KR20090123056A - 점화플러그 및 이의 제조를 위한 점화플러그 전극팁용접방법 - Google Patents

Abstract

점화 플러그 및 이를 제조하기 위한 점화플러그 전극팁 용접방법이 개시된다. 점화 플러그는 중심전극; 상기 중심전극을 감싸도록 결합된 절연체; 상기 절연체를 감싸도록 결합된 금구; 일단이 상기 금구에 결합되며, 타단이 상기 중심전극을 마주 보도록 설치된 접지전극; 및 상기 중심전극 및 상기 접지전극의 서로 마주 보는 면 중 적어도 어느 하나에 고정된 전극팁;을 포함한다. 상기 전극팁은 파이프 형상으로 형성된다. 점화플러그 전극팁 용접방법은 중공이 형성된 파이프 형상의 전극팁 및 상기 중공에 끼워질 수 있도록 돌출된 용융부를 구비한 전극을 구비하는 단계; 상기 용융부에 상기 전극팁의 상기 중공을 끼우는 조립단계; 및 상기 중공을 통해서 상기 용융부에 빔을 조사하여 상기 전극팁과 상기 전극을 용접하는 제 1 용접단계;를 포함한다. 따라서, 고가의 귀금속으로 형성되는 전극팁의 소요량을 줄여 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진 내부에서 폭발 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 용접성을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

점화 플러그

Description

점화플러그 및 이의 제조를 위한 점화플러그 전극팁 용접방법{SPARK PLUG AND WELDING METHOD FOR ELECTRODE TIP IN SPARK PLUG FOR FABRICATION THE SAME}

본 발명은 내연기관용 점화플거그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극팁을 구비한 점화 플러그 및 전극팁과 전극 사이의 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 점화 플러그는 내연기관의 실린더 헤드에 장착되어 연소실 내부로 공급된 연료와 공기의 혼합가스에 전기불꽃으로 착화시키는 장치이다.

이러한 점화 플러그는 엔진의 실린더 헤드에 장착되는 하우징과, 상기 하우징에 내부에 중심을 통과하게 배치되고 절연체에 감싸지며, 상기 하우징의 끝부분에서 돌출되게 형성되고 그 일단이 점화코일과 연결되어 고압전류가 유도되는 중심전극과, 상기 하우징의 일측에 고정되고 상기 중심전극과 일정 간극을 두고 배치되는 접지전극으로 구성된다.

상기 중심전극과 접지전극은 대체적으로 열전도성이 우수한 구리 화합물 또는 고순도의 니켈 등으로 구성된다.

상기 절연체는 고전압이 스파크를 발생시키는 이외의 부분으로 방출되는 것을 방지하기 위해 중심전극의 외주면에 감싸지고, 내열성 절연성 등이 우수한 세라 믹 재질로 형성된다.

고압 고온의 환경 하에서 지속적으로 높은 착화성을 유지하면서 내구성 및 내열성 및 내마모성을 유지할 수 있도록 하기 위해 상기 중심전극의 끝부분에는 고가인 귀금속으로 형성되는 중심전극 팁이 용접에 의해 융착되고, 상기 접지전극의 끝부분에도 고가인 귀금속으로 형성되는 접지전극 팁이 용접에 의해 융착된다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 전극에 전극팁을 장착하는 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

종래 기술에 따른 전극에 전극팁을 장착하는 방법을 살펴보면, 먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 전극(110)의 표면에 볼 형태의 전극팁(120)을 올려놓고 1차 스폿(spot) 용접을 실시한다. 그러면 볼 형태의 전극팁(120)과 전극(110)의 접촉면이 용융되면서 전극팁(120)과 전극(110)의 접합부가 융합된다.

이러한 상태에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전극팁(120)의 상면에 평판 형태의 가압부(130)를 하강시켜 가압한다. 그러면 전극팁(120)의 상면이 납작한 형태로 성형된다.

그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 2차 스폿(spot) 용접을 수행하여 전극팁(120)과 전극(110) 사이를 고정시킨다. 2차 용접은 최근에 레이저 용접이 사용되고도 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 전극팁 장착방법에 의해 전극팁을 장착하면 도 2a의 단면도 및 도 2b의 단면 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전극팁(120)의 양쪽 가장자리가 융착되지 못하고 들뜨는 부위(140)가 발생되는 문 제점이 있다. 전극팁의 가장자리가 융착되지 못하게 되면 사용 중 전극팁이 전극에서 이탈되는 현상이 발생되고, 스파크 발생 성능이 저하되는 문제점이 발생된다.

또한, 용접에의해 용융되는 용융량이 부족하여 용접 부위에 기포가 발생하는 험핑(Humping) 현상이 일어난다.

그리고, 귀금속팁의 용융점이 전극으로 사용되는 재료의 용융점에 비해서 월등히 높으므로, 용접시 전극 부위가 산화되어 험핑 현상의 원인이 된다.

