KR101532493B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

금속쉘에 다층구조의 접지전극이 저항용접되는 스파크 플러그에 있어서, 접지전극과 금속쉘의 접합강도를 매우 적합하게 확보한다. 스파크 플러그는 중심전극과, 절연체와, 금속쉘과, 기단부가 금속쉘에 용접된 접지전극을 구비한다. 접지전극은 표면층과 이 표면층보다도 내부에 형성되되 이 표면층보다도 열전도율이 큰 심재를 가지며, 기단부에서부터 선단부 측으로 접지전극의 외형을 따라서 향하는 방향으로 1㎜가 되는 특정위치에 있어서의 표면층의 두께가 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하이다. 금속쉘과 기단부의 용접면에 있어서의 접지전극의 중심축을 통과하고 축선방향과 직교하는 방향인 특정방향의 금속쉘의 폭을 W1(㎜), 특정위치에 있어서의 특정방향의 접지전극의 두께를 W2(㎜), 특정방향의 표면층의 두께를 W3(㎜)이라 하였을 때, W1≥W2×1.55-(W3＋0.25)의 조건을 만족한다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연기관용 스파크 플러그에 관한 것으로서, 특히 스파크 플러그의 접지전극에 관한 것이다.

내연기관에 사용되는 스파크 플러그의 접지전극(외측 전극)은 고온 조건에 노출되기 때문에 내열성이 요구된다. 그래서, 접지전극을 복수의 층으로 이루어지는 다층구조로 하고, 표면층보다도 내부에 형성되는 심재(芯材)를 열전도성이 우수한 구리나 구리 합금 등으로 형성하여 방열성을 높임으로써 내열성을 향상시킨 타입의 스파크 플러그가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 이 접지전극은 일반적으로 저항용접에 의해서 스파크 플러그를 구성하는 금속쉘과 접합된다.

이러한 다층구조의 접지전극은 심재의 양을 증가시키면 그만큼 내열성을 향상시킬 수 있다. 한편, 심재의 양이 증가하면 표면층의 두께가 얇아지게 된다. 열전도성이 우수한 심재는 금속쉘과의 저항용접에 있어서의 접합강도에 크게 기여하지 않거나 혹은 강도 자체가 표면층보다도 떨어지기 때문에, 심재의 양을 증가시키면 그만큼 접합강도가 저하되게 된다.

또, 접지전극의 표면층과 심재는 융점이나 강도가 다르기 때문에, 접지전극과 금속쉘의 저항용접시에는 표면층이 외측으로 향해서 확대되는 형상(웰딩 버:welding burr)으로 되면서 접지전극과 금속쉘이 접합된다. 이러한 확대부분 중 여분의 부분은 통상 제거된다. 표면층의 일부가 제거되면, 한층 더 강도가 저하되게 된다. 이와 같이 접지전극과 금속쉘의 접합강도가 저하되면, 스파크 플러그의 내구성이 저하될 우려가 있었다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 평11－185928호 공보 특허문헌 2 : 일본국 특허공개 2001－284013호 공보

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 상술한 문제의 적어도 일부를 고려하여, 금속쉘에 다층구조의 접지전극이 저항용접되는 스파크 플러그에 있어서, 접지전극과 금속쉘의 접합강도를 매우 적합하게 확보하는 것이다.

본 발명은 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하는 것을 목적으로 하여, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.

≪적용예 1≫

축선방향으로 연장되는 봉형상의 중심전극과; 상기 축선방향으로 연장되는 축구멍을 가지며, 상기 축구멍 내에서 상기 중심전극을 유지하는 절연체와; 상기 절연체를 둘레방향으로 둘러싸서 유지하는 금속쉘과; 기단부가 상기 금속쉘에 용접되고, 선단부가 상기 중심전극의 축선방향 선단측의 단부와의 사이에서 간극을 형성하는 접지전극;을 구비하고, 상기 접지전극은 자신의 표면을 형성하는 표면층과 상기 표면층보다도 내부에 형성되되 상기 표면층보다도 열전도율이 큰 심재를 가지며, 상기 기단부에서부터 상기 선단부 측으로 상기 접지전극의 외형을 따라서 향하는 방향으로 1㎜가 되는 위치인 특정위치에 있어서의 상기 표면층의 두께가 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하인 스파크 플러그로서, 상기 금속쉘의 상기 기단부와의 용접면에 있어서의 상기 접지전극의 중심축을 통과하고 상기 축선방향과 직교하는 방향인 특정방향의 상기 금속쉘의 폭을 W1(㎜), 상기 특정위치에 있어서의 상기 특정방향의 상기 접지전극의 두께를 W2(㎜), 상기 특정위치에 있어서의 상기 특정방향의 상기 표면층의 두께를 W3(㎜)이라 하였을 때, W1≥W2×1.55-(W3＋0.25)의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

≪적용예 2≫

적용예 1에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 심재는 상대적으로 내측에 형성된 제 1 심재와; 상기 제 1 심재를 둘레방향으로 둘러싸도록 상대적으로 외측에 형성되며, 상기 제 1 심재보다도 열전도율이 크고 경도가 작은 제 2 심재;를 구비하고, 상기 제 1 심재는 상기 제 2 심재보다도 상기 축선방향 후단측으로 돌출된 돌출형상으로 형성되고, 상기 용접면은 상기 돌출형상을 추종한 기복(起伏)형상으로 형성되고, 상기 용접면 중 상기 제 1 심재가 접하는 부위의 가장 축선방향 선단측에 위치하는 단면과 가장 축선방향 후단측에 위치하는 단면의 상기 축선방향의 거리가 0.15㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

≪적용예 3≫

적용예 1에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 심재는 상대적으로 내측에 형성된 제 1 심재와; 상기 제 1 심재를 둘레방향으로 둘러싸도록 상대적으로 외측에 형성되며, 상기 제 1 심재보다도 열전도율이 크고 경도가 작은 제 2 심재;를 구비하고, 상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서, 상기 중심전극과 상기 접지전극의 사이에서 상기 축선방향으로 형성되는 불꽃 갭의 중심점을 통과하고 상기 특정방향과 평행한 제 1 가상선과 상기 접지전극의 상기 중심전극 측의 면과의 교점을 통과하고, 상기 특정방향을 향해서 앙각 45도로 상기 제 1 가상선과 교차하는 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 제 2 심재의 각각의 폭의 총합을 W4라 하고, 상기 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 표면층의 각각의 폭의 총합을 W5라 하였을 때, W4/W5≤0.34의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

≪적용예 4≫

적용예 2에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서, 상기 중심전극과 상기 접지전극의 사이에서 상기 축선방향으로 형성되는 불꽃 갭의 중심점을 통과하고 상기 특정방향과 평행한 제 1 가상선과 상기 접지전극의 상기 중심전극 측의 면과의 교점을 통과하고, 상기 특정방향을 향해서 앙각 45도로 상기 제 1 가상선과 교차하는 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 제 2 심재의 각각의 폭의 총합을 W4라 하고, 상기 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 표면층의 각각의 폭의 총합을 W5라 하였을 때, W4/W5≤0.34의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

≪적용예 5≫

적용예 1 내지 적용예 4 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서, 상기 접지전극의 상기 특정위치에 있어서의 상기 축선방향의 중심선은, 상기 금속쉘의 상기 용접면에 있어서의 상기 축선방향의 중심선보다도 상기 중심전극 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

≪적용예 6≫

적용예 1 내지 적용예 5 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서, 상기 금속쉘은 그 중앙부에서 상기 축선방향 선단측으로 융기된 형상으로 형성되고, 상기 심재는 상기 융기된 형상을 추종한 추종형상으로 형성되고, 상기 심재의 상기 축선방향 후단측의 단점(端点)의 위치에 있어서의 상기 접지전극의 외형의 상기 특정방향의 두께가 상기 선단부의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

적용예 1의 스파크 플러그는, 접지전극이 표면층과 이 표면층보다도 열전도율이 큰 심재를 가지고 있기 때문에, 내열성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 표면층과 심재의 밸런스가 도모되어 접지전극과 금속쉘의 접합강도를 매우 적합하게 확보할 수 있다.

