KR101713469B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

팁의 박리(탈락) 및 변형 등을 효과적으로 방지한다. 스파크 플러그(1)는 중심전극(5)과, 중심전극(5)의 사이에 불꽃방전간극(33)을 형성하는 접지전극(27)을 구비하며, 양 전극(5, 27)의 적어도 일방에 팁(31, 32)이 용접된다. 팁(31, 32)은 자신이 용접되는 전극(27, 5)보다 열팽창계수가 작고, 팁(31, 32)의 귀금속 성분의 함유율(A, 질량％)과 전극(27, 5)의 귀금속 성분의 함유율(B, 질량％)의 차이(A-B)가 50질량％ 이상으로 된다. 팁(31,32)과 전극(27, 5) 사이의 중간층(34, 35)에 빈 구멍(38, 39)이 존재하고, 팁(31, 32)과 중간층(34, 35)의 경계의 길이를 L(㎜), 팁(31, 32)과 중간층(34, 35)의 경계를 따르는 방향의 빈 구멍(38, 39)의 길이를 N(㎜)로 하면, 0.1≤N/L≤0.4로 된다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연기관 등에 사용되는 스파크 플러그에 관한 것이다.

내연기관 등에 사용되는 스파크 플러그는, 예를 들면, 축선 방향으로 연장되는 중심전극과, 중심전극의 외주에 설치되는 절연체와, 절연체의 외주에 설치되는 통 형상의 금속 쉘과, 금속 쉘의 선단부에 접합되는 접지전극을 구비한다. 또, 접지전극은 그 선단부가 중심전극의 선단부와 대향하도록 구부려 접혀지고, 중심전극의 선단부와 접지전극의 선단부의 사이에는 간극이 형성된다.　

또한 근래에는, 접지전극이나 중심전극 중, 상기 간극을 형성하는 부위에 내소모성이 우수한 금속(예를 들면, 이리듐 합금이나 백금 합금 등)으로 이루어지는 팁을 용접하여 착화성이나 내소모성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특개2003-229230호 공보

그런데, 팁이 용접되는 전극은, 예를 들면, 니켈을 주요 성분으로 하는 금속에 의해 형성되고, 일반적으로 팁의 열팽창계수는 팁이 용접되는 전극의 열팽창계수보다도 작은 것으로 된다. 따라서, 고온하에 있어서, 팁 및 전극 사이에서 발생하는 열응력 차이가 비교적 큰 것으로 된다. 그 결과, 냉열사이클의 반복에 수반하여 팁 및 전극 사이에 있어서 산화스케일이 급속히 형성되어 전극으로부터 팁이 조기에 박리(탈락)할 우려가 있다.　

그래서, 팁의 박리(탈락)를 방지하기 위하여 전극에 대해서 팁을 매우 강고하게 용접하는 것에 의해 팁 및 전극 사이에 있어서의 산화스케일의 형성을 억제하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 팁 중 전극측에 위치하는 부위가 전극의 열팽창에 인장되는 형태로 더욱 크게 열팽창(변형)한다. 이에 따라, 팁 중 전극측에 위치하는 부위와 팁 중 전극과는 반대측에 위치하는 부위의 사이에 있어서의 열팽창 차이가 커진다. 그 결과, 팁 중 전극과는 반대측에 위치하는 부위가 변형되거나(예를 들면, 휘거나), 당해 부위에 균열이 발생할 우려가 있다.　

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 팁의 열팽창계수가 팁이 용접되는 전극의 열팽창계수보다도 작은 스파크 플러그에 있어서, 전극에 대한 팁의 용접성을 향상시켜 팁의 박리(탈락)를 더욱 확실하게 방지하면서, 팁의 변형이나 균열을 효과적으로 방지하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기 목적을 해결하는데에 적합한 각 구성에 대해, 항목 분류하여 설명한다. 또한, 필요에 따라서 대응하는 구성에 특유의 작용 효과를 부기(附記)한다.　

구성 1.

본 구성의 스파크 플러그는 중심전극과, 상기 중심전극과의 사이에 간극을 형성하는 접지전극을 구비하며, 상기 양 전극의 적어도 일방에 팁이 용접된 스파크 플러그로서,

상기 팁은 상기 팁이 용접된 상기 전극보다도 열팽창계수가 작고, 상기 팁의 귀금속 성분의 함유율(A, 질량％)과, 상기 전극의 귀금속 성분의 함유율(B, 질량％)의 차이(A-B)가 50질량％ 이상이며,

상기 팁과 상기 전극 사이의 중간층에 빈 구멍이 존재하고, 상기 팁의 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 상기 팁과 상기 중간층의 경계의 길이를 L(㎜), 상기 팁과 상기 중간층의 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍의 길이를 N(㎜)으로 하면, 0.1≤N/L≤0. 4인 것을 특징으로 한다.　

상기 구성 1에 따르면, A-B가 50질량％ 이상으로 되어 있기 때문에, 사용시(고온하)에 있어서 팁이나 전극에 함유되는 귀금속 성분을 충분히 확산시킬 수 있다. 이 확산에 수반하여 중간층에 존재하는 빈 구멍을 팁의 내부(특히 중간층측)로 들어가게 할 수 있어 팁의 내부에 빈 구멍을 형성할 수 있다. 그리고 이 팁 내부에 형성된 빈 구멍에 의해, 전극의 열팽창에 수반하여 전극으로부터 팁에 가해지는 응력을 완화할 수 있으며, 팁 중 전극측에 위치하는 부위와 팁 중 전극과는 반대측에 위치하는 부위의 사이에 있어서의 열팽창 차이를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 팁에 있어서의 변형이나 균열의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.　

또, 팁의 내부에 형성된 빈 구멍의 존재에 의해, 전극 및 팁 사이에 있어서의 열응력 차이를 저감시킬 수 있다. 따라서, 팁 및 전극 사이에 있어서의 산화스케일의 형성을 효과적으로 억제할 수 있어 전극에 대한 팁의 용접성을 높일 수 있다. 그 결과, 전극으로부터의 팁의 박리(탈락)를 더욱 확실하게 방지할 수 있다.　

또한, 0.1＞N/L으로 한 경우에는, 팁의 내부에 빈 구멍을 충분히 형성할 수 없으며, 상술의 작용 효과가 발휘되지 않을 우려가 있다. 또, N/L＞0.4로 한 경우에는, 팁 내부에 대해서 빈 구멍이 들어가기 어려워져 상술의 작용 효과가 발휘되지 않을 우려가 있다.　

구성 2.

본 구성의 스파크 플러그는 상기 구성 1에 있어서, 상기 단면에 있어서, 상기 팁의 일방의 측면에서 타방의 측면까지의 범위를 4등분하는 상기 중심축에 평행한 직선을 단에서부터 차례로 P1, P2, P3로 하고,

P1에서 P3까지의 범위에 있어서의 상기 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍의 길이를 Q(㎜)로 하면, 0.6≤Q/N인 것을 특징으로 한다.　

