KR101665900B1 - 점화 플러그 - Google Patents

Abstract

통형상부의 파단을 더 확실하게 방지하면서, 절연체나 중심전극의 열전도 성능을 효과적으로 향상시켜서 절연체 등의 과열을 억제한다. 점화 플러그(1)는 통형상의 절연애자(2)와, 직경 방향 내측으로 돌출되는 돌출부(21)를 가지는 금속 쉘(3)을 구비한다. 절연애자(2)는 돌출부(21)의 피걸림면(21A)에 걸려 고정되는 걸림부(14)와, 걸림부(14)의 후단에서부터 후단측으로 연장되는 중간 몸통부(12)를 가진다. 금속 쉘(3)은 돌출부(21)의 외주측에 위치하며 나사 직경이 10㎜ 이하인 나사부(15)와, 중간 몸통부(12)의 외주측에 위치하는 통형상부(17)를 가진다. 축선(CL1)을 포함하는 단면에 있어서, 피걸림면(21A)의 중심(CP)을 통과하며 축선(CL1)과 직교하는 방향을 따르는 금속 쉘(3)의 두께를 A(㎜)라 하고, 축선(CL1)과 직교하는 방향을 따르는 통형상부(17)에 있어서의 금속 쉘(3)의 최소 두께를 B(㎜)라 하였을 때, A≤1.70 및 B≥1.20을 만족한다.

Description

점화 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연기관 등에 사용되는 점화 플러그에 관한 것이다.

일반적으로 점화 플러그는, 축선을 따라서 연장되는 축구멍을 가지는 절연체와, 상기 축구멍의 선단측에 삽입 설치되는 중심전극과, 상기 절연체의 외주에 설치되는 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 선단부에 설치되며 상기 중심전극과의 사이에서 불꽃방전 간극을 형성하는 접지전극을 구비하고 있다. 그리고, 소정의 전압이 불꽃방전 간극에 인가됨으로써, 불꽃방전 간극에서 불꽃방전이 발생하여 혼합기 등으로의 착화가 이루어지도록 되어 있다.

또, 절연체는 그 선단부에 형성된 비교적 작은 직경의 다리부와, 상기 다리부의 후단에 연접된 테이퍼 형상의 걸림부를 구비하고 있다. 또, 금속 쉘은 그 외주에 내연기관 등에 대한 장착용의 나사부와, 상기 나사부보다도 후단측에 형성된 플랜지 형상의 시트부와, 상기 나사부 및 시트부 사이에 형성된 원통 형상의 통형상부(나사 목부)를 구비하고 있다. 또한, 금속 쉘은 그 내주면에 직경 방향 내측으로 돌출되는 돌출부를 구비하고 있으며, 금속 쉘 및 절연체는 상기 걸림부가 상기 돌출부에 대해서 직접 또는 판 패킹 등을 통해서 간접적으로 걸린 상태로 고정되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1등 참조). 또한, 혼합기 등의 연소에 수반하여 다리부나 중심전극의 선단부가 받은 열은 주로 다리부나 중심전극을 통해서 걸림부 측으로 전도됨과 아울러, 걸림부에서 돌출부 측으로 전도된다.

그런데, 근래에는 엔진 레이아웃의 자유도의 향상 등을 도모하기 위해서, 점화 플러그(금속 쉘)의 소경화(小徑化)가 요구되고 있다. 이와 같이 소경화된 점화 플러그에서는 금속 쉘의 내주측에 배치되는 절연체나 중심전극의 외경(볼륨)을 작게 하지 않을 수 없기 때문에, 열의 전도 경로가 좁아지게 되어 열전도 성능이 저하될 우려가 있다. 열전도 성능이 저하되게 되면, 다리부나 중심전극이 과열되어 절연체(다리부)의 내력(耐力) 저하, 절연체(다리부)의 선단부를 열원으로 하는 조기점화(pre-ignition)의 발생, 및 중심전극의 급속 소모나 변형 등을 초래할 우려가 있다. 그래서, 금속 쉘의 두께를 작게 하여 금속 쉘의 내경을 더 크게 확보함으로써, 절연체 등에 있어서의 외경(볼륨)의 증대를 도모하고, 더 나아가서는 절연체나 중심전극의 과열 방지를 도모하는 것을 생각할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2005-183177호 공보

그러나, 단지 금속 쉘의 두께를 작게 한 경우에는, 내연기관 등에 대해서 나사부를 나사 결합하기 위해서 금속 쉘에 체결 토크를 가했을 때에 통형상부에 있어서 파단(破斷)이 생길 우려가 있다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 통형상부의 파단을 더 확실하게 방지하면서, 절연체나 중심전극의 열전도 성능을 효과적으로 향상시켜서 절연체 등의 과열을 억제할 수 있는 점화 플러그를 제공하는 것에 있다.

이하, 상기한 목적을 해결하는데 적합한 각 구성에 대해서 항목별로 나누어서 설명한다. 또한, 필요에 따라서는 대응하는 구성에 특유의 작용 효과를 부기한다.

