KR101536790B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

스파크 구역(80)과 중앙 전극 상의 전극팁 사이에 스파크 갭을 구획하기 위하여 접지 전극(30)의 내표면(33)으로부터 돌출되는 바늘형상의 스파크 구역(80)을 제공한다. 상기 스파크 구역(80)은 서로 결합된 귀금속 부재(81) 및 중간 부재(86)를 갖는다. 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 중간 부재(86)의 물질은 상기 중간 부재(86)의 열전도율이 상기 귀금속 부재(81)의 열전도율 미만으로 되도록 선택된다. 이는 종래 유형들에서보다 상기 귀금속 부재(81)를 더욱 높은 온도로 유지하기 위하여 상기 귀금속 부재(81)로부터 상기 중간 부재(86)를 통하여 상기 접지 전극(30)에로의 열방사 통로를 통한 열방사를 제한하고, 점화 성능의 개선을 위하여 상기 스파크 갭 내에 발생되는 화염핵에 대한 상기 귀금속 부재(81)의 담금질 효과를 감소시킨다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 바늘형상의 스파크 구역이 상기 스파크 구역과 중앙 전극 사이에 스파크 갭을 구획하기 위하여 접지 전극 상에 배치되는 스파크 플러그에 관한 것이다.

스파크 플러그는 주지되어 있고, 이는 중앙 전극, 접지 전극, 및 스파크 구역과 상기 중앙 전극 사이에 스파크 갭을 구획하기 위하여 상기 중앙 전극에 대향되는 접지 전극 일단부의 내표면(일측표면)에 배치되는 바늘형상 스파크 구역을 포함한다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 여기에서, 상기 바늘형상 스파크 구역은, 예를 들면, 상기 접지 전극의 내표면으로부터의 돌출 길이가 0.6 ~ 1.6㎜이며, 외경(또는 돌출 단부 표면의 직경)이 0.5 ~ 1.2㎜인 것을 칭한다. 이러한 바늘형상 스파크 구역을 갖는 상기 스파크 플러그는 상기 접지 전극으로 하여금 상기 스파크 갭으로부터 떨어져서 위치될 수 있도록 하고, 종래의 스파크 플러그에 비하여, 상기 스파크 갭 내에서 발생되는 화염핵이 화염 성장의 초기 단계에서 상기 접지 전극에 접촉되는 경향을 감소시킨다. 이는 접지 전극과 화염핵의 접촉에 따른 열손실로 인하여 화염의 성장을 간섭하는 소위 담금질 효과(quenching effect)를 감소시킬 수 있고, 이에 상기 스파크 플러그의 점화 성능을 개선시킬 수 있게 한다.

상기 스파크 구역은 일반적으로 스파크 방전의 집중에 의한 스파크 마모에 대하여 높은 저항을 갖는 귀금속으로 형성된다. 그러나, 귀금속의 선형 팽창 계수와 일반적으로 접지 전극으로 사용되는, 예를 들면, 니켈계 합금 물질의 선형 팽창 계수 사이에는 큰 차이가 있다. 만일 이들 물질을 단순히 함께 결합하는 경우에는, 냉각/가열 사이클에 의한 열부하의 영향으로 상기 물질들 사이의 결합에 균열 또는 분리가 발생될 수 있다. 이러한 배경에 대하여, 특허문헌 1은 상기 스파크 구역이 귀금속 부재, 및 상기 귀금속 부재와 접지 전극 사이의 선형 팽창 계수를 가지면서 상기 귀금속 부재 및 상기 접지 전극에 결합되어 상기 스파크 구역과 상기 접지 전극 사이의 결합 강도를 증가시키는 중간 부재를 갖는 것을 개시한다.

최근 수년 동안, 엔진의 연소 조건은 높은 엔진 성능 및 연료 효율을 위하여 점차 엄격해지고 있다. 이는 상기 스파크 플러그의 접지 전극에 가해지는 열의 양에 있어서 증가를 가져오고, 냉각/가열 사이클에 의하여 상기 스파크 구역에 인가되는 열부하의 영향에 있어서 또한 증가를 가져온다. 상기 귀금속 부재가 고온으로 가열됨에 따라, 상기 귀금속 부재는 스파크 마모 저항의 열화를 유발하는 산화에 의하여 소모되기 쉽게 된다. 상기 접지 전극에 열전도율이 높은 코어 물질을 제공함 또는 귀금속 부재로부터의 열방사를 강화하도록 상기 중간 부재의 열방사 능력을 증가시킴과 같은 방법에 의하여, 상기 스파크 구역으로부터의 급속한 열방사를 가능하게 하기 위하여 지금까지 상기 스파크 플러그에 대하여 다양한 수정이 이루어져 왔다.

한편, 엔진은 삼원촉매가 제공되는 배기 가스 통로(배기 파이프)를 갖는다. 이 삼원촉매는 배기 가스를 정화하기 위하여 고온에서 활성화된다. 그러므로, 촉매의 조기 활성화 및 2차 연소에 의한 He 배출 감소가 가능하게 하기 위하여, 정상 점화 타이밍으로부터 점화를 지각시키고, 이에 엔진 시동 동안(예를 들면, 점화키를 켜는 것으로부터 1 내지 2분이 경과하는 동안)과 같은 낮은 온도 조건 하에서 배기 가스 온도를 높여, 이러한 높은 온도의 배기 가스가 상기 촉매에 제공될 수 있도록 하는 엔진 제어(소위, 지각(retard) 점화 제어)를 수행하는 것이 일반적이다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개공보 제2004-134209호

그러나, 엔진 자체가 충분하게 예열되지 않은 엔진 시동 시, 조기 촉매 활성화를 위하여 상기 지각 점화 제어가 수행되는 경우, 부적절한 연료 기화로 인하여 점화가 발생되지 않기 쉽다. 더욱이, 연소실 내에서 공기 연료 혼합물의 흐름은 더욱 난류로 되므로, 비록 상기 지각 점화 제어가 점화 타이밍의 지각 정도에 따라 배기 가스 온도를 증가시켜 2차 연소를 증진시키고 HC 배출을 더욱 효과적으로 감소시키더라도, 상기 지각 점화 제어 하에서 점화가 피스톤 상사점 이후에 발생될 때에는 정상 점화 작동 하에서보다 엔진의 연소 상태가 불안정해지는 경향이 있다. 상기 지각 점화 제어 하에, 촉매의 조기 활성화 및 HC 배출의 효율적인 감소를 위하여 점화 타이밍의 지각 정도를 증가시키면서, 엔진 연소 상태의 안정성을 개선하기 위해서는, 스파크 플러그가 높은 점화 성능을 달성할 것이 요구되어 왔다.

본 발명은 위의 문제점의 관점에서 이루어졌다. 본 발명의 목적은, 점화 성능의 개선을 위하여, 귀금속 부재를 고온으로 유지하기 위하여 상기 귀금속 부재로부터의 열방사를 제한할 수 있을 뿐만 아니라, 담금질 효과를 감소시키기 위하여 스파크 갭 근처의 온도를 증가시킬 있는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.

본 발명의 구조에 의하면, 중앙 전극; 축방향으로 연장되는 축홀을 가지며 상기 축홀 내에 상기 중앙 전극을 보유하는 세라믹 절연체; 상기 세라믹 절연체를 원주방향으로 에워싸고 이를 내부에 지지하는 금속쉘; 일단부가 상기 금속쉘의 선단면에 결합되고 타단부의 측표면이 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되도록 구부러진 접지 전극; 및 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되는 위치에서 상기 접지 전극의 타단부의 측표면에 결합되고 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 0.6 ~ 1.6㎜ 돌출된 스파크 구역;으로 이루어지며, 상기 스파크 구역은: 주성분으로서 니켈을 포함하며, 상기 측표면에 결합되고, 상기 중앙 전극을 향하여 돌출된 중간 부재; 주성분으로서 귀금속을 포함하는 귀금속 부재로서, 상기 귀금속 부재와 상기 중앙 전극의 선단부 사이에 스파크 갭을 구획하기 위하여 상기 중간 부재의 돌출 끝단에 결합되고, 상기 귀금속 부재의 일부분은 상기 귀금속 부재와 상기 중간 부재 사이에서 0.5 ~ 1.2㎜의 외경(Dp)을 갖는 융합 결합부에 인접하도록 된 귀금속 부재;를 포함하며, 중간 부재의 열전도율은 귀금속 부재의 열전도율 미만임을 특징으로 하는 스파크 플러그가 제공된다.

위 구성의 본 발명에서, 상기 스파크 플러그의 스파크 구역은 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만이어서 상기 귀금속 부재로부터 상기 중간 부재를 통하여 상기 접지 전극에 이르는 열방사 통로를 통한 열방사(열전달)를 제한할 수 있음을 특징으로 한다. 이는 상기 귀금속 부재 내의 열축적을 허용함으로써 상기 귀금속 부재가 고온으로 유지될 수 있도록 한다. 그러므로, 스파크 방전에 의하여 발생된 화염핵이 화염 성장의 초기 단계에서 상기 귀금속 부재에 접촉될 때에도, 화염 성장을 간섭하는 열손실이 화염핵 내에 발생되기 쉽지 않다. 따라서, 스파크 플러그의 점화 성능 개선이 가능하다.

상기 용어 "주성분"은 여기에서 하나의 물질의 모든 구성 성분 중 최고 함량(중량%)을 갖는 성분(요소 또는 화합물)을 칭한다. 이는, 하나의 물질이 주성분으로서 니켈을 포함할 때, 상기 니켈 요소의 함량이 나머지 구성 성분의 함량보다 높다는 것을 의미한다. 하나의 물질이 주성분으로서 니켈 화합물을 포함할 때, 이는 상기 니켈 요소의 함량보다는 상기 니켈 화합물의 함량이 나머지 구성 성분의 함량보다 높다는 것을 의미한다. 하나의 물질이 주성분으로서 귀금속을 포함할 때, 이는 귀금속으로 분류되는 임의의 요소(들) 또는 화합물(들)의 함량이 나머지 구성 성분의 함량보다 높다는 것을 의미한다. 예를 들면, 40Pt-20Rh-40Ni 물질의 경우, 귀금속으로서 분류되는 Pt 및 Rb의 전체 함량이 Ni의 함량보다 높으므로 귀금속이 상기 물질의 주성분으로서 결정된다.