적용예 2의 스파크 플러그는, 심재가 상대적으로 내측에 형성되는 제 1 심재와 상대적으로 외측에 형성되는 제 2 심재를 구비하며, 제 1 심재의 경도가 제 2 심재의 경도보다도 크기 때문에, 접지전극과 금속쉘의 접합강도를 향상시킬 수 있다. 게다가, 접지전극과 금속쉘의 용접면이 소정의 기복(起伏)형상으로 형성되어 있기 때문에, 접합강도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

적용예 3의 스파크 플러그는, 표면층과 심재의 밸런스가 도모되어, 내연기관에서의 스파크 플러그의 사용시에 있어서, 냉열 사이클에 의한 접지전극의 변형을 억제할 수 있다.

적용예 4의 스파크 플러그는, 표면층과 심재의 밸런스가 도모되어, 내연기관에서의 스파크 플러그의 사용시에 있어서, 냉열 사이클에 의한 접지전극의 변형을 억제할 수 있다.

적용예 5의 스파크 플러그는, 접지전극과 금속쉘의 접합강도를 향상시킬 수 있다.

적용예 6의 스파크 플러그는, 심재의 후단부에 있어서의 접지전극의 두께를 확보함으로써 접지전극과 금속쉘의 접합강도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 스파크 플러그(100)의 개략 구성을 나타내는 부분 단면도이다.
도 2는 스파크 플러그(100)의 선단부를 선단측에서 본 외관도이다.
도 3은 접지전극(30)의 개략적인 단면 구성과 치수를 나타내는 설명도이다.
도 4는 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도 평가시험의 결과를 나타내는 도표이다.
도 5는 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도 평가시험의 결과를 그래프화하여 나타내는 설명도이다.
도 6은 제 2 실시예로서의 스파크 플러그(200)를 구성하는 접지전극(230)과 금속쉘(250)의 접합단면을 나타내는 설명도이다.
도 7은 스파크 플러그(200)의 진동시험의 결과를 나타내는 도표이다.
도 8은 스파크 플러그(200)의 진동시험의 결과를 그래프화하여 나타내는 설명도이다.
도 9는 제 3 실시예로서의 스파크 플러그(300)의 접지전극(330)의 개략적인 단면 구성과 치수를 나타내는 설명도이다.
도 10은 접지전극(330)이 냉열 사이클에 의해서 변형된 상태를 나타내는 설명도이다.
도 11은 냉열 사이클 시험에 의한 접지전극(330)의 변형의 결과를 나타내는 도표이다.
도 12는 냉열 사이클 시험에 의한 접지전극(330)의 변형의 결과를 그래프화하여 나타내는 설명도이다.
도 13은 제 4 실시예로서의 스파크 플러그(400)에 있어서의 접지전극(430)과 금속쉘(450)의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 14는 스파크 플러그(400)의 진동시험의 결과를 나타내는 도표이다.
도 15는 스파크 플러그(400)의 진동시험의 결과를 그래프화하여 나타내는 설명도이다.
도 16은 제 5 실시예로서의 스파크 플러그(500)를 구성하는 접지전극(530)의 개략적인 단면 구성과 치수를 나타내는 설명도이다.
도 17은 스파크 플러그(500)의 진동시험의 결과를 나타내는 도표이다.
도 18은 비교예로서의 스파크 플러그(500a)의 접지전극(530a)의 개략적인 단면 구성과 치수를 나타내는 설명도이다.
도 19는 스파크 플러그(500)의 진동시험의 결과를 그래프화하여 나타내는 설명도이다.

A. 제 1 실시예：

본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 제 1 실시예로서의 스파크 플러그(100)의 부분 단면도를 도 1에 나타낸다. 이하에서는, 도 1에 있어서의 축선(OL)을 따르는 상측을 스파크 플러그(100)의 선단측으로 하고, 축선(OL)을 따르는 하측을 스파크 플러그(100)의 후단측으로 하여 설명한다. 스파크 플러그(100)는 절연애자(10)와 중심전극(20)과 접지전극(30)과 금속단자(40)와 금속쉘(50)을 구비한다.

중심전극(20)은 절연애자(10)의 선단에서 돌출되는 봉형상의 전극이고, 절연애자(10)의 내부를 통해서 절연애자(10)의 후단에 설치된 금속단자(40)에 전기적으로 접속되어 있다. 중심전극(20)의 외주는 절연애자(10)에 의해서 유지되고, 절연애자(10)의 외주는 금속단자(40)로부터 떨어진 위치에서 금속쉘(50)에 의해서 유지되어 있다.

절연애자(10)는 중심전극(20) 및 금속단자(40)를 수용하는 축구멍(12)이 중심에 형성된 통형상의 절연체이고, 알루미나를 비롯한 세라믹스 재료를 소성하여 형성되어 있다. 절연애자(10)의 축방향 중앙에는 외경을 크게 한 중앙 몸통부(19)가 형성되어 있다. 중앙 몸통부(19)보다도 후단측에는 금속단자(40)와 금속쉘(50)의 사이를 절연하는 후단측 몸통부(18)가 형성되어 있다. 중앙 몸통부(19)보다도 선단측에는 후단측 몸통부(18)보다도 외경이 작은 선단측 몸통부(17)가 형성되고, 이 선단측 몸통부(17)보다도 선단측에는 선단측 몸통부(17)보다도 작은 외경을 가지되 중심전극(20) 측으로 향하여 갈수록 외경이 작아지게 되는 다리부(13)가 형성되어 있다.

금속쉘(50)은 절연애자(10)의 후단측 몸통부(18)의 일부에서부터 다리부(13)에 이르는 부위를 포위하여 유지하는 통형상의 고정구이고, 본 실시예에서는 저탄소강으로 이루어진다. 금속쉘(50)은 공구 걸어맞춤부(51)와 부착 나사부(52)와 원통부(53)와 밀봉부(54)를 구비한다. 금속쉘(50)의 공구 걸어맞춤부(51)에는 스파크 플러그(100)를 엔진 헤드(도시생략)에 부착하기 위한 공구가 걸어맞춰진다. 금속쉘(50)의 부착 나사부(52)는 엔진 헤드의 부착 나사구멍에 나사결합되는 나사산을 가진다. 금속쉘(50)의 밀봉부(54)는 부착 나사부(52)의 기단에 플랜지 형상으로 형성되며, 이 밀봉부(54)와 엔진 헤드의 사이에는 판체를 접어서 형성한 환형상의 개스킷(5)이 끼워진다. 금속쉘(50)의 선단면(57)은 중공의 원형상을 이루며, 그 중앙에는 절연애자(10)의 다리부(13)와 중심전극(20)이 돌출되어 있다.

중심전극(20)은 폐관 형상으로 형성된 전극모재(21)의 내부에 이 전극모재(21)보다도 열전도성이 우수한 심재(25)를 매설한 봉형상의 부재이다. 본 실시예에서는 전극모재(21)가 니켈을 주성분으로 하는 니켈 합금으로 이루어지고, 심재(25)가 구리 또는 구리를 주성분으로 하는 합금으로 이루어진다. 중심전극(20)은 전극모재(21)의 선단이 절연애자(10)의 축구멍(12)에서 돌출된 상태로 절연애자(10)의 축구멍(12)에 삽입되며, 세라믹 저항(3) 및 밀봉체(4)를 통해서 금속단자(40)에 전기적으로 접속된다.