상기 구성 2에 따르면, 팁 및 전극 사이에서 발생하는 열응력 차이가 특히 큰 것으로 되기 쉬운 팁의 중심측에 빈 구멍의 대부분이 형성되어 있다. 따라서, 사용시(고온하)에 있어서, 팁의 중심측 내부에 빈 구멍을 더욱 많이 형성할 수 있어 전극 및 팁 사이에 있어서의 열응력 차이를 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그 결과, 팁의 용접성을 한층 높일 수 있어 팁의 박리(탈락)를 더욱 한층 확실하게 방지할 수 있다.　

구성 3.

본 구성의 스파크 플러그는 상기 구성 1 또는 2에 있어서, 상기 팁의 중심축과 직교하는 평면에, 상기 팁이 용접된 상기 전극과 당해 전극측에 위치하는 상기 팁의 단면을 상기 중심축을 따라서 투영했을 때, 상기 전극의 투영면과 상기 단면의 투영면이 겹치는 영역은 직사각형 형상 또는 원형 형상을 이루고,

K(㎜)를 상기 영역이 직사각형 형상인 경우에 상기 영역의 긴 변으로 하며, 상기 영역이 원형 형상인 경우에 상기 영역의 직경으로 하고,

T(㎜)를 상기 중심축을 따른 상기 팁의 최대 두께로 했을 때,

K/T≥1.2인 것을 특징으로 한다.　

또한, 팁의 일부가 전극에 매몰되어 있는 경우 등, 전극측에 위치하는 팁의 면이 복수 존재하는 경우에 있어서, 「전극측에 위치하는 팁의 단면」이라는 것은, 팁의 외표면 중, 가장 광범위하게 걸쳐서 중간층에 인접하고 있는 면(즉, 전극에 대한 팁의 용접성을 확보한다고 하는 점에서, 가장 중요한 면)을 말한다.　

상기 구성 3과 같이, K/T≥1.2를 만족하는 비교적 얇은 두께의 팁은 고온하에 있어서 전극이 열팽창했을 때에, 팁 중 전극측에 위치하는 부위가 전극의 열팽창에 맞추어서 변형되기 쉽다. 그로 인해, 전극 및 팁 사이에 있어서의 열응력 차이를 더욱 작게 할 수 있어 용접성의 가일층의 향상을 도모할 수 있다.　

한편으로, 팁 중 전극측에 위치하는 부위가 더욱 변형되기 쉽기 때문에, 팁 중 전극측에 위치하는 부위와 팁 중 전극과는 반대측에 위치하는 부위의 사이에 있어서의 열팽창 차이는 증대한다. 그로 인해, 팁에 있어서의 변형이나 균열이 더욱 염려된다.　

이 점, 상기 구성 1 등에 따르면, K/T≥1.2로 되어 팁의 변형이나 균열이 더욱 염려되는 경우에 있어서도, 팁의 변형 등을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 그 결과, K/T≥1.2로 함으로써 이루어지는 장점(매우 우수한 용접성)을 충분히 유지하면서, K/T≥1.2로 하는 것에 수반하는 단점(내변형성의 저하)을 해소할 수 있다. 즉, 상기 구성 3에 따르면, 매우 우수한 용접성과 양호한 내변형성의 쌍방을 동시에 얻을 수 있다.

도 1은 스파크 플러그의 구성을 나타내는 일부 파단 정면도이다.
도 2는 스파크 플러그의 선단부의 구성을 나타내는 일부 파단 확대 정면도이다.
도 3은 접지전극측 팁 및 접지전극 사이에 위치하는 중간층의 구성을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 중심전극측 팁 및 중심전극 사이에 위치하는 중간층의 구성을 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 길이(Ka)를 설명하기 위한 접지전극측 팁 등의 투영도이다.
도 6은 접지전극측 팁의 최대 두께(Ta)를 나타내는 확대 단면도이다.
도 7은 길이(Kb)를 설명하기 위한 중심전극측 팁 등의 투영도이다.
도 8은 중심전극측 팁의 최대 두께(Tb)를 나타내는 확대 단면도이다.
도 9는 제 2 실시형태에 있어서의 스파크 플러그의 선단부의 구성을 나타내는 일부 파단 확대 정면도이다.
도 10은 접지전극측 팁 및 접지전극 사이에 위치하는 중간층의 구성을 나타내는 확대 단면도이다.
도 11은 중심전극측 팁 및 중심전극 사이에 위치하는 중간층의 구성을 나타내는 확대 단면도이다.
도 12는 길이(Kc)를 설명하기 위한 접지전극측 팁 등의 투영도이다.
도 13은 접지전극측 팁의 최대 두께(Tc)를 나타내는 확대 단면도이다.
도 14는 제 3 실시형태에 있어서의 접지전극측 팁 및 접지전극의 상대위치관계 등을 나타내는 확대 단면도이다.
도 15는 길이(Ke)를 설명하기 위한 접지전극측 팁 등의 투영도이다.

이하에, 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

[제 1 실시형태]　

도 1은 스파크 플러그(1)를 나타내는 일부 파단 정면도이다. 또한, 도 1에서는 스파크 플러그(1)의 축선(CL1) 방향을 도면에 있어서의 상하 방향으로 하고, 하측을 스파크 플러그(1)의 선단측, 상측을 후단측으로서 설명한다.　

스파크 플러그(1)는 통 형상을 이루는 절연 애자(2), 이것을 유지하는 통 형상의 금속 쉘(3) 등으로 구성되는 것이다.　

절연 애자(2)는 주지(周知)하는 바와 같이 알루미나 등을 소성하여 형성되어 있으며, 그 외형부에 있어서, 후단측에 형성된 후단측 몸통부(10)와, 당해 후단측 몸통부(10)보다도 선단측에 있어서 직경 방향 외향으로 돌출 형성된 큰 직경부(11)와, 당해 큰 직경부(11)보다도 선단측에 있어서 이것보다도 작은 직경으로 형성된 중간 몸통부(12)와, 당해 중간 몸통부(12)보다도 선단측에 있어서 이것보다도 작은 직경으로 형성된 다리부(13)를 구비하고 있다. 더불어서, 절연 애자(2) 중, 큰 직경부(11), 중간 몸통부(12) 및 대부분의 다리부(13)는 금속 쉘(3)의 내부에 수용되어 있다. 그리고 중간 몸통부(12)와 다리부(13)의 연접부에는 테이퍼 형상의 단차부(14)가 형성되어 있으며, 당해 단차부(14)에서 절연 애자(2)가 금속 쉘(3)에 걸려 있다.　

또한, 절연 애자(2)에는 축선(CL1)을 따라서 축 구멍(4)이 관통 형성되어 있으며, 축 구멍(4)의 선단측에는 중심전극(5)이 삽입, 고정되어 있다. 당해 중심전극(5)은 열전도성이 우수한 금속[예를 들면, 구리나 구리 합금, 순니켈(Ni) 등]으로 이루어지는 내층(5A) 및 니켈(Ni)을 주요 성분으로 하는 합금으로 이루어지는 외층(5B)에 의해 구성되어 있다. 또한, 중심전극(5)은 전체적으로 봉 형상(원기둥 형상)을 이루고, 그 선단부가 절연 애자(2)의 선단으로부터 돌출되어 있다.　

또, 축 구멍(4)의 후단측에는 절연 애자(2)의 후단으로부터 돌출된 상태에서 단자전극(6)이 삽입, 고정되어 있다.　