구성 1. 본 구성의 점화 플러그는,

축선 방향으로 연장되는 축구멍을 가지는 통형상의 절연체와, 상기 축구멍의 선단측에 삽입 설치되는 중심전극과, 상기 절연체의 외주에 설치되며, 직경 방향 내측으로 돌출되는 돌출부를 가지는 통형상의 금속 쉘을 구비하며,

상기 절연체는 상기 돌출부의 후단측 면인 피걸림면에 대해서 직접 또는 간접적으로 걸려 고정되는 걸림부와, 상기 걸림부의 후단에서부터 후단측으로 연장되는 중간 몸통부를 가지며,

상기 금속 쉘은 그 외주부에, 상기 돌출부의 외주측에 위치하는 장착용의 나사부와, 상기 나사부보다도 후단측에 위치하며, 직경 방향 외측으로 돌출되는 시트부와, 상기 나사부 및 상기 시트부 사이에 있어서 상기 중간 몸통부의 외주측에 위치하며 상기 시트부보다도 작인 직경으로 형성된 통형상부를 가지는 점화 플러그로서,

상기 나사부의 나사 직경이 10㎜ 이하이고,

상기 축선을 포함하는 단면에 있어서, 상기 피걸림면의 중심을 통과하며 상기 축선과 직교하는 방향을 따르는 상기 금속 쉘의 두께를 A(㎜)라 하고, 상기 축선과 직교하는 방향을 따르는 상기 통형상부에 있어서의 상기 금속 쉘의 최소 두께를 B(㎜)라 하였을 때,

A≤1.70 및 B≥1.20

을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한, 「상기 피걸림면의 중심을 통과하며 상기 축선과 직교하는 방향을 따르는 상기 금속 쉘의 두께」라는 것은 나사부의 유효 직경에서 피걸림면의 중심에 있어서의 금속 쉘의 내경을 뺀 값의 절반을 말한다.

절연체의 걸림부에서 돌출부로 전해진 열은 금속 쉘을 통해서 점화 플러그가 장착된 장치(예를 들면, 내연기관 등)로 전도된다. 여기서, 상기 장치에 대한 열전도가 신속하게 행해짐으로써, 절연체나 중심전극이 받은 열은 금속 쉘 등으로 신속하게 빠지게 된다.

이 점에 입각하여, 상기 구성 1에 의하면, 절연체의 걸림부에서 돌출부로 전해진 열의 상기 장치에 대한 열전도 경로의 길이에 상당하는 두께(A)가 1.70㎜ 이하로 되어 있다. 따라서, 걸림부에서 돌출부로 전도된 열을 상기 장치 측으로 효율 좋게 전도할 수 있다. 그 결과, 절연체나 중심전극의 선단부가 받은 열을 신속하게 내릴 수 있어, 절연체나 중심전극의 과열을 더 확실하게 방지할 수 있다.

또, 상기 구성 1에 의하면, 나사부의 나사 직경이 10㎜ 이하이지만 두께(A)가 1.70㎜ 이하로 되어 있기 때문에, 금속 쉘의 내경을 비교적 큰 것으로 할 수 있다. 이것에 의해, 금속 쉘의 내주 측에 배치되는 절연체 등의 외경(볼륨)을 증대시킬 수 있고, 더 나아가서는 절연체 등을 거쳐 전해지는 열의 전도 경로를 넓게 할 수 있다. 그 결과, 절연체 등의 열을 상기 장치 측으로 한층 더 신속하게 전도할 수 있어, 절연체 등의 과열 방지 효과를 더 높일 수 있다.

또한, 두께(A)를 1.70㎜ 이하로 한 경우에는, 점화 플러그를 상기 장치에 장착할 때 등에 있어서의 통형상부의 파단이 염려되지만, 상기 구성 1에 의하면, 통형상부에 있어서의 금속 쉘의 두께(B)가 1.20㎜ 이상으로 되어 있다. 따라서, 통형상부의 기계적 강도를 충분히 높일 수 있다. 그 결과, 통형상부의 파단을 더 확실하게 방지할 수 있다.

이상과 같이, 상기 구성 1에 의하면, A≤1.70㎜ 및 B≥1.20㎜를 만족함으로써, 통형상부의 파단을 더 확실하게 방지하면서, 절연체나 중심전극의 열전도 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

구성 2. 본 구성의 점화 플러그는, 상기 구성 1에 있어서, 상기 돌출부는 상기 피걸림면의 선단에서부터 선단측으로 연장되고, 일정한 내경을 가지는 스트레이트 면을 구비하며,

상기 축선을 따르는 상기 스트레이트 면의 길이를 C(㎜)라 하였을 때,

C≥A

를 만족하는 것을 특징으로 한다.

걸림부에서 돌출부로 전도된 열은, 금속 쉘에 있어서 돌출부의 피걸림면을 중심으로 하여 방사상으로 전도된다고 생각된다. 여기서, 금속 쉘 중 피걸림면에서부터 두께(A)와 동일한 길이의 범위 외에 위치하는 부위에는 열이 전달되기 어렵다. 이것은, 상기 범위 외의 부위에 열이 전해지기 전에 있어서, 상기 범위 외의 부위보다도 피걸림면에 근접하는 상기 장치 측으로 많은 열이 빠지는 것에 의한다. 한편으로는, 금속 쉘 중 상기 범위 내에 위치하는 부위는 비교적 고온으로 되기 쉽다.

이 점에 입각하여, 상기 구성 2에 의하면, C≥A를 만족하도록 구성되어 있으며, 스트레이트 면의 일부에, 상기 범위 외에 위치하는 부분(즉, 걸림부에서 돌출부로 전도된 열에 의한 고온화가 억제되어 비교적 저온으로 되기 쉬운 부분)이 형성되도록 구성되어 있다. 따라서, 절연체에서 스트레이트 면으로 전도되는 열량을 현저하게 증대시킬 수 있어, 절연체 등에 있어서의 열전도 성능의 향상을 한층 더 도모할 수 있다.

구성 3. 본 구성의 점화 플러그는, 상기 구성 1 또는 2에 있어서, 상기 돌출부는 상기 피걸림면의 선단에서부터 선단측으로 연장되고, 일정한 내경을 가지는 스트레이트 면을 구비하며, 상기 축선 방향으로 1.6㎜ 이상의 범위에 있어서, 상기 스트레이트 면과 상기 절연체의 외주면과의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 「일정한 내경을 가지는 스트레이트 면」이라는 것은, 엄밀하게 일정한 내경을 가지는 스트레이트 면뿐만 아니라, 축선을 따라서 약간(예를 들면, 축선을 포함하는 단면에 있어서, 스트레이트 면의 외형선과 축선이 이루는 각도 중 예각의 각도가 10°미만) 기울어져서 내경이 약간 변화하는 스트레이트 면도 포함한다(이하 같음).

