KR101822723B1

KR101822723B1 - 점화 플러그

Info

Publication number: KR101822723B1
Application number: KR1020157018742A
Authority: KR
Inventors: 고헤이 가츠라야
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2018-01-26
Also published as: KR20150095852A; EP2933888A4; EP2933888B1; US9240676B2; WO2014097708A1; EP2933888A1; JP5690323B2; JP2014120309A; CN104782006A; CN104782006B; US20150333487A1

Abstract

절연체의 관통을 더욱 확실하게 방지하면서, 열 충격에 의한 절연체의 균열을 효과적으로 억제한다. 점화 플러그(1)는 금속 쉘(3)과, 금속 쉘(3)의 내주에 배치됨과 아울러, 축선(CL1) 방향으로 연장되는 축 구멍(4)을 가지며, 자신의 선단이 금속 쉘(3)의 선단보다도 선단측에 위치하는 통 형상의 절연 애자(2)를 구비하고, 금속 쉘(3)의 선단에서 절연 애자(2)의 선단까지의 축선(CL1)을 따른 거리가 0.5㎜ 이상으로 된다. 금속 쉘(3)의 내주면 선단(3A)을 통과하여 축선(CL1)과 직교하는 단면에 있어서의 절연 애자의 두께를 C로 하고, 절연 애자(2)의 선단에서 축선 (CL1) 방향 후단측으로 0.5㎜의 범위 내에 있어서의 절연 애자(2)의 체적을 V로 했을 때, C≥1.07㎜ 및 V≤3.9㎣을 만족한다.

Description

점화 플러그{IGNITION PLUG}

본 발명은 내연기관 등에 사용되는 점화 플러그에 관한 것이다.

점화 플러그는 내연기관(엔진) 등에 장착되며, 연소실 내의 혼합기 등으로의 착화를 위해 이용된다. 일반적으로 점화 플러그는 축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지는 절연체와, 상기 축 구멍의 선단측에 삽입되는 중심전극과, 상기 절연체의 외주에 설치되는 금속 쉘과, 금속 쉘의 선단부에 고정되는 접지전극을 구비하고 있다. 또, 접지전극의 선단부와 중심전극의 선단부의 사이에는 간극이 형성되어 있으며, 중심전극(간극)에 고전압을 인가하여 불꽃방전을 발생시키는 것에 의해 혼합기 등으로의 착화가 이루어지도록 되어 있다.

또 근래에는, 연비 성능의 향상 등을 도모하기 위해, 고압축, 고과급(高過給)엔진이 제안되어 있다. 이와 같은 엔진은 통내압력이 비교적 높은 것으로 되어 있으며, 불꽃방전을 발생시키기 위해 필요한 전압(방전전압)이 더욱 큰 것(예를 들면, 37㎸ 이상)으로 된다. 그로 인해, 불꽃방전을 발생시키기 하기 위한 전압을 중심전극에 인가했을 때에, 중심전극 및 금속 쉘 사이에서 절연체를 관통하는 방전(관통방전)이 발생하여 불꽃방전을 정상적으로 발생시킬 수 없게 될 우려가 있다.

그래서, 절연체의 내전압 성능을 향상시키기 위해, 비교적 얇은 두께로 구성되고 특히 관통이 발생하기 쉬운 절연체의 선단부에 있어서, 그 두께를 크게 하는 수법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조).

특허문헌 1: 일본국 특개2000-243535호 공보

그러나 절연체의 선단부를 두껍게 한 경우에는 가열ㆍ냉각시에 있어서, 절연체의 선단부에 큰 열 충격이 발생하여 절연체에 균열이 발생할 우려가 있다. 특히, 연료가 절연체의 선단부에 직접 분사되는 직분 엔진에 있어서는 연료에 의해서 절연체가 급냉되기 때문에, 열 충격에 의한 절연체의 균열이 더욱 염려된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 절연체의 관통을 더욱 확실하게 방지하면서, 열 충격에 의한 절연체의 균열을 효과적으로 억제할 수 있는 점화 플러그를 제공하는 것에 있다.