또한, 축 구멍(4)의 중심전극(5)과 단자전극(6)의 사이에는 원기둥 형상의 저항체(7)가 배치 설치되어 있다. 당해 저항체(7)의 양 단부는 도전성의 유리밀봉층(8, 9)을 통하여 중심전극(5)과 단자전극(6)에 각각 전기적으로 접속되어 있다.

더불어서, 금속 쉘(3)은 저탄소강 등의 금속에 의해 통 형상으로 형성되어 있으며, 그 외주면에는 스파크 플러그(1)를 연소장치(예를 들면, 내연기관이나 연료전지개질기 등)의 장착 구멍에 설치하기 위한 나사부(수나사부, 15)가 형성되어 있다. 또, 나사부(15)보다도 후단측의 외주면에는 직경 방향 외측으로 돌출되는 시트부(16)가 형성되고, 나사부(15) 후단의 나사목(17)에는 링 형상의 개스킷(18)이 끼워넣어져 있다. 또한, 금속 쉘(3)의 후단측에는 금속 쉘(3)을 상기 연소장치에 장착할 때에 렌치 등의 공구를 걸어 맞추기 위한 단면 육각 형상의 공구 걸어맞춤부(19)가 설치됨과 아울러, 후단부에 있어서 절연 애자(2)를 유지하기 위한 크림핑부(20)가 설치되어 있다.

또, 금속 쉘(3)의 내주면에는 절연 애자(2)를 걸기 위한 테이퍼 형상의 단차부(21)가 설치되어 있다. 그리고 절연 애자(2)는 금속 쉘(3)에 대해서 그 후단측에서 선단측으로 향하여 삽입되고, 자신의 단차부(14)가 금속 쉘(3)의 단차부(21)에 걸린 상태에서 금속 쉘(3)의 후단측 개구부를 직경 방향 내측으로 크림핑하는 것, 즉 상기 크림핑부(20)를 형성함으로써 고정되어 있다. 또한, 단차부(14, 21) 사이에는, 원환 형상의 판 패킹(22)이 개재되어 있다. 이에 따라, 연소실 내의 기밀성을 유지하고, 연소실 내로 노출되는 절연 애자(2)의 다리부(13)와 금속 쉘(3)의 내주면의 간극으로 들어가는 연료 가스가 외부로 누설되지 않도록 되어 있다.　

또한, 크림핑에 의한 밀폐를 더욱 완전한 것으로 하기 위해, 금속 쉘(3)의 후단측에 있어서는 금속 쉘(3)과 절연 애자(2)의 사이에 환 형상의 링 부재(23, 24)가 개재되고, 링 부재(23, 24) 사이에는 탈크(활석, 25)의 분말이 충전되어 있다. 즉, 금속 쉘(3)은, 판 패킹(22), 링 부재(23, 24) 및 탈크(25)를 통하여 절연 애자(2)를 유지하고 있다.　

또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 금속 쉘(3)의 선단부(26)에는 니켈(Ni)을 주요 성분으로 하는 합금으로 이루어지는 봉 형상의 접지전극(27)이 접합되어 있다. 접지전극(27)은 자신의 중간 부분에서 구부려 접혀져 있으며, 그 선단부 측면이 중심전극(5)의 선단부와 대향하고 있다. 또, 중심전극(5)의 선단부와 접지전극 (27)의 선단부의 사이에는 간극으로서의 불꽃방전간극(33)이 형성되어 있으며, 당해 불꽃방전간극(33)에 있어서 축선(CL1)을 따른 방향에서 불꽃방전이 실행되도록 되어 있다.　

더불어서, 접지전극(27) 중 중심전극(5)과의 사이에서 불꽃방전간극(33)을 형성하는 부위에는 저항용접에 의해, 소정의 귀금속[예를 들면, 이리듐(Ir), 백금 (Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 및 팔라듐(Pd)]을 주요 성분으로 하는 금속으로 이루어지는 원기둥 형상의 접지전극측 팁(본 발명의 「팁」에 상당한다, 31)이 접합되어 있다. 또, 중심전극(5) 중 접지전극(27)과의 사이에서 불꽃방전간극(33)을 형성하는 부위에는 레이저 용접에 의해, 소정의 귀금속[예를 들면, 이리듐(Ir), 백금 (Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 및 팔라듐(Pd)]을 주요 성분으로 하는 금속으로 이루어지는 원기둥 형상의 중심전극측 팁(본 발명의 「팁」에 상당한다, 32)이 접합되어 있다.　

또한, 본 실시형태에 있어서, 팁(31, 32)이 용접되는 접지전극(27) 및 중심전극[5, 특히 외층(5B)]은 상술한 바와 같이, 니켈(Ni)을 주요 성분으로 하는 합금에 의해 형성되어 있다. 그로 인해, 접지전극측 팁(31)의 열팽창계수는 이것이 용접되는 접지전극(27)의 열팽창계수보다도 작은 것으로 되어 있다. 또, 중심전극측 팁(32)의 열팽창계수는 이것이 용접되는 중심전극[5, 외층(5B)]의 열팽창계수보다도 작은 것으로 되어 있다.　

더불어서, 본 실시형태에서는 접지전극측 팁(31)의 귀금속 성분의 함유율을 A1(질량％)로 하고, 접지전극(27)의 귀금속 성분의 함유율을 B1(질량％)로 했을 때, A1-B1가 50질량％ 이상으로 되어 있다. 또, 중심전극측 팁(32)의 귀금속 성분의 함유율을 A2(질량％)로 하고, 중심전극[5, 외층(5B)]의 귀금속 성분의 함유율을 B2(질량％)로 했을 때, A2-B2가 50질량％ 이상으로 되어 있다.　

아울러, 본 실시형태에 있어서, 접지전극(27) 및 중심전극[5, 외층(5B)]에는 크롬(Cr)이 10질량％ 이상 35질량％ 이하 함유되어 있으며, 양호한 가공성을 확보하면서 우수한 내산화성을 실현할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 내산화성을 한층 향상시키기 위해, 접지전극(27) 및 중심전극[5, 외층(5B)]에 소정량(예를 들면, 합계 함유량이 1질량％ 이상 3질량％ 이하)의 알루미늄(Al) 및 규소(Si)를 함유시켜도 좋다. 또, 내산화성의 가일층의 향상 등을 도모하기 위해, 접지전극(27)이나 중심전극[5, 외층(5B)]에 소정량(예를 들면, 합계 함유량이 0.01질량％ 이상 1질량％ 이하)의 이트륨(Y)이나 희토류 원소[란탄(La), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 사마륨 (Sm), 디스프로슘(Dy), 에르븀(Er), 및, 이테르븀(Yb)]를 함유시켜도 좋다.　

또한, 접지전극측 팁(31) 및 접지전극(27)의 사이에는 중간층(34)이 형성되어 있다. 중간층(34)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 접지전극측 팁(31) 및 접지전극(27)이 용합하여 이루어지는 용융부(36)와, 당해 용융부(36) 및 접지전극측 팁 (31)의 경계 부분에 형성된 복수의 빈 구멍(38)을 구비하고 있다[또한, 도 3에 있어서는 도시의 편의상 용융부(36)나 빈 구멍(38)을 실제보다도 두껍게 나타내고 있으며, 또, 빈 구멍(38)을 실제보다도 길게, 또한, 그 수를 줄여서 나타내고 있다. 저항용접에 의해 접지전극(27)에 대해서 접지전극측 팁(31)을 접합하는 경우 등에 있어서는 용융부(36)가 매우 얇고, 거의 확인할 수 없는 경우도 있다]. 용융부(36)에 의해, 접지전극측 팁(31)이 접지전극(27)에 대해서 접합되어 있으며, 본 실시형태에서는 접지전극측 팁(31) 및 접지전극(27) 사이의 전체 영역에 걸쳐서 용융부 (36)가 형성되어 있다.　