접지전극(30)은 그 일단측의 단부인 기단부(37)가 금속쉘(50)의 선단면(57)에 접합되고, 그 타단측의 단부인 선단부(38)가 중심전극(20)의 선단부와 대향하도록 굴곡되어 있다. 본 실시예에서는, 이 접지전극(30)이 2층 구조로 형성되어 있다. 접지전극(30)의 내부 구조에 대해서는 후술한다. 접지전극(30)의 기단부(37)와 금속쉘(50)의 선단면(57)의 접합은 저항용접에 의해서 실시된다. 접지전극(30)의 선단부(38)와 중심전극(20)의 선단부의 사이에는 불꽃 갭이 형성되어 있다.

이러한 스파크 플러그(100)를 선단측에서 본 외관도를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속쉘(50)의 원통부(53)는, 선단측에서 보면, 외경(OD)을 가지는 원통형상의 내부에 내경(ID)을 가지는 중공이 형성되어 있다. 이 외경(OD)과 내경(ID)의 사이에는 선단면(57)이 형성되어 있다. 선단면(57)의 소정 개소에는 접지전극(30)ㅇ이 접합되고, 이 접지전극(30)은 중심전극(20) 측을 향해서 굴곡되어 있다. 기단부(37)와 선단면(57)의 접합면의 주변에는, 접지전극(30)과 금속쉘(50)을 저항용접에 의해서 접합하였을 때에, 접지전극(30)의 단부가 변형 또는 용융되어 생긴 버(burr)(D)가 형성되어 있다.

접지전극(30)의 기단부(37)의 단면인 후단면(39)은, 기단부(37)에 있어서의 접지전극(30)의 중심축(CA1)을 통과하고 축선(OL)과 직교하는 방향인 특정방향(PD)에 있어서, 금속쉘(50)의 선단면(57)의 중앙부에 배치되어 있다. 그리고, 버(D)가 후단면(39)의 주위에 형성된 결과, 금속쉘(50)의 선단면(57)에 있어서의 기단부(37)와의 용접면(58)은 후단면(39)보다도 크게 형성되어 있다. 또, 용접면(58)은 특정방향(PD)에 있어서의 선단면(57)의 폭 전체에 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합시에 버(D)가 선단면(57) 밖으로 크게 밀려나온 경우에는, 밀려나온 부분의 적어도 일부는 통상 절제(切除)된다. 용접면(58)에 있어서의 선단면(57)의 폭을 "폭(W1)"이라고도 한다. 또, 접지전극(30)의 후단면(39)의 접합(용접) 전의 치수 중, 길이를 "길이(L)", 폭을 "폭(W)"이라고도 한다.

접지전극(30)의 개략적인 단면 구성을 도 3에 나타낸다. 도 3은 축선(OL)방향과 특정방향(PD)에 의해서 규정되는 단면을 나타내고 있다. 도 3에서는 접지전극(30)과 금속쉘(50)을 저항용접할 때에 생기는 버(D)의 도시를 생략하고 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 접지전극(30)은 2층 구조를 가지고 있다. 구체적으로는, 접지전극(30)은 자신의 표면을 형성하는 표면층(31)과, 상기 표면층(31)보다도 내부에 형성되되 상기 표면층(31)보다도 열전도율이 큰 심재(32)를 구비하고 있다. 이와 같이 표면층(31)의 내부에 열전도율이 상대적으로 큰 심재(32)를 형성함에 의해서 접지전극(30)의 방열성이 향상되기 때문에, 스파크 플러그(100)의 내열성을 향상시킬 수 있다. 표면층(31)의 재료에는 예를 들면, Ni(니켈)기 내열 합금을 이용할 수 있다. Ni 합금은 Ni을 97.0중량% 이상 함유하고, 희토류 원소인 네오디뮴(Nd)이 0.05∼1.0중량% 더 첨가되어도 좋다. 희토류 원소로서는 네오디뮴 외에도 이트륨(Y)이나 세륨(Ce)을 이용하여도 좋다. 또, 크롬(Cr)을 함유하고 있어도 좋다. 본 실시예에서는 표면층(31)에 인코넬 600(등록상표)을 이용하였다. 심재(32)의 재료에는 표면층(31)의 재료가 되는 Ni 합금보다도 열전도율이 큰 순구리나 구리 합금을 이용할 수 있다. 본 실시예에서는 심재(32)에 순구리를 이용하였다.

여기서, 접지전극(30)의 기단부(37){후단면(39)}에서부터 접지전극(30)의 선단부(38) 측으로 이 접지전극(30)의 외경을 따라서 향하는 방향으로 1㎜가 되는 위치{이하, "특정위치(PP)"라고도 한다}에 있어서의 표면층(31)의 두께(W3)는 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하이다. 또한, 특정위치(PP)는, 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 용접에 의해서 후단면(39)에 기복(起伏)형상이 생기는 경우에는, 접지전극(30)의 외관에 의거하여 특정하면 좋다. 이 특정위치(PP)는 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 용접에 의해서 버(D)가 생기지 않는 부위를 특정하고 있다. 또, 특정방향(PD)에 있어서의 금속쉘(50)의 용접면(58){선단면(57)}의 폭인 폭(W1)(㎜)과, 특정위치(PP)에 있어서의 특정방향(PD)의 접지전극(30)의 두께(W2)(㎜)와, 특정위치(PP)에 있어서의 특정방향(PD)의 표면층(31)의 두께(W3)(㎜)는 다음의 식 [1]의 조건을 만족하고 있다. 또한, 폭(W1)은 다음의 식 [2]로도 나타낼 수 있다. 또, 본원에서는, 접지전극(30)은 기단부(37)에서 선단부(38)를 향해서 같은 치수, 즉 접지전극(30)의 길이(L)와 폭(W)이 불변으로 형성되어 있다. 따라서, 두께(W2)는 다음의 식 [3]으로도 나타낼 수 있다.

W1≥W2×1.55-(W3＋0.25) …[1]

W1=(OD-ID)/2 …[2]

W2=W …[3]

계속해서, 폭(W1)과 두께(W2,W3)가 식 [1]을 만족하는 것의 의의에 대해서 설명한다. 접지전극(30)의 후단면(39)의 길이(L) 및 폭(W)과 금속쉘(50)의 외경(OD) 및 내경(ID)을 변화시킨 경우에 있어서의 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도 평가시험의 결과를 도 4에서 나타낸다. 이 시험에서 이용하는 접지전극(30) 및 금속쉘(50)은, 선단면(57)의 폭(W1)의 중심점과 접지전극(30)의 두께(W2)의 중심점이 일치하는 위치에서 접지전극(30)과 금속쉘(50)을 접합한 것이다. 또, 이 접지전극(30) 및 금속쉘(50)에 있어서, 접합 후에 형성되는 버(D)는 외경(OD) 측과 내경(ID) 측 모두 0.2㎜ 이하가 되도록 제거되어 있다.

이 접합강도 평가시험은 이하의 순서로 실시한 것이다.

(1) 접지전극(30)의 후단면(39)에서부터 접지전극(30)의 선단부(38) 측으로 이 접지전극(30)의 외경을 따라서 향하는 방향으로 2㎜가 되는 위치를 지점으로 하여 내측{중심전극(20) 측}으로 90도 구부린 후, 원래대로 되돌리는 절곡(折曲)조작을 복수회 반복한다.

(2) 반복 회수가 2회 이하인 절곡조작에 의해서, 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합부에 파단이 생긴 경우는 강도가 보통(도 4에서는 기호 △표로 나타낸다)이라고 평가하고, 파단이 생기지 않은 경우는 강도가 충분(도 4에서는 기호 ○표로 나타낸다)하다고 평가한다.