상기 구성 3에 의하면, 스트레이트 면은 절연체의 외주면과의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하이어서 절연체에서 자신으로 열이 매우 전도되기 쉬운 부분을 구비함과 아울러, 그 부분의 길이가 1.6㎜ 이상으로 되어 있다. 따라서, 절연체에서 스트레이트 면으로 전도되는 열량을 한층 더 증대시킬 수 있다. 그 결과, 열전도 성능을 한층 더 높일 수 있다.

구성 4. 본 구성의 점화 플러그는, 상기 구성 1 내지 3 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 돌출부는 상기 축선 방향 선단측에 선단측으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼 형상의 선단측 면을 가지며,

상기 축선을 포함하는 단면에 있어서, 상기 선단측 면의 외형선과 상기 축선에 직교하는 직선이 이루는 각도 중 예각의 각도를 θ(°)라 하였을 때,

θ≥60

을 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 4에 의하면, 절연체에 대해서 상기 선단측 면의 넓은 범위를 접근시킬 수 있다. 따라서, 절연체의 열을 선단측 면으로 한층 더 효율 좋게 전도시킬 수 있어, 열전도 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.

도 1은 점화 플러그의 구성을 나타내는 일부 파단 정면도이다.
도 2(a)는 금속 쉘 중 절연애자가 걸려 고정되는 부분의 확대 단면도이고, 도 2(b)는 통형상부 등의 확대 단면도이다.
도 3은 금속 쉘 중 절연애자가 걸려 고정되는 부분의 확대 단면도이다.
도 4는 돌출부의 선단측 면의 각도를 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 각도(θ)와 100℃ 도달시간의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에, 일 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 점화 플러그(1)를 나타내는 일부 파단 정면도이다. 또한, 도 1에서는 점화 플러그(1)의 축선(CL1) 방향을 도면에 있어서의 상하 방향으로 하고, 하측을 점화 플러그(1)의 선단측, 상측을 후단측으로 하여 설명한다.

점화 플러그(1)는 통형상을 이루는 절연체로서의 절연애자(2), 이것을 유지하는 통형상의 금속 쉘(3) 등으로 구성되는 것이다.

절연애자(2)는 주지된 바와 같이 알루미나 등을 소성하여 형성되어 있으며, 그 외형부에 있어서, 후단측에 형성된 후단측 몸통부(10)와, 이 후단측 몸통부(10)보다도 선단측에 있어서 직경 방향 외측으로 향해서 돌출 형성된 대경부(大徑部)(11)와, 이 대경부(11)보다도 선단측에 있어서 이것보다도 작은 직경으로 형성된 중간 몸통부(12)와, 이 중간 몸통부(12)보다도 선단측에 있어서 이것보다도 작은 직경으로 형성된 다리부(13)를 구비하고 있다. 또한, 절연애자(2) 중 대경부(11), 중간 몸통부(12) 및 대부분의 다리부(13)는 금속 쉘(3)의 내부에 수용되어 있다. 그리고, 중간 몸통부(12)와 다리부(13)와의 사이에는 선단측으로 향하여 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼 형상의 걸림부(14)가 형성되어 있으며, 상기 중간 몸통부(12)는 걸림부(14)의 후단에서부터 후단측을 향해서 연장되어 있다. 또한, 절연애자(2)는 걸림부(14)에 의해서 금속 쉘(3)에 걸려 고정되어 있다.

또한, 절연애자(2)에는 축선(CL1) 방향으로 연장되는 축구멍(4)이 관통 형성되어 있으며, 이 축구멍(4)의 선단측에는 중심전극(5)이 삽입 고정되어 있다. 중심전극(5)은 열전도성이 우수한 금속{예를 들면, 구리나 구리합금, 순니켈(Ni) 등}으로 이루어지는 내층(5A)과, Ni을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 외층(5B)을 구비하고 있다. 또, 중심전극(5)은 전체적으로 봉 형상(원기둥 형상)을 이루며, 그 선단 부분이 절연애자(2)의 선단에서 돌출되어 있다.

또한, 축구멍(4)의 후단측에는 절연애자(2)의 후단에서 돌출된 상태로 단자전극(6)이 삽입 고정되어 있다.

또한, 축구멍(4)의 중심전극(5)과 단자전극(6)의 사이에는 원기둥 형상의 저항체(7)가 배치되어 있다. 이 저항체(7)의 양 단부는 전도성의 유리 밀봉층(8,9)을 통해서 중심전극(5)과 단자전극(6)에 각각 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 상기 금속 쉘(3)은 저탄소강(예를 들면, S25C 등) 등의 금속에 의해 통형상으로 형성되어 있으며, 그 외주면에는 점화 플러그(1)를 소정의 장치(예를 들면, 내연기관이나 연료전지 개질기 등)에 장착하기 위한 나사부(수나사부)(15)가 형성되어 있다. 또, 나사부(15)보다도 후단측에는 시트부(16)가 직경 방향 외측으로 향해서 돌출 형성되어 있으며, 나사부(15) 및 시트부(16) 사이에는 원통 형상의 통형상부(17)가 형성되어 있다. 통형상부(17)는 상기 중간 몸통부(12)의 외주측에 위치하고 있으며, 통형상부(17)의 외주에는 링 형상의 개스킷(18)이 끼워져 있다. 또한, 금속 쉘(3)의 후단측에는, 금속 쉘(3)을 상기 장치에 장착할 때에 렌치 등의 공구를 걸어 맞추기 위한 단면 육각 형상의 공구 걸어맞춤부(19)가 형성되어 있다. 또, 금속 쉘(3)의 후단부에는 직경 방향 내측으로 행해서 굴곡되는 클림핑부(20)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 점화 플러그(1)의 소형화{소경화(小徑化)}를 도모하기 위해서 금속 쉘(3)이 소경화되어 있으며, 나사부(15)의 나사 직경이 10㎜ 이하로 되어 있다.