더불어서, 접지전극측 팁(31)의 중심축(CL2)을 포함하는 단면에 있어서, 접지전극측 팁(31)과 중간층(34)의 경계의 길이를 La[=La1+La2+La3(㎜)]로 하고, 상기 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍(38)의 길이를 Na[=Na1+Na2+Na3+Na4+Na5+Na6 (㎜)]로 했을 때, 0.1≤Na/La≤0.4를 만족하도록 구성되어 있다.　

또한, 상기 중심축(CL2)을 포함하는 단면에 있어서, 접지전극측 팁(31)의 일방의 측면에서 타방의 측면까지의 범위를 4등분하는 상기 중심축(CL2)에 평행한 직선을 단에서부터 차례로 직선(Pa1), 직선[Pa2, 본 실시형태에서는 중심축(CL2)과 일치한다], 직선(Pa3)으로 한다. 이때, 직선(Pa1)에서 직선(Pa3)까지의 범위에 있어서의 접지전극측 팁(31)과 중간층(34)의 경계를 따르는 방향의 빈 구멍(38)의 길이를 Qa[=Na2+Na3+Na4+Na5(㎜)]로 하면, 0.6≤Qa/Na를 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 빈 구멍(38)의 대부분이 접지전극측 팁(31)의 중심측에 위치하도록 구성되어 있다.

또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 중심전극측 팁(32) 및 중심전극[5, 외층 (5B)]의 사이에는 중간층(35)이 형성되어 있다. 중간층(35)은 도 4에 나타내는 바와 같이, 중심전극측 팁(32) 및 중심전극[5, 외층(5B)]이 용합하여 이루어지는 용융부(37)와, 당해 용융부(37) 및 중심전극측 팁(32)의 경계 부분에 형성된 복수의 빈 구멍(39)을 구비하고 있다[또한, 도 4에 있어서는 도시의 편의상, 빈 구멍(39)을 실제보다도 두껍게, 또한, 길게 나타냄과 아울러, 그 수를 실제의 수보다도 줄여서 나타내고 있다]. 용융부(37)에 의해, 중심전극측 팁(32)은 중심전극[5, 외층 (5B)]에 접합되어 있으며, 본 실시형태에서는 중심전극측 팁(32) 및 중심전극(5)의 사이의 전체 영역에 걸쳐서 용융부(37)가 형성되어 있다.　

또한, 중심전극측 팁(32)의 중심축(CL3)을 포함하는 단면에 있어서, 중심전극측 팁(32)과 중간층(35)의 경계의 길이를 Lb[=Lb1+Lb2(㎜)]로 하고, 상기 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍(39)의 길이를 Nb[=Nb1+Nb2+Nb3+Nb4+Nb5+Nb6(㎜)]로 했을 때, 0.1≤Nb/Lb≤0.4를 만족하도록 구성되어 있다.　

또, 상기 중심축(CL3)을 포함하는 단면에 있어서, 중심전극측 팁(32)의 일방의 측면에서 타방의 측면까지의 범위를 4등분하는 상기 중심축(CL3)에 평행한 직선을 단에서부터 차례로 직선(Pb1), 직선[Pb2, 본 실시형태에서는 중심축(CL3)과 일치한다), 직선(Pb3)으로 한다. 이때, 직선(Pb1)에서 직선(Pb3)까지의 범위에 있어서의 중심전극측 팁(32)과 중간층(35)의 경계를 따르는 방향의 빈 구멍(39)의 길이를 Qb[=Nb2+Nb3+Nb4+Nb5(㎜)]로 하면, 0.6≤Qb/Nb를 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 빈 구멍(39)의 대부분이 중심전극측 팁(32)의 중심측에 위치하도록 구성되어 있다.

또한, 경계를 따르는 빈 구멍(38, 39)의 길이는 다음과 같이 하여 조절할 수 있다. 즉, 저항용접에 의해 팁(31, 32)을 용접할 경우에는 저항용접시에 있어서의 전극(5, 27)에 대한 팁(31, 32)의 압압 하중이나, 통전 전류를 변경하는 것에 의해 빈 구멍(38, 39)의 길이를 조절할 수 있다. 예를 들면, 압압 하중을 증대시켜 팁 (31, 32) 및 전극(5, 27)의 접촉 면적을 증대시키는 것에 의해, 저항용접시에 있어서의 발열량을 감소시킬 수 있어 더욱 많은 빈 구멍(38, 39)을 형성할[빈 구멍(38, 39)을 더욱 길게 할] 수 있다. 또, 레이저 용접에 의해 팁(31, 32)을 용접할 경우에는, 레이저 용접시에 있어서의 전극(5, 27)에 대한 팁(31, 32)의 압압 하중이나, 레이저 빔의 에너지를 변경하는 것에 의해, 빈 구멍(38, 39)의 길이를 조절할 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔의 에너지를 증대시키는 것에 의해, 발열량을 증대시킬 수 있어 형성될 빈 구멍(38, 39)을 비교적 적게 할[빈 구멍(38, 39)을 더욱 짧게 할] 수 있다. 또한, 용접 조건의 변경에 의하는 일없이, 예를 들면, 팁(31, 32)이나 전극(5, 27)에 함유되는 가스의 양을 조절하는 것에 의해, 빈 구멍(38, 39)의 길이를 조절하는 것도 가능하다.　

또, 빈 구멍(38, 39)의 길이는 다음의 수법에 의해 계측할 수 있다. 즉, 중심축(CL2, CL3)을 포함하는 단면을 얻음과 아울러, 당해 단면에 대해서 크로스 폴리셔(cross polisher) 가공을 시행하는 것이나, FIB(Focused Ion Beam, 집속 이온 빔 장치)를 이용하여 이온 빔을 조사하는 것에 의해, 단면을 연마한다. 그 후, SEM(주사형 전자현미경) 등에 의해 연마된 단면을 관찰하는 것에 의해, 빈 구멍 (38, 39)의 길이를 계측할 수 있다.　

더불어서, 본 실시형태에서는 도 5에 나타내는 바와 같이, 접지전극측 팁 (31)의 중심축(CL2)과 직교하는 평면(Sa)에 접지전극(27)과 접지전극(27)측에 위치하는 접지전극측 팁(31)의 단면을 투영했을 때, 접지전극(27)의 투영면(27P)과 상기 단면의 투영면(31P)이 겹치는 영역(Ra, 도 5 중, 산점(散点) 모양을 붙인 부위)은 원형 형상을 이루고 있다. 그리고 상기 영역(Ra)의 직경을 Ka(㎜)로 하고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 중심축(CL2)을 따른 접지전극측 팁(31)의 최대 두께를 Ta(㎜)로 했을 때, Ka/Ta≥1.2를 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 방전 면적의 증대(내소모성의 향상)를 도모하기 위해, Ka가 비교적 큰 것으로 되는 한편으로, 제조비용 등의 면에서 Ta가 비교적 작은 것으로 되어 있으며, 접지전극측 팁(31)은 비교적 얇은 두께로 되어 있다.　