도 4는 폭(W(W2))과 길이(L)가 다른 3종류의 치수를 가지는 접지전극(30)을 이용하여 실시한 접합강도 평가시험의 각각의 결과를 (A)∼(C)로 하여 나타내고 있다. 각각의 접지전극(30)에는 표면층(31)의 두께(W3)가 0.2㎜와 0.4㎜인 2종류의 것을 이용하고 있다. 또, 각각의 접지전극(30)과 접합되는 금속쉘(50)은, 스파크 플러그(100)의 나사 사이즈에 의거하여 금속쉘(50)의 외경(OD)을 설정하고, 내경(ID)을 4종류로 변화시키고 있다.

이 접합강도 평가시험의 결과에 의하면, 예를 들면, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이 폭(W(W2))이 1.1㎜, 길이(L)가 2.2㎜인 접지전극(30)과 외경(OD)이 8.45㎜인 금속쉘(50)을 접합한 경우, 표면층(31)의 두께(W3)가 0.4㎜인 접지전극(30)에서는, 폭(W1)이 1.025㎜인 금속쉘(50)과 조합하면 접합강도가 보통이 되지만, 폭(W1)이 1.325㎜, 1.225㎜, 1.125㎜인 금속쉘(50)과 조합하면 충분한 접합강도를 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

이러한 접합강도 평가시험의 결과를 이용하여, 표면층(31)의 두께(W3)마다 접지전극(30)의 두께(W2)와 금속쉘(50)의 선단면(57)의 폭(W1)과의 관계를 그래프화한 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에 있어서, ●표의 플롯은 도 4의 ○표에 대응하고 있다. 즉, ●표의 플롯은 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도가 충분히 확보되어 있는 것을 나타내고 있다. 한편, ▲표의 플롯은 도 4의 △표에 대응하고 있다. 즉, ▲표의 플롯은 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도가 보통인 것을 나타내고 있다.

도 5(A)에서는 표면층(31)의 두께(W3)가 0.2㎜인 경우를 나타내고, 도 5(B)에서는 표면층(31)의 두께(W3)가 0.4㎜인 경우를 나타내고 있다. 표면층(31)의 두께(W3)가 0.2㎜인 경우에 있어서, 상기 식 [1]에 W3=0.2를 대입하면, 상기 식 [1]을 만족하는 두께(W2)와 폭(W1)의 관계는 도 5(A)에 나타내는 직선(L1)보다도 상부에 위치하는 범위가 된다. 도 5(A)에서 분명한 바와 같이, 상기 범위에 있어서의 플롯은 모두 ●표이다. 즉, 직선(L1)보다도 상부에 위치하는 값으로 폭(W1)과 두께(W2)를 설정하면, 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도가 충분히 확보되게 된다.

또, 표면층(31)의 두께(W3)가 0.4㎜인 경우에 있어서, 상기 식 [1]에 W3=0.4를 대입하면, 상기 식 [1]을 만족하는 두께(W2)와 폭(W1)의 관계는 도 5(B)에 나타내는 직선(L2)보다도 상부에 위치하는 범위가 된다. 도 5(B)에서 분명한 바와 같이, 상기 범위에 있어서의 플롯은 모두 ●표이다. 즉, 직선(L2)보다도 상부에 위치하는 값으로 폭(W1)과 두께(W2)를 설정하면, 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도가 충분히 확보되게 된다.

이상의 설명에서 분명한 바와 같이, 상기 식 [1]을 만족하도록 폭(W1)과 두께(W2,W3)를 설정하면, 접지전극(30)과 금속쉘(50)의 접합강도를 충분히 확보할 수 있다. 또한, 표면층(31)의 재질, 예를 들면, Ni의 함유량은 식 [1]에 거의 기여하지 않는 것이 확인되었다.

B. 제 2 실시예：

본 발명의 제 2 실시예로서의 스파크 플러그(200)에 대해서 설명한다. 제 2 실시예로서의 스파크 플러그(200)는 제 1 실시예의 접지전극(30)과 금속쉘(50) 대신에 접지전극(230)과 금속쉘(250)을 구비하고 있다. 제 2 실시예로서의 스파크 플러그(200)는 제 1 실시예와 대체로 동일한 구성이며, 접지전극(230)의 내부 구조와, 접지전극(230)과 금속쉘(250)의 접합단면이 제 1 실시예와 다르다. 이하, 스파크 플러그(200)에 대해서 제 1 실시예와 다른 점만을 설명한다.

스파크 플러그(200)의 접지전극(230)과 금속쉘(250)의 접합단면을 도 6에 나타낸다. 도 6은 축선(OL)방향과 특정방향(PD)에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면을 나타내고 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 접지전극(230)은 3층 구조를 가지고 있다. 구체적으로는, 접지전극(230)은 자신의 표면을 형성하는 표면층(231)과, 상기 표면층(231)보다도 내부에 형성되되 상기 표면층(231)보다도 열전도율이 큰 심재(232)를 구비하고 있다. 또한, 상기 심재(232)는 상대적으로 내측에 형성된 제 1 심재(233)와, 제 1 심재(233)를 둘레방향으로 둘러싸도록 상대적으로 외측에 형성된 제 2 심재(234)를 구비하고 있다. 제 2 심재(234)에는 제 1 심재(233)보다도 열전도율이 크고 경도가 작은 재질이 이용된다. 본 실시예에 있어서, 경도란 비커스 경도를 말하며, 마이크로 비커스에 의해서 측정된다. 본 실시예에서는, 표면층(231)에는 제 1 실시예와 같은 Ni기 내열 합금, 제 1 심재(233)에는 Ni, 제 2 심재(234)에는 구리를 이용하고 있다. 이러한 3층 구조의 접지전극(230)은 제 2 심재(234)의 내부에 경도가 상대적으로 큰 제 1 심재(233)를 구비하고 있기 때문에, 접합강도를 향상시킬 수 있다. 금속쉘(250)은 제 1 실시예와 마찬가지로 원통부(253)를 구비하고 있다.

접지전극(230)을 구성하는 표면층(231)의 후단측의 단부와 금속쉘(250)을 구성하는 원통부(253)의 선단측의 단부는 외측으로 향해서 확대된 형상을 구비하고 있다. 이것은 접지전극(230)과 금속쉘(250)을 저항용접할 때에 표면층(231)의 일부와 원통부(253)의 일부가 변형 또는 용융되어 버가 형성된 것에 의한다. 도 6에서는 버의 양단을 절제(切除)한 상태를 나타내고 있다. 이러한 접지전극(230) 및 금속쉘(250)은 이하에서 설명하는 특징을 구비하고 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제 1 심재(233)는 제 2 심재(234)보다도 축선(OL)의 후단측으로 돌출된 돌출형상을 구비하고 있다. 원통부(253)에 있어서의 접지전극(230)과의 용접면(258)은 제 1 심재(233)의 돌출형상을 추종한 형상을 가지고 있다. 구체적으로는, 도 6에 나타낸 단면에 있어서, 용접면(258)은 그 중앙부가 제 1 심재(233)의 돌출분 만큼 오목하고, 또한 제 1 심재(233)의 양측에서 제 2 심재(234)의 후단측 단부의 위치까지 융기된 형상을 가지고 있다. 이러한 용접면(258)의 형상에 있어서, 제 1 심재(233)가 접하는 부위의 가장 축선(OL)방향의 선단측에 위치하는 단면을 "단면(258a)"이라 하고, 가장 축선(OL)방향의 후단측에 위치하는 단면을 "단면(258b)"이라 한다.

이러한 스파크 플러그(200)에 있어서, 용접면(258)의 형상은 단면(258a)과 단면(258b)의 축선(OL)방향의 거리(D1)가 0.15㎜ 이상이 되도록 형성되어 있다. 본 실시예에서는 D1=0.20㎜이다. 또한, 상술한 바와 같이 용접면이 기복형상을 가지는 금속쉘을 이용한 스파크 플러그는 종래부터 존재하고 있는 데, 종래품의 경우는 거리(D1)가 0.1㎜ 정도이다.

