 용해 전류가 흐르기 쉬워지므로, 가장자리부(84) 부근에 있어서 용융부(73)가 형성되기 쉬워진다.

또한 본 실시형태에서는, 접합 전에 있어서, 중간부재(75)의 저면(80)의 중앙부(83) 부근에서 돌출되는, 돌기부(78)의 근원이 되는 돌기부(도시 생략)가 형성되어 있다. 저항용접의 과정에서 발화부(70)가 압압되면, 돌기부가 접지전극(30)의 내면(33)과 가장 먼저 접촉하도록 구성되어 있다. 돌기부와 내면(33)의 접촉저항에 수반하는 발열로 돌기부가 용해되어 저면(80)이 내면(33)에 서서히 접근해서, 가장자리부(84)가 내면(33)과 접촉하면, 저면(80)의 중앙부(83) 부근에서 충분한 크기의 용융부(73)가 형성된다. 즉 도 3의 돌기부(78)는 돌기부가 용해된 흔적으로서 확인되는 것이다. 이와 같이 중앙부(83) 부근에 용융부(73)를 확실하게 형성해서, 발화부(70)와 접지전극(30)의 접합강도를 확실하게 향상시키기 위해, 본 실시형태에서는, 중앙부(83) 부근에 있어서의 용융부(73)의 형성위치 및 그 크기에 규정을 두고 있다.

구체적으로 도 3에 나타낸 바와 같이, 발화부(70)의 중심선(Q)을 포함하는 단면에서 발화부(70)와 접지전극(30)을 절단해 보았을 때에, 중간부재(75)의 기둥부(76)가 발화부(70)의 돌출방향과 직교하는 방향으로 차지하는 길이(D)의 범위 내에 용융부(73)가 형성되어 있을 것을 규정하고 있다. 또한 길이(D)의 범위란, 중심선(Q)의 위치에서부터 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/2만큼 떨어진 위치까지의 범위(A+B)이며, 즉, 기둥부(76)와 플랜지부(77)의 경계선을 통과하는 가상의 면을 돌출방향으로 연장했을 때에 잘라내지는 저면(80)의 범위이다. 또한 돌출방향과 직교하는 방향에 있어서, 용융부(73)의 길이(d)가 적어도 기둥부의 길이(D)의 10% 이상의 크기를 가질 것, 즉 d≥0.1D를 만족할 것을 규정하고 있다.

돌출방향과 직교하는 방향에 있어서, 범위(A+B) 내에 있어서의 용융부(73)의 길이(d)가 10% 미만인 경우, 범위(A+B) 내에서는 용융부(73)가 형성되지 않는 부위가 90%이상을 차지한다. 즉, 저면(80)의 중앙부(83) 부근에서는 용융부(73)가 치밀하지 못한 상태가 된다. 따라서, 발화부(70)와 접지전극(30)의 접합강도는 주로, 저면(80)의 가장자리부(84)에 형성되는 용융부(73)에 의해 유지되게 된다. 가장자리부(84)측에서 중앙부(83)측으로 진행된 산화 스케일(scale)은, 용융부(73)가 치밀하지 못한 상태인 중앙부(83) 부근에서는 진행이 빨라지기 쉬우므로, 용융부(73)에 박리나 균열 등이 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 이것은, 후술하는 실시예 1의 결과에 의거한다. 발화부(70)의 돌출방향과 직교하는 방향으로 기둥부(76)가 차지하는 길이(D)의 범위(범위(A+B)) 내에, 용융부(73)를 길이(D)의 10% 이상의 길이(d)로 형성함으로써, 발화부(70)와 접지전극(30)이 가혹한 냉열 시험에 견딜 수 있는 접합강도를 가질 수 있다.