또한, 고가인 귀금속이 과다하게 사용되어 비용 증대의 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 용접부의 기공 발생을 억제할 수 있으며, 용접성이 향상되며, 원가를 절감할 수 있는 점화 플러그 및 이의 제조를 위한 점화플러그 전극팁 용접방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자, 중심전극; 상기 중심전극을 감싸도록 결합된 절연체; 상기 절연체를 감싸도록 결합된 금구; 일단이 상기 금구에 결합되며, 타단이 상기 중심전극을 마주 보도록 설치된 접지전극; 및 상기 중심전극 및 상기 접지전극의 서로 마주 보는 면 중 적어도 어느 하나에 고정된 전극팁;을 포함하고, 상기 전극팁은 파이프 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 점화플러그를 제공한다.

여기서, 상기 전극팁은 귀금속 재질로 형성된다.

한편, 본 발명은 다른 분야로서, 점화 플러그 전극팁 용접 방법을 제공한다. 점화 플러그 전극팁 용접방법은 중공이 형성된 파이프 형상의 전극팁 및 상기 중공에 끼워질 수 있도록 돌출된 용융부를 구비한 전극을 구비하는 단계; 상기 용융부에 상기 전극팁의 상기 중공을 끼우는 조립단계; 및 상기 중공을 통해서 상기 용융부에 빔을 조사하여 상기 전극팁과 상기 전극을 용접하는 제 1 용접단계;를 포함한다.

여기서, 제 1 용접단계 이후에, 상기 전극팁과 상기 전극이 만나는 외주면을 따라서 빔 용접을 하는 제 2 용접단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 용접단계는 레이저 빔을 사용하여 용접하는 것이 효과적이다.

그리고, 상기 제 2 용접단계는 레이저 빔을 사용하여 용접하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 용융부는 뿔체(cone) 형상을 한 것이 효과적이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 용융부가 전극에 형성되어 전극팁을 전극의 중심에 정확하게 위치시킬 수 있다.

또한, 용융부가 뿔체 형상으로 형성됨으로써, 전극팁을 용융부에 보다 쉽게 조립할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 전극팁이 중공을 가진 파이프 형상으로 형성됨으로써, 귀금속의 양을 줄여줄 수 있으며, 엔진 내부에서 폭발 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전극과의 면접촉 면적이 줄어들어, 용접부의 기공 발생을 더욱 억제시킬 수 있다.

그리고, 용융부를 용융하여, 전극팁 및 전극을 1차 용접함으로써, 용접성이 더 좋을 뿐만 아니라, 귀금속의 용융량이 줄어들어 소형 귀금속을 사용할 수 있어, 원가를 더 절감할 수 있다.

또한, 1차 용접과 2차 용접 부위가 서로 중복되지 않아, 용접성을 더욱 증대시킬 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예의 전극팁 용접방법을 이용하여 제조한 점화플러그의 일단을 도시한 일부 파단 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 점화 플러그는 중심전극(3)과, 중심전극(3)의 외부에 배치되며 중심전극(3)을 감싸도록 결합된 절연체(2)와, 절연체(2)의 외부에 배치되며 절연체(2)를 감싸도록 결합된 금구(1)와, 일단이 금구(1)에 결합되며, 타단이 중심전극(3)을 마주 보도록 설치된 접지전극(4)을 포함한다. 중심전극(3)과 접지전극(4)의 마주 보는 위치 중 적어도 어느 하나에는 전극팁(31, 32)이 고정된다. 전극팁(31, 32)은 귀금속 재질로 형성된다. 귀금속이라 함은 화학적으로 이온화 에너지가 수소의 이온화 에너지보다 훨씬 크고, 산 및 산화제에 의해 산화되지 않는 금속을 일컫는 것으로서, 금, 백금, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 이리듐 등이 있다. 귀금속 전극팁(31)은 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등 다양한 종류의 귀금속이 사용될 수 있

도 4는 도 3의 중심전극 및 접지전극의 일부 확대 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 중심전극(3)의 주요본체(3a)는 그 단부에서 테이퍼지고, 그 단부면은 평평하게 형성된다. 전극 팁(31)은 중공이 형성된 파이프 형상으로 형성되며 평평한 단부면에 배치되고, 레이저 빔 접합, 전자 빔 접합 또는 그밖의 적절한 접합기술이 접합선(W)을 형성하기 위해 연접면의 외면에 응용되고, 이로 인해 전극팁(31)은 중심전극(3)의 단부면에 단단히 고정된다.

상황에 따라 2개의 대향하는 전극팁(31, 32)중 하나를 생략할 수도 있다. 만약 그런 경우에는 스파크 방전 간극은 전극팁(31, 32) 중 하나와 접지전극(4)(또는 중심전극(3)) 사이에서 형성된다.

전극 팁(31)은 원형의 파이프, 사각의 파이프 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 당연하다.