또, 본 실시형태에서는 도 7에 나타내는 바와 같이, 중심전극측 팁(32)의 중심축(CL3)과 직교하는 평면(Sb)에 중심전극(5)과 중심전극(5)측에 위치하는 중심전극측 팁(32)의 단면을 투영했을 때, 중심전극(5)의 투영면(5P)과 상기 단면의 투영면(32P)이 겹치는 영역(Rb, 도 7 중, 산점(散点) 모양을 붙인 부위)은 원형 형상을 이루고 있다. 그리고 상기 영역(Rb)의 직경을 Kb(㎜)로 하고, 도 8[또한, 도 8에서는 빈 구멍(39)을 미도시]에 나타내는 바와 같이, 상기 중심축(CL3)을 따른 중심전극측 팁(32)의 최대 두께를 Tb(㎜)로 했을 때, Kb/Tb≥1.2를 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 접지전극측 팁(31)과 마찬가지로, 중심전극측 팁(32)도 비교적 얇은 두께로 되어 있다.　

이상 상세히 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, A1-B1(A2-B2)이 50질량％ 이상으로 되어 있기 때문에, 사용시(고온하)에 있어서 팁(31, 32)에 함유되는 귀금속 성분을 충분히 확산시킬 수 있다. 이 확산에 수반하여 중간층(34, 35)에 존재하는 빈 구멍(38, 39)을 팁(31, 32)의 내부[특히 중간층(34, 35)측]로 들어가게 할 수 있어 팁(31, 32)의 내부에 빈 구멍을 형성할 수 있다. 그리고 이 팁(31, 32)의 내부에 형성된 빈 구멍에 의해, 전극(5, 27)의 열팽창에 수반하여 전극(5, 27)으로부터 팁(31, 32)에 가해지는 응력을 완화할 수 있어 팁(31, 32) 중 전극(5, 27)측에 위치하는 부위와 팁(31, 32) 중 전극(5, 27)과는 반대측에 위치하는 부위의 사이에 있어서의 열팽창 차이를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 팁(31, 32)에 있어서의 변형이나 균열의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.　

또, 팁(31, 32)의 내부에 형성된 빈 구멍의 존재에 의해, 전극(5, 27) 및 팁 (31, 32) 사이에 있어서의 열응력 차이를 저감시킬 수 있다. 따라서, 팁(31, 32) 및 전극(5, 27) 사이에 있어서의 산화스케일의 형성을 효과적으로 억제할 수 있어 전극(5, 27)에 대한 팁(31, 32)의 용접성을 높일 수 있다. 그 결과, 팁(31, 32)의 박리(탈락)를 더욱 확실하게 방지할 수 있다.　

또한, 본 실시형태에서는 0.6≤Qa/Na, 및 0.6≤Qb/Nb로 되어 있으며, 팁(31, 32) 및 전극(5, 27) 사이에 발생하는 열응력 차이가 특히 큰 것으로 되기 쉬운 팁 (31, 32)의 중심측에 빈 구멍(38, 39)의 대부분이 형성되어 있다. 따라서, 사용시(고온하)에 있어서, 팁(31, 32)의 중심측 내부에 더욱 많은 빈 구멍을 형성할 수 있어 전극(5, 27) 및 팁(31, 32) 사이에 있어서의 열응력 차이를 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그 결과, 팁(31, 32)의 용접성을 한층 높일 수 있어 팁(31, 32)의 박리(탈락)를 더욱 한층 확실하게 방지할 수 있다.　

더불어서, Ka/Ta≥1. 2, 및 Kb/Tb≥1.2를 만족하기 때문에, 전극(5, 27) 및 팁(31, 32) 사이에 있어서의 열응력 차이를 더욱 작게 할 수 있어 용접성의 가일층의 향상을 도모할 수 있다.　

한편, Ka/Ta≥1.2, 및 Kb/Tb≥1.2를 만족할 경우에는 팁(31, 32)에 있어서의 변형이나 균열이 더욱 염려되지만, 상술의 구성을 만족하는 것에 의해, 팁(31, 32)의 변형 등을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 그 결과, Ka/Ta≥1.2(Kb/Tb≥1.2)로 함으로써 이루어지는 장점(매우 우수한 용접성)을 충분히 유지하면서, Ka/Ta≥1.2(Kb/Tb≥1.2)로 하는 것에 수반하는 단점(내변형성의 저하)을 해소할 수 있다.

또, 양 전극(5, 27)에 이트륨(Y)이나 희토류 원소를 함유시킨 경우, 이들 원소는 원자 반경이 비교적 크기 때문에, 전극(5, 27)의 결정 격자에 왜곡을 발생시킬 수 있다. 따라서, 팁(31, 32)에 함유되는 귀금속 성분이 더욱 확산되기 쉬워지고, 나아가서는 팁(31, 32)의 내부에 빈 구멍을 더욱 확실하게 들어가게 할 수 있다. 그 결과, 상술의 작용 효과를 더욱 한층 확실하게 발휘시킬 수 있다.

[제 2 실시형태]　

이어서, 제 2 실시형태에 대해서 상기 제 1 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 상기 제 1 실시형태에서는 접지전극측 팁(31) 및 접지전극(27) 사이의 전체 영역에 걸쳐서 중간층(34)이 형성되고, 중심전극측 팁(32) 및 중심전극[5, 외층(5B)] 사이의 전체 영역에 걸쳐서 중간층(35)이 형성되어 있다. 이에 대해서, 본 제 2 실시형태에서는 용접 조건을 변경함으로써, 도 9에 나타내는 바와 같이, 접지전극측 팁(41) 및 접지전극(27) 사이의 일부에 중간층(44)이 형성되고, 중심전극측 팁(42) 및 중심전극[5, 외층(5B)] 사이의 일부에 중간층(45)이 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 접지전극(27)에 대한 접지전극측 팁(41)의 용접성을 충분히 확보하기 위하여, 도 10에 나타내는 바와 같이, 접지전극측 팁(41)의 중심축(CL4)을 포함하는 단면에 있어서, 접지전극측 팁(41) 및 중간층(44)의 경계의 길이가 접지전극측 팁(41) 중 중간층(44)을 통하는 일없이 접지전극(27)에 인접하는 부위의 길이보다도 큰 것으로 되어 있다. 또, 중심전극(5)에 대한 중심전극측 팁(42)의 용접성을 충분히 확보하기 위하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, 중심전극측 팁(42) 및 중간층(45)의 경계의 길이가 중심전극측 팁(42) 중 중간층(45)을 통하는 일없이 중심전극(5)에 인접하는 부위의 길이보다도 큰 것으로 되어 있다.　