또, 금속 쉘(3)의 내주에는 직경 방향 내측으로 돌출되며 축선(CL1)을 중심으로 하여 환 형상을 이루는 돌출부(21)가 형성되어 있다. 그리고, 절연애자(2)는 금속 쉘(3)에 대해서 그 후단측에서 선단측으로 향해서 삽입되며, 자신의 걸림부(14)가 원환 형상의 판 패킹(22)을 통해서 상기 돌출부(21)의 후단측 면인 피걸림면(21A)에 걸린 상태에서 금속 쉘(3)의 후단측 개구부를 직경 방향 내측으로 클림핑하는 것, 즉 상기 클림핑부(20)를 형성함에 의해서 금속 쉘(3)에 고정되어 있다. 또한, 걸림부(14) 및 피걸림면(21A) 사이에 설치된 상기 판 패킹(22)에 의해서 연소실 내의 기밀성이 유지되며, 연소실 내에 노출되는 절연애자(2)의 다리부(13)와 금속 쉘(3)의 내주면과의 틈새로 들어오는 연료가스가 외부로 누출되지 않도록 되어 있다.

또한, 클림핑에 의한 밀폐를 더 완전한 것으로 하기 위해서, 금속 쉘(3)의 후단측에 있어서는 금속 쉘(3)과 절연애자(2)의 사이에 환 형상의 링 부재(23,24)가 개재되며, 이들 링 부재(23,24)의 사이에는 활석(탈크)(25)의 분말이 충전되어 있다. 즉, 금속 쉘(3)은 판 패킹(22), 링 부재(23,24) 및 활석(25)을 통해서 절연애자(2)를 유지하고 있다.

또, 금속 쉘(3)의 선단부(26)에는, 자신의 중간 부분에서 굽혀져서 자신의 선단측 측면이 중심전극(5)의 선단부와 대향하는 접지전극(27)이 접합되어 있다. 또한, 중심전극(5)의 선단부와 접지전극(27)의 선단부와의 사이에는 불꽃방전 간극(28)이 형성되어 있으며, 이 불꽃방전 간극(28)에 있어서 축선(CL1)을 거의 따르는 방향에서 불꽃방전이 행해지도록 되어 있다.

그런데, 나사부(15)의 나사 직경이 비교적 작은 경우에는 통상 다리부(13)나 중심전극(5)의 외경을 작게 하지 않을 수 없다. 그러나, 다리부(13)나 중심전극(5)의 외경을 작게 하였을 경우에는, 다리부(13)나 중심전극(5)의 선단부가 받은 열을 금속 쉘(3)로 전도하는 경로가 좁아지게 된다. 이 때문에, 다리부(13)나 중심전극(5)이 과열되어 절연애자(2){다리부(13)}의 내력(耐力) 저하, 절연애자(2){다리부(13)}의 선단부를 열원으로 하는 조기 점화(preignition)의 발생, 및 중심전극(5)의 급속 소모나 변형 등이 생길 우려가 있다.

이 점을 감안하여, 본 실시형태에서는 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 피걸림면(21A)의 중심(CP)을 통과하며 축선(CL1)과 직교하는 방향을 따르는 금속 쉘(3)의 두께를 A(㎜)라 하였을 때, A≤1.70을 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 금속 쉘(3)의 두께가 비교적 작은 것으로 되어 있으며, 금속 쉘(3)을 통해서 절연애자(2) 등의 열이 신속하게 상기 장치 측으로 전도되도록 되어 있다. 또, 금속 쉘(3)의 두께를 작게 함으로써, 다리부(13)나 중심전극(5)의 외경(볼륨)을 크게 하는 것{즉, 다리부(13)나 중심전극(5)의 열전도성을 양호한 것으로 하는 것}이 가능하게 되어 있다. 또한, "두께(A)"라는 것은 나사부(15)의 유효 직경에서 상기 중심(CP)에 있어서의 금속 쉘(3)의 내경을 뺀 값의 절반을 말한다.

한편, 금속 쉘(3)의 두께를 과도하게 작게 하면, 통형상부(17)의 기계적 강도가 불충분하게 되며, 점화 플러그(1)를 상기 장치에 장착하기 위한 공구 걸어맞춤부(19)에 체결 토크를 가하였을 때에, 나사부(15) 및 공구 걸어맞춤부(19) 사이에 위치하는 통형상부(17)에 있어서 파단이 생길 우려가 있다.

그래서, 본 실시형태에서는 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 축선(CL1)과 직교하는 방향을 따르는 통형상부(17)에 있어서의 금속 쉘(3)의 최소 두께를 B(㎜)라 하였을 때, B≥1.20을 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 통형상부(17)가 충분한 기계적 강도를 가지도록 구성되어 있다.

또한, 돌출부(21)는 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 피걸림면(21A)의 선단에서부터 선단측으로 연장되며 일정한 내경을 가지는 스트레이트 면(21B)을 구비하고 있다. 스트레이트 면(21B)과 다리부(13)의 외주면과의 사이의 거리는 비교적 작은 것(예를 들면, 0.5㎜ 이하)으로 되어 있어, 다리부(13)나 중심전극(5)이 받은 열은 판 패킹(22)을 통한 경로뿐만 아니라, 스트레이트 면(21B)과 다리부(13)와의 사이의 공간을 거쳐 전해지는 경로에 의해서도 금속 쉘(3)로 전도되도록 되어 있다.

또한, "스트레이트 면(21B)이 일정한 내경을 가진다"라는 것은, 스트레이트 면(21B)이 엄밀하게 일정한 내경을 가지는 경우뿐만 아니라, 스트레이트 면(21B)이 약간{예를 들면, 축선(CL1)을 포함하는 단면에 있어서, 스트레이트 면(21B)의 외형선과 축선(CL1)이 이루는 각도 중 예각의 각도가 10°이하} 기울어져서 내경이 약간 변화하는 경우도 포함한다.