이러한 형상의 접지전극(230) 및 금속쉘(250)은, 접지전극(230)과 금속쉘(250)을 저항용접에 의해서 접합할 때에 전류값과 가압압력과 통전패턴을 조절함에 의해서 제조할 수 있다.

상술한 바와 같이 거리(D1)를 0.15㎜ 이상으로 하는 의의에 대해서 이하에 설명한다. 이 거리(D1)의 설정기준은 진동시험에 의해서 찾아낸 것이다. 진동시험이란, 스파크 플러그(200)를 내연기관에 장착하고서 실사용할 때에 스파크 플러그(200)가 받는 진동을 모의(模擬)한 진동조건을 스파크 플러그(200)에 부여하여, 접지전극(230)과 금속쉘(250)의 접합강도를 평가하는 시험이다. 본 실시예에서는 복수의 거리(D1)를 설정하고, 그 각각에 대해서 JISB8031의 충격시험에 의거한 진동시험을 실시하여 접지전극(230)과 금속쉘(250)의 파단시간을 측정하였다. 또한, 본 실시예에서는 각 거리(D1)의 값마다 5회의 진동시험을 실시하고, 각각의 파단시간의 평균값을 평균파단시간(RT)으로서 구하였다. 파단시간은 최대 60분까지 측정하고, 60분 동안에 파단되지 않는 경우에는 파단시간을 60분으로 나타낸다. 또, 스파크 플러그(200)의 실제의 사용조건을 상정하고, 접지전극(230)의 선단측의 단부의 온도가 900℃가 되도록 가열하면서 시험을 실시하였다.

이러한 진동시험의 결과를 도 7에 나타낸다. 이 진동시험의 결과는 폭(W)과 길이(L)가 다른 3종류의 치수를 가지는 접지전극(230)을 이용한 스파크 플러그(200)를 시험대상으로 하여 실시한 시험결과이다. 이 3종류의 치수는 도 4에 나타낸 실험결과와 대응하고 있다. 또한, 표면층(231)의 두께(W3)는 제 1 실시예와 마찬가지로 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하로 하면 좋지만, 본 시험에서는 강도적으로 불리한 조건을 채용하기 위해서 W3=0.2㎜의 접지전극(230)을 이용하였다. 또, 금속쉘(250)에는 용접면(258)의 특정방향(PD)의 폭(W1)이 1.225㎜(W1.1×L2.2), 1.55㎜(W1.3×L2.7), 1.85㎜(W1.5×L2.8)인 것을 이용하였다.

이 진동시험의 결과에 의하면, 예를 들면, W1.1㎜×L2.2㎜의 접지전극(230)을 이용한 경우, 거리(D1)를 0.05㎜로 하면, 평균파단시간(RT)이 31분인 것에 대해서, 거리(D1)를 0.14㎜ 또는 0.18㎜로 하면, 평균파단시간(RT)이 60분, 즉 파단되지 않은 것을 알 수 있다.

이러한 진동시험의 결과를 이용하여, 거리(D1)와 평균파단시간(RT)의 관계를 접지전극(230)의 치수마다 그래프화한 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 어느 치수의 접지전극(230)에서나 거리(D1)가 커질수록 평균파단시간(RT)이 길어지게 되는 것을 알 수 있다. 거리(D1)가 대략 0.15㎜ 이상이 되면, 평균파단시간(RT)은, W1.1㎜×L2.2㎜의 접지전극(230)을 이용한 경우에는 파단되지 않은 것을 나타내는 60분이 된다. 또, W1.5㎜×L2.8㎜의 접지전극(230)을 이용한 경우에는 평균파단시간(RT)이 46분으로 되어, 종래품(D1=0.10㎜ 정도)의 16분에 비해서 큰 폭으로 접합강도가 향상된 것을 알 수 있다. 이와 같이 거리(D1)가 0.15㎜ 이상이 되도록 접지전극(230)과 금속쉘(250)을 구성함으로써, 접지전극(230)과 금속쉘(250)의 접합강도를 향상시킬 수 있다. 이러한 효과는 접지전극(230)의 근본 부분에 있어서, 강도가 상대적으로 작은 제 2 심재(234)에 의해서 형성되는 부위가 감소하는 것에 기인하여 얻어지는 것이다.

C. 제 3 실시예：

본 발명의 제 3 실시예로서의 스파크 플러그(300)에 대해서 설명한다. 제 3 실시예로서의 스파크 플러그(300)는 제 1 실시예와 대체로 동일한 구성이며, 제 1 실시예의 접지전극(30) 대신에 접지전극(330)을 구비하고 있는 점이 제 1 실시예와 다르다. 이하, 스파크 플러그(300)에 대해서 제 1 실시예와 다른 점만을 설명한다.

접지전극(330)의 개략적인 단면을 도 9에 나타낸다. 도 9는 축선(OL)방향과 특정방향(PD)에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면을 나타내고 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 접지전극(330)은 제 2 실시예와 마찬가지로 3층 구조를 가지고 있다. 즉, 접지전극(330)은 표면층(331)과 심재(332)를 구비하고 있다. 또한, 이 심재(332)는 제 1 심재(333)와 제 2 심재(334)를 구비하고 있다. 표면층(331), 제 1 심재(333) 및 제 2 심재(334)의 재질은 제 2 실시예와 같다.

접지전극(330)에 있어서, 심재(332)는 접지전극(330)의 내부의 대략 중앙부에 형성되어 있다. 이 심재(332)는 선단부(338)로 향하여 갈수록 점차 가늘어지는 형상을 가지고 있다. 즉, 심재(332)의 두께는 선단부(338)로 향함에 따라서 작아지게 된다. 환언하면, 표면층(331)의 두께는 선단부(338)로 향함에 따라서 커지게 된다. 그리고, 선단부(338)의 주변 부위에서는 접지전극(330)의 내부에 심재(332)가 형성되지 않은 내부 구조가 된다. 이러한 내부 구조는 접지전극(330)의 제조방법에 기인하는 것이다.

이러한 접지전극(330)의 단면에 있어서, 중심전극(320)과 접지전극(330)의 사이에는 축선(OL)방향으로 불꽃 갭(SG)이 형성되어 있다. 여기서, 이 불꽃 갭(SG)의 중심점(MP)을 통과하고 특정방향(PD)과 평행한 가상선을 "제 1 가상선(VL1)"이라 한다. 접지전극(330)의 중심전극(320) 측의 면과 제 1 가상선(VL1)과의 교점(IP)을 통과하고 특정방향(PD)을 향해서 앙각(仰角) 45도로 제 1 가상선(VL1)과 교차하는 가상선을 "제 2 가상선(VL2)"이라 한다. 여기서, 접지전극(330)은 제 2 가상선(VL2) 상에 있어서의 제 2 심재(334)의 각각의 폭을 W41, W42라 하고, 제 2 가상선(VL2) 상에 있어서의 표면층(331)의 각각의 폭을 W51, W52라 하고, 제 2 심재의 총두께를 W4(=W41＋W42)라 하고, 표면층의 총두께를 W5(=W51＋W52)라 하였을 때, 다음의 식 [4]의 관계를 만족하도록 형성되어 있다.

W4/W5≤0.34 …[4]

접지전극(330)의 구조가 식 [4]를 만족하는 것의 의의에 대해서 이하에 설명한다. 식 [4]는 냉열 사이클 시험에 의해서 찾아낸 것이다. 다층구조의 접지전극(330)을 구비하는 스파크 플러그(300)는 엔진 헤드에 장착되어 내연기관에서 실사용될 때에 냉열 사이클에 노출되게 되면, 표면층(331)과 심재(332)의 열팽창율의 차이로 인하여 접지전극(330)의 굴곡부분이 외측, 즉 중심전극(320) 측의 반대측으로 변형하여 불꽃 갭(SG)이 증대하게 된다. 이러한 변형이 생긴 상태를 도 10에 나타낸다. 도 10에서는 변형 전의 접지전극(330)을 실선으로 나타내고, 변형 후의 접지전극(330)을 점선으로 나타내고 있다. 여기서, 이와 같은 변형이 생긴 경우의 선단부(338)의 중심전극(320) 측의 반대측에 있는 단점(端点)(EP)의 축선(OL)방향의 변위량을 "변위량(DD)"이라 한다. 본 실시예에 있어서의 냉열 사이클 시험은, 스파크 플러그(300)의 실사용시의 냉열 사이클을 모의한 냉열 사이클에 스파크 플러그(300)를 노출시킴에 의해서 변위량(DD)을 측정하는 시험이다.