바람직하게는, 위 구성의 본 발명에서 상기 중간 부재의 열전도율은 10 ~ 25W/(m·K)의 범위 이내이다. 상기 중간 부재의 열전도율이 25W/(m·K) 이하일 때, 상기 중간 부재를 통하여 상기 귀금속 부재로부터 상기 접지 전극에로의 열방사는 상기 귀금속 부재를 더욱 높은 온도로 유지하기 위하여 효과적으로 제한될 수 있다. 그러므로, 점화 진각이 1도 이상 지각될 때에도, 상기 스파크 플러그로 하여금 현재의 스파크 플러그 제품과 동일한 점화 성능을 달성하게 하는 것이 가능하다. 상기 점화 진각이 1도 지각될 때, HC 배출에 있어서 약 10%의 감소 효과를 얻을 수 있음은 주지되어 있다.

상기 귀금속 부재의 온도가 증가됨에 따라, 상기 귀금속 부재는 산화에 의하여 더욱 소모되기 쉽게 되고, 이에 스파크 마모 저항의 열화가 초래된다. 상기 중간 부재의 열전도율이 10W/(m·K) 이상일 때에는, 스파크 마모 저항의 열화를 제한하는 것이 가능하며, 현 제품에서와 동일한 레벨(비록 현 제품의 레벨 미만이더라도 성능의 열화를 유발하지 않는 스파크 마모 저항 레벨 포함)의 스파크 마모 저항을 보장할 수 있다.

상기 중간 부재는 또한 바람직하게는 위 구성의 본 발명에서 상기 측표면으로부터 돌출 방향으로 0.2 ~ 1.4㎜의 길이(이하, "돌출 길이"로 칭함)를 갖는다. 상기 중간 부재를 통한 열방사 통로의 길이는 상기 중간 부재의 돌출 길이로써 감소된다. 상기 중간 부재의 돌출 길이가 0.2㎜ 미만일 때에는, 점화 성능 개선을 위하여 상기 중간 부재를 통한 상기 귀금속 부재로부터의 열방사를 충분하게 제한하는 것이 곤란하다. 상기 중간 부재의 돌출 길이는, 그러므로, 바람직하게는 적어도 0.2㎜ 이상으로 설정된다. 상기 중간 부재의 돌출 길이가 증가됨에 따라, 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 더욱 제한되어 상기 귀금속 부재의 온도 증가로 인해 스파크 마모 저항이 열화된다. 그러므로, 현 제품에서와 동일한 레벨(비록 현 제품의 레벨 미만이더라도 성능의 열화를 유발하지 않는 스파크 마모 저항 레벨 포함)의 스파크 마모 저항을 얻기 위하여 상기 중간 부재의 돌출 길이는 바람직하게는 1.4㎜ 이하로 설정된다.

더욱이, 상기 스파크 구역은 바람직하게는 -0.1≤Dn-Dp≤0.5의 관계를 만족하며, 여기에서 (Dn)은 위 구성의 본 발명에서 결합되기 이전의 중간 부재의 외경이다. 상기 중간 부재의 외경(Dn)이 상기 귀금속 부재의 외경(Dp)에 비하여 크게 설정될 때, 상기 중간 부재를 통한 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 상기 열방사 통로의 단면 영역의 증가로 인하여 강화될 수 있다. 한편, 상기 귀금속 부재를 고온으로 유지하는 것의 곤란함으로 인하여 상기 스파크 플러그의 점화 성능은 열화될 수 있다. 스파크 플러그의 점화 진각이 현 제품에서보다 더욱 지각될 때에도, 스파크 플러그가 현 제품에서와 동일하거나 또는 더욱 높은 레벨의 점화 성능을 얻기 위해서는, 귀금속 부재의 외경(Dp)과 중간 부재의 외경(Dn) 사이의 외경 차이(Dn-Dp)를 0.5㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 차이(Dn-Dp)가 감소되면, 상기 중간 부재를 통한 상기 귀금속 부재로부터의 열방사가 더욱 제한되게 되어, 스파크 플러그는 더욱 높은 점화 성능을 얻을 수 있다. 그러나, 상기 귀금속 부재의 외경(Dp)이 상기 중간 부재의 외경(Dn)보다 클수록 상기 중간 부재에 비하여 상기 귀금속 부재의 크기가 증가된다. 이는 엔진 진동에 의하여 상기 귀금속 부재와 상기 중간 부재 사이의 결합에 더욱 큰 부하가 인가됨에 따라 상기 귀금속 부재가 분리될 가능성을 증가시킨다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 상기 귀금속 부재의 외경(Dp)과 상기 중간 부재의 외경(Dn) 사이의 외경 차이(Dn-Dp)는 -0.1㎜ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

더욱이, 위 구성의 본 발명에서 상기 융합 결합부는, 바람직하게는, 스파크 구역의 중심축을 따라 취한 스파크 구역의 단면이 상기 융합 결합부에 상응하는 일 위치에서 상기 중심축을 향하여 오목한 호(arc)형상 또는 선형상 중 어느 하나의 활꼴(segment)을 포함하는 윤곽을 갖도록, 레이저 용접 또는 전자빔 용접에 의하여 형성된다. 상기 귀금속 부재로부터 상기 중간 부재를 통하여 상기 접지 전극에로의 열방사는 또한 상기 귀금속 부재와 상기 중간 부재 사이의 융합 결합부의 외부 프로파일(단면 윤곽)에 의하여 크게 영향을 받는다. 상기 융합 결합부의 외부 프로파일이 선형상 또는 내측으로 오목한 호형상일 때, 상기 귀금속 부재로부터 상기 중간 부재까지의 열방사 통로는 외측으로 볼록한 형상의 경우에서보다 상기 귀금속 부재에 더욱 가까운 위치에서(즉, 더욱 상부 위치에서) 좁아지게 될 수 있으므로, 열방사를 더욱 효과적으로 제한할 수 있다. 그러므로, 상기 스파크 플러그가 더욱 높은 점화 성능을 얻을 수 있다는 것이 가능하다.

상기 스파크 구역은 또한 바람직하게는 Sy/Sn≥0.55의 관계를 만족시키며, 여기에서 (Sy)는 상기 중심축에 대하여 수직으로 취한 스파크 구역의 단면 영역으로서, 상기 단면 영역이 최소로 되는 위치에서 상기 융합 결합부를 포함하는 단면 영역이고; 그리고, (Sn)은 상기 중심축에 대하여 수직으로 취한 스파크 구역의 단면 영역으로서, 위 구성의 본 발명에서 상기 중심축 방향으로 상기 융합 결합부에 가장 가까운 위치에서 상기 중간 부재만을 포함하는 단면 영역이다. 위 구성의 본 발명은 스파크 구역 및 중간 부재의 물질에 대한 제한 없이, 임의의 물질에 대하여 동일한 방식으로 스파크 플러그의 점화 성능을 개선하고자, 그리고 지각 점화 제어 하에서 연소 상태의 안정성을 개선하고자 한다. 한편, 상기 귀금속 부재로부터의 열방사가 너무 제한될 때에는 상기 연소의 안정화 이후 상기 귀금속 부재가 조기에 소모될 수도 있다는 우려가 있다. 상기 스파크 구역은, Sy/Sn≥0.55의 관계가 만족될 때, 상기 융합 결합부의 외경이 상기 중간 부재의 외경에 비하여 극히 작아짐을 방지할 수 있고 상기 귀금속 부재로부터 상기 중간 부재까지의 열방사를 가능하게 한다. 그러므로, 귀금속 부재의 과도한 소모를 방지하면서 스파크 플러그의 점화 성능을 개선하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스파크 플러그(100) 부분에 대한 단면도
도 2는 상기 스파크 플러그(100)의 스파크 갭(GAP) 부근에 대한 확대 단면도
도 3은 본 발명의 상기 일 실시예에 의한 스파크 구역(80)의 확대 단면도
도 4는 본 발명의 수정 실시예에 의한 스파크 플러그(200)의 스파크 갭(GAP) 부근에 대한 확대 단면도
도 5는 본 발명의 상기 수정 실시예에 의한 스파크 구역(280)의 확대 단면도
도 6은 실시예 8의 표본 번호 A26가 스파크 구역(300)에 조립되기(도 7 참조) 이전의 귀금속 부재(301) 및 중간 부재(302)의 형상을 나타내는 개략도
도 7은 실시예 8의 표본 번호 A26의 스파크 구역(300) 내에 형성되는 융합 결합부(303)의 외부 프로파일을 나타내는 개략도
도 8은 실시예 8의 표본 번호 A51가 스파크 구역(310)에 조립되기(도 9 참조) 이전의 귀금속 부재(301) 및 중간 부재(312)의 형상을 나타내는 개략도
도 9는 실시예 8의 표본 번호 A51의 스파크 구역(310) 내에 형성되는 융합 결합부(313)의 외부 프로파일을 나타내는 개략도
도 10은 실시예 8의 표본 번호 A52가 스파크 구역(320)에 조립되기(도 11 참조) 이전의 귀금속 부재(301) 및 중간 부재(322)의 형상을 나타내는 개략도
도 11은 실시예 8의 표본 번호 A52의 스파크 구역(320) 내에 형성되는 융합 결합부(323)의 외부 프로파일을 나타내는 개략도
도 12는 실시예 8의 표본 번호 A53가 스파크 구역(330)에 조립되기(도 13 참조) 이전의 귀금속 부재(301) 및 중간 부재(332)의 형상을 나타내는 개략도
도 13은 실시예 8의 표본 번호 A53의 스파크 구역(330) 내에 형성되는 융합 결합부의 외부 프로파일을 나타내는 개략도

본 발명 실시예의 스파크 플러그를 도면을 참조하여 아래에 설명한다. 우선, 본 발명의 일 실시예에 의한 스파크 플러그(100)의 구조를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 여기에서, 상기 스파크 플러그(100)의 축방향은 도 l 및 도 2에서의 수직 방향으로 정의되며, 바닥 및 상부측은 각각 상기 스파크 플러그(100)의 전방 및 후방을 칭한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(100)는 일반적으로 축홀(12)이 제공되는 세라믹 절연체(10), 상기 축홀(12)의 전방측에 보유되는 중앙 전극(20), 상기 축홀(12)의 후방측에 보유되는 금속 단자(40) 및 상기 세라믹 절연체(10)의 방사상 외주를 에워싸는 금속쉘(50)을 포함한다. 상기 스파크 플러그(100)는 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 일단부가 결합된 접지 전극(30)으로서 상기 접지 전극(30)의 타단부(선단부(31))가 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되도록 구부러진 접지 전극(30)을 더욱 포함한다.