더불어서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 중간층(44)은 용융부(46)와, 당해 용융부(46) 및 접지전극측 팁(41)의 경계 부분에 위치하는 복수의 빈 구멍(48)을 구비하고 있다. 그리고 접지전극측 팁(41)의 중심축(CL4)을 포함하는 단면에 있어서, 접지전극측 팁(41)과 중간층(44)의 경계의 길이를 Lc(㎜)로 하고, 상기 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍(48)의 길이를 Nc[=Nc1+Nc2+Nc3+Nc4+Nc5(㎜)]로 했을 때, 0.1≤Nc/Lc≤0.4를 만족하도록 구성되어 있다. 또한, 저항용접에 의해, 접지전극(27)에 대해서 접지전극측 팁(41)을 접합할 경우 등에 있어서는, 용융부(46)가 매우 얇아 거의 확인할 수 없는 경우도 있다.　

또한, 상기 중심축(CL4)을 포함하는 단면에 있어서, 접지전극측 팁(41)의 일방의 측면에서 타방의 측면까지의 범위를 4등분하는 상기 중심축(CL4)에 평행한 직선을 단에서부터 차례로 직선(Pc1), 직선[Pc2, 본 실시형태에서는 중심축(CL4)과 일치한다], 직선(Pc3)으로 한다. 이때, 직선(Pc1)에서 직선(Pc3)까지의 범위에 있어서의 상기 경계를 따르는 방향의 빈 구멍(48)의 길이를 Qc[=Nc2+Nc3+Nc4(㎜)]로 하면, 0.6≤Qc/Nc를 만족하도록 구성되어 있다.　

또, 도 11에 나타내는 바와 같이, 중간층(45)은 용융부(47)와, 당해 용융부 (47) 및 중심전극측 팁(42)의 경계 부분에 위치하는 복수의 빈 구멍(49)을 구비하고 있다. 그리고 중심전극측 팁(42)의 중심축(CL5)을 포함하는 단면에 있어서, 중심전극측 팁(42)과 중간층(45)의 경계의 길이를 Ld[=Ld1+Ld2(㎜)]로 하고, 상기 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍(49)의 길이를 Nd[=Nd1+Nd2+Nd3+Nd4+Nd5(㎜)]로 했을 때, 0.1≤Nd/Ld≤0.4를 만족하도록 구성되어 있다.　

더불어서, 상기 중심축(CL5)을 포함하는 단면에 있어서, 중심전극측 팁(42)의 일방의 측면에서 타방의 측면까지의 범위를 4등분하는 상기 중심축(CL5)에 평행한 직선을 단에서부터 차례로 직선(Pd1), 직선[Pd2, 본 실시형태에서는 중심축 (CL5)과 일치한다), 직선(Pd3)으로 한다. 이때, 직선(Pd1)에서 직선(Pd3)까지의 범위에 있어서의 상기 경계를 따르는 방향의 빈 구멍(49)의 길이를 Qd[=Nd2+Nd3+Nd4 +Nd5(㎜)]로 하면, 0.6≤Qd/Nd를 만족하도록 구성되어 있다.　

또한, 상기 제 1 실시형태에 있어서, 접지전극측 팁(31)은 원기둥 형상을 이루고 있지만, 본 제 2 실시형태에 있어서, 접지전극측 팁(41)은 직육면체 형상을 이루고 있다. 그로 인해, 도 12에 나타내는 바와 같이, 접지전극측 팁(41)의 중심축(CL4)과 직교하는 평면(Sc)에 접지전극(27)과 접지전극(27)측에 위치하는 접지전극측 팁(41)의 단면을 상기 중심축(CL4)을 따라서 투영했을 때, 접지전극(27)의 투영면(27P)과 상기 단면의 투영면(41P)이 겹치는 영역(Rc)은 직사각형 형상으로 되어 있다.　

또, 상기 영역(Rc)의 긴 변을 Kc(㎜)로 하고, 도 13에 나타내는 바와 같이, 상기 중심축(CL4)을 따른 접지전극측 팁(41)의 최대 두께를 Tc(㎜)로 했을 때, Kc/Tc≥1.2를 만족하도록 구성되어 있다.　

이상, 본 제 2 실시형태에 따르면, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과가 이루어지게 된다. 즉, 전극(5, 27)에 대한 팁(41, 42)의 용접성을 현격히 높이면서, 팁(41, 42)에 있어서의 변형이나 균열을 매우 효과적으로 방지할 수 있다.

[제 3 실시형태]　

이어서, 제 3 실시형태에 대해서 상기 제 1, 제 2 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다. 상기 제 1, 제 2 실시형태에 있어서, 접지전극측 팁(31, 41)은 그 전체가 접지전극(27)의 선단보다도 기단측에 위치하고 있다. 이에 대해서, 본 제 3 실시형태에서는 도 14에 나타내는 바와 같이, 접지전극측 팁(51)은 그 일부가 접지전극(27)의 선단보다도 돌출되도록 하여 접지전극(27)에 용접되어 있다. 또한, 접지전극(27)에 대한 접지전극측 팁(51)의 용접성을 충분히 확보하기 위하여, 접지전극측 팁(51) 및 중간층(54)의 경계의 길이가 접지전극측 팁(51) 중 중간층(54)을 통하는 일없이 접지전극(27)에 인접하는 부위의 길이보다도 큰 것으로 되어 있다.

더불어서, 접지전극측 팁(51)은 상기 제 2 실시형태와 마찬가지로, 직육면체 형상으로 되어 있다. 그로 인해, 도 15에 나타내는 바와 같이, 접지전극측 팁(51)의 중심축(CL6)과 직교하는 평면(Se)에 접지전극(27)과 접지전극(27)측에 위치하는 접지전극측 팁(51)의 단면[접지전극측 팁(51)의 외표면 중 중간층(54)에 대해서 가장 광범위하게 걸쳐서 인접하여 용접성을 확보하는 점에서 특히 중요한 면]을 상기 중심축(CL6)을 따라서 투영했을 때, 접지전극(27)의 투영면(27P)과 상기 단면의 투영면(51P)이 겹치는 영역(Re)은 직사각형 형상으로 되어 있다. 그리고 상기 영역 (Re)의 긴 변을 Ke(㎜)로 하고, 도 14에 나타내는 바와 같이, 상기 중심축(CL6)을 따른 접지전극측 팁(51)의 최대 두께를 Te(㎜)로 했을 때, Ke/Te≥1.2를 만족하도록 구성되어 있다.　

이상, 본 제 3 실시형태에 따르면, 기본적으로는 상기 제 1, 제 2 실시형태와 마찬가지의 작용 효과가 이루어지게 된다.　

더불어서, 접지전극측 팁(51)이 접지전극(27)의 선단보다도 돌출되어 있기 때문에, 접지전극(27)에 의한 화염핵(火炎核)의 성장 저해를 억제할 수 있다. 그 결과, 착화성의 향상을 도모할 수 있다.　