본 실시예에서는 냉열 사이클 시험으로서 W4/W5의 값을 변화시킨 스파크 플러그(300)를 준비하고, 각각의 스파크 플러그(300)에 대해서 접지전극(330)을 버너로 최대 900℃까지 2분간 가열한 후에 1분간 자연 냉각하는 사이클을 1사이클로 하는 냉열 사이클 조건으로 하였다. 그리고, 이 사이클을 5000회 반복한 후, 변위량(DD)를 측정하였다.

이러한 냉열 사이클 시험의 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11에서는 접지전극(330)에 있어서의 제 2 심재의 총두께(W4)와 표면층의 총두께(W5)의 값을 변화시킨 경우에 있어서의 W4/W5의 값과 변위량(DD)의 관계를 나타내고 있다. 예를 들면, W5=1.58㎜, W4=0.36㎜, 즉 W4/W5=0.23인 접지전극(330)을 이용한 경우는 변위량(DD)=0㎜가 되어, 접지전극(330)에 변형이 생기지 않았다. 한편, W5=1.55㎜, W4=0.66㎜, 즉 W4/W5=0.43인 접지전극(330)을 이용한 경우는 변위량(DD)=0.05㎜가 되어, 접지전극(330)에 변형이 생긴 것을 알 수 있다. 도 11에서는 접지전극(330)에 변형이 생긴 경우의 W4/W5의 값을 해칭으로 표시하고 있다.

이러한 냉열 사이클 시험의 결과를 이용하여 W4/W5의 값과 변위량(DD)의 값의 관계를 그래프화한 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이, W4/W5의 값이 0.34 이하인 접지전극(330)에서는 냉열 사이클에 의한 변형이 생기지 않는 것을 알 수 있다. 이와 같이, W4/W5의 값이 식 [4]를 만족하는 접지전극(330)을 구비하는 스파크 플러그(300)는 냉열 사이클에 의한 접지전극(330)의 변형을 억제할 수 있는 것이다.

D. 제 4 실시예：

본 발명의 제 4 실시예로서의 스파크 플러그(400)에 대해서 설명한다. 제 4 실시예로서의 스파크 플러그(400)는 제 1 실시예와 대체로 동일한 구성이며, 스파크 플러그(400)를 구성하는 접지전극(430)과 금속쉘(450)의 접합위치만이 제 1 실시예와 다르다. 이하, 스파크 플러그(400)에 대해서 제 1 실시예와 다른 점만을 설명한다. 스파크 플러그(400)에 있어서의 접지전극(430)과 금속쉘(450)의 접합위치를 도 13에서 나타낸다. 도 13은 축선(OL)방향과 특정방향(PD)에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면을 나타내고 있다. 도 13에서는 버(D)의 도시를 생략하고 있다. 또, 도 13에서는 접지전극(430)과 중심전극(420)의 사이에 배치되는 절연애자의 도시를 생략하고 있다. 접지전극(430)은 제 1 실시예의 접지전극(30)과 동일한 구성을 가지고 있으며, 표면층(431)과 심재(432)를 구비하고 있다. 이 접지전극(430)은 금속쉘(450)과 접합되어 있다. 금속쉘(450)은 제 1 실시예의 금속쉘(50)과 동일한 구성을 가지고 있다.

여기서, 접지전극(430)의 특정위치(PP)에 있어서의 축선(OL)방향의 중심선을 "중심선(CA2)"이라 한다. 또, 금속쉘(450)의 용접면(458)에 있어서의 축선(OL)방향의 중심선을 "중심선(CA3)"이라 한다. 본 실시예의 스파크 플러그(400)는 중심선(CA2)이 중심선(CA3)보다도 중심전극(420) 측에 위치하는 위치관계로 접지전극(430)과 금속쉘(450)이 접합되어 있다. 이러한 위치관계를 "접지전극(430)을 중심전극(420) 측으로 오프셋한 위치관계"라고도 한다. 이러한 중심선(CA2)과 중심선(CA3)의 위치관계에 있어서, 중심선(CA2)과 중심선(CA3)의 이격(離隔)거리를 "오프셋량(OF)"이라고도 한다.

접지전극(430)을 중심전극(420) 측으로 오프셋하여 금속쉘(450)과 접합하는 것의 의의에 대해서 이하에 설명한다. 이러한 위치관계에 관한 지견(知見)은 진동시험의 결과에 의해서 찾아낸 것이다. 진동시험의 결과를 도 14에 나타낸다. 이 진동시험의 결과는 폭(W)과 길이(L)가 다른 3종류의 치수를 가지는 접지전극(430)을 이용한 스파크 플러그(400)를 시험대상으로 하여 실시한 시험결과이다. 진동시험의 수법은 제 2 실시예에서 설명한 진동시험과 같은 방법이다. 이 진동시험의 결과에 의하면, 예를 들면, W1.1㎜×L2.2㎜의 접지전극(430)과 금속쉘(450)을 접합한 스파크 플러그(400)에서는, 오프셋량(OF)을 0.00㎜로 하면 평균파단시간(RT)이 31분인 것에 대하여, 오프셋량(OF)을 0.07㎜로 하면 평균파단시간(RT)이 60분, 즉 파단되지 않은 것을 알 수 있다.

이러한 진동시험의 결과를 이용하여, 오프셋량(OF)과 평균파단시간(RT)의 관계를 그래프화한 결과를 도 15에 나타낸다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 오프셋량(OF)이 커질수록 평균파단시간(RT)이 길어지게 되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 오프셋량(OF)을 정(正)의 값으로 설정함으로써, 즉 중심선(CA2)이 중심선(CA3)보다도 중심전극(420) 측에 위치하는 위치관계로 접지전극(430)과 금속쉘(450)을 접합함으로써, 접지전극(430)과 금속쉘(450)의 접합강도를 향상시킬 수 있는 것이다.

이러한 효과가 얻어지는 것은, 용접면(458)의 외경(OD)과 내경(ID)의 차이에 기인하여, 접지전극(430)을 중심전극(420) 측으로 오프셋함으로써, 금속쉘(450)의 선단면 상에 형성되는 버(D)의 면적이 커지기 때문에, 즉 용접면(458)의 면적이 커지기 때문이다. 오프셋량(OF)은, 접지전극(430)과 금속쉘(450)의 용접 전의 위치관계에 있어서, 금속쉘(450)의 중심전극(420) 측의 면과 접지전극(430)의 중심전극(420) 측의 면이 특정방향(PD)에서 동일 위치가 되는 위치(도 13에 나타낸 위치)를 최대 범위로 하여 적절하게 설정할 수 있다.

E. 제 5 실시예：

본 발명의 제 5 실시예로서의 스파크 플러그(500)에 대해서 설명한다. 제 5 실시예로서의 스파크 플러그(500)는 제 1 실시예의 접지전극(30)과 금속쉘(50) 대신에 접지전극(530)과 금속쉘(550)을 구비하고 있다. 제 5 실시예로서의 스파크 플러그(500)는 제 1 실시예와 대체로 동일한 구성이며, 접지전극(530)과 금속쉘(550)의 접합단면만이 제 1 실시예와 다르다. 이하, 스파크 플러그(500)에 대해서 제 1 실시예와 다른 점만을 설명한다.