우선, 상기 스파크 플러그(100)의 절연체를 구성하는 상기 세라믹 절연체(10)를 아래에 상세히 설명한다. 상기 세라믹 절연체(10)는 주지된 바와 같이 소결 알루미나 등으로 형성되며, 축(O) 방향을 따라 상기 절연체(10)의 중심을 통하여 상기 축홀(12)이 연장되도록 원통형상으로 형성된다. 상기 세라믹 절연체(10)는 상기 축(O) 방향으로 실질적으로 중간 위치에 위치되고 최대 외경을 갖는 플랜지부(19), 상기 플랜지부(19)의 후방측(도 1에서 상부측)에 위치된 후방 몸체부(18), 상기 플랜지부(19)의 전방측(도 1에서 바닥측)에 위치되고 상기 후방 몸체부(18)보다 작은 외경을 갖는 전방 몸체부(17), 및 상기 전방 몸체부(17)의 전방측에 위치되며 상기 전방 몸체부(17)보다 작은 외경을 갖는 다리부(13)를 포함한다. 상기 다리부(13)는 상기 전방을 향하여 직경이 감소되며, 상기 스파크 플러그(100)가 내연 엔진(도시 생략)의 실린더 헤드 상에 장착될 때, 상기 엔진의 연소실 내부에 노출된다. 상기 세라믹 절연체(10)는 또한 상기 다리부(13)와 상기 전방 몸체부(17) 사이에 단차부(15)를 포함한다.

다음으로, 상기 중앙 전극(20)을 아래에 상세히 설명한다. 상기 중앙 전극(20)은 니켈 또는 인코넬 600 또는 601(상표명)과 같은 니켈계 합금으로 형성되는 몸체 물질(24), 및 상기 몸체 물질(24)보다 높은 열전도율을 갖는 구리 또는 구리계 합금으로 형성되며 상기 몸체 물질(24) 내에 매설되는 코어 물질(25)을 포함하는 로드형상 전극으로 설계된다. 상기 중앙 전극(20)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 세라믹 절연체(10)의 선단으로부터 전방을 향하여 돌출되는 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)로써, 상기 세라믹 절연체(10)의 축홀(12) 전방측에 보유된다. 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)는 전방을 향하여 직경이 감소된다. 스파크 마모 저항의 개선을 위하여, 귀금속 전극팁(90)이 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)의 선단면에 결합된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 중앙 전극(20)은 상기 축(O) 방향을 따라 상기 축홀(12) 내에서 세라믹 저항기(3) 및 도전성 밀봉 부재(4)를 통하여 상기 금속 단자(40)에 그의 후단이 전기적으로 접속된다. 고전압 케이블(도시 생략)은 상기 스파크 플러그(100)의 사용 중 상기 금속 단자(40)에 높은 전압을 인가하기 위하여 플러그 캡(도시 생략)을 통하여 상기 금속 단자(40)에 접속된다.

다음으로, 상기 금속쉘(50)을 아래에 상세히 설명한다. 상기 금속쉘(50)은 상기 세라믹 절연체(10)를 내부에 보유하기 위하여 상기 다리부(13)를 통하여 상기 후방 몸체부(18)의 일단부로부터 상기 세라믹 절연체(10)의 일 부분을 에워싸면서 상기 스파크 플러그(100)를 내연 엔진의 실린더 헤드에 고정하기 위한 원통형 맞춤구로서 설계된다. 상기 금속쉘(50)은 저탄소강으로 형성되며, 스파크 플러그 렌치(도시 생략)와 맞물림되도록 형성된 도구 결합부(51) 및 상기 엔진 실린더 헤드(도시 생략)의 장착홀 내로 나사결합 되기 위한 나사산이 형성된 장착 나사산부(52)를 갖는다.

더욱이, 상기 금속쉘(50)은 상기 도구 결합부(51)와 상기 장착 나사산부(52) 사이에 형성되는 플랜지형 밀봉부(54)를 갖는다. 상기 장착 나사산부(52)와 상기 밀봉부(54) 사이에는 나사목부(59)가 제공된다. 상기 나사목부(59) 상에는 플레이트 물질을 구부림으로써 형성되는 환형 개스킷(5)이 끼워맞춤된다. 상기 스파크 플러그(100)를 상기 엔진 실린더 헤드(도시 생략)의 장착홀 내에 장착할 때, 상기 개스킷(5)은 상기 장착홀을 통한 엔진 가스 누출을 방지하기 위하여 상기 밀봉부(54)의 베어링 표면과 상기 장착홀의 개방된 가장자리 사이에 밀봉을 형성하도록 상기 밀봉부(54)의 베어링 표면과 상기 장착홀의 개방된 가장자리 사이에서 부서지고 변형된다.

상기 금속쉘(50)은 또한 상기 도구 결합부(51)의 후방측에 형성된 박형 스웨이지부(53) 및 상기 스웨이지부(53)와 동일한 방식으로 상기 도구 결합부(51)와 상기 밀봉부(54) 사이에 형성되는 박형 버클링부(58)를 갖는다. 상기 세라믹 절연체(10)의 후방 몸체부(18)의 외주 표면과 상기 도구 결합부(51)의 내주면, 그리고 상기 금속쉘(50)의 스웨이지부(53) 사이에는 환형 링부재(6, 7)가 위치된다. 이들 링부재(6, 7)의 사이에는 활석 분말(활석)(9)이 충전된다. 상기 세라믹 절연체(10)는 상기 스웨이지부(53)를 내측으로 구부리기 위하여 스웨이징에 의하여 상기 링부재(6, 7) 그리고 상기 활석(9)를 통하여 상기 금속쉘(50) 내에서 전방을 향하여 가압된다. 상기 금속쉘(50) 및 상기 세라믹 절연체(10)는, 그러므로, 상기 장착 나사산부(52)에 상응하는 위치에서 상기 금속쉘(50)의 내주면의 단차부(56) 상에 환형 플레이트 패킹(8)을 통하여 지지되는 상기 세라믹 절연체(10)의 단차부(15)로써 함께 결합된다. 이 때에, 연소 가스의 누출을 방지하기 위하여 상기 플레이트 패킹(8)에 의하여 상기 금속쉘(50)과 상기 세라믹 절연체(10) 사이의 기밀성이 유지된다. 상기 버클링부(58)는 상기 축(O) 방향을 따라 상기 활석(9)의 압축 길이를 증가시키기 위하여 그리고 상기 금속쉘(50)의 기밀성을 개선하기 위하여 상기 스웨이징 동안 압축력의 인가에 의하여 외측으로 구부러져서 변형된다.

다음으로, 상기 접지 전극(30)을 아래에 상세히 설명한다. 상기 접지 전극(30)은 직사각형 단면의 로드형상으로 형성되며, 상기 중앙 전극(20)의 경우에서와 같이 니켈 또는 인코넬 600 또는 601(상표명)과 같은 니켈계 합금으로 형성된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 접지 전극(30)의 일단부(베이스 단부(32))는 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 결합되고 상기 축(O) 방향을 따라 연장되는 반면, 상기 접지 전극(30)은 상기 접지 전극(30)의 타단부(선단부(31))의 측표면(내표면(33))이 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되도록 구부러짐부(34)를 형성하기 위하여 구부러진다.

상기 스파크 플러그(100)는 또한 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되는 위치에서 상기 그룹 전극(30)의 선단부(31)의 내표면(33) 상에 배치되고 상기 선단부(22)를 향하여 돌출된 바늘형상을 갖는 스파크 구역(80)을 포함한다. 상기 스파크 구역(80)은 상기 접지 전극(30)으로부터 그의 돌출 방향으로 라미네이팅되어 함께 결합된 중간 부재(86) 및 귀금속 부재(81)로 구성된다. 상기 중간 부재(86)는 주성분으로서 니켈을 포함하며, 그의 축방향 일단부(도 2에서 바닥측)에 큰 직경 플랜지부(87)를 갖는 원통형상으로 형성된다. 상기 귀금속 부재(81)는 주성분으로서 높은 스파크 마모 저항을 갖는 귀금속을 포함하며, 상기 중간 부재(86)의 나머지 축방향 단부(도 2에서 상부측)에 결합된다. 상기 중간 부재(86) 및 상기 귀금속 부재(81)는 레이저 용접 또는 전자빔 용접에 의하여 이들 부재(86, 81) 사이에 짝을 이루는 표면들 근처에서 결합되며, 이에 상기 중간 부재(86) 및 상기 귀금속 부재(81)의 구성 성분이 함께 융합 및 혼합되는 융합 결합부(85)를 형성한다. 더욱이, 상기 중간 부재(86) 일단의 플랜지부(87)는 저항 용접에 의하여 상기 접지 전극(30)의 내표면(33)에 결합되어, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 전극팁(90) 사이에 스파크 갭(GAP)을 구획하도록 상기 귀금속 부재(81)가 상기 중앙 전극(20) 상의 전극팁(90)에 대향되게 된다. 이들 부재들 사이에 상기 스파크 갭(GAP)을 구획하기 위해서는 상기 스파크 구역(80)이 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되게 하는 것으로 충분하다. 상기 스파크 구역(80) 및 상기 전극팁(90)의 대향 표면들은 위치에 있어서 반드시 서로 엄격하게 상응할 필요는 없다. 상기 스파크 구역의 중심축(80)은 그러므로 상기 스파크 플러그(100)의 축(O)에 엄격하게 일치하지 않아도 된다.

위의 구조로 된 스파크 플러그(100)에서, 상기 스파크 구역(80)의 크기는 상기 스파크 구역(80)이 상술한 바와 같이 상기 접지 전극(30)의 내표면(33)으로부터 돌출되는 바늘형상을 갖도록 명시된다. 더욱 구체적으로 말하자면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 구역(80)의 외경이 상기 귀금속 부재(81)의 외경(Dp)을 기준으로 정의된다는 단서와 함께 상기 귀금속 부재(81)는 0.5 ~ 1.2㎜의 외경(Dp)을 갖는다. 더욱이, 상기 스파크 구역(80)은 상기 접지 전극(30)의 내표면(33)으로부터 그의 돌출 방향으로 0.6 ~ 1.6㎜의 길이(h)를 갖는다(이하, "돌출 길이(h)"로 칭함). 이러한 바늘형상 스파크 구역(80)의 배치는 상기 접지 전극(30)으로 하여금 상기 스파크 갭(GAP)으로부터 떨어져서 위치됨을 허용하고, 상기 스파크 갭(GAP) 내에서 발생된 화염핵이 상기 접지 전극(30)과의 접촉에 의하여 화염 성장의 초기 단계에서 열을 상실하는 담금질 효과를 감소시킨다. 그러므로, 상기 스파크 플러그(100)의 점화 성능을 개선하는 것이 가능하다.