접합강도의 향상이 더욱 요구되는 경우에는, 중심선(Q)의 위치에서부터 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼(도 3 참조) 떨어진 위치까지의 범위(A) 내에 용융부(73)의 적어도 일부가 존재하는 것이 바람직하다. 또한 용융부(73)의 길이(d)가 적어도 길이(D)의 40% 이상일 것, 즉 d≥0.4D를 만족하도록 하면 좋다. 이와 같이 하면, 용융부(73)를 저면(80)의 중앙부(83) 부근에 있어서 더욱 치밀한 상태로 할 수 있다. 따라서, 중앙부(83) 부근에 형성된 용융부(73)에서 산화 스케일이 진행하는 것을 억제할 수 있으므로, 박리나 균열 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이것은 상기와 마찬가지로, 후술하는 실시예 1의 결과에 의거한다. 용융부(73)의 길이(d)를 상기와 같이 규정하면, 발화부(70)와 접지전극(30)이 더욱 가혹한 냉열 시험에 견딜 수 있는 접합강도를 가질 수 있다.

그런데, 불꽃 방전 간극(GAP)에 배치되는 발화부(70)는 불꽃 방전을 할 때에 고온에 노출된다. 귀금속부재(71)에 가해지는 열부하를 저감하기 위해서는, 발화부(70)에서 받은 열을 신속하게 접지전극(30)측으로 흘려보내서, 발화부(70)의 축열(蓄熱)을 방지하는 것이 바람직하다. 이때, 발화부(70)와 접지전극(30)의 사이에 형성되는 용융부(73)는, 중간부재(75)에서 접지전극(30)측으로 열을 흘려보내는데 있어서 열전도성을 저하시킬 우려가 있다. 따라서, 발화부(70)의 돌출방향에 있어서의 용융부(73)의 두께를 얇게 해서 발화부(70)에서 접지전극(30)측으로 열이 부드럽게 흐르도록 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는 상기한 바와 같이, 중간부재(75)의 저면(80)에 미리 돌기부(도시 생략)를 형성해 둠으로써, 저항용접의 과정에서 돌기부가 접지전극(30)의 내면(33)에 가장 먼저 접촉하도록 구성하고 있다. 저항용접의 과정이 진행함에 따라 돌기부가 용융되면 돌기부의 주위에 용융부(73)가 넓게 퍼져서 형성된다. 용융부(73)가 형성되는 과정에서는 접지전극(30)을 향해서 중간부재(75)가 계속 압압되므로, 돌기부와 접지전극(30)이 마주하는 위치에서는 용융부(73)의 두께를 얇게 할 수 있다. 그 결과, 저항용접 후에 발화부(70)와 접지전극(30)이 접합된 부위의 단면(중심선(Q)를 통과하는 단면)을 보았을 때, 돌기부의 흔적으로서의 돌기부(78)의 주위에는 두께가 두꺼운 용융부(73)가 형성되고, 돌기부(78)의 위치에는 두께가 얇은 용융부(73)가 형성된다. 즉, 중앙부(83) 부근의 용융부(73)의 두께(돌출방향의 두께)에 있어서, 돌기부에 의해 형성된 요철을 관찰할 수 있다.

이때, 범위(A) 내에 형성된 용융부(73) 중, 두께가 가장 얇은 부위의 두께를 t라고 한다(도 3 참조). 중심선(Q)의 위치에서 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치에서부터 D/2만큼 떨어진 위치까지의 범위(B) 내에 형성된 용융부(73) 중, 두께가 가장 두꺼운 부위의 두께를 T1이라고 한다(도 3 참조). 범위(A) 내에 형성된 용융부(73)에는 상기와 같이, 중간부재(75)에 돌기부(도시 생략)가 형성된 흔적이 존재하므로 t<T1이 만족된다. 즉, 범위(A) 내에 용융부(73)의 두께가 얇은 부위가 존재한다. 따라서, 발화부(70)에서 접지전극(30)측으로 열이 전도되는 것을 부드럽게 할 수 있으므로, 귀금속부재(71)의 내(耐) 불꽃 소모성을 높일 수 있다. 또한, 용융부(73)에 가해지는 열부하도 저감되게 되므로 용융부에서 산화 스케일이 진행되는 것을 억제해서 발화부(70)와 접지전극(30)의 접합강도를 향상시킬 수 있다. t=T1이 되는 것은, 돌기부의 흔적으로서의 요철이 존재하지 않는 경우, 또는 돌기부(78)의 위치가 범위(A)의 외부에 존재하는 경우로서, 열전도를 방해하게 되므로, 보다 높은 접합강도를 얻는데 있어서 바람직하지 않다.