또, 본 실시형태에서는 축선(CL1)을 따르는 스트레이트 면(21B)의 길이를 C(㎜)라 하였을 때, C≥A를 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 판 패킹(22)을 통해서 돌출부(21)에 전도된 열에 의해서, 금속 쉘(3) 중 피걸림면(21A)에서부터 두께(A)와 동일한 길이의 범위 내에 위치하는 부위{도 2(a) 중 산재된 점(点)으로 나타낸 부위}는 비교적 고온으로 되기 쉽다. 본 실시형태에서는 C≥A를 만족하도록 스트레이트 면(21B)을 구성함으로써, 스트레이트 면(21B)의 일부에, 돌출부(21)에 전도된 열에 의한 고온화가 억제되어 저온으로 되기 쉬운 부분{도 2(a) 중 굵은 선으로 나타낸 부분}이 형성되도록 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는 도 3에 나타내는 바와 같이, 축선(CL1) 방향으로 1.6㎜ 이상의 범위에 있어서, 스트레이트 면(21B)과 절연애자(2){다리부(13)}의 외주면과의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하로 되어 있다. 즉, 스트레이트 면(21B)은 다리부(13)와의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하이고, 다리부(13)에서부터 자신으로 열이 매우 전도되기 쉬운 부분을 구비함과 아울러, 그 부분의 길이(L)가 충분히 큰 것으로 되어 있다.

또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 돌출부(21)는 축선(CL1) 방향 선단측에 선단측으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼 형상의 선단측 면(21C)을 가지고 있다. 그리고, 축선(CL1)을 포함하는 단면에 있어서, 선단측 면(21C)의 외형선과 축선(CL1)에 직교하는 직선(X)이 이루는 각도 중 예각의 각도를 θ(°)라 하였을 때, θ≥60을 만족하도록 구성되어 있다. 또한, 각도(θ)는 80°이하로 하는 것이 바람직하다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 금속 쉘(3)의 두께(A)가 1.70㎜ 이하로 되어 있기 때문에, 걸림부(14)에서 돌출부(21)로 전도된 열을 상기 장치 측으로 효율 좋게 전도할 수 있다. 그 결과, 절연애자(2)나 중심전극(5)의 선단부가 받은 열을 신속하게 내릴 수 있어, 절연애자(2)나 중심전극(5)의 과열을 더 확실하게 방지할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 나사부(15)의 나사 직경이 10㎜ 이하이지만 두께(A)가 1.70㎜ 이하로 되어 있기 때문에, 금속 쉘(3)의 내경을 비교적 큰 것으로 할 수 있다. 이것에 의해, 금속 쉘(3)의 내주측에 배치되는 절연애자(2) 등의 외경(볼륨)을 증대시킬 수 있고, 더 나아가서는 절연애자(2) 등을 거쳐 전해지는 열의 전도 경로를 넓게 할 수 있다. 그 결과, 절연애자(2) 등의 열을 상기 장치 측으로 한층 더 신속하게 전도할 수 있어, 절연애자(2) 등의 과열 방지 효과를 더 높일 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 통형상부(17)에 있어서의 금속 쉘(3)의 두께(B)가 1.20㎜ 이상으로 되어 있다. 따라서, 통형상부(17)의 기계적 강도를 충분히 높일 수 있어, 통형상부(17)의 파단을 더 확실하게 방지할 수 있다.

또한, C≥A를 만족하도록 구성되어 있으며, 스트레이트 면(21B)의 일부에 비교적 저온으로 되기 쉬운 부분이 형성되도록 구성되어 있다. 따라서, 절연애자(2)에서 스트레이트 면(21B)으로 전도되는 열량을 현저하게 증대시킬 수 있어, 절연애자(2) 등에 있어서의 열전도 성능의 향상을 한층 더 도모할 수 있다.

아울러, 스트레이트 면(21B)과 절연애자(2){다리부(13)}의 외주면과의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하로 되어 있는 개소의 축선(CL1)을 따르는 길이(L)가 1.6㎜ 이상으로 되어 있다. 이 때문에, 절연애자(2)에서 스트레이트 면(21B)으로 전도되는 열량을 한층 더 증대시킬 수 있어, 열전도 성능을 한층 더 높일 수 있다.

또, 각도(θ)가 60°이상으로 되어 있기 때문에, 절연애자(2)에 대해서 상기 선단측 면(21C)의 넓은 범위를 접근시킬 수 있다. 따라서, 절연애자(2)의 열을 선단측 면(21C)으로 한층 더 효율 좋게 전도시킬 수 있어, 열전도 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.

이어서, 상기 실시형태에 의해서 얻어지는 작용 효과를 확인하기 위해서, 금속 쉘 중 중간 몸통부가 내주에 배치되는 부위의 내경(제 1 내경; ㎜)과 금속 쉘의 돌출부에 있어서의 최소 내경(제 2 내경; ㎜)을 변경함에 의해서 금속 쉘의 두께(A)(㎜)를 여러 종류로 변경한 점화 플러그의 샘플을 제작하고, 각 샘플에 대해서 열전도 성능 평가시험을 실시하였다. 열전도 성능 평가시험의 개요는 다음과 같다. 즉, 샘플을 금속제의 부시(bush)에 장착한 상태에서 다리부의 선단부와 중심전극의 선단부를 소정의 히트 건(heat gun)으로 가열하여, 통형상부의 온도가 100℃에 도달할 때까지의 시간(100℃ 도달시간)을 측정하였다. 그리고, 각 샘플에 있어서 "두께(A)를 1.78㎜로 한 기준 샘플(표 1의 샘플 7이며, 비교예에 상당한다)에 있어서의 100℃ 도달시간"에 대한 "측정된 100℃ 도달시간"의 비율(개선비율)을 산출하였다. 여기서, 개선비율이 0.92 이하로 된 샘플은 절연애자 등의 열전도 성능이 우수한 것으로서 「○」의 평가를 내리는 것으로 하였다. 한편, 개선비율이 0.92 초과 1.00 이하로 된 샘플은 열전도 성능이 약간 떨어지는 것으로서 「△」의 평가를 내리고, 개선비율이 1.00보다도 크게 된 샘플은 열전도 성능이 떨어지는 것으로서 「×」의 평가를 내리는 것으로 하였다.