본 실시예에서, 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 중간 부재(88)는 점화 성능을 더욱 개선하기 위하여 상기 중간 부재(86)의 열전도율이 상기 귀금속 부재(81)의 열전도율 미만으로 되도록 형성된다. 상기 스파크 구역(80)이 엔진(도시 생략) 작동 중 열을 수신할 때, 열은 상기 접지 전극(30)을 통하여 상기 스파크 구역(80)으로부터 상기 금속쉘(50)에로 방사되고 발산된다. 상기 스파크 구역(80)에서, 열은 상기 귀금속 부재(81)로부터 상기 중간 부재(86)를 통하여 상기 접지 전극(30)에로 방사된다. 상기 중간 부재(86)의 열전도율이 상기 귀금속 부재(81)의 열전도율 미만으로 설정되므로, 상기 귀금속 부재(81)로부터의 열방사는 상기 귀금속 부재(81) 내에 열축적을 허용하도록 제한될 수 있고, 이에 스파크 방전에 의하여 종래 유형들에서보다 상기 귀금속 부재(81)를 더욱 높은 온도로 유지하게 된다. 상기 귀금속 부재(81)는 상기 스파크 갭(GAP)에 대향되므로(도 2에 나타낸 바와 같이), 상기 스파크 갭(GAP) 내에서 발생된 화염핵은, 화염 성장 동안, 상기 접지 전극(30)에 앞서, 상기 귀금속 부재(81)에 접촉된다. 상기 귀금속 부재(81)의 온도가 종래 유형들에서보다 더욱 높게 유지될 수 있으므로, 화염핵으로부터 상기 스파크 구역(80)(즉, 상기 스파크 구역(80)의 담금질 효과)을 통한 열방사를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 상기 스파크 플러그(100)의 점화 성능을 더욱 개선할 수 있다 .

상기 귀금속 부재(81)로부터의 열방사가 너무 제한되어 상기 귀금속 부재(81)가 과도한 고온에 이를 때, 상기 스파크 갭(GAP)에 대향되는 상기 귀금속 부재(81)는 산화에 의하여 소모되기 쉽게 된다. 이는 스파크 마모 저항의 열화를 초래할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 귀금속 부재(81)로부터 상기 중간 부재(86)를 통하여 상기 접지 전극(30)에로의 열방사를 효과적으로 제한하기 위하여, 상기 스파크 구역(80)에 대하여 다양한 구조적 조건을 설정한다.

우선, 상기 중간 부재(86)의 열전도율을 10 ~ 25W/(m·K)로 설정한다. 상기 중간 부재(86)의 열전도율이 30W/(m·K) 미만일 때, 상기 귀금속 부재(81)의 온도는 점화 성능의 개선을 위하여 증가될 수 있다. 그러나, 상기 귀금속 부재(81)는 산화에 의하여 소모되기 쉬워지고 또한 스파크 마모 저항의 열화를 유발할 가능성이 있다. 상기 중간 부재(86)의 열전도율이 25W/(m·K)보다 높을 때에는, 상기 귀금속 부재(81)로부터의 열방사를 충분하게 제한하기가 곤란해지고, 그러므로 상기 귀금속 부재(81)의 온도를 종래 유형들에서보다 높게 유지하기가 곤란하여 점화 성능의 개선을 기대할 수 없게 된다.

상기 접지 전극(30) 내표면(33)으로부터의 상기 중간 부재(86)의 돌출부 길이(t)(이하, "돌출 길이(t)"로 칭함)는 0.2 ~ 1.4㎜로 설정된다. 상기 중간 부재(86)의 돌출 길이(t)가 0.2㎜ 미만일 때, 상기 중간 부재(86)를 통한 열방사 통로의 길이는 짧고 상기 귀금속 부재(81)로부터의 열방사를 제한하기에 불충분하다. 이는 상기 귀금속 부재(81)의 온도를 종래 유형들에서보다 높게 유지하는 것을 어렵게 하므로, 점화 성능의 개선을 기대할 수 없다. 상기 중간 부재(86)의 돌출 길이(t)가 1.4㎜를 초과할 때, 상기 중간 부재(86)를 통한 열방사 통로의 길이는 너무 길어서 상기 귀금속 부재(81)로부터의 열방사가 너무 제한된다. 이는 상기 귀금속 부재(81)가 산화에 의하여 더욱 소모되기 쉽게 만들고, 이에 스파크 마모 저항의 열화를 초래한다.

더욱이, 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)과 상기 귀금속 부재(81)의 외경(Dp) 사이의 차이(Dn-Dp)를 -0.1 ~ 0.5㎜로 설정한다. 상기 스파크 구역(80)의 돌출 방향에 대하여 전방측에 위치되는 상기 귀금속 부재(81)의 외경(Dp)이 상기 스파크 구역(80)의 돌출 방향에 대하여 후방측에 위치되는 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)보다 클 때에는, 상기 차이(Dn-Dp)를 음의 값으로 부여한다. 상기 차이(Dn-Dp)가 -0.1㎜보다 작을 때(즉, 상기 중간 부재(81)의 외경(Dp)이 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)보다 0.1㎜를 초과하는 차이만큼 큼), 상기 중간 부재(86)에 비하여 상기 귀금속 부재(81)의 중량이 증가되어 엔진(도시 생략) 작동 중 상기 귀금속 부재(81)가 진동 부하에 더욱 민감해지게 된다. 이는 상기 귀금속 부재(81)의 분리를 유발한다. 상기 차이(Dn-Dp)가 0.5㎜보다 클 때(즉, 상기 귀금속 부재(81)의 외경(Dp)이 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)보다 0.5㎜를 초과하는 차이만큼 작음)에는, 상기 귀금속 부재(81)로부터 상기 접지 전극(30)까지의 열방사 통로에 위치되는 상기 중간 부재(86)의 단면 영역이 너무 크므로 상기 귀금속 부재(81)로부터의 열방사를 충분하게 제한하지 못한다. 이는 상기 귀금속 부재(81)의 온도를 종래 유형들에서보다 높게 유지하는 것을 어렵게 하므로 점화 성능의 개선을 기대할 수 없다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 귀금속 부재(81)의 외경(Dp) 및 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)은 이들 부재들이 결합되기 이전의 것들을 말한다. 상기 귀금속 부재(81)의 외경(Dp) 및 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)에 상기 융합 결합부(85)를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)은 상기 융합 결합부(85)에 인접한 상기 중간 부재(86)의 일 부분을 기준으로 결정된다. 상기 귀금속 부재(81)와 상기 중간 부재(86)의 레이저 용접 및 상기 중간 부재(86)와 상기 접지 전극(30)의 저항 용접에 따라 상기 플랜지부(87)에 연속되도록 상기 융합 결합부(85)가 상기 중간 부재(81)의 외주 표면 전체에 형성되는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에도, 상기 융합 결합부(85)에 인접한 상기 중간 부재(86) 부분은 상기 중간 부재(86)의 외경(Dn)을 결정하기 위한 기준으로 이용될 수 있다. 더욱 구체적으로 말하자면, 상기 융합 결합부(85)와 상기 플랜지부(87) 사이의 경계에 위치된 상기 중간 부재(86)의 일 부분은 상기 융합 결합부(85)에 인접한 중간 부재(86) 부분으로서 명시된다.

점화 성능의 개선을 위하여 상기 스파크 플러그(100)의 스파크 구역(80) 내에서 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 중간 부재(86)의 크기 및 열전도율을 제어함에 있어서의 위의 효과들은 다음의 평가 테스트에 의하여 증명된다.

[실시예 1]

우선, 점화 성능과 상기 스파크 구역의 중간 부재의 열전도율 사이의 관계를 증명하기 위한 평가 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, 중간 부재를 제작하기 위하여, 주성분으로서 Ni를 포함하고 상이한 열전도율을 갖는 8종의 물질(N40, N35, N30, N25, N20, N15, N10 및 N5)을 준비하였다. 상기 각각의 물질의 조성을 표 1에 나타낸다.

중간부재 물질	중간부재의 조성[wt%]							열전도율 [W/(m·k)]
	Ni	Si	Cr	Mn	Fe	Al	C
N40	잔량(97.88)	0.7	0.2	0.2	-	1	0.02	40
N35	잔량(96.18)	1.2	0.2	0.2	-	2.2	0.02	35
N30	잔량(94.68)	1.5	1	0.3	-	2.5	0.02	30
N25	잔량(94.98)	1.5	1.5	2	-	-	0.02	25
N20	잔량(90.98)	1.5	2	2	3	0.5	0.02	20
N15	잔량(75.48)	0.2	16	0.3	8	-	0.02	15
N10	잔량(62.48)	0.1	25	0.1	10	2.3	0.02	10
N5	잔량(52.48)	2	30	2	10	3.5	0.02	5

상기 물질에서는 Fe 및/또는 Al를 사용하지 않음)와 그 잔량(balance)의 Ni를 혼합함으로써 주성분으로서 Ni를 포함하며 상이한 열전도율을 보이는 물질을 준비하였다. 상기 물질들의 열전도율은 상기 물질들의 번호순으로 각각 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 및 5W/(m·K)이었다.

위의 물질 N40 ~ N5를 사용하여 0.75㎜의 외경(Dn) 및 0.4㎜의 돌출 길이(t)를 갖는 8가지 유형의 중간 부재들을 형성하였다. 또한, Pt-20Rh(열전도율: 37.2W/(m·K))의 물질을 이용하여 0.7㎜의 외경(Dp) 및 0.5㎜의 돌출 길이(h-t)를 갖는 귀금속 부재를 형성하였다. 상기 중간 부재들을 상기 귀금속 부재와 각각 결합하여, 0.9㎜의 돌출 길이(h)를 갖는 스파크 구역의 표본 A11 ~ A18을 제공하였다. 또한, 평가 기준으로서 Pt-20Rh의 귀금속 부재만을 이용하여 0.7㎜의 외경(Dp) 및 0.9㎜의 돌출 길이(h)로 스파크 구역의 표본 A19(현 제품)을 형성하였다.