이하, 상기 목적을 해결하는데에 적합한 각 구성에 대해, 항목 분류하여 설명한다. 또한, 필요에 따라서 대응하는 구성에 특유의 작용 효과를 부기한다.

구성 1.

본 구성의 점화 플러그는 통 형상의 금속 쉘과,

상기 금속 쉘의 내주에 배치됨과 아울러, 축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지며, 자신의 선단이 상기 금속 쉘의 선단보다도 선단측에 위치하는 통 형상의 절연체를 구비하고,

상기 금속 쉘의 선단에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선을 따른 거리가 0.5㎜ 이상으로 된 점화 플러그로서,

상기 금속 쉘의 내주면 선단을 통과하여 상기 축선과 직교하는 단면에 있어서의 상기 절연체의 두께를 C로 하고,

상기 절연체의 선단에서 상기 축선 방향 후단측으로 0.5㎜의 범위 내에 있어서의 상기 절연체의 체적을 V로 했을 때,

C≥1.07㎜ 및 V≤3.9㎣을 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 1에 따르면, 절연체 중, 축선과 직교하는 방향을 따라서 금속 쉘의 내주면 선단과 대향하는 부위의 두께(C)가 1.07㎜ 이상으로 되어 있다. 즉, 절연체 중, 전계 강도가 높은 부위와 대향하고 있으며, 특히 관통 방전이 발생하기 쉬운 부위에 있어서, 충분한 두께가 확보되어 있다. 따라서, 양호한 내전압 성능을 확보할 수 있어 절연체의 관통을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

더불어서, 상기 구성 1에 따르면, 절연체의 선단에서 축선 방향 후단측으로 0.5㎜의 범위 내에 있어서의 절연체(즉, 절연체 중, 특히 고온으로 됨과 아울러 급냉되어 열 충격에 의한 균열이 발생하기 쉬운 부위)의 체적(V)이 3.9㎣ 이하로 되어 있다. 여기서, 열 충격은 가열ㆍ냉각시에, 절연체의 외표면측과 내부의 사이에 있어서의 열팽창량의 차이에 의해 발생하는 응력으로부터 발생하는 바, 체적(V)을 3.9㎣ 이하로 하는 것에 의해, 상기 응력을 충분히 작게 할 수 있다. 그 결과, 열 충격에 의한 절연체의 균열을 효과적으로 억제할 수 있다.

구성 2.

본 구성의 점화 플러그는 상기 구성 1에 있어서, 상기 범위 내에 있어서, 상기 절연체의 상기 축선과 직교하는 방향을 따른 두께가 0.9㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 구성 2에 따르면, 가열ㆍ냉각시에 있어서, 상기 응력을 한층 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 열 충격에 의한 절연체의 균열을 매우 효과적으로 억제할 수 있다.

구성 3.

본 구성의 점화 플러그는 상기 구성 1 또는 2에 있어서, 상기 범위에 있어서의 상기 중심전극의 외주면과 상기 절연체의 내주면의 사이에 형성되는 간극을 제 1 간극으로 하고,

상기 단면에 있어서의 상기 중심전극의 외주면과 상기 절연체의 내주면의 사이에 형성되는 간극을 제 2 간극으로 했을 때,

상기 제 1 간극의 적어도 일부는 상기 제 2 간극보다도 큰 것을 특징으로 한다.

상기 구성 3에 따르면, 상기 범위에는 중심전극의 외주면과 절연체의 내주면의 사이에 형성된 비교적 큰 간극인 제 1 간극이 설치되어 있다. 따라서, 절연체의 내주면을 중심전극의 외주면으로부터 이간시킬 수 있어 중심전극으로부터 열이 이끌리는 것에 의한 절연체의 내주면측의 급냉을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 응력을 한층 작게 할 수 있어 절연체에 있어서의 내열 충격성을 더욱 높일 수 있다.

구성 4.