더욱 구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 범위(A) 내에 형성된 용융부(73)의 부위 중, 두께가 가장 두꺼운 부위의 두께를 T2라고 하고, 두께(T2)와 두께가 가장 얇은 부위인 두께(t)의 중간의 두께{(T2+t)/2}(도면 중 점선(K)로 나타냄)를 기준으로 해서, 중간의 두께{(T2+t)/2}보다도 두께가 두꺼운 용융부(73)의 영역을 제 1 두꺼운 층부(L)라고 하고, 마찬가지로, 제 1 두꺼운 층부(L)와는 별개로, 중간의 두께{(T2+t)/2}보다도 두께가 두꺼운 용융부(73)의 영역을 제 2 두꺼운 층부(N)라고 한다. 또한, 중간의 두께{(T2+t)/2}보다도 두께가 얇은 용융부(73)의 영역을 얇은 층부(M)라고 한다. 이때, 본 실시형태에서는, 범위(A) 내에 있어서, 용융부(73)가, 제 1 두꺼운 층부(L), 얇은 층부(M), 제 2 두꺼운 층부(N)의 순서로 돌출방향과 직교하는 방향으로 연속해서 나열되어 배치된다.

이와 같이, 발화부(70)의 저면(80)의 중앙부(83) 부근에 확실하게 용융부(73)가 형성됨으로써, 발화부(70)와 접지전극(30)의 접합강도가 향상된다. 또한 용융부(73)가 두께가 얇은 얇은 층부(M)를 가짐으로써, 발화부(70)에서 접지전극(30)으로 열이 전도되는 것을 부드럽게 할 수 있으므로, 귀금속부재(71)의 내(耐) 불꽃 소모성을 높일 수 있다. 따라서, 용융부(73)에 가해지는 열부하도 저감되게 되므로, 용융부에 있어서의 산화 스케일의 진행을 억제해서, 발화부(70)와 접지전극(30)의 접합강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 각종 변형이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 발화부(70)를 접지전극(30)의 선단부(31)에 있어서의 내면(33)에 접합했지만, 내면(33)이란 접지전극(30)의 일면으로서, 단지 중심전극(20)의 선단부(22)를 향하는 측의 면을 가리킬뿐이며, 반드시 접지전극(30)의 굴곡된 내향의 면을 가리키는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면, 접지전극(30)의 선단부(31)의 단면(즉, 길이방향으로 가장 선단인 면)에 발화부(70)를 접합하는 형태의 스파크 플러그에 대해서도 적용할 수 있다.

얇은 층부(M)는, 접합 전의 중간부재(75)의 저면(80)에 형성된 돌기부(도시 생략)의 흔적인 돌기부(78)에 의해 형성되지만, 접지전극(30)측에 돌기부가 형성되어도 좋으며, 돌기부의 수도 1개로 한정되는 것이 아니고 2 이상 있어도 좋다.