스파크 플러그(500)의 접지전극(530)과 금속쉘(550)의 접합단면을 도 16에 나타낸다. 도 16은 축선(OL)방향과 특정방향(PD)에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면을 나타내고 있다. 접지전극(530)은 이하에 설명하는 금속쉘(550)과의 접합단면을 제외하고 제 1 실시예의 접지전극(30)과 동일한 구성을 가지고 있으며, 표면층(531)과 심재(532)를 구비하고 있다. 이 접지전극(530)은 금속쉘(550)과 접합되어 있다. 금속쉘(550)은 이하에 설명하는 접지전극(530)과의 접합단면을 제외하고 제 1 실시예의 금속쉘(50)과 동일한 구성을 가지고 있다.

도 16에 나타내는 접지전극(530)과 금속쉘(550)의 접합단면에 있어서, 접지전극(530)을 구성하는 표면층(531)의 후단측의 단부와 금속쉘(550)을 구성하는 원통부(553)의 선단측의 단부는 외측으로 향해서 확대된 형상을 구비하고 있다. 이것은 접지전극(530)과 금속쉘(550)을 저항용접할 때에 버(D)가 형성된 것에 의한다. 도 16에서는 버(D)의 양단을 절제한 상태를 나타내고 있다. 또, 금속쉘(550)은 그 중앙부에서 축선(OL)방향의 선단측으로 융기된 형상으로 형성되어 있다. 접지전극(530)의 심재(532)는 금속쉘(550)의 융기된 형상을 추종한 형상으로 형성되어 있다. 즉, 심재(532)는 특정방향(PD)의 중앙부가 축선(OL)방향의 선단측으로 오목하고, 특정방향(PD)의 양단이 축선(OL)방향의 후단측의 단점(端点)(539)까지 늘어난 형상을 가지고 있다. 본 실시예에서는, 특정방향(PD)의 양단의 단점(539)은 축선(OL)방향에 있어서 동일한 위치에 형성되어 있다. 이 단점(539)은 버(D)의 절제부보다도 축선(OL)방향의 선단측에 위치하고 있다.

또한, 단점(539)에 있어서의 접지전극(530)의 외형의 특정방향(PD)의 두께(W6)는, 상술한 외측으로 향해서 확대된 형상에 의해서 접지전극(530)의 선단부(538)의 두께(W7)보다도 두껍게 형성되어 있다. 본 실시예에서는 제 1 실시예와 마찬가지로 접지전극(530)의 길이(L)와 폭(W)이 불변으로 형성되어 있기 때문에, 상술한 외측으로 향해서 확대된 형상을 가지지 않는 접지전극(530)의 어느 부위에서나 특정방향(PD)의 두께는 두께(W7)와 같다.

이러한 형상의 접지전극(530) 및 금속쉘(550)은, 접지전극(530)과 금속쉘(550)의 저항용접시에 접지전극의 내주면과 외주면을 처킹(chucking)하는 지그의 형상을 조절함에 의해서 제조할 수 있다.

접지전극(530)과 금속쉘(550)의 접합단면이 상술한 형상으로 형성되어 있는 것의 의의에 대해서 이하에 설명한다. 이러한 형상에 관한 지견은 진동시험의 결과에 의해서 찾아낸 것이다. 진동시험의 결과를 도 17에 나타낸다. 이 진동시험의 결과는 폭(W)과 길이(L)가 다른 3종류의 치수를 가지는 접지전극(530)을 이용한 스파크 플러그(500)를 시험대상으로 하여 실시한 시험결과이다. 진동시험의 수법은 제 2 실시예에서 설명한 진동시험과 같은 방법이다. 이 진동시험의 결과에 의하면, 예를 들면, W1.3㎜×L2.7㎜의 접지전극(530)과 금속쉘(550)을 접합한 스파크 플러그(500)에서는, W6/W7의 값이 1.00인 경우의 평균파단시간(RT)이 27분인 것에 대하여, W6/W7의 값이 1.22인 경우의 평균파단시간(RT)이 60분, 즉 파단되지 않은 것을 알 수 있다.

여기서, 비교예로서의 스파크 플러그(500a)를 도 18에 나타낸다. 도 18에서는 스파크 플러그(500a)의 각 구성요소를, 도 16에 나타낸 스파크 플러그(500)의 각 구성요소에 붙인 부호의 말미에 "a"를 더 붙인 부호로 표시하고 있다. 비교예로서의 스파크 플러그(500a)는 도 18에 나타낸 바와 같이, 단점(539a)이 표면층(531a)의 후단측의 단부와 원통부(553a)의 선단측의 단부가 외측으로 향해서 확대된 부위보다도 선단측에 위치하고 있다. 이 경우, 두께(W6)는 두께(W7)와 같게 된다. 즉, 상술한 진동시험에 있어서, W6/W7이 1.00인 경우는 스파크 플러그(500a)와 같은 형상을 의미한다.

이러한 진동시험의 결과를 이용하여, W6/W7의 값과 평균파단시간(RT)의 관계를 접지전극(530)의 치수마다 그래프화한 결과를 도 19에 나타낸다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 어느 치수의 접지전극(530)에서나 W6/W7의 값이 1.00에서부터 커질수록 평균파단시간(RT)이 길어지게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 단점(539)에 있어서의 접지전극(530)의 외형의 두께(W6)가 접지전극(530)의 선단부(538)의 두께(W7)보다도 두꺼워 질수록 평균파단시간(RT)이 길어지게 된다. 이와 같이 두께(W6)가 두께(W7)보다도 두꺼워 지도록 접지전극(530) 및 금속쉘(550)을 형성함으로써, 접지전극(530)과 금속쉘(550)의 접합강도를 향상시킬 수 있다. 즉, 표면층(531)에 비해서 강도가 작은 심재(532)의 단점(539)을, 접지전극(530)의 두께가 상대적으로 큰 부위에 위치시킴으로써, 접지전극(530)과 금속쉘(550)의 접합강도를 향상시킬 수 있는 것이다.

상술한 예에서는, 심재(532)의 특정방향(PD)의 양단의 단점(539)이 축선(OL)방향에 있어서 동일한 위치에 형성되어 있으나, 2개의 단점(539)의 위치는 제조 오차 등에 의해서 엄밀하게 일치하지 않는 경우도 있다. 이 경우, 두께(W6)는 2개의 단점(539) 중 상대적으로 선단측의 단점(539)에 있어서의 접지전극(530)의 외형의 특정방향(PD)의 두께로 하면 좋다.

F. 변형예：

상술한 실시형태에서는, 불꽃 갭(SG)이 축선(OL)방향으로 형성되는 세로 방전형의 스파크 플러그를 예시하여 설명하였으나, 본 발명의 스파크 플러그는 이러한 형식에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지 형식에 적용 가능하다. 예를 들면, 제 1, 2, 4, 5 실시예에서 나타낸 스파크 플러그는 축선(OL)방향과 수직인 방향으로 대향하는 가로 방전형의 스파크 플러그로서 실현하여도 좋다. 또, 1개의 중심전극에 대해서 복수의 접지전극이 설치된 스파크 플러그로서 실현하여도 좋다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였으나, 상술한 실시형태에 있어서의 본 발명의 구성요소 중 독립 클레임에 기재된 요소 이외의 요소는 부가적인 요소이며, 적절히 생략 또는 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

10 - 절연애자 12 - 축구멍
20,320,420 - 중심전극 30,230,330,430,530 - 접지전극
31,231,331,431,531 - 표면층 32,232,332,432,532 - 심재(芯材)
37- 기단부 38,338,538 - 선단부
39 - 후단면 50,250,450,550 - 금속쉘
58,258,458 - 용접면 100,200,300,400,500 - 스파크 플러그
233,333 - 제 1 심재 234,334 - 제 2 심재
258a,258b - 단면 OL - 축선
PD - 특정방향 PP - 특정위치
SG - 불꽃 갭 CA1,CA2,CA3 - 중심선
VL1 - 제 1 가상선 VL2 - 제 2 가상선