본 구성의 점화 플러그는 상기 구성 1 내지 3의 어느 하나에 있어서, 상기 절연체의 외주면 중, 상기 금속 쉘의 선단보다도 선단측에 위치하는 면의 상기 축선을 포함하는 단면에 있어서의 외형선은 접선이 상기 절연체의 선단부를 통과하는 만곡선을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 「접선이 절연체의 선단부를 통과하는 만곡선」이라는 것은, 축선측이나 경사진 선단측, 경사진 후단측으로 향하여 볼록하게 된 만곡선을 말한다.

상기 구성 4에 따르면, 절연체의 선단부가 그 내주면측으로 향하여 오목한 형상으로 되어 있다. 따라서, 체적(V)을 용이하게 3.9㎣ 이하로 할 수 있어 상기 구성 1 등에 의한 작용 효과(열 충격에 의한 절연체의 균열을 억제하는 효과)를 더욱 확실하게 발휘시킬 수 있다.

또, 상기 구성 4에 따르면, 절연체의 선단부에 있어서의 표면적을 증대시킬 수 있다. 그 결과, 중심전극 및 금속 쉘 사이에 있어서의 절연체의 표면을 기어간 이상(異常) 방전의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있어 착화 안정성을 높일 수 있다.

구성 5.

본 구성의 점화 플러그는 상기 구성 1 내지 4의 어느 하나에 있어서, 상기 금속 쉘은 장착용의 나사부를 가지며,

상기 나사부의 나사 직경이 M12 이하인 것을 특징으로 한다.

근래에는, 점화 플러그의 소형화(소경화)를 도모하기 위해, 금속 쉘이 소경화됨과 아울러, 금속 쉘의 내주에 배치되는 절연체도 소경화되어 절연체가 얇은 두께로 되는 일이 있다. 이와 같은 얇은 두께의 절연체는 내전압 성능이 비교적 낮으며, 관통 방전이 더욱 발생하기 쉽다.

이 점, 상기 구성 5와 같이, 나사부의 나사 직경이 M12 이하로 되어 있는 점화 플러그에 있어서는, 관통 방전의 발생이 특히 염려되지만, 상기 구성 1 등을 채용하여 두께(C)를 1.07㎜ 이상으로 하는 것에 의해, 관통 방전의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다. 환언하면, 상기 구성 1 등은 나사부의 나사 직경이 M12 이하로 되어 관통 방전이 더욱 발생하기 쉬운 점화 플러그에 대해서 특히 유효하다.

도 1은 점화 플러그의 구성을 나타내는 일부 파단 정면도이다.
도 2는 점화 플러그 선단부의 구성을 나타내는 일부 파단 확대 정면도이다.
도 3은 다른 실시형태에 있어서의 점화 플러그 선단부의 구성을 나타내는 일부 파단 정면도이다.
도 4의 (a), (b)는 다른 실시형태에 있어서의 점화 플러그 선단부의 구성을 나타내는 일부 파단 정면도이다.
도 5의 (a)는 다른 실시형태에 있어서의 점화 플러그 선단부의 구성을 나타내는 일부 파단 정면도이며, (b)는 절연 애자의 선단부에 있어서의 외형선 등을 나타내는 확대 단면도이다.

이하에, 일실시형태에 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 후단측으로서 설명한다.

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

절연 애자(2)는 주지하는 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 가는 직경으로 형성된 중간 몸통부(12)와, 당해 중간 몸통부(12)보다도 선단측에 있어서 이것보다도 가는 직경으로 형성된 다리부(13)를 구비하고 있다. 또, 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.

더불어서, 절연 애자(2) 중, 큰 직경부(11), 중간 몸통부(12) 및 대부분의 다리부(13)는 금속 쉘(3)의 내부에 수용되어 있다. 그 한편으로, 절연 애자(2)의 선단은 금속 쉘(3)의 선단보다도 선단측에 위치하고 있으며, 도 2에 나타내는 바와 같이, 금속 쉘(3)의 선단에서 절연 애자(2)의 선단까지의 축선(CL1)을 따른 거리 (L)가 0.5㎜ 이상으로 되어 있다.