중간부재(75)의 기둥부(76)는 발화부(70)의 돌출방향을 따라 연장되는 기둥형상을 이루지만, 반드시 기둥부(76)의 외경이 일정하지 않아도 좋으며, 기둥부(76)의 형상도 원주로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 발화부(170)의 중간부재(175)와 같이, 기둥부(176)의 외경이 돌출방향으로 플랜지부(177)에서 멀어지고 귀금속부재(171)에 가까워질수록 지름이 작아지는 것이어도 좋다. 이러한 경우, 발화부(170)의 중심선(Q)을 포함하는 단면에 있어서 기둥부(176)가 발화부(170)의 돌출방향과 직교하는 방향으로 차지하는 길이(D)는, 기둥부(176)의 최대 외경을 기준으로 설정하면 좋다. 또는 플랜지부(177)와의 경계위치에 있어서의 기둥부(176)의 외경을 기준으로 길이(D)를 설정하면 좋다.

본 실시형태에서는, 접지전극(30)의 내면(33)이 중심전극(20)과 마주해서 불꽃 방전 간극(GAP)이 형성되는 형태이며, 내면(33)을 본 발명에 있어서의 「일면」에 상당하는 것으로서 발화부(70)를 설치하였다. 「일면」은, 반드시 접지전극(30)의 굴곡된 내향의 면을 가리키는 것이 아니며, 접지전극(30)의 외측 표면 상에서, 중심전극(20)과의 사이에 불꽃 방전 간극(GAP)을 형성하는 위치의 면이면 좋다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 스파크 플러그(200)와 같이, 중심전극(20)에 접합된 전극 칩(190)이 축선(O) 방향을 따라 길게 연장되는 형태의 것이고, 접지전극(130)의 선단부(131)가 전극 칩(190)을 향하도록 굴곡된 형태의 것이어도 좋다. 불꽃 방전 간극(GAP)은 접지전극(130)의 선단측 단면(133)과 전극 칩(190)의 사이에서 형성되게 된다. 이러한 경우, 불꽃 방전 간극(GAP)을 구성하는 접지전극(130)의 단면(133)을 「일면」으로서 파악해서 단면(133)에 발화부(70)를 설치해도 좋다.

이와 같이, 발화부(70)와 접지전극(30)의 사이에 형성되는 용융부(73)가 저면(80)의 중앙부(83) 부근에 형성됨과 아울러, 용융부(73)가 얇은 층부(M)를 가짐으로써, 발화부(70)와 접지전극(30)의 접합강도를 향상시킬 수 있는지에 대해 확인하기 위해 이하의 평가 시험을 행하였다.

[실시예 1]

우선, 중간부재(75)의 기둥부(76)의 길이(D)의 범위(범위(A+B)) 내에 형성된 용융부(73)의 길이(d)의 비율과 접합강도의 관계에 대해 확인하기 위한 평가 시험을 행하였다. 이 평가 시험을 행함에 있어서, 인코넬 601(등록상표)을 이용해서 제작한 중간부재를, Pt-10Ni로 이루어지는 귀금속부재와 접합해서 발화부를 형성하였다. 또한 발화부를 인코넬 601에 의해 형성된 접지전극에 저항용접으로 접합해서 시험용 스파크 플러그의 샘플을 13종류, 130개(1종류 당 10개) 준비하였다. 이때, 중간부재의 돌기부의 형상이나 크기, 위치 등을 적절히 조정하고, 또한, 발화부와 접지전극에 대한 저항용접의 조건을 적절히 조정함으로써, 샘플 종류마다, 목적하는 위치에 목적하는 크기(발화부의 돌출방향에 있어서의 목적하는 길이)의 용융부가 형성되도록 하였다.

구체적으로, 샘플 1은 범위(A) + 범위(B) 내에 용융부가 형성되지 않도록 하였다. 샘플 2 ~ 샘플 13은 범위(A) + 범위(B) 내에 형성되는 용융부의 길이(d)를 0.05 ~ 0.45[㎜]의 범위에서 적절히 변경시켰다. 기둥부의 길이(D)를 0.8㎜로 해서, 용융부의 길이(d)의 비율(d/D)을 0.06~0.56(6~56%)의 범위에서 변경하였다. 샘플 7, 9, 11, 13은 범위(A) 내에 용융부의 적어도 일부가 형성되도록 하였다. 즉, 이 이외의 샘플 2 ~ 6, 8, 10, 12는 범위(A) 내에 용융부가 형성되지 않게 하였다.