상기 스파크 구역의 표본 A11 ~ A18을 상기 스파크 플러그의 접지 전극의 선단부 내표면에 각각 저항 용접함으로써, 그리고 상기 스파크 구역의 표본 A19를 상기 스파크 플러그의 접지 전극의 선단부 내표면에 레이저 용접함으로써 테스트용 스파크 플러그(각각 M14의 공칭 나사산 직경으로 된 금속쉘을 가짐)를 제작하였다. 상기 스파크 갭(GAP)의 크기를 1.1㎜로 제어하기 위하여 각 접지 전극의 구부러짐부의 구부러짐 정도를 조정하였다.

상기 표본A19(현 제품)를 갖는 스파크 플러그를 2.0리터, L4, 4실린더 DOHC 엔진에 장착하였다. 상기 엔진을 1400 rpm, NMEP, 100kPa/4cyl. 및 A/F: 15.5의 조건 하에서 구동하였다. 상기 엔진의 점화 타이밍을 점진적으로 지각시키면서, 회전 변수(회전 속도의 변수)가 30%를 초과한 점화 타이밍의 지각량(°CA)을 측정하여 기준으로 채택하였다. 회전 변수가 30 %를 초과한 점화 타이밍의 지각량(°CA)을 측정하기 위하여 상기 표본 A11 ~ A18을 갖는 각각의 스파크 플러그에 대하여 동일한 테스트 과정을 반복하였다. 상기 표본 A11 ~ A18 각각의 지각량과 상기 표본 A19(현 제품)의 기준 지각량 사이의 차이(이하, "지각 차이"로 칭함)를 결정하였다. 점화 타이밍이 상기 표본 A19에서보다 더욱 지각된 때에는 타이밍 차이를 양의 값으로 부여하였고, 점화 타이밍이 상기 표본 A19에서보다 더욱 진각된 때에는 타이밍 차이를 음의 값으로 부여하였다. 그 테스트 결과를 표 2에 나타낸다.

표본	중간부재 물질	열전도율[W/(m·k)]		타이밍 차이 [°CA]	점화 성능
		귀금속 부재	중간부재
A11	N40	37.2 (Pt-20Rh)	40	-1	×
A12	N35		35	0.3	○
A13	N30		30	0.6	○
A14	N25		25	1	◎
A15	N20		20	1.3	◎
A16	N15		15	1.5	◎
A17	N10		10	1.8	◎
A18	N5		5	2.5	◎
A19(현 제품)	없음		(37.2)	0	-

표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 중간 부재의 물질과 마찬가지로 N40을 이용하여 표본 A11을 형성하였으므로, 상기 중간 부재의 열전도율은 상기 귀금속 부재의 열전도율보다 높았다. 상기 표본 A11에서 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 현 제품 표본에서보다 더욱 바람직했다. 상기 평가 테스트에서와 같이 상기 표본 A11은 상기 표본 A19에 비하여 1°A의 타이밍 차이를 가졌다. 그러므로, 상기 표본 A11의 점화 성능을 "열화됨"(부호 "×"로 표시함)으로 평가하였다. 중간 부재의 물질이 N35 및 N30이었고 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만이었던 표본 A12 및 A13은 상기 표본 A19에 비하여 각각 0.3°A의 타이밍 차이 및 0.6°A의 타이밍 차이를 가졌다. 비록 점화 성능의 개선을 달성하기 위하여 현 제품의 표본에 비하여 각각의 상기 표본 A12 및 A13에서 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 제한되었으나, 이들 표본의 타이밍 차이는 단지 1°A 미만의 순으로 되었다. 그러므로, 상기 표본 A12 및 A13의 점화 성능을 "양호함"(부호 "○"로 표시함)으로 평가하였다.

A17 및 A18은 상기 표본 A19에 비하여 각각 1, 1.3, 1.5, 1.8 및 2.5°A의 타이밍 차이를 가졌다. 각각의 상기 표본 A14 ~ A18에서, 상기 중간 부재의 열전도율은 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만이었다. 더욱이, 상기 중간 부재와 상기 귀금속 부재 사이의 열전도율 차이는 상기 표본 A12 및 A13에서보다 상기 표본 A14 ~ A18에서 더 컸다. 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 상기 표본 A12 및 A13에서보다 상기 표본 A14 ~ A18에서 더욱 제한되었다. 결과적으로, 이들 표본의 타이밍 차이는 1°CA 이상으로 되었다. 상기 표본 A14 ~ A18의 점화 성능은 현 제품 표본에 비하여 개선되었고 "우수함"(부호 "◎"로 표시함)으로 평가되었다. 이들 결과에 의하면, 상기 중간 부재의 열전도율을 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만으로 설정하고 35W/(m·K) 이하로 설정함으로써 점화 성능을 효과적으로 개선하는 것이 가능하며 또한 상기 중간 부재의 열전도율을 25W/(m·K) 이하로 설정함으로써 점화 성능을 더욱 바람직하게 개선하는 것이 가능한 것으로 나타났다.

[실시예 2]

실시예 1에서와는 상이한 열전도율을 갖는 귀금속 부재의 경우에 대하여 동일한 검사 테스트를 수행하였다. 이 테스트를 위하여, 위의 물질 N40 ~ N5로 위와 동일한 8가지 유형의 중간 부재를 형성하고, Pt-IONi(열전도율: 27.8W/(m·K))로 귀금속 부재를 형성하며, 상기 귀금속 부재를 상기 중간 부재에 결합함으로써, 스파크 구역의 8가지 유형의 표본 A21 ~ A28을 각각 제작하였다. 상기 귀금속 부재 및 상기 중간 부재의 크기는 위와 동일하였다. 또한, 상기 위와 동일한 방식으로 Pt-l ONi의 귀금속 부재만을 이용함으로써 스파크 구역의 표본 A29(현 제품)를 평가 기준으로서 형성하였다. 상기 표본 A21 ~ A29를 테스트용 스파크 플러그에 부착하였다. 각각의 상기 표본 A21 ~ A29에 동일한 평가 테스트 과정을 수행하였다. 그 테스트 결과를 표 3에 나타낸다.

표본	중간부재 물질	열전도율[W/(m·k)]		타이밍 차이 [°CA]	점화 성능
		귀금속 부재	중간부재
A21	N40	27.8 (Pt-10Ni)	40	-1.4	×
A22	N35		35	-1	×
A23	N30		30	-0.3	×
A24	N25		25	0.3	○
A25	N20		20	0.8	○
A26	N15		15	1.2	◎
A27	N10		10	1.5	◎
A28	N5		5	2.2	◎
A29(현 제품)	없음		(27.8)	0	-

표 3에 나타낸 바와 같이, 중간 부재 물질로서 N40, N35 및 N30을 사용하였고 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율보다 높았던 각각의 표본 A21, A22 및 A23은 상기 표본 A29에 비하여 음의 타이밍 차이를 가졌다. 상기 표본 A21, A22 및 A23에서 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 현 제품 표본에서보다 더욱 바람직했다. 그러므로, 이들 표본의 점화 성능을 "열화됨"(부호 "×"로 표시함)으로 평가하였다. 한편, 중간 부재 물질로서 N25, N20, N15, N10 및 N5를 사용하였고 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율보다 낮았은 각각의 표본 A24 ~ A28은 상기 표본 A29에 비하여 양의 타이밍 차이를 가졌다. 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 현 제품 표본에 비하여 상기 표본 A24 ~ A28에서 점화 성능 개선을 보이도록 제한하였다. 특히, 상기 표본 A26 ~ A28은 1°CA 이상의 타이밍 차이를 가졌다. 그러므로, 상기 표본 A26 ~ A28의 점화 성능을 "우수함"으로 평가하였고 부호 "◎"로 표시하였다. 상기 표본 A24 및 25의 점화 성능을 "양호함"으로 평가하였고, 상기 표본 A24 및 25의 타이밍 차이가 1°CA보다 작은 순으로 부호 "○"로 표시하였다.

이들 결과에 의하면, 보다 낮은 열전도율 물질로 되는 귀금속 부재의 경우에도, 상기 중간 부재의 열전도율을 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만으로 설정함으로써 점화 성능을 충분히 효과적으로 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 실시예 1의 결과를 고려하면, 상기 귀금속 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재 물질의 종류에 따라 변화되더라도 상기 중간 부재의 열전도율을 25W/(m·K) 이하로 설정함으로써 적어도 점화 성능의 개선 효과는 얻을 수 있음을 확인하였다.

[실시예 3]

다음으로, 스파크 마모 저항과 스파크 구역의 중간 부재의 열전도율 사이의 관계를 변경하기 위한 평가 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, 실시예 2에서와 동일한 표본 A21 ~ A29를 갖는 스파크 플러그를 제작하였다. 상기 표본 A21 ~ A29를 갖는 각각의 스파크 플러그를 2.0리터, 4실린더 가솔린 엔진에 장착하고벤치 내구성 테스트 과정에 의하여 400시간 동안 5000 rpm 및 WOT(풀스로틀(full throttle))의 조건 하에서 상기 엔진을 구동함으로써 테스트하였다. 상기 내구성 테스트 이후에 각 표본의 스파크 갭(GAP)의 크기를 측정하였다. 그리하여, 스파크 갭(GAP)의 초기 크기(1.1㎜)와 상기 측정된 바의 크기 사이의 차이(즉, 스파크 방전에 의한 상기 귀금속 부재의 소모량)를 결정하였다. 그 테스트 결과를 표 4에 나타낸다.

표본	중간부재 물질	열전도율[W/(m·k)]		귀금속 부재의 소모량[㎜]	스파크 마모 저항
		귀금속 부재	중간부재
A21	N40	27.8 (Pt-10Ni)	40	0.03	◎
A22	N35		35	0.03	◎
A23	N30		30	0.03	◎
A24	N25		25	0.04	○
A25	N20		20	0.05	○
A26	N15		15	0.05	○
A27	N10		10	0.07	○
A28	N5		5	0.15	×
A29(현 제품)	없음		없음(27.8)	0.03	-

표 4에 나타낸 바와 같이, 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율보다 높아서 상기 귀금속 부재로부터의 열방사가 상기 표본 A29(현 제품)에서보다 더욱 바람직한 표본 A21 ~ A23은 상기 표본 A29에서와 동일한 귀금속 부재 소모량(0.03㎜)을 가졌다. 그러므로, 상기 표본 A21 ~ A23의 스파크 마모 저항을 "우수함"(부호 "◎"로 표시함)으로 평가하였다. 한편, 상기 표본 A24 ~ 29는 중간 부재의 열전도율 감소로 스파크 갭(GAP)의 크기가 증가되는 경향을 보였다. 특히, 중간 부재의 열전도율이 10W/(m·K) 미만이었던 상기 표본 A28에서 귀금속 부재의 소모량은 0.1㎜을 초과했다. 상기 귀금속 부재는 상기 표본 A29에서보다 상기 표본 A28에서 훨씬 더 소모되었다. 그러므로, 상기 표본 A28의 스파크 마모 저항을 "양호하지 못함"(부호 "×"로 표시함)으로 평가하였다. 비록 상기 스파크 갭(GAP)의 크기가 상기 표본 A29에서보다 각각의 상기 표본 A24 ~ A27에서 더욱 증가되었으나, 이러한 스파크 갭 크기의 증가는 0.1㎜ 이하이었다. 그러므로, 표본 A24 ~ A27의 스파크 마모 저항을 "허용 가능함"으로 평가하였고 부호 "○"로 표시하였다. 이들 테스트 결과에 의하면, 스파크 마모 저항이 열화된 경우에도, 상기 중간 부재의 열전도율을 10W/(m·K) 이상으로 설정함으로써 상기 스파크 마모 저항을 허용 범위 내로 유지할 수 있음을 알 수 있었다. 실시예 1 및 2의 결과로부터, 점화 성능의 개선을 위하여 상기 중간 부재의 열전도율을 10W/(m·K) 이상으로 설정하는 것이 매우 바람직함을 확인하였다.