도 1로 되돌아가, 절연 애자(2)에는 축선(CL1)을 따라서 축 구멍(4)이 관통 형성되어 있으며, 당해 축 구멍(4)의 선단측에는 중심전극(5)이 삽입 설치되어 있다. 당해 중심전극(5)은 열전도성이 우수한 금속[예를 들면, 구리나 구리합금, 순니켈(Ni)] 등으로 이루어지는 내층(5A)과, Ni을 주요 성분으로 하는 합금으로 이루어지는 외층(5B)을 구비하고 있다. 또, 중심전극(5)은 전체적으로 봉 형상(원기둥 형상)을 이루며, 절연 애자(2)의 선단으로부터 돌출되어 있다. 또한, 중심전극(5)의 선단부에는 내 소모성이 우수한 금속[예를 들면, 이리듐(Ir), 백금(Pt), 로듐 (Rh), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 또는, 이들의 적어도 1종을 주요 성분으로 하는 합금 등]으로 이루어지는 원기둥 형상의 중심전극측 팁(31)이 접합되어 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, 상기 금속 쉘(3)은 저탄소강 등의 금속에 의해 통 형상으로 형성되어 있으며, 그 외주면에는 점화 플러그(1)를 내연기관 등의 장착구멍에 장착하기 위한 나사부(수나사부, 15)가 형성되어 있다. 또, 나사부(15)보다도 후단측에는 차양 형상의 시트부(16)가 형성되고, 나사부(15) 후단의 나사목(17)에는 링 형상의 개스킷(18)이 끼워 넣어져 있다. 또한, 금속 쉘(3)의 후단측에는 금속 쉘(3)을 내연기관 등에 장착할 때에 렌치 등의 공구를 걸어 맞추게 하기 위한 단면 육각 형상의 공구 걸어맞춤부(19)가 설치됨과 아울러, 후단부에 있어서 절연 애자(2)를 유지하기 위한 크림핑(crimping)부(20)가 설치되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 점화 플러그(1)의 소형화(소경화)를 도모하기 위해, 금속 쉘(3)이 소경화되어 있으며, 나사부(15)의 나사 직경이 M12 이하로 되어 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 틈새로 비집고 들어가는 연료가스가 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, 금속 쉘(3)의 선단부(26)에는, 자신의 중간 부분에서 구부려 접혀져 그 선단측 측면이 중심전극(5)의 선단부와 대향하는 봉 형상의 접지전극(27)이 접합되어 있다. 또한, 접지전극(27) 중, 중심전극[5, 중심전극측 팁(31)]의 선단면과 대향하는 부위에는 내소모성이 우수한 금속(예를 들면, 이리듐(Ir), 백금(Pt), 로듐 (Rh), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 또는, 이들의 적어도 1종을 주요 성분으로 하는 합금 등)으로 이루어지는 원기둥 형상의 접지전극측 팁(32)이 접합되어 있다. 그리고 중심전극(5)의 선단부[중심전극측 팁(31)]와 접지전극(27)의 선단부[접지전극측 팁(32)]의 사이에는 간극(33)이 형성되어 있으며, 간극(33)에 전압을 인가하는 것에 의해, 불꽃방전을 발생시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 금속 쉘(3)의 내주면 선단(3A)을 통과하여 축선(CL1)과 직교하는 단면에 있어서의, 절연 애자(2)의 두께를 C로 했을 때, C≥1.07㎜를 만족하도록 구성되어 있다.

또한, 다리부(13)는 외경이 일정한 부위, 및, 축선(CL1) 방향 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 부위만을 구비하고 있으며, 절연 애자(2) 중, 상기 두께(C)의 측정대상부분보다도 후단측의 부위는 두께(C)보다도 큰 두께를 가지고 있다.