각 샘플 종류에서 5개씩 추출한 샘플에 대해서, 발화부를 접지전극과 함께 버너에 의해 가열해서 1000℃에서 2분간 유지한 후, 1분간 제냉(除冷, 자연냉각)하는 시험을 1 사이클로 하는 3000 사이클의 냉열 시험을 행하였다. 각 샘플 종류마다 남은 5개의 샘플에 대해서는, 보다 가혹한 냉열 조건 하에서도 충분한 접합강도를 유지할 수 있는지를 확인하기 위해, 냉열 시험의 가열온도를 1050℃로 해서 마찬가지로 3000 사이클의 냉열 시험을 행하였다.

냉열 시험 후의 각 샘플을, 각 샘플의 중심선(Q)를 통과하는 단면으로 절단해서, 발화부와 접지전극 사이의 용융부를 확대경으로 관찰하였다. 단면에 있어서의 용융부를 관찰하고, 발화부의 돌출방향과 직교하는 방향에 있어서의 용융부의 길이(d)를 측정함과 아울러, 용융부에 있어서의 박리 발생 유무의 확인과 용융부에 발생한 산화 스케일의 길이를 측정하였다. 각 샘플 종류에 있어서, 5개 중 1개라도 박리가 발생한 경우에는 바람직한 접합강도가 얻을 수 없는 것으로서 ×로 평가하였다. 각 샘플 종류에 있어서, 5개 모두 박리가 발생하지 않았어도 용융부의 길이(d)에 대해서 산화 스케일이 50% 이상 진행된 샘플이 1개라도 있는 경우에는, 그 샘플 종류는 산화 스케일이 발생했다고 해도, 발화부와 접지전극의 접합상태가 유지 가능하며, 충분한 접합강도를 얻을 수 있는 양호한 것으로서 △로 평가하였다. 한편, 각 샘플 종류에 있어서, 5개 모두 박리가 발생하지 않았고, 또한 용융부의 길이(d)에 대해서 산화 스케일이 50% 이상 진행된 샘플이 1개도 없는 경우에는, 그 샘플 종류는 높은 접합강도를 얻을 수 있는 우량인 것으로서 ○로 평가하였다. 평가 시험의 결과를 표 1에 나타내었다.

샘플	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
기둥부의 길이(외경)(D) [㎜]	0.8
용융부의 길이(d) [㎜]	0	0.05	0.08	0.10	0.20	0.30	0.30	0.31	0.32	0.35	0.40		0.45
용융부의 길이(d)의 비율 (d/D)	0	0.06	0.10	0.13	0.25	0.38	0.375	0.39	0.40	0.44	0.50		0.56
범위(A) 내에 있어서의 용융부의 존재	없음	없음	없음	없음	없음	없음	있음	없음	있음	없음	있음	없음	있음
1000℃에 있어서의 산화 스케일·박리의 발생	×	×	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○
1050℃에 있어서의 산화 스케일·박리의 발생	×	×	△	△	△	△	△	△	○	△	○	△	○

표 1에 나타낸 바와 같이, 1000℃로 가열하는 냉열 시험에 있어서, 용융부의 길이(d)의 비율을 0.10(10%) 이상으로 한 샘플 3 ~ 13에서는, 범위(A) 내에 있어서의 용융부의 형성 유무에 관계없이, 박리의 발생 및 산화 스케일의 진행을 충분히 억제할 수 있었다. 그러나, 보다 가혹한 냉열 조건인 1050℃로 가열하는 냉열 시험에서는 산화 스케일이 진행되었다(샘플 3 ~ 8, 10, 12). 이것은, 용융부의 길이(d)의 비율을 0.50(50%)로 해서, 접합강도를 보다 높인 샘플 12에서도 산화 스케일의 진행이 충분히 억제되지 않았다. 그러나, 범위(A) 내에, 적어도 용융부의 일부가 형성되도록 한 경우에는, 샘플 7과, 샘플 9, 11, 13의 비교 결과로부터 자명한 바와 같이, 용융부의 길이(d)의 비율이 0.40(40%) 이상이면 박리의 발생 및 산화 스케일의 진행을 충분히 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