[실시예 4]

다음으로, 점화 성능과 스파크 구역의 중간 부재의 돌출 길이(t) 사이의 관계를 증명하기 위한 평가 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, 표 1에 나타낸 물질 N15(열전도율 15W/(m·K))를 이용하여 0.75㎜의 외경(Dn) 및 0.1 ~ 1.4㎜로 변화되는 돌출 길이(t)를 갖는 5가지 유형의 중간 부재를 형성하였다. 귀금속 부재는 Pt-10Ni(열전도율: 27.8W/(m·K))로 형성하였으며, 이들 각각은 0.7㎜의 외경(Dp), 및 1.6㎜의 돌출 길이(h)를 갖는 스파크 구역을 제공하도록 상기 중간 부재의 돌출 길이에 따라 변화되는 돌출 길이(h-t)를 갖는다. 상기 중간 부재 및 상기 귀금속 부재를 함께 결합하여, 5가지 유형의 스파크 구역 표본 A31 ~ A35를 제공하였다. 이들 표본을 실시예 1에서와 동일한 테스트용 스파크 플러그에 부착하였다. 상기 표본들 각각의 스파크 갭(GAP)의 크기는 1.1㎜로 제어하였다. 더욱이, Pt-10Ni의 귀금속 부재만을 이용하여 0.7㎜의 외경(Dp) 및 1.6㎜의 돌출 길이(h)를 갖는 스파크 구역 표본 A39(현 제품)를 평가 기준으로서 형성하여 위와 동일한 방식으로 테스트용 스파크 플러그에 부착하였다. 실시예 1에서와 동일한 과정에 의하여 동일한 조건 하에서 표본 A31 ~ A35 및 A39를 갖는 각각의 스파크 플러그에 대하여 점화 성능 테스트를 수행하였다. 그 테스트 결과를 표 5에 나타낸다.

표본	귀금속 부재의 돌출 길이(h)[㎜]	중간부재의 돌출 길이(t)[㎜]	타이밍 차이 [°CA]	점화 성능
A31	1.6	0.1	0.1	△
A32		0.2	0.3	○
A33		0.5	1.1	◎
A34		1	1.4	◎
A35		1.4	1.6	◎
A39(현 제품)		없음(0)	0	-

표 5에 나타낸 바와 같이, 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만인 표본 A31은 상기 표본 A39에 비하여 그다지 크지 않은 0.1의 타이밍 차이를 가졌다. 상기 표본 A31에서, 상기 귀금속 부재와 상기 접지 전극 부재 사이의 중간 부재는 0.1㎜의 작은 돌출 길이(t)를 가졌으므로, 상기 중간 부재를 통한 열방사 통로는 길이가 짧았다. 이 표본에서 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 비록 어느 정도 제한되었으나 효과적으로 제한되었다고 말할 수는 없었다. 그러므로, 상기 귀금속 부재의 온도를 종래 유형에서보다 높게 유지하기가 어려웠다. 점화 성능은 "개선을 거의 기대하기 어려움"(부호 "△"로 표시함)으로 평가하였다. 표본 A32 ~ A35에서, 열전달에 대하여 보다 높은 저항을 제공하고 상기 귀금속 부재 내의 열축적을 도모하기 위하여 중간 부재를 통한 열방사 통로의 길이를 상기 돌출 길이(t)만큼 증가시켰다. 그 결과, 이들 표본은 타이밍 차이가 증가된 경향을 가졌다. 타이밍 차이가 1°CA보다 작았던 상기 표본 A32의 점화 성능을 "양호함"으로 평가하였고, 부호 "○"로 표시하였다. 각각의 표본 A33 ~ A35는 타이밍 차이가 1°CA 이상이었고, 이들 표본에서 상기 귀금속 부재로부터의 열방사가 더욱 제한되었음에 따라, 현 제품 표본에 비하여 점화 성능이 더욱 개선되었다. 그러므로, 상기 표본 A33 ~ A35의 점화 성능을 "우수함"(부호 "◎"로 표시함)으로 평가하였다. 이들 테스트 결과에 의하면, 상기 중간 부재의 돌출 길이(t)를 0.2㎜ 이상으로 설정함으로써 상기 귀금속 부재로부터의 열방사 제한 및 점화 성능의 적절한 개선이 가능함을 확인하였다.

[실시예 5]

스파크 마모 저항과 스파크 구역의 중간 부재의 돌출 길이(t) 사이의 관계를 증명하기 위한 테스트를 더욱 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, 실시예 4에서와 동일한 스파크 구역 표본 A31 ~ A35 및 A39를 제작하였다. 또한, 실시예 4에서와 동일한 방식으로, 돌출 길이(t)가 1.5㎜인 중간 부재를 형성하고, 상기 중간 부재에 상응하는 귀금속 부재를 형성하며, 상기 중간 부재 및 상기 귀금속 부재를 함께 결합함으로써, 스파크 구역의 표본 A36을 제작하였다. 이들 표본을 테스트용 스파크 플러그에 각각 부착하였다. 상기 표본을 갖는 각각의 스파크 플러그를 테스트 엔진에 장착하여, 실시예 3에서와 동일한 방식으로 400 시간 동안 WOT(풀스로틀)의 조건 하에서 주행 시뮬레이션에 의하여 내구성 테스트를 수행한다. 상기 내구성 테스트 이후에 각 표본의 스파크 갭(GAP) 크기를 측정하였다. 그리하여, 스파크 갭(GAP)의 초기 크기(1.1㎜)와 측정 크기 사이의 차이(즉, 스파크 방전에 의한 귀금속 부재의 소모량)를 결정하였다. 그 테스트 결과를 표 6에 나타낸다.

표본	귀금속 부재의 돌출 길이(h)[㎜]	중간부재의 돌출 길이(t)[㎜]	귀금속 부재의 소모량[㎜]	스파크 마모 저항
A31	1.6	0.1	0.05	◎
A32		0.2	0.06	○
A33		0.5	0.06	○
A34		1	0.07	○
A35		1.4	0.09	○
A36		1.5	0.12	×
A39(현 제품)		없음(0)	0.05	-

표 6에 나타낸 바와 같이, 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만이었던 상기 표본 A31에서, 열전달에 대하여 보다 낮은 저항을 제공하고 귀금속 부재로부터의 효율적인 열방사를 허용하기 위하여 상기 중간 부재를 통한 열방사 통로의 길이가 작게 되도록 상기 중간 부재는 0.1㎜의 작은 돌출 길이(t)를 가졌다. 그러므로, 산화에 의한 상기 귀금속 부재의 소모는 스파크 마모 저항의 개선을 위하여 제한되었다. 상기 표본 A31에서 귀금속 부재의 소모량은 중간 부재가 없는 표본 A39에서와 동일한 레벨(0.05㎜)로 유지되었다(이 표본의 스파크 마모 저항을 "우수함"으로 평가하였고 부호 "◎"로 표시하였다). 상기 중간 부재의 돌출 길이(t)가 0.2 ~ 1.4㎜이었던 상기 표본 A32 ~ A35에서, 상기 귀금속 부재의 소모량은 상기 표본 A39에서보다 컸고 0.1㎜보다 작았다. 이들 표본의 스파크 마모 저항을 "허용 가능함"으로 평가하였고 부호 "○"로 표시하였다. 반대로, 돌출 길이(t)가 1.5㎜이었던 표본 A36에서는, 상기 중간 부재를 통한 열방사 통로가 너무 길어서 열전달에 대하여 높은 저항을 제공하고 귀금속 부재 내의 열축적을 도모하였다. 그러므로, 산화에 의한 상기 귀금속 부재의 소모를 제한하기 어려웠다. 이 표본의 스파크 마모 저항을 "저하됨"으로 평가하였고 부호 "×"로 표시하였다. 위의 평가 테스트 결과에 의하여, 종래의 스파크 구역에 비하여 스파크 마모 저항이 열화된 경우에도, 중간 부재의 돌출 길이(t)를 1.5㎜ 이하로 설정함으로써 상기 스파크 마모 저항을 허용 범위 내로 유지할 수 있다는 것을 확인하였다. 실시예 4의 결과로부터, 점화 성능의 개선을 위하여 중간 부재의 돌출 길이(t)를 1.5㎜ 이하로 설정하는 것이 매우 바람직함을 확인하였다.

[실시예 6]

다음으로, 스파크 구역의 상기 중간 부재 및 상기 귀금속 부재의 외경들(Dp, Dn) 사이의 차이(Dn-Dp)와 내구성과의 관계를 증명하기 위한 평가 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, Pt-10Rh(열전도율 27.8W/(m·K)) 물질을 이용하여 외경(Dp)이 0.7㎜이고 돌출 길이(h-t)가 0.5㎜인 귀금속 부재를 형성하였다. 또한, 표 1에 나타낸 물질 N15(열전도율 15W/(m·K))를 이용하여 외경(Dp)이 0.5로부터 1.3㎜까지 변화되고 돌출 길이(t)가 0.4㎜인 5가지 유형의 중간 부재를 형성하였다. 상기 중간 부재 및 상기 귀금속 부재를 레이저 용접에 의하여 함께 결합하여, 돌출 길이(h)가 0.9㎜이고 외경 차이(Dn-Dp)가 -0.2 ~ 0.6㎜까지 변화되는 스파크 구역의 표본 A41 ~ A45을 제공하였다. 또한, Pt-10Ni의 귀금속 부재만을 이용하여 0.7㎜의 외경 및 0.9㎜의 돌출 길이(h)로 스파크 구역 표본 A49(현 제품)를 평가 기준으로서 형성하였다.