또, 본 실시형태에서는 중심전극(5)과 금속 쉘(3)의 사이에 있어서의 절연 애자(2)의 표면을 기어간 이상 방전[이른바 횡비화(橫飛火, side spark)나 플래시오버(flash over )]의 발생 방지를 도모하기 위해, 금속 쉘(3)의 내주면 선단(3A)에서 절연 애자(2)의 외주면까지의 축선(CL1)과 직교하는 방향을 따른 거리를 A (mm)로 하고, 간극(33)의 크기를 G(mm)로 했을 때, G＜A를 만족하도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는 두께(C)를 충분히 큰 것으로 하면서, 절연 애자(2) 중, 상기 두께(C)의 측정대상부분에서 금속 쉘(3)의 내주면 선단(3A)까지의 거리(A)가 간극(33)의 크기(G)를 상회하는 정도로 큰 것으로 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는 다리부(13) 중, 금속 쉘(3)의 선단으로부터 돌출되는 부위(13A)는 그 경사각도[더욱 상세한 것은, 축선(CL1)을 포함하는 단면에 있어서의, 상기 부위의 외형선과 상기 축선에 평행인 직선이 이루는 각 중, 예각의 각도]가 다리부(13) 중, 상기 부위(13A)보다도 후단측의 부위에 있어서의 경사각도보다도 큰 것으로 되어 있다. 이에 따라, 절연 애자(2)의 선단에서 축선(CL1) 방향 후단측으로 0.5㎜의 범위(도 2 중, 산점(散点) 모양을 붙인 부위, RA) 내에 있어서의 절연 애자(2)의 체적을 V로 했을 때, V≤3.9㎣를 만족하는 것으로 되어 있다.

또, 상기 범위(RA) 내에 있어서, 절연 애자(2)의 축선(CL1)과 직교하는 방향을 따른 두께(최대 두께, T)가 0.9㎜ 이하로 되어 있다.

이상 상세히 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 절연 애자(2) 중, 금속 쉘(3)의 내주면 선단[3A, 전계 강도가 높은 부위]과 대향하고 있으며, 특히 관통 방전이 발생하기 쉬운 부위에 있어서, 그 두께(C)가 1.07㎜ 이상으로 되어 있다. 따라서, 양호한 내전압 성능을 확보할 수 있어 절연 애자(2)의 관통을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

특히 본 실시형태에서는 나사부(15)의 나사 직경이 M12 이하로 되어 있어, 관통 방전의 발생이 특히 염려되지만, 두께(C)가 1.07㎜ 이상으로 되어 있기 때문에, 관통 방전의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

더불어서, 범위(RA) 내에 있어서의 절연 애자(2)의 체적(V)이 3.9㎣ 이하로 되어 있기 때문에, 절연 애자(2)의 외표면측과 내부의 사이에 있어서의 열팽창량의 차이에 의해 발생하는 응력을 충분히 작게 할 수 있다. 그 결과, 열 충격에 의한 절연 애자(2)의 균열을 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 두께(T)가 0.9㎜ 이하로 되어 있기 때문에, 상기 응력을 한층 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 열 충격에 의한 절연 애자(2)의 균열을 한층 효과적으로 억제할 수 있다.

이어서, 상기 실시형태에 의해서 이루어지는 작용 효과를 확인하기 위해, 절연 애자의 두께(C)(mm)를 여러 가지 변경한 점화 플러그의 샘플을 제작하고, 각 샘플에 대해서, 내전압 성능 평가시험을 실시했다. 내전압 성능 평가시험의 개요는 다음과 같다. 즉, 샘플을 배기량 1.6ℓ, 직분(直噴) T/C엔진에 장착한 다음에, 상기 엔진을 스로틀 개방도 50％에서 전체 개방까지 동작시키는 것을 1사이클로 하여 이것을 50사이클 실시했다. 또한, 상기 엔진의 동작조건에서는, 중심전극에 대해서 최대 45㎸ 정도의 전압이 인가된다. 그리고 50사이클 종료 후에, 절연 애자에 전압의 인가에 수반하는 관통이 발생하고 있는지 아닌지를 확인했다. 여기서, 절연 애자의 관통이 확인된 샘플은 내전압 성능이 불충분하다고 하여 「×」의 평가를 내리고, 한편으로, 절연 애자의 관통이 확인되지 않은 샘플은 우수한 내전압 성능을 가진다고 하여 「○」의 평가를 내리는 것으로 했다. 표 1에 당해 시험의 결과를 나타낸다.