이어서, 상기 실시형태에 의해서 이루어지는 작용 효과를 확인하기 위하여, 조성이 각각 다른 팁을 가지고, 당해 팁의 귀금속 성분의 함유율(A, 질량％)과 팁이 용접되는 접지전극에 있어서의 귀금속 성분의 함유율(B, 질량％)의 차이(A-B)를 여러 가지 변경한 스파크 플러그의 샘플을 복수 제작했다. 또한, 각 샘플은 용접시의 압압 하중이나 통전 전류 등을 조절하는 것에 의해, 팁과 중간층의 경계의 길이를 L(㎜)에 대한, 상기 경계를 따르는 방향의 빈 구멍의 길이를 N(㎜)의 비율(N/L)과, 길이(N)에 대한, 팁의 중심측에 위치하는[직선(P1)에서 직선(P3)까지의 범위에 위치하는] 빈 구멍의 상기 경계를 따르는 방향의 길이를 Q(㎜)의 비율(Q/N)을 각각 다른 것으로 했다. 그리고 각 샘플에 대해서 탁상버너시험을 실시했다. 즉, 대기분위기하에서 접지전극의 온도가 1000℃가 되도록 버너로 2분간 가열한 후, 1분간 서냉(徐冷)하는 것을 1사이클로 하여 1000사이클 실시했다. 그리고 1000사이클 종료 후에, 팁의 표면(중간층과는 반대측에 위치하여 불꽃방전간극을 형성하는 면), 및 접지전극의 단면을 관찰하여 내변형성 및 용접성의 면에서 각 샘플의 우열을 평가했다.

구체적으로는, 팁의 표면에 변형이나 균열이 발생하고 있었던 샘플은 내변형성이 뒤떨어진다고 하여 「×」의 평가를 내리고, 한편으로, 팁의 표면에 변형이나 균열이 발생하고 있지 않았던 샘플은 양호한 내변형성을 가진다고 하여 「○」의 평가를 내리는 것으로 했다.　

또, 팁 및 중간층의 경계 부분의 길이에 대한, 당해 경계 부분에 있어서 형성된 산화스케일의 길이를 계측함과 아울러, 상기 경계 부분의 길이에 대한 산화스케일의 길이의 비율(산화스케일 비율)을 산출하고, 산화스케일 비율이 50％ 이상으로 된 샘플은 용접성이 뒤떨어진다고 하여 「×」의 평가를 내리는 것으로 했다. 한편으로, 산화스케일 비율이 25％ 이상 50％ 미만으로 된 샘플은 양호한 용접성을 가진다고 하여 「○」의 평가를 내리고, 산화스케일 비율이 25％ 미만으로 된 샘플은 매우 우수한 용접성을 가진다고 하여 「◎」의 평가를 내리는 것으로 했다.　

또한, 내변형성 및 용접성의 면에서 샘플을 종합적으로 판정하고, 내변형성 및 용접성의 적어도 한편으로 평가가 「×」로 된 샘플은 종합 판정을 「×」로 했다. 이에 대해서, 내변형성 및 용접성의 쌍방에 있어서 평가가 「○」으로 된 샘플은 종합 판정을 「○」로 하고, 내변형성에 있어서의 평가가 「○」이며, 또한, 용접성에 있어서의 평가가 「◎」으로 된 샘플은 종합 판정을 「◎」으로 했다.　

표 1에 당해 시험의 결과를 나타낸다. 또한, 각 샘플 모두 접지전극을 INC 600(등록상표)(Ni-16Cr-7 Fe)에 의해 형성했다. 또, 팁의 열팽창계수를 접지전극의 열팽창계수보다도 작은 것으로 했다.

No.	팁 조성	A-B (질량％)	N/L	Q/N	내변형성 평가	용접성 평가	종합판정
1	Ni-30Pt-10Ir	30	0.2	0.5	×	○	×
2	Ni-45Pt	45	0.2	0.9	×	◎	×
3	Pt-10Ni	90	0.1	0.5	×	×	×
4	Pt-10Ni	90	0.5	0.5	○	×	×
5	Pt-10Ni	90	0.1	0.6	○	○	○
6	Pt-50Ni	50	0.2	0.5	○	○	○
7	Pt-20Rh-10Ni	90	0.3	0.5	○	○	○
8	Pt-10Ni	90	0.4	0.4	○	○	○
9	Pt-20Ni	80	0.2	0.6	○	○	○
10	Rh-20Ni	80	0.2	0.6	○	◎	◎
11	Pt-20Ni	80	0.2	0.7	○	◎	◎

표 1에 나타내는 바와 같이, A-B를 50질량％ 미만으로 한 샘플(샘플 1, 2)은 팁에 변형이나 균열이 발생하기 쉬운 것을 알았다. 이것은 귀금속 성분의 농도 차이가 작았기 때문에, 고온하에 있어서 팁의 귀금속 성분이 접지전극측으로 확산되기 어려워지고, 나아가서는 빈 구멍이 팁의 내부로 들어가기 어려웠던 것에 의한다고 생각된다.　

또, N/L를 0.1 미만으로 한 샘플(샘플 3)이나, N/L을 0.4보다도 크게 한 샘플(샘플 4)은 내변형성이나 용접성이 뒤떨어지는 것이 확인되었다.　

이에 대해서, A-B를 50질량％ 이상으로 함과 아울러, 0.1≤N/L≤0.4를 만족하는 샘플(샘플 5∼11)은 내변형성 및 용접성의 쌍방에 있어서 양호한 성능을 가지는 것이 명백하게 되었다. 이것은 다음의 이유에 의한다고 생각된다. 즉, A-B가 50질량％ 이상으로 된 것에 의해, 고온하에 있어서 팁의 귀금속 성분이 접지전극측으로 충분히 확산되었다. 그리고 이 확산에 수반하여 경계 부분의 비교적 광범위하게 걸쳐서 형성된 빈 구멍이 팁의 내부(중간층측)로 들어가 팁의 내부에 비교적 용적이 큰 빈 구멍이 형성되었다. 이 빈 구멍에 의해, 접지전극의 열팽창에 수반하여 접지전극으로부터 팁에 가해지는 응력이 완화되게 되어, 팁 중 접지전극측에 위치하는 부위와 팁 중 표면측에 위치하는 부위의 사이에 있어서의 열팽창 차이가 감소했다. 그 결과, 팁의 표면에 있어서의 변형이나 균열의 발생이 억제되었다. 또, 팁 내부에 형성된 빈 구멍의 존재에 의해, 접지전극 및 팁 사이에 있어서의 열응력 차이가 저감되고, 그 결과, 경계 부분에 있어서의 산화스케일의 형성이 억제되었다.

또한, 0.6≤Q/N를 만족하는 샘플(샘플 10, 11)은 매우 우수한 용접성을 가지는 것을 알았다. 이것은 접지전극과의 사이에 있어서의 열응력 차이가 특히 큰 것으로 되기 쉬운 팁 중심측의 내부에 많은 빈 구멍이 형성되었기 때문에, 열응력 차이를 더욱 효과적으로 저감할 수 있었기 때문이라고 생각된다.　

상기 시험의 결과로부터, 용접성 및 내변형성의 쌍방을 양호한 것으로 하기 위하여, 팁의 귀금속 성분의 함유율(A, 질량％)과 전극의 귀금속 성분의 함유율(B, 질량％)의 차이(A-B)를 50질량％ 이상으로 함과 아울러, 0.1≤N/L≤0.4를 만족하도록 구성하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.　

또, 용접성의 가일층의 향상을 도모하기 위하여, 0.6≤A/N를 만족하는 것이 더욱 바람직하다고 말할 수 있다.　

다음에, 외경[팁의 투영면 및 접지전극의 투영면이 겹치는 영역의 직경[K(㎜)과 동일한]과, 중심축을 따른 최대 두께[T(㎜)]가 여러 가지 다른 원기둥 형상의 팁이 접지전극에 용접되어 이루어지는 스파크 플러그의 샘플을 복수 제작했다. 그리고 얻어진 샘플에 대해서 상술의 탁상버너시험을 실시하여 내변형성 및 용접성을 평가했다.　