상기 표본 A41 ~ A49를 각각 테스트용 스파크 플러그에 부착하였다. 각각의 상기 스파크 플러그를 2.0리터, 4실린더 가솔린 엔진에 부착하여, 무 부하 주행 패턴 1000 사이클에 의하여 열 및 진동 부하를 가하였다. 상기 무 부하 주행 패턴은 엔진을 공회전 상태(아이들링 상태)로부터 풀스로틀 상태(7000 rpm)로 단번에 변경하고 상기 엔진을 다시 공회전 상태로 되돌리는 테스트 패턴이며, 상기 표본에 대한 진동 부하의 영향에 대한 평가에 특히 적당하다. 그 테스트 결과를 표 7에 나타낸다.

표본	귀금속 부재의 외경(Dp)[㎜]	중간부재의 외경(Dn)[㎜]	외경 차이 (Dn-Dp)[㎜]	귀금속 부재의 이탈
A41	φ0.7	φ0.5	-0.2	발생
A42		φ0.6	-0.1	미발생
A43		φ0.7	0	미발생
A44		φ1.0	0.3	미발생
A45		φ1.2	0.5	미발생
A46		φ1.3	0.6	미발생

상기 차이(Dn-Dp)가 -0.2㎜이었던 표본 41에서는, 표 7에 나타낸 바와 같이 상기 중간 부재와 상기 귀금속 부재 사이의 결합 계면에서 분리의 발생으로 인하여 상기 귀금속 부재가 이탈되었다. 상기 표본 A41에서, 상기 중간 부재의 외경(Dn)은 0.5㎜이었으며; 반면에, 상기 귀금속 부재의 외경(Dp)은 0.7㎜이었고 상기 중간 부재의 외경(Dn)보다 0.2㎜ 더 컸다. 상기 귀금속 부재는 상기 중간 부재에 비하여 상기 귀금속 부재의 중량이 증가되었음에 따라 진동 부하에 더욱 민감하였다. 상기 차이(Dn-Dp)가 -0.2㎜보다 컸던 상기 표본 A42 ~ A46에서는, 반대로, 상기 귀금속 부재의 분리가 발생되지 않았다. 이들 결과로부터 상기 차이(Dn-Dp)를 -0.1㎜ 이상으로 설정하는 것이 바람직함을 확인하였다.

[실시예 7]

또한, 점화 성능과 상기 차이(Dn-Dp) 사이의 관계를 증명하기 위한 평가 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, 실시예 6에서와 동일한 표본 A41 ~ A46을 이용하여 실시예 1에서와 동일한 방식으로 테스트용 스파크 플러그를 제작하였다. 또한, 상기 스파크 구역 표본 A29(현 제품)을 형성하였다. Pt-10Ni의 귀금속 부재만을 이용하여 0.7㎜의 외경(Dp) 및 0.9㎜의 돌출 길이(h)로 실시예 3에서와 동일한 스파크 구역 표본 A49(현 제품)를 형성하여 위와 동일한 방식으로 테스트용 스파크 플러그에 부착하였다. 실시예 1에서와 동일한 과정에 의하여 동일한 조건 하에서 상기 표본 A41 ~ A46 및 A29를 갖는 각각의 스파크 플러그에 대하여 점화 성능 테스트를 수행하였다. 그 테스트 결과를 표 8에 나타낸다.

표본	귀금속 부재의 외경(Dp)[㎜]	중간 부재의 외경(Dp)[㎜]	외경 차이 (Dn-Dp)[㎜]	타이밍 차이 [°CA]	점화 성능
A41	φ0.7	φ0.5	-0.2	1.9	◎
A42		φ0.6	-0.1	1.5	◎
A43		φ0.7	0	1.3	◎
A44		φ1.0	0.3	0.9	○
A45		φ1.2	0.5	0.3	○
A46		φ1.3	0.6	0.1	△
A29(현 제품)		없음	(0)	0	-

표 8에 나타낸 바와 같이, 상기 중간 부재의 열전도율이 상기 귀금속 부재의 열전도율 미만이었던 상기 표본 A46은 상기 표본 A29(현 제품)에 비하여 그다지 크지 않은 0.1의 타이밍 차이를 가졌다. 상기 표본 A46에서, 상기 중간 부재와 상기 귀금속 부재 사이의 외경 차이(Dn-Dp)는 0.6㎜이었으므로, 상기 중간 부재를 통한 열방사 통로의 큰 단면 영역으로 인하여 원만한 열전달이 발생하였다. 상기 귀금속 부재로부터의 열방사는 비록 어느 정도 제한되었으나 효과적으로 제한되었다고 하기는 어렵다. 그러므로, 상기 귀금속 부재의 온도를 종래 유형에서보다 높게 유지하기가 곤란했다. 이 표본의 점화 성능을 "개선을 거의 기대하기 어려움"(부호 "△"로 표시함)으로 평가하였다. 한편, 상기 중간 부재와 상기 귀금속 부재 사이의 외경 차이(Dn-Dp)가 0.5㎜ 이하였던 각각의 표본 A41 ~ A45는 양의 타이밍 차이를 가졌다. 이들 표본에서, 열전달, 즉, 귀금속 부재로부터의 열방사는 상기 귀금속 부재 내의 열축적을 도모하기 위하여 제한되었다. 그 결과, 상기 타이밍 차이는 증가되었다. 타이밍 차이가 1°CA 미만이었던 상기 표본 A44 및 A45의 점화 성능을, "양호함"으로 평가하였고 상기 부호 "○"로 표시하였다. 각각의 상기 표본 A41 ~ A43은 1°CA 이상의 타이밍 차이를 가졌고 상기 귀금속 부재로부터의 열방사가 이들 표본에서 더욱 제한되었음에 따라 현 제품 표본에 비하여 점화 성능이 더욱 개선되었다. 상기 표본 A41 ~ A43의 점화 성능을 그러므로 "우수함"(부호 "◎"로 표시함)으로 평가하였다. 이들 평가 테스트 결과에 의하여, 상기 중간 부재와 상기 귀금속 부재 사이의 외경 차이(Dn-Dp)를 0.5㎜ 이하로 설정함으로써 상기 귀금속 부재로부터의 열방사 제한 및 상기 점화 성능의 보다 효과적인 개선이 가능함을 알 수 있었다.

[실시예 8]

다음으로, 점화 성능 및 상기 융합 결합부의 외부 프로파일 사이의 관계를 증명하기 위한 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, 실시예 2에서와 동일한 테스트 표본 A26 및 각각 상기 표본 A26과 같은 크기 및 조성을 가지나 상기 표본 A26과 상이한 외부 프로파일로 된 융합 결합부를 갖는 3개의 기타 테스트 표본 A51, A52 및 A53을 형성하였다. 또한, 비교를 목적으로 실시예 2에서와 동일한 표본 A29(현 제품; 표 3 참조)를 형성하였다. 더욱 구체적으로 말하자면, 각각의 표본을 제작하기 위하여 도 6에 나타낸 바와 같이 물질 Pt-l0Ni(열전도율 27.8W/(m·K))을 이용하여 0.7㎜의 외경(φ) 및 0.5㎜의 높이(길이)로 동일한 귀금속 부재(301)를 형성하였다. 상기 표본 A26의 중간 부재(302)는 물질 N15(표 1 참조)로써 0.75㎜의 외경(φ) 및 0.4㎜의 높이(길이)로 형성하였다(도 9 참조). 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 A51의 중간 부재(312)는, 결합부로부터 상기 귀금속 부재(301)까지 0.15㎜ 연장되는 상기 중간 부재(312)의 단부 직경이 φ0.6㎜으로 감소되었음을 제외하고는, 상기 중간 부재(302)에서와 동일한 방식으로 형성하였다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 A52의 중간 부재(322)는, 결합부로부터 상기 귀금속 부재(301)까지 0.15㎜ 연장되는 상기 중간 부재(322)의 단부 직경이 φ0.78㎜으로 증가되었음을 제외하고는, 상기 중간 부재(302)에서와 동일한 방식으로 형성하였다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 A53의 중간 부재(332)는, 결합부로부터 상기 귀금속 부재(301)까지 0.15㎜ 연장되는 상기 중간 부재(332)의 단부 직경이 φ0.9㎜으로 증가되었음을 제외하고는, 상기 중간 부재(302)에서와 동일한 방식으로 형성하였다.

상기 귀금속 부재(301)를 레이저 용접에 의하여 상기 중간 부재(302, 312, 322, 332)에 각각 결합하였다. 여기에서, 각 표본에 대한 최적의 결합 상태를 달성하기 위하여 상기 용접 조건을 표본으로부터 표본으로 변화시켰다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 A26의 상기 스파크 구역(300) 내에 형성된 융합 결합부(303)의 외부 프로파일(즉, 상기 스파크 구역(300)의 융합 결합부(303)의 단면의 윤곽)은 상기 스파크 구역(300)의 중심축(Z)을 향하여 내측으로 오목한 호형상이었다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 A51의 상기 스파크 구역(310) 내에 형성된 융합 결합부(313)의 외부 프로파일은 상기 표본 A26의 융합 결합부(303)에서보다 스파크 구역(310)의 중심축(Z)을 향하여 내측으로 더욱 오목한 호형상이었다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 A52의 상기 스파크 구역(320)에 형성된 융합 결합부(323)의 외부 프로파일은 선형상이었다. 또한, 도 13에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 A53의 상기 스파크 구역(330) 내에 형성된 융합 결합부(333) 내의 외부 프로파일은 스파크 구역(330)의 중심축(Z)을 향하여 외측으로 볼록한 호형상이었다.

이들 표본 A26, A51, A52, A53 및 A29를 각각 테스트용 스파크 플러그의 접지 전극(305)에 결합하였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 상기 표본 A26, A51, A52, A53 및 A29를 갖는 각각의 스파크 플러그를 테스트 및 평가하였다. 그 테스트 결과를 표 9에 나타낸다.