No.	두께(C)(㎜)	평가
1	0.87	×
2	0.92	×
3	0.97	×
4	1.02	×
5	1.07	○
6	1.12	○
7	1.17	○

표 1에 나타내는 바와 같이, 두께(C)를 1.07㎜ 이상으로 한 샘플(샘플 5∼7)은 우수한 내전압 성능을 가지는 것이 확인되었다. 이것은 절연 애자 중, 금속 쉘의 내주면 선단(전계 강도가 높은 부위)과 대향하여, 특히 관통 방전이 발생하기 쉬운 부위에 있어서, 충분한 두께가 확보되었기 때문이라고 생각된다.

다음에, 체적(V)(㎣)을 여러 가지 변경한 점화 플러그의 샘플을 제작하고, 각 샘플에 대해서 내열 충격성 평가시험을 실시했다.

내열 충격성 평가시험의 개요는 다음과 같다.

즉, 샘플을 소정의 수냉 챔버에 장착한 다음에, 소정의 버너에 의해 중심전극의 선단부가 850℃가 될 때까지 샘플의 선단부(절연 애자의 선단부를 포함한다)를 가열하고, 버너에 의해 가열을 정지한 직후에, 소정의 스프레이 밸브에 의해 샘플의 선단부에 대해서 물을 분사했다.

이와 같이 샘플의 선단부(절연 애자의 선단부)를 가열ㆍ급냉하는 것을 1사이클로 하여 20사이클 실시하고, 20사이클 종료 후에, 절연 애자의 선단부에 균열이 발생하고 있는지 아닌지를 확인했다.

여기서, 절연 애자의 선단부에 있어서의 균열이 확인된 샘플은 내열 충격성이 뒤떨어진다고 하여 「×」의 평가를 내리고, 한편으로, 균열이 확인되지 않은 샘플은 양호한 내열 충격성을 가진다고 하여 「○」의 평가를 내리는 것으로 했다.

표 2에 당해 시험의 시험 결과를 나타낸다.

No.	체적(V)(㎣)	평가
11	1.96	○
12	3.26	○
13	3.54	○
14	3.56	○
15	3.77	○
16	3.84	○
17	3.90	○
18	4.14	×
19	4.44	×
20	4.76	×
21	5.08	×

표 2에 나타내는 바와 같이, 체적(V)을 3.9㎣ 이하로 한 샘플(샘플 11∼17)은 양호한 내충격성을 가지는 것이 명백하게 되었다. 이것은 급냉시에, 절연 애자의 외표면측과 내부의 사이에 있어서의 열팽창량의 차이에 의한 응력이 발생하는바, 체적(V)을 3.9㎣ 이하로 한 것에 의해, 상기 응력이 충분히 작아졌기 때문이다고 생각된다.

상기 양 시험의 결과로부터, 절연 애자에 있어서, 그 관통을 방지하면서, 양호한 내열 충격성을 확보한다고 하는 관점에서, C≥1.07㎜ 및 V≤3.9㎣을 만족하도록 구성하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

이어서, 체적(V)을 거의 동일한 것으로 한 다음에, 절연 애자의 선단에서 축선 방향 후단측으로 0.5㎜의 범위 내에 있어서의, 절연 애자의 축선과 직교하는 방향을 따른 두께(최대 두께, T)(mm)를 다른 것으로 한 점화 플러그의 샘플을 제작하고, 각 샘플에 대해서, 상기의 내열 충격성 평가시험을 실시했다. 또한, 본 시험에서는, 샘플의 선단부(절연 애자의 선단부)의 가열ㆍ급냉을 50사이클 실시했다. 그리고 50사이클 종료 후에, 절연 애자의 선단부에 있어서의 균열이 확인되지 않은 샘플은 매우 우수한 내열 충격성을 가진다고 하여 「◎」의 평가를 내리는 것으로 했다. 표 3에, 당해 시험의 결과를 나타낸다.