표 1에 당해 시험 결과를 나타낸다. 또한, 각 샘플 모두는 나사부의 나사 직경을 10㎜로 하고, 스트레이트 면의 길이(C)를 두께(A)보다도 작은 것으로 하였다.

샘플 No.	제 1 내경 (㎜)	제 2 내경 (㎜)	두께(A) (㎜)	100℃ 도달 시간(s)	개선 비율	평가
1	6.3	4.9	1.88	413	1.05	×
2	6.3	5.1	1.83	401	1.02	×
3	6.3	5.4	1.75	388	0.99	△
4	6.3	5.6	1.70	361	0.92	○
5	6.3	5.8	1.65	352	0.90	○
6	6.5	4.9	1.83	411	1.05	×
7	6.5	5.1	1.78	393	1.00	(기준샘플)
8	6.5	5.4	1.70	360	0.92	○
9	6.5	5.6	1.65	356	0.91	○
10	6.5	5.8	1.60	348	0.89	○
11	6.7	4.9	1.78	388	0.99	△
12	6.7	5.1	1.73	362	0.92	○
13	6.7	5.4	1.65	357	0.91	○
14	6.7	5.6	1.60	346	0.88	○
15	6.7	5.8	1.55	340	0.87	○

표 1에 나타내는 바와 같이, 두께(A)를 1.70㎜ 이하로 한 샘플은 양호한 열전도 성능을 가지는 것이 분명하게 되었다. 이것은 두께(A)를 1.70㎜ 이하로 함으로써, 금속 쉘을 통해서 절연애자 등의 열이 신속하게 부시 측으로 전도되었기 때문이라고 생각된다.

이어서, 상기 제 1 내경을 변경함에 의해서 상기 통형상부의 두께(B)(㎜)를 여러 종류로 변경한 점화 플러그의 샘플을 제작하고, 각 샘플에 대해서 통형상부 강도시험을 실시하였다. 통형상부 강도시험의 개요는 다음과 같다. 즉, 소정의 나사 체결 시험기로 체결 토크를 가함에 의해서 철제의 부시에 대해서 샘플을 장착함과 아울러, 장착 후에도 체결 토크를 계속 가하였다. 그리고, 통형상부에서 파단(破斷)이 생겼을 때의 체결 토크(파단시 토크)를 측정하였다. 여기서, 파단시 토크가 25Nㆍm 이상이 된 샘플은 통형상부가 충분한 기계적 강도를 가지는 것으로서 「○」의 평가를 내리는 것으로 하였다. 한편, 파단시 토크가 25Nㆍm 미만이 된 샘플은 통형상부의 기계적 강도가 불충분한 것으로서 「×」의 평가를 내리는 것으로 하였다.

표 2에 당해 시험 결과를 나타낸다. 또한, 각 샘플 모두는 나사부의 나사 직경을 10㎜로 하고, 통형상부의 외경을 약 9㎜로 하였다. 또, 샘플을 장착할 때의 회전수를 4rpm으로 하였다.

제 1 내경(㎜)	6.2	6.3	6.4	6.5	6.6	6.7	6.8
두께(B)(㎜)	1.45	1.40	1.35	1.30	1.25	1.20	1.15
평가	○	○	○	○	○	○	×

표 2에 나타내는 바와 같이, 두께(B)를 1.20㎜ 이상으로 한 샘플은 통형상부의 기계적 강도가 충분히 큰 것으로 되어, 통형상부의 파단을 더 확실하게 방지할 수 있는 것을 알았다.

상기 양 시험의 결과로부터, 통형상부의 파단 방지를 도모하면서 절연애자나 중심전극의 열전도 성능을 효과적으로 향상시키기 위해서는 A≤1.70㎜ 및 B≥1.20㎜를 만족하도록 구성하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

이어서, 상기 스트레이트 면의 길이(C)를 여러 종류로 변경한 점화 플러그의 샘플을 제작함과 아울러, 각 샘플에 대해서 상기한 열전도 성능 평가시험을 실시하였다. 또한, 당해 시험에서는 두께(A)를 1.70㎜ 또는 1.65㎜로 하였다. 그리고, 두께(A)를 1.70㎜로 한 샘플에 있어서는 표 1의 샘플 8(표 3의 샘플 22와 동일한 구성)에 있어서의 100℃ 도달시간을 기준으로 하여 각 샘플에 있어서의 개선 비율을 산출하였다. 또, 두께(A)를 1.65㎜로 한 샘플에 있어서는 표 1의 샘플 9(표 4의 샘플 27과 동일한 구성)에 있어서의 100℃ 도달시간을 기준으로 하여 각 샘플에 있어서의 개선 비율을 산출하였다. 또한, 개선 비율이 0.95 이하로 된 샘플은 열전도 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 것으로서 「○」의 평가를 내리는 것으로 하였다. 한편, 개선 비율이 0.95 초과 1.00 이하로 된 샘플은 열전도 성능의 향상 효과가 약간 작은 것으로서 「△」의 평가를 내리고, 개선 비율이 1.00 초과로 된 샘플은 열전도 성능의 향상 효과가 부족한 것으로서 「×」의 평가를 내리는 것으로 하였다. 표 3에 두께(A)를 1.70㎜로 한 샘플의 시험 결과를 나타내고, 표 4에 두께(A)를 1.65㎜로 한 샘플의 시험 결과를 나타낸다.