Claims (12)

1. 축선방향으로 연장되는 봉형상의 중심전극과;
   상기 축선방향으로 연장되는 축구멍을 가지며, 상기 축구멍 내에서 상기 중심전극을 유지하는 절연체와;
   상기 절연체를 둘레방향으로 둘러싸서 유지하는 금속쉘과;
   기단부가 상기 금속쉘에 용접되고, 선단부가 상기 중심전극의 축선방향 선단측의 단부와의 사이에서 간극을 형성하는 접지전극;을 구비하고,
   상기 접지전극은 자신의 표면을 형성하는 표면층과 상기 표면층보다도 내부에 형성되되 상기 표면층보다도 열전도율이 큰 심재를 가지며, 상기 기단부에서부터 상기 선단부 측으로 상기 접지전극의 외형을 따라서 향하는 방향으로 1㎜가 되는 위치인 특정위치에 있어서의 상기 표면층의 두께가 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하인 스파크 플러그로서,
   상기 금속쉘의 상기 기단부와의 용접면에 있어서의 상기 접지전극의 중심축을 통과하고 상기 축선방향과 직교하는 방향인 특정방향의 상기 금속쉘의 폭을 W1(㎜),
   상기 특정위치에 있어서의 상기 특정방향의 상기 접지전극의 두께를 W2(㎜),
   상기 특정위치에 있어서의 상기 특정방향의 상기 표면층의 두께를 W3(㎜)이라 하였을 때,
   W1≥W2×1.55-(W3＋0.25)
   의 조건을 만족하고,
   상기 심재는 상대적으로 내측에 형성된 제 1 심재와; 상기 제 1 심재를 둘레방향으로 둘러싸도록 상대적으로 외측에 형성되며, 상기 제 1 심재보다도 열전도율이 크고 경도가 작은 제 2 심재;를 구비하고,
   상기 제 1 심재는 상기 제 2 심재보다도 상기 축선방향 후단측으로 돌출된 돌출형상으로 형성되고,
   상기 용접면은 상기 돌출형상을 추종한 기복(起伏)형상으로 형성되고,
   상기 용접면 중 상기 제 1 심재가 접하는 부위의 가장 축선방향 선단측에 위치하는 단면과 가장 축선방향 후단측에 위치하는 단면의 상기 축선방향의 거리가 0.15㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
   상기 중심전극과 상기 접지전극의 사이에서 상기 축선방향으로 형성되는 불꽃 갭의 중심점을 통과하고 상기 특정방향과 평행한 제 1 가상선과 상기 접지전극의 상기 중심전극 측의 면과의 교점을 통과하고, 상기 특정방향을 향해서 앙각 45도로 상기 제 1 가상선과 교차하는 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 제 2 심재의 각각의 폭의 총합을 W4라 하고,
   상기 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 표면층의 각각의 폭의 총합을 W5라 하였을 때,
   W4/W5≤0.34
   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
   상기 접지전극의 상기 특정위치에 있어서의 상기 축선방향의 중심선은, 상기 금속쉘의 상기 용접면에 있어서의 상기 축선방향의 중심선보다도 상기 중심전극 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
   상기 금속쉘은 그 중앙부에서 상기 축선방향 선단측으로 융기된 형상으로 형성되고,
   상기 심재는 상기 융기된 형상을 추종한 추종형상으로 형성되고,
   상기 심재의 상기 축선방향 후단측의 단점(端点)의 위치에 있어서의 상기 접지전극의 외형의 상기 특정방향의 두께가 상기 선단부의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
   상기 금속쉘은 그 중앙부에서 상기 축선방향 선단측으로 융기된 형상으로 형성되고,
   상기 심재는 상기 융기된 형상을 추종한 추종형상으로 형성되고,
   상기 심재의 상기 축선방향 후단측의 단점(端点)의 위치에 있어서의 상기 접지전극의 외형의 상기 특정방향의 두께가 상기 선단부의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
8. 축선방향으로 연장되는 봉형상의 중심전극과;
   상기 축선방향으로 연장되는 축구멍을 가지며, 상기 축구멍 내에서 상기 중심전극을 유지하는 절연체와;
   상기 절연체를 둘레방향으로 둘러싸서 유지하는 금속쉘과;
   기단부가 상기 금속쉘에 용접되고, 선단부가 상기 중심전극의 축선방향 선단측의 단부와의 사이에서 간극을 형성하는 접지전극;을 구비하고,
   상기 접지전극은 자신의 표면을 형성하는 표면층과 상기 표면층보다도 내부에 형성되되 상기 표면층보다도 열전도율이 큰 심재를 가지며, 상기 기단부에서부터 상기 선단부 측으로 상기 접지전극의 외형을 따라서 향하는 방향으로 1㎜가 되는 위치인 특정위치에 있어서의 상기 표면층의 두께가 0.2㎜ 이상 0.4㎜ 이하인 스파크 플러그로서,
   상기 심재는 상대적으로 내측에 형성된 제 1 심재와; 상기 제 1 심재를 둘레방향으로 둘러싸도록 상대적으로 외측에 형성되며, 상기 제 1 심재보다도 열전도율이 크고 경도가 작은 제 2 심재;를 구비하고,
   상기 제 1 심재는 상기 제 2 심재보다도 상기 축선방향 후단측으로 돌출된 돌출형상으로 형성되고,
   상기 금속쉘의 상기 기단부와의 용접면은 상기 돌출형상을 추종한 기복(起伏)형상으로 형성되고,
   상기 용접면 중 상기 제 1 심재가 접하는 부위의 가장 축선방향 선단측에 위치하는 단면과 가장 축선방향 후단측에 위치하는 단면의 상기 축선방향의 거리가 0.15㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 축선방향과, 상기 금속쉘의 상기 용접면에 있어서의 상기 접지전극의 중심축을 통과하고 상기 축선방향과 직교하는 방향인 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
   상기 중심전극과 상기 접지전극의 사이에서 상기 축선방향으로 형성되는 불꽃 갭의 중심점을 통과하고 상기 특정방향과 평행한 제 1 가상선과 상기 접지전극의 상기 중심전극 측의 면과의 교점을 통과하고, 상기 특정방향을 향해서 앙각 45도로 상기 제 1 가상선과 교차하는 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 제 2 심재의 각각의 폭의 총합을 W4라 하고,
   상기 제 2 가상선 상에 있어서의 상기 표면층의 각각의 폭의 총합을 W5라 하였을 때,
   W4/W5≤0.34
   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
    상기 접지전극의 상기 특정위치에 있어서의 상기 축선방향의 중심선은, 상기 금속쉘의 상기 용접면에 있어서의 상기 축선방향의 중심선보다도 상기 중심전극 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
    
11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
    상기 금속쉘은 그 중앙부에서 상기 축선방향 선단측으로 융기된 형상으로 형성되고,
    상기 심재는 상기 융기된 형상을 추종한 추종형상으로 형성되고,
    상기 심재의 상기 축선방향 후단측의 단점(端点)의 위치에 있어서의 상기 접지전극의 외형의 상기 특정방향의 두께가 상기 선단부의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 축선방향과 상기 특정방향에 의해서 규정되는 면에 평행한 단면에 있어서,
    상기 금속쉘은 그 중앙부에서 상기 축선방향 선단측으로 융기된 형상으로 형성되고,
    상기 심재는 상기 융기된 형상을 추종한 추종형상으로 형성되고,
    상기 심재의 상기 축선방향 후단측의 단점(端点)의 위치에 있어서의 상기 접지전극의 외형의 상기 특정방향의 두께가 상기 선단부의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

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