No.	체적(V)(㎣)	두께(C)(㎜)	평가
31	3.84	0.97	○
32	3.87	0.90	◎

표 3에 나타내는 바와 같이, 두께(T)를 0.9㎜ 이하로 한 샘플(샘플 32)은 내열 충격성이 매우 우수한 것을 알았다. 이것은 두께(T)를 0.9㎜ 이하로 한 것에 의해, 절연 애자의 외표면측과 내부의 사이에 있어서의 열팽창량의 차이에 의한 응력이 매우 작아졌기 때문이라고 생각된다.

상기 시험의 결과로부터, 절연 애자에 있어서의 내열 충격성의 가일층의 향상을 도모하기 위해, 절연 애자의 선단에서 축선 방향 후단측으로 0.5㎜의 범위 내에 있어서의, 절연 애자의 축선과 직교하는 방향을 따른 두께(T)를 0.9㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다고 말할 수 있다.

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

(a) 상기 실시형태에서는 V≤3.9㎣을 만족하기 위해, 다리부(13) 중, 금속 쉘(3)의 선단으로부터 돌출되는 부위(13A)의 경사각도가 다리부(13) 중, 상기 부위 (13A)보다도 후단측의 부위에 있어서의 경사각도보다도 큰 것으로 되어 있다. 이에 대해서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 절연 애자(2)의 외주면 중, 금속 쉘(3)의 선단보다도 선단측에 위치하는 면의 축선(CL1)을 포함하는 단면에 있어서의 외형선 (OL)의 곡률반경을 비교적 크게 하는 것에 의해, V≤3.9㎣을 만족하도록 구성해도 좋다.

(b) 상기 실시형태에 있어서, 축 구멍(4)의 선단부는 거의 일정한 내경을 가지도록 구성되어 있지만, 도 4의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 축 구멍(4)의 선단을 비교적 큰 직경으로 하는 것에 의해, 상기 범위(RA)에 있어서의 중심전극(5)의 외주면과 절연 애자(2)의 내주면의 사이에 제 1 간극(SP1)을 형성함과 아울러, 제 1 간극(SP1)의 적어도 일부가 제 2 간극[금속 쉘(3)의 내주면 선단(3A)을 통과하여 축선(CL1)과 직교하는 단면에 있어서, 중심전극(5)의 외주면과 절연 애자(2)의 내주면의 사이에 형성된 간극, SP2]보다도 커지도록 구성해도 좋다. 이 경우에는, 체적(V)을 용이하게 3.9㎣ 이하로 할 수 있다. 또, 제 1 간극(SP1)이 위치하는 범위에 있어서, 절연 애자(2)의 내주면을 중심전극(5)의 외주면으로부터 이간시킬 수 있어 중심전극(5)으로부터 열이 이끌리는 것에 의한 절연 애자(2)의 내주면의 급냉을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 응력을 한층 작게 할 수 있어 절연 애자(2)에 있어서의 내열 충격성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 절연 애자(2)에 있어서의 내열 충격성을 더욱 확실하게 향상시키기 위해, 제 1 간극(SP1)의 최대값[도 4에서는, 절연 애자(2)의 내주면 선단에서 중심전극(5)의 외주면까지의 축선(CL1)과 직교하는 방향에 따른 거리]을 0.25㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 중심전극(5)의 선단부의 외경을 작게 하는 것에 의해, 제 1 간극을 형성해도 좋다.

(c) 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 절연 애자(2)의 선단부 외경을 비교적 작은 것으로 하는 것에 의해, V≤3.9㎣을 만족하도록 구성해도 좋다. 또, 이 경우에는, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 절연 애자(2)의 외주면 중, 금속 쉘(3)의 선단보다도 선단측에 위치하는 면의 축선(CL1)을 포함하는 단면에 있어서의 외형선(OL)에 접선(TL)이 절연 애자(2)의 선단부를 통과하는 만곡선(RL)이 존재하도록 구성해도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 절연 애자(2)의 선단부에 있어서의 표면적을 증대시킬 수 있어 중심전극(5) 및 금속 쉘(3) 사이에 있어서의 절연 애자(2)의 표면을 기어간 이상 방전의 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

(d) 상기 실시형태에서는 중심전극측 팁(31) 및 접지전극측 팁(32)이 설치되어 있지만, 적어도 일방을 생략해도 좋다.