샘플 No.	두께(A) (㎜)	두께(C) (㎜)	C/A	100℃ 도달 시간(s)	개선 비율	평가
20	1.70	1.05	0.618	388	1.08	×
21	1.70	1.25	0.735	381	1.06	×
22	1.70	1.45	0.853	360	1.00	(기준샘플)
23	1.70	1.65	0.971	352	0.98	△
24	1.70	1.95	1.088	332	0.92	○

샘플 No.	두께(A) (㎜)	두께(C) (㎜)	C/A	100℃ 도달 시간(s)	개선 비율	평가
25	1.65	1.05	0.636	366	1.03	×
26	1.65	1.25	0.758	360	1.01	×
27	1.65	1.45	0.879	356	1.00	(기준샘플)
28	1.65	1.65	1.000	338	0.95	○
29	1.65	1.85	1.121	328	0.92	○

표 3 및 표 4에 나타내는 바와 같이, 길이(C)를 두께(A) 이상으로 한 샘플은 열전도 성능을 한층 더 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다. 이것은 스트레이트 면의 일부에, 절연애자 등에서 전도되는 열에 의한 고온화가 억제된 부분이 형성되고, 그 결과 절연애자에서 스트레이트 면으로 전도되는 열량이 매우 크게 되었기 때문이라고 생각된다.

상기 시험 결과로부터, 열전도 성능의 향상을 한층 더 도모하기 위해서, C≥A를 만족하도록 구성하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

이어서, 다리부의 기단부(基端部)에 외주면이 스트레이트 면과 평행하게 연장되는 평행부를 형성함과 아울러, 당해 평행부의 축선을 따르는 길이와 스트레이트 면의 길이(C)를 변경함에 의해서, 스트레이트 면과 절연애자의 외주면과의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하로 되는 개소의 축선을 따르는 길이(L)를 여러 종류로 변경한 점화 플러그의 샘플을 제작하였다. 그리고, 제작한 샘플에 대해서 상기한 열전도 성능 평가시험을 실시하였다.

또한, 당해 시험에서는, 길이(C)를 1.05㎜로 한 샘플에 있어서는 표 4의 샘플 25(표 5의 샘플 31과 동일한 구성)에 있어서의 100℃ 도달시간을 기준으로 하여 각 샘플에 있어서의 개선 비율을 산출하였다. 또, 길이(C)를 1.65㎜로 한 샘플에 있어서는 표 4의 샘플 28(표 6의 샘플 41과 동일한 구성)에 있어서의 100℃ 도달시간을 기준으로 하여 각 샘플에 있어서의 개선 비율을 산출하였다. 또한, 길이(C)를 1.85㎜로 한 샘플에 있어서는 표 4의 샘플 29(표 7의 샘플 51과 동일한 구성)에 있어서의 100℃ 도달시간을 기준으로 하여 각 샘플에 있어서의 개선 비율을 산출하였다.

또한, 본 시험에서는, 개선 비율이 0.97 이하로 된 샘플은 열전도 성능을 한층 더 효과적으로 향상시킬 수 있는 것으로서 「○」의 평가를 내리는 것으로 하였다. 한편, 개선 비율이 0.97 초과 1.00 이하로 된 샘플은 열전도 성능의 향상 효과가 약간 작은 것으로서 「△」의 평가를 내리고, 개선 비율이 1.00 초과로 된 샘플은 열전도 성능의 향상 효과가 부족한 것으로서 「×」의 평가를 내리는 것으로 하였다. 표 5에 길이(C)를 1.05㎜로 한 샘플의 시험 결과를 나타내고, 표 6에 길이(C)를 1.65㎜로 한 샘플의 시험 결과를 나타내고, 표 7에 길이(C)를 1.85㎜로 한 샘플의 시험 결과를 나타낸다.

샘플 No.	길이(C) (㎜)	평행부 길이 (㎜)	길이(L) (㎜)	100℃ 도달 시간(s)	개선 비율	평가
30	1.05	1.4	1.00	370	1.01	×
31	1.05	1.6	1.05	366	1.00	(기준샘플)
32	1.05	1.8	1.05	365	1.00	△
33	1.05	2.0	1.05	362	0.99	△
34	1.05	2.2	1.05	359	0.98	△

샘플 No.	길이(C) (㎜)	평행부 길이 (㎜)	길이(L) (㎜)	100℃ 도달 시간(s)	개선 비율	평가
40	1.65	1.4	1.0	340	1.01	×
41	1.65	1.6	1.2	338	1.00	(기준샘플)
42	1.65	1.8	1.4	333	0.99	△
43	1.65	2.0	1.6	325	0.96	○
44	1.65	2.2	1.65	320	0.95	○

샘플 No.	길이(C) (㎜)	평행부 길이 (㎜)	길이(L) (㎜)	100℃ 도달 시간(s)	개선 비율	평가
50	1.85	1.4	1.0	333	1.02	×
51	1.85	1.6	1.2	328	1.00	(기준샘플)
52	1.85	1.8	1.4	321	0.98	△
53	1.85	2.0	1.6	312	0.95	○
54	1.85	2.2	1.8	310	0.95	○

표 5∼표 7에 나타내는 바와 같이, 스트레이트 면과 절연애자의 외주면과의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하로 되는 개소의 축선을 따르는 길이(L)를 1.6㎜ 이상으로 한 샘플은 열전도 성능이 한층 더 향상되는 것이 분명하게 되었다. 이것은 거리가 0.22㎜ 이하이고, 절연애자에서 스트레이트 면으로 열이 전도하기 쉬운 개소가 충분히 길어지게 됨으로써, 절연애자의 열이 더 효과적으로 금속 쉘로 전도되었기 때문이라고 생각된다.

상기 시험 결과로부터, 열전도 성능을 한층 더 향상시킨다고 하는 관점에서, 축선 방향으로 1.6㎜ 이상의 범위에 있어서, 스트레이트 면과 절연애자의 외주면과의 사이의 거리를 0.22㎜ 이하로 하는 것이 더 바람직하다고 말할 수 있다.