[실시예 2]

이어서, 범위(A) 내의 용융부(73)에 두께가 얇은 부위가 존재하는 것에 따른 효과를 확인하기 위한 평가 시험을 행하였다. 이 평가 시험에서는, 실시예 1과 같이, 인코넬 601을 이용해서 제작한 중간부재를 Pt-10Ni로 이루어지는 귀금속부재와 접합해서 발화부를 형성하였다. 또한 발화부를 인코넬 601에 의해 형성한 접지전극에 저항용접으로 접합하고, It-5Pt로 이루어지는 전극 칩을 설치한 중심전극과의 사이에 불꽃 방전 간극을 형성한 시험용 스파크 플러그 샘플을 5 종류 준비하였다. 이때, 중간부재의 돌기부의 형상이나 크기, 위치 등을 적절히 조정함과 아울러, 발화부와 접지전극의 저항용접의 조건을 적절히 조정함으로써, 샘플 종류마다 목적하는 위치에 목적하는 크기(발화부의 돌출방향에 있어서의 목적하는 길이)의 용융부가 형성되도록 하였다.

구체적으로, 샘플 21은 범위(A) 내에 형성된, 용융부의 두께가 가장 얇은 부위에 있어서의 두께(t)가 거의 0에 가깝게 되도록 하였다(예를 들면 0.01㎜ 미만). 샘플 22 ~ 25는 용융부(73)의 두께(t)가 차례대로, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08[㎜]가 되도록 하였다. 기둥부의 길이(D)는 0.8㎜로 하고 있다. 범위(B) 내에 형성된, 용융부의 두께가 가장 두꺼운 부위에 있어서의 용융부의 두께(t1)는 0.14 ~ 0.20[㎜]의 범위에서 적절히 변경해서, 모두 t<T1이 만족되도록 하였다.

각 샘플을 4기통 2000cc의 시험용 엔진에 조립하고, A/F가 12.5인 혼합기를 연료로 해서, 5000rpm에서 400시간의 주행 시험을 행하였다. 이 평가 시험의 전후에, 접지전극측의 발화부와 중심전극측의 전극 칩 사이의 간극의 크기를 각각 측정해서 각 샘플마다 평가 시험 전후의 간극의 증가량을 구하였다. 평가 시험의 결과를 표 2에 나타내었다. 또한 표 2의 샘플 21에서 최소 두께(t)란에 표시된 「≒」는, 값이 0은 아니지만 0에 가까운 값인 것을 나타낸다.

샘플	21	22	23	24	25
기둥부의 길이(외경)(D)[㎜]	0.8
용융부의 길이(d)[㎜]	0.50	0.45	0.52	0.55	0.6
범위(A) 내에 있어서의 용융부의 최소 두께(t)[㎜]	≒0	0.02	0.04	0.06	0.08
범위(B) 내에 있어서의 용융부의 최대 두께(T1)[㎜]	0.15	0.16	0.20	0.14	0.175
발화부와 전극 칩의 간극의 증가량[㎜]	0.09	0.1	0.1	0.12	0.13

표 2에 나타낸 바와 같이, 범위(A) 내에 형성된, 용융부의 두께가 가장 얇은 부위에 있어서, 용융부의 두께(t)가 두꺼울수록 발화부와 전극 칩 사이의 간극이 커졌다. 즉, 용융부의 두께를 얇게 할수록 발화부에서 접지전극으로 열이 전도되는 것이 부드러워지므로, 귀금속부재가 냉각되는 것에 의한 내(耐) 불꽃 소모성을 높일 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 범위(A) 내에 용융부의 두께가 얇은 부위를 형성하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