표 2에 당해 시험의 결과를 나타낸다. 또한, 각 샘플 모두 팁을 Pt-20Ni에 의해 형성함과 아울러, 접지전극을 Ni-1. 5Si-1. 5Cr-2Mn에 의해 형성하고, 팁의 열팽창계수를 접지전극의 열팽창계수보다도 작은 것으로 했다.

No.	K(mm)	T(mm)	K/T	N/L	내변형성 평가	용접성 평가	종합판정
21	0.7	0.3	2.3	0.25	○	◎	◎
22	0.9	0.6	1.5	0.25	○	◎	◎
23	0.85	0.7	1.2	0.25	○	◎	◎
24	0.5	0.5	1.0	0.25	○	○	○

표 2에 나타내는 바와 같이, K/T≥1.2를 만족하는 샘플(샘플 21∼23)은 용접성이 매우 우수함과 아울러, 양호한 내변형성을 가지는 것을 알았다. 이것은 다음의 이유에 의한다고 생각된다.　

즉, K/T≥1.2로 된 비교적 얇은 두께의 팁은 고온하에 있어서 접지전극이 열팽창했을 때에 팁 중 접지전극측에 위치하는 부위가 접지전극의 열팽창에 맞추어서 변형되기 쉽다. 그로 인해, 접지전극 및 팁 사이에 있어서의 열응력 차이가 작아져 우수한 용접성을 실현할 수 있다.　

한편으로, 팁 중 접지전극측에 위치하는 부위가 더욱 변형되는 것에 의해, 팁 중 접지전극측에 위치하는 부위와 팁 중 표면측(중간층과는 반대측)에 위치하는 부위에 있어서의 열팽창 차이는 증대한다. 그로 인해, K/T≥1.2로 된 팁은 변형이나 균열이 발생하기 쉬워 내변형성에는 뒤떨어진다.　

그러나, 중간층에 상기 빈 구멍을 설치한 것에 의해, 상술한 바와 같이, 팁 중 접지전극측에 위치하는 부위와 팁 중 표면측(중간층과는 반대측)에 위치하는 부위에 있어서의 열팽창 차이는 저감시킬 수 있으며, 나아가서는 팁의 변형이나 균열을 더욱 확실하게 방지할 수 있었다. 즉, 용접성의 면에서 우수하지만, 내변형성이 불충분하게 되기 쉬운 K/T≥1.2로 된 팁을 이용한 경우에 있어서, 상술한 바와 같이 중간층에 빈 구멍을 설치함으로써, 내변형성을 충분히 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 매우 우수한 용접성과 양호한 내변형성을 실현할 수 있었다고 생각된다.　

또한, 상기 실시형태의 기재 내용에 한정되지 않고, 예를 들면 다음과 같이 실시해도 좋다. 물론, 이하에 있어서 예시하지 않는 다른 응용예, 변경예도 당연 가능하다.　

(a) 상기 실시형태에서는 중심전극(5) 및 접지전극(27)의 쌍방에 팁(31, 32)이 용접되어 있지만, 양 전극의 일방에만 팁을 설치하는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 일방의 전극에 설치된 팁과 타방의 전극의 사이에 불꽃방전간극이 형성되게 된다.　

(b) 상기 실시형태에서는 팁이 귀금속을 주요 성분으로 하는 금속에 의해 형성되어 있으며, 팁에 있어서의 귀금속 성분의 함유율이 팁이 용접되는 전극에 있어서의 귀금속 성분의 함유율보다도 큰 것으로 되어 있다. 이에 대해서, 예를 들면, 귀금속을 주요 성분으로 하는 금속에 의해 전극을 형성하는 것에 의해, 전극에 있어서의 귀금속 성분의 함유율이 팁에 있어서의 귀금속 성분의 함유율보다도 크고, 또한, 함유율의 차이가 50질량％ 이상이 되도록 구성해도 좋다. 이 경우에 있어서도, 고온하에 있어서의 귀금속 성분의 확산에 수반하여 빈 구멍이 팁의 내부로 들어가게 된다. 그 결과, 상기 실시형태와 마찬가지의 작용 효과가 이루어지게 된다.

(c) 상기 실시형태에서는 금속 쉘(3)의 선단부(26)에 접지전극(27)이 접합되는 경우에 대해서 구체화하고 있지만, 금속 쉘의 일부(또는, 금속 쉘에 미리 용접되어 있는 선단 금속의 일부)를 깎아내도록 하여 접지전극을 형성하는 경우에 대해서도 적용 가능하다(예를 들면, 일본국 특개2006-236906호 공보 등).　

(d) 상기 실시형태에서는 공구 걸어맞춤부(19)는 단면 육각 형상으로 되어 있지만, 공구 걸어맞춤부(19)의 형상에 관해서는 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, Bi-HEX(변형12각) 형상[ISO22977:2005(E)]등으로 되어 있어도 좋다.

1: 스파크 플러그
5: 중심전극
27: 접지전극
31: 접지전극측 팁
32: 중심전극측 팁
33: 불꽃방전간극(간극)
34, 35: 중간층
38, 39: 빈 구멍
CL2, CL3: (팁의) 중심축

Claims (3)

1. 중심전극과, 상기 중심전극과의 사이에 간극을 형성하는 접지전극을 구비하며, 상기 양 전극의 적어도 일방에 팁이 용접된 스파크 플러그로서,
   상기 팁은 상기 팁이 용접된 상기 전극보다도 열팽창계수가 작고, 상기 팁의 귀금속 성분의 함유율(A, 질량％)과, 상기 전극의 귀금속 성분의 함유율(B, 질량％)의 차이(A-B)가 50질량％ 이상이며,
   상기 팁과 상기 전극 사이의 중간층에 빈 구멍이 존재하고, 상기 팁의 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 상기 팁과 상기 중간층의 경계의 길이를 L(㎜), 상기 팁과 상기 중간층의 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍의 길이를 N(㎜)으로 하면, 0.1≤N/L≤0.4인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단면에 있어서, 상기 팁의 일방의 측면에서 타방의 측면까지의 범위를 4등분하는 상기 중심축에 평행한 직선을 단에서부터 차례로 P1, P2, P3로 하고,
   P1에서 P3까지의 범위에 있어서의 상기 경계를 따르는 방향의 상기 빈 구멍의 길이를 Q(㎜)로 하면, 0.6≤Q/N인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 팁의 중심축과 직교하는 평면에, 상기 팁이 용접된 상기 전극과 당해 전극측에 위치하는 상기 팁의 단면을 상기 중심축을 따라서 투영했을 때, 상기 전극의 투영면과 상기 단면의 투영면이 겹치는 영역은 직사각형 형상 또는 원형 형상을 이루고,
   K(㎜)를 상기 영역이 직사각형 형상인 경우에 상기 영역의 긴 변으로 하며, 상기 영역이 원형 형상인 경우에 상기 영역의 직경으로 하고,
   T(㎜)를 상기 중심축을 따른 상기 팁의 최대 두께로 했을 때,
   K/T≥1.2인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

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