이어서, 축선을 포함하는 단면에 있어서의 돌출부의 선단측 면의 외형선과 축선에 직교하는 직선이 이루는 각도 중 예각의 각도(θ)(°)를 여러 종류로 변경한 점화 플러그의 샘플을 제작하고, 각 샘플에 대해서 상기한 열전도 성능 평가시험을 실시하였다. 도 5에 각도(θ)와 100℃ 도달시간의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 또한, 각 샘플 모두는 두께(A)를 1.65㎜로 하고, 길이(C)를 1.65㎜로 하고, 상기 길이(L)를 1.6㎜로 하였다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 각도(θ)를 60°이상으로 함으로써, 100℃ 도달시간이 현저하게 작아지게 되어, 절연애자의 열이 금속 쉘로 극히 효과적으로 전도되는 것을 알았다. 이것은 상기 선단측 면의 광범위가 절연애자에 접근하게 되어, 절연애자의 열이 선단측 면으로 전도되기 쉬워지게 된 것에 의한다고 생각된다.

상기 시험 결과로부터, 열전도 성능을 한층 더 향상시키기 위해서, 각도(θ)를 60°이상으로 하는 것이 더 바람직하다고 말할 수 있다.

또한, 상기 실시형태의 기재 내용에 한정하지 않고, 예를 들면 다음과 같이 실시하여도 좋다. 물론, 이하에 예시하지 않은 다른 응용예, 변경예도 당연히 가능하다.

(a) 상기 실시형태에서는, 걸림부(14)를 걸림면(21A)에 대해서 판 패킹(22)을 통해서 간접적으로 걸어 고정하고 있으나, 걸림부(14)를 걸림면(21A)에 대해서 직접적으로 걸어 고정하여도 좋다.

(b) 상기 실시형태에서는, 금속 쉘(3)의 선단부(26)에 접지전극(27)이 접합되는 경우에 대해서 구체화하고 있으나, 금속 쉘의 일부(또는 금속 쉘에 미리 용접되어 있는 선단 금구의 일부)를 깎아내도록 하여 접지전극을 형성하는 경우에 대해서도 적용 가능하다(예를 들면, 일본국 특허공개 2006-236906호 공보 등).

(c) 상기 실시형태에서는, 공구 걸어맞춤부(19)는 단면 육각형 형상으로 되어 있으나, 공구 걸어맞춤부(19)의 형상에 관해서는 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, Bi-HEX(변형 12각) 형상{ISO22977:2005(E)} 등으로 되어 있어도 좋다.

1 - 점화 플러그 2 - 절연애자(절연체)
3 - 금속 쉘 4 - 축구멍
5 - 중심전극 12 - 중간 몸통부
14 - 걸림부 15 - 나사부
16 - 시트부 17 - 통형상부
21 - 돌출부 21A - 피걸림면
21B - 스트레이트 면 21C - 선단측 면
CL1 - 축선

Claims (5)

1. 축선 방향으로 연장되는 축구멍을 가지는 통형상의 절연체와,
   상기 축구멍의 선단측에 삽입 설치되는 중심전극과,
   상기 절연체의 외주에 설치되며, 직경 방향 내측으로 돌출되는 돌출부를 가지는 통형상의 금속 쉘을 구비하며,
   상기 절연체는,
   상기 돌출부의 후단측 면인 피걸림면에 대해서 직접 또는 간접적으로 걸려 고정되는 걸림부와,
   상기 걸림부의 후단에서부터 후단측으로 연장되는 중간 몸통부를 가지며,
   상기 금속 쉘은, 그 외주부에,
   상기 돌출부의 외주측에 위치하는 장착용의 나사부와,
   상기 나사부보다도 후단측에 위치하며, 직경 방향 외측으로 돌출되는 시트부와,
   상기 나사부 및 상기 시트부 사이에 있어서 상기 중간 몸통부의 외주측에 위치하며, 상기 시트부보다도 작은 직경으로 형성된 통형상부를 가지는 점화 플러그로서,
   상기 나사부의 나사 직경이 10㎜ 이하이고,
   상기 축선을 포함하는 단면에 있어서,
   상기 피걸림면의 중심을 통과하며 상기 축선과 직교하는 방향을 따르는 상기 금속 쉘의 두께를 A(㎜)라 하고,
   상기 축선과 직교하는 방향을 따르는 상기 통형상부에 있어서의 상기 금속 쉘의 최소 두께를 B(㎜)라 하였을 때,
   A≤1.70 및 B≥1.20
   을 만족하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 피걸림면의 선단에서부터 선단측으로 연장되고, 일정한 내경을 가지는 스트레이트 면을 구비하며,
   상기 축선을 따르는 상기 스트레이트 면의 길이를 C(㎜)라 하였을 때,
   C≥A
   를 만족하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 피걸림면의 선단에서부터 선단측으로 연장되고, 일정한 내경을 가지는 스트레이트 면을 구비하며,
   상기 축선 방향으로 1.6㎜ 이상의 범위에 있어서, 상기 스트레이트 면과 상기 절연체의 외주면과의 사이의 거리가 0.22㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 축선 방향 선단측에 선단측으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼 형상의 선단측 면을 가지며,
   상기 축선을 포함하는 단면에 있어서, 상기 선단측 면의 외형선과 상기 축선에 직교하는 직선이 이루는 각도 중 예각의 각도를 θ(°)라 하였을 때,
   θ≥60
   을 만족하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 축선 방향 선단측에 선단측으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼 형상의 선단측 면을 가지며,
   상기 축선을 포함하는 단면에 있어서, 상기 선단측 면의 외형선과 상기 축선에 직교하는 직선이 이루는 각도 중 예각의 각도를 θ(°)라 하였을 때,
   θ≥60
   을 만족하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.

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