표본	융합 결합부의 외부 프로파일	타이밍 차이[°CA]	점화 성능
A26	내측으로 오목한 호형상	1.2	◎
A51	내측으로 오목한 호형상	1.6	◎
A52	선형상	1.0	◎
A53	외측으로 볼록한 형상	0.7	○
A29(현 제품)	중간 부재 없음	0	-

표 9에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 구역의 단면 내에서 상기 융합 결합부의 윤곽(융합 결합부의 외부 프로파일)이 상기 중심축(Z)을 향하여(내측으로) 오목한 호형상이었던 상기 표본 A26 및 A5l은, 중간 부재가 없는 상기 현 제품(표본 A29)에 비하여 1.2 및 1.6°CA의 타이밍 차이를 가졌다. 각각의 이들 표본이 1°CA 이상의 타이밍 차이를 확보하였으므로 상기 표본 A26 및 A5l의 점화 성능을 "양호함"으로 평가하였고 부호 "◎"로 표시하였다. 상기 융합 결합부의 외부 프로파일이 선형상이었던 상기 표본 A52 또한 상기 표본 A29에 비하여 1°CA 이상의 타이밍 차이를 확보하였다. 그러므로, 상기 표본 A52의 점화 성능을 "양호함"으로 평가하였고 부호 "◎"로 표시하였다. 한편, 상기 결합부의 외부 프로파일이 상기 중심축(Z)으로부터(외측으로) 볼록한 호형상이었던 상기 표본 A53은 0.7°CA의 타이밍 차이를 가졌다. 상기 표본 A53의 타이밍 차이는 1°CA보다 작았으나 양의 값으로 부여하였다. 그러므로, 상기 표본 A53의 점화 성능을 "양호함"으로 평가하였고 부호 "○"로 표시하였다. 이들 테스트 결과에 의하여 상기 귀금속 부재 및 상기 중간 부재 사이의 융합 결합부의 외부 프로파일을 선형상 또는 내측으로 오목한 호형상으로 형성함에 의하여 열방사 제한 및 점화 성능의 개선이 가능함을 알 수 있었다.

[실시예 9]

상기 융합 결합부를 통하여 취한 상기 스파크 구역의 최소 단면 영역(Sy)과 상기 융합 결합부에 가장 가까운 위치에서 상기 중간 부재만을 통하여 취한 상기 스파크 구역의 단면 영역(Sn) 사이의 비율(Sy/Sn)과 상기 귀금속 부재의 스파크 마모 저항과의 관계를 증명하기 위한 평가 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트를 위하여, 각각 내측으로 오목한 호형상의 외부 프로파일로 형성되는 융합 결합부를 갖는 실시예 8에서와 동일한 상기 스파크 구역의 표본 A26 및 A51, 및 상기 표본 A51에서보다 더욱 내측으로 오목한 호형상의 외부 프로파일로 형성되는 융합 결합부를 갖는 표본 A51을 형성하였다(상기 표본 A51의 크기 및 조성은 실시예 8의 경우에서와 같이 상기 표본 A26의 것들에 기초하였다). 상기 표본 A26, A5l 및 A55의 스파크 구역에 대하여 X-레이 영상을 취하였다. 그리하여, 이들 영상으로부터 상기 표본 A26, A5l 및 A55의 단면 영역(Sy, Sn)을 결정하였다. 상기 표본 A26, A5l 및 A55의 단면 영역(Sy)은 각각 0.38, 0.24 및 0.20㎟이었다. 상기 표본 A26, A5l 및 A55의 단면 영역(Sn)은 0.44㎟이었다. 예로써, 실시예 8의 스파크 구역(300, 310, 320, 330)을 단면으로 도시한 도 7, 9, 11 및 13에서 점선은 상기 스파크 구역의 단면 영역(Sy, Sn)의 측정 위치를 나타낸다.

상기 표본 A26, A5l 및 A55의 비율(Sy/Sn)은 각각 0.86, 0.55 및 0.45이었다. 그러므로, 상기 융합 결합부의 좁아짐 정도(즉, 상기 융합 결합부의 내측으로 오목한 호형상 외부 프로파일의 오목한 정도)는 상기 표본 A26, A51 및 A55의 순으로 증가되었음을 확인하였다. 상기 표본 A26, A51 및 A55를 테스트용 스파크 플러그에 부착하였다. 상기 표본 A26, A51 및 A55를 갖는 각각의 스파크 플러그를 실시예 3에서와 동일한 방식으로 테스트 및 평가하였다. 그 테스트 결과를 표 10에 나타낸다.

표본	Sy[㎟]	Sn[㎟]	Sy/Sn	귀금속 부재의 소모량[㎜]	스파크 마모 저항
A26	0.38	0.44	0.86	0.05	○
A51	0.24		0.55	0.08	○
A55	0.20		0.45	0.12	×

표 10에 나타낸 바와 같이, 상기 귀금속 부재의 소모량은 상기 표본 A26에서 0.05㎜이었고 상기 표본 A51에서 0.08㎜이었다. 각각의 이들 표본에서 귀금속 부재의 소모량은 실시예 3의 표본 A29(0.03㎜)에서보다는 더 컸으나 0.1㎜ 이하이었다. 그러므로, 상기 표본 A26 및 A51의 스파크 마모 저항을 "허용 가능함"으로 평가하였고 상기 부호 "○"로 표시하였다. 한편, 상기 표본 A55에서, 상기 귀금속 부재의 소모량은 0.12㎜이었고 0.1㎜를 초과하였다. 상기 귀금속 부재는 상기 표본 A29에서보다 상기 표본 A55에서 더욱 훨씬 더 소모되었다. 이 표본의 스파크 마모 저항을 그러므로 "양호하지 못함"으로 평가하였고 부호 "×"로 표시하였다. 이들 테스트 결과에 의하여, 종래의 스파크 구역에 비하여 스파크 마모 저항이 열화된 경우에도, 상기 비율(Sy/Sn)을 0.55 이상으로 설정함으로써 상기 스파크 구역의 스파크 마모 저항을 허용 범위 이내로 유지할 수 있음을 확인하였다. 실시예 8의 결과로부터, 점화 성능의 개선을 위하여 상기 비율(Sy/Sn)을 0.55 이상으로 설정하는 것이 더욱 바람직함을 확인하였다.

이상의 본 발명의 실시예에 대하여 다양한 수정을 가할 수 있음은 물론이다. 비록 상기 스파크 구역(80)을 상기 접지 전극(30)의 단부(31)의 내표면(33)에 결합하였으나, 상기 내표면(33)은 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되는 상기 접지 전극(30)의 일측 표면을 칭하는 것으로서 반드시 상기 접지 전극(30)의 구부러짐부의 내향 표면을 칭하는 것은 아니다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 중앙 전극(120)의 선단부(122)에 결합되고 상기 축(O)을 따라 연장되는 전극팁(190)을 가지며 또한 상기 전극팁(190)과 상기 스파크 구역(180) 사이에 스파크 갭(GAP)을 구획하기 위하여 접지 전극(130)의 선단부(131)에 배치되는 스파크 구역(180)을 갖는 스파크 플러그(20)의 경우, 상기 접지 전극(130)의 내표면(130)은 상기 스파크 갭(GAP)에 대향되며 상기 중앙 전극(120)의 선단부(122)를 향하여 배향된 임의의 표면을 칭한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 귀금속 부재(281)가 중간 부재의 외경(Dn)보다 작은 외경(Dp)을 갖는 스파크 구역(280)을 사용하는 것도 가능하다. 더욱이, 상기 귀금속 부재(281)와 상기 중간 부재(286)의 짝을 이루는 표면들을 따라 상기 스파크 구역의 단면(280) 내에서 연속되도록 상기 귀금속 부재(281)와 상기 중간 부재(286)의 사이에 융합 결합부(285)를 형성할 수도 있다.

Claims (10)

1. 중앙 전극;
   축방향으로 연장되는 축홀을 가지며 상기 축홀 내에 상기 중앙 전극을 보유하는 세라믹 절연체;
   상기 세라믹 절연체를 원주방향으로 에워싸고 이를 내부에 지지하는 금속쉘;
   일단부가 상기 금속쉘의 선단면에 결합되고 타단부의 측표면이 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되도록 구부러진 접지 전극; 및
   상기 중앙 전극의 선단부에 대향되는 위치에서 상기 접지 전극의 타단부의 측표면에 결합되고 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 0.6 ~ 1.6㎜ 돌출된 스파크 구역;으로 이루어지며,
   상기 스파크 구역은:
   주성분으로서 니켈을 포함하며, 상기 측표면에 결합되고, 상기 중앙 전극을 향하여 돌출된 중간 부재;
   주성분으로서 백금족 원소로 이루어지는 귀금속을 포함하는 귀금속 부재로서, 상기 귀금속 부재와 상기 중앙 전극의 선단부 사이에 스파크 갭을 구획하기 위하여 상기 중간 부재의 돌출 끝단에 결합되고, 상기 귀금속 부재의 일부분은 상기 귀금속 부재와 상기 중간 부재 사이에서 0.5 ~ 1.2㎜의 외경(Dp)을 갖는 융합 결합부에 인접하도록 된 귀금속 부재;를 포함하며,
   중간 부재의 열전도율은 귀금속 부재의 열전도율 미만이고,
   상기 융합 결합부는 레이저 용접 또는 전자빔 용접에 의하여 형성되며; 그리고, 스파크 구역의 중심축을 통하여 취한 스파크 구역의 단면은 선형상 또는 상기 융합 결합부에 해당하는 위치에서 상기 중심축을 향하여 오목한 호형상 중 어느 하나의 활꼴(segment)을 포함하는 윤곽을 가지며,
   상기 스파크 구역은 0.55≤Sy/Sn≤0.86의 관계를 만족시키며, 여기에서 Sy는 중심축에 대하여 수직으로 취한 것으로 상기 단면 영역이 최소로 되는 위치에 상기 융합 결합부를 포함하는 스파크 구역의 단면 영역이고; Sn은 중심축에 대하여 수직으로 취한 것으로 상기 중심축 방향으로 상기 융합 결합부에 가장 가까운 위치에서 상기 중간 부재만을 포함하는 스파크 구역의 단면 영역임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 중간 부재의 열전도율은 10 ~ 25W/(m·K)의 범위 내로 됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 중간 부재는 상기 측표면으로부터 그의 돌출 방향으로 0.2 ~ 1.4㎜의 길이를 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 중간 부재는 상기 측표면으로부터 그의 돌출 방향으로 0.2 ~ 1.4㎜의 길이를 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스파크 구역은 -0.1≤Dn-Dp≤0.5의 관계를 만족시키며, 여기에서 Dn은 결합 이전의 상기 중간 부재의 외경을 나타냄을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
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