(e) 상기 실시형태에 있어서의 점화 플러그(1)는 간극(33)에서 불꽃방전을 발생시킴으로써 혼합기 등으로 착화하는 것이지만, 본 발명의 기술 사상을 적용 가능한 점화 플러그는 이것에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면, 간극에 교류전류를 투입하는 것에 의해, 간극에서 플라스마를 발생시키고, 발생한 플라스마에 의해 혼합기 등으로 착화하는 플라스마 점화 플러그에 대해서, 본 발명의 기술 사상을 적용해도 좋다.

(f) 상기 실시형태에 있어서, 점화 플러그(1)는 나사부(15)의 나사 직경이 M12 이하로 되어 있지만, 나사부(15)의 나사 직경이 M12보다도 큰 것으로 된 점화 플러그에 대해서, 본 발명의 기술 사상을 적용해도 좋다.

(g) 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 금속 부재의 일부)를 깎아내도록 하여 접지전극을 형성하는 경우에 대해서도 적용 가능하다(예를 들면, 일본국 특개2006-236906호 공보 등).

(h) 상기 실시형태에 있어서, 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(변형 12각) 형상[ISO22977: 2005(E)] 등으로 되어 있어도 좋다.

1: 점화 플러그
2: 절연 애자
3: 금속 쉘
3A: (금속 쉘의) 내주면 선단
4: 축 구멍
5: 중심전극
15: 나사부
CL1: 축선
OL: (절연 애자의) 외형선
RL: 만곡선
SP1: 제 1 간극
SP2: 제 2 간극
TL: 접선

Claims

통 형상의 금속 쉘과,
상기 금속 쉘의 내주에 배치됨과 아울러, 축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지며, 자신의 선단이 상기 금속 쉘의 선단보다도 선단측에 위치하는 통 형상의 절연체를 구비하고,
상기 금속 쉘의 선단에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선을 따른 거리가 0.5㎜ 이상으로 된 점화 플러그로서,
상기 금속 쉘의 내주면 선단을 통과하며 상기 축선과 직교하는 단면에 있어서의 상기 절연체의 두께를 C로 하고,
상기 절연체의 선단에서 상기 축선 방향 후단측으로 0.5㎜의 범위 내에 있어서의 상기 절연체의 체적을 V로 했을 때,
C≥1.07㎜ 및 V≤3.9㎣을 만족하고,
상기 축 구멍에 삽입된 중심전극을 구비하고,
상기 범위에 있어서의 상기 중심전극의 외주면과 상기 절연체의 내주면의 사이에 형성되는 간극을 제 1 간극으로 하고,
상기 단면에 있어서의 상기 중심전극의 외주면과 상기 절연체의 내주면의 사이에 형성되는 간극을 제 2 간극으로 했을 때,
상기 제 1 간극의 적어도 일부는 상기 제 2 간극보다도 크고,
상기 절연체의 축구멍은 상기 범위의 적어도 일부에 있어서 상기 절연체의 선단으로 향할수록 내경이 확대되는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 쉘의 선단에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선을 따른 거리는 0.5㎜보다 크며, 상기 범위 내에 있어서, 상기 절연체의 상기 축선과 직교하는 방향을 따른 두께가 0.9㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
삭제
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청구항 1에 있어서,
상기 절연체의 외주면 중, 상기 금속 쉘의 선단보다도 선단측에 위치하는 면의 상기 축선을 포함하는 단면에 있어서의 외형선은 접선이 상기 절연체의 선단부를 통과하는 만곡선을 가지는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
청구항 2에 있어서,
상기 절연체의 외주면 중, 상기 금속 쉘의 선단보다도 선단측에 위치하는 면의 상기 축선을 포함하는 단면에 있어서의 외형선은 접선이 상기 절연체의 선단부를 통과하는 만곡선을 가지는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
삭제
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청구항 1, 청구항 2, 청구항 5 또는 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 쉘은 장착용의 나사부를 가지며,
상기 나사부의 나사 직경이 M12 이하인 것을 특징으로 하는 점화 플러그.