Claims (4)

1. 중심전극과;
   축선방향을 따라 연장되는 축 구멍을 가지며, 상기 축 구멍 내에서 상기 중심전극을 지지하는 절연애자와;
   상기 절연애자를 원주방향으로 에워싸서 지지하는 금속쉘과;
   일단부가 상기 금속쉘에 접합되며, 타단부에 있어서의 자신의 일면이 상기 중심전극의 선단부와 마주하도록 굴곡되어, 상기 중심전극과의 사이에 불꽃 방전 간극을 형성하는 접지전극과;
   상기 접지전극의 상기 타단부에 있어서의 상기 일면 상에서 상기 불꽃 방전 간극이 형성되는 위치에 설치되며, 상기 일면에서 상기 중심전극을 향해 돌출하는 형태를 이루는 발화부로서, 자신의 돌출방향에 있어서, 상기 중심전극측에 배치되는 귀금속부재, 및 상기 귀금속부재와 상기 접지전극의 사이에 배치되는 중간부재를 서로 접합해서 이루어지는 발화부;를 구비하고,
   상기 발화부의 상기 중간부재가,
   상기 귀금속부재와 접합되는 면인 상면을 가지며, 상기 돌출방향을 따라 연장되는 기둥형상을 이루는 기둥부와;
   상기 접지전극과 접합되는 면인 저면을 가지며, 상기 기둥부보다도 지름방향으로 지름이 큰 플랜지형상을 이루는 플랜지부;를 가지는 스파크 플러그에 있어서,
   상기 접지전극의 상기 일면과 상기 중간부재의 상기 저면은 저항용접에 의해 서로 접합되고, 상기 저항용접에 의해 상기 일면과 상기 저면의 사이에 용융부를 형성해서 이루어지는 것이며,
   상기 발화부의 상기 돌출방향을 따르는 자신의 중심선을 포함하는 평면에서 상기 중간부재와 상기 접지전극을 절단한 단면을 보았을 때, 상기 용융부 중, 상기 기둥부와 상기 플랜지부의 경계선을 통과하고 상기 돌출방향을 따르는 가상면 내에 형성된 부위가 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 차지하는 길이를 d라고 하고, 상기 기둥부 중 상기 돌출방향과 직교하는 방향의 길이를 D라고 했을 때, d≥0.1D를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단면을 보았을 때,
   상기 용융부가 d≥0.4D를 만족함과 아울러,
   상기 중심선의 위치에서부터 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에, 상기 용융부의 적어도 일부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 단면을 보았을 때,
   상기 중심선의 위치에서부터 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에서, 상기 용융부의 상기 돌출방향에 있어서의 두께가 가장 얇은 부위의 두께(t)와,
   상기 중심선의 위치에서 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치에서부터 D/2만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에서, 상기 용융부의 상기 돌출방향에 있어서의 두께가 가장 두꺼운 부위의 두께(t1)가 t<T1을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 단면을 보았을 때,
   상기 용융부 중, 상기 중심선의 위치에서부터 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 D/4만큼 떨어진 위치까지의 범위 내에 형성된 부위에 있어서, 두께가 가장 두꺼운 부위의 두께를 T2라고 했을 때,
   상기 두께(T2)와 상기 두께(t)의 중간의 두께{(T2+t)/2}보다도 두꺼운 제 1 두꺼운 층부와,
   상기 중간의 두께{(T2+t)/2}보다도 얇은, 얇은 층부와,
   상기 중간의 두께{(T2+t)/2}보다 두껍고, 상기 제 1 두꺼운 층부와는 상이한 제 2 두꺼운 층부가, 이 순서로, 상기 돌출방향과 직교하는 방향으로 연속해서 나열된 배치임과 아울러,
   상기 두께(t)의 부위가 상기 얇은 층부에 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

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