상기와 같이 전극 팁(31)이 중공이 형성된 파이프 형상으로 형성됨으로써, 다수의 모서리(e1, e2, e3, e4)가 형성된다. 일반적으로 스파크는 평면 보다 모서리에서 잘 발생하므로, 모서리가 많다는 것은 동시에 다수의 스파크가 발생하여, 엔진 내부에서 폭발 혹은 연소 효율을 종래 보다 증대시킬 수 있다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 점화 플러그 귀금속 전극팁 용접방법을 순차적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일실시예의 점화 플러그 전극팁 용접 방법은, 중공(311)이 형성된 파이프 형상의 전극팁(31) 및 중공(311)에 끼워질 수 있도록 돌출된 용융부(33)를 구비한 전극(3)을 구비하는 단계(도 5 및 도 6)와, 상기 용융부(33)에 상기 전극팁(31)의 상기 중공(311)을 끼우는 조립단계(도 7)와, 상기 중공(311)을 통해서 상 기 용융부(33)에 빔(81)을 조사하여 상기 전극팁과 상기 전극을 용접하는 제 1 용접단계(도 8)를 포함한다.

전극팁(31)은 파이프 형상으로 형성되며, 원형, 사각형, 삼각형 등 다양한 형상의 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 제조의 용이성으로 인해 원형이 가장 바람직하다. 귀금속 전극팁(31)은 직경이 0.7mm 전후로 형성되며, 중공(311)은 0.3mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 0.3mm 이하의 중공(311)은 방전가공 혹은 레이저 가공으로 형성할 수 있다. 전극팁(31)을 파이프 형상으로 형성함으로써, 전극(3)과 면접촉하는 면적이 줄어든다. 이에 따라, 용접부에 기공이 발생할 수 있는 가능성을 줄여준다. 또한, 전극팁(31)의 전체 부피가 줄어들면서, 고가의 귀금속의 소요량을 줄일 수 있으므로, 원가를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

용융부(33)는 전술한 바와 같이, 중공(311)이 끼워질 수 있는 크기로 형성된다. 용융부(33)는 기둥 혹은 뿔체와 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 뿔체(cone)로 형성되는 경우에는 전극팁(31)의 조립시 훨씬 용이하게 조립할 수 있다. 뿔체(cone)라 함은 원뿔체, 삼각뿔체 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같이, 용융부(33)를 구비함으로써, 전극팁(31)을 전극(3)에 정확하게 조립할 수 있다는 장점이 있다.

제 1 용접 단계(도 8)는 빔(81)을 중공(311)을 통해 용융부(33)를 용해시켜, 전극팁(31)과 전극(3)을 결합한다. 빔(81)은 레이저 빔 등이 사용될 수 있다. 이와 같이, 용융부(33)를 용융시켜 전극팁(31)과 전극(3)을 용접하므로, 용접성이 좋다는 장점이 있다.

제 1 용접단계(도 8) 이후에, 전극팁(31)과 전극(3)이 만나는 외주면을 따라서 빔 용접을 하는 제 2 용접단계(도 9)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 빔(82)을 전극팁(31)과 전극(3)의 외주 접합선을 따라서 용접을 한다. 빔 용접은 레이저빔 용접 등이 사용될 수 있다. 따라서, 보다 견고하게 전극팁(31)과 전극(3)을 결합할 수 있다. 더구나, 종래의 저항용접 후 레이저 용접을 하는 경우 저항 용접된 부위에 중복하여 레이저 용접을 하므로, 산화 등으로 인해 험핑이 발생할 우려가 있었으나, 본 발명의 경우, 제 1 용접 단계에서 용접되는 부위와 제 2 용접 단계에서 용접되는 부위에 차이가 있어, 중복 용접을 방지할 수 있다. 따라서, 용접성이 훨씬 증대된다는 효과가 있다.

상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 용융부가 전극에 형성되어 전극팁을 전극의 중심에 정확하게 위치시킬 수 있다.

또한, 용융부가 뿔체 형상으로 형성됨으로써, 전극팁을 용융부에 보다 쉽게 조립할 수 있다는 장점이 있다.

그리고, 용융부를 용융하여, 전극팁 및 전극을 1차 용접함으로써, 용접성이 더 좋을 뿐만 아니라, 귀금속의 용융량이 줄어들어 소형 귀금속을 사용할 수 있어, 원가를 더 절감할 수 있다.

또한, 1차 용접과 2차 용접 부위가 서로 중복되지 않아, 용접성을 더욱 증대시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재 된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 전극에 전극팁을 장착하는 방법을 나타낸 공정 순서도

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따라 용접된 전극팁 및 전극의 단면도 및 단면 사진

도 3은 본 발명의 실시예의 전극팁 용접방법을 이용하여 제조한 점화플러그의 일단을 도시한 일부 파단 단면도

도 4는 도 3의 중심전극 및 접지전극의 일부 확대 단면도

도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예의 전극팁 용접방법을 단계별로 도시한 도면

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

3: 중심전극 2: 절연체

1: 금구 4: 접지전극

31, 32: 전극팁 33: 용융부

311: 중공

Claims (9)

1. 중심전극;

   상기 중심전극을 감싸도록 결합된 절연체;

   상기 절연체를 감싸도록 결합된 금구;

   일단이 상기 금구에 결합되며, 타단이 상기 중심전극을 마주 보도록 설치된 접지전극; 및

   상기 중심전극 및 상기 접지전극의 서로 마주 보는 면 중 적어도 어느 하나에 고정된 전극팁;

   을 포함하고,

   상기 전극팁은 파이프 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 점화플러그.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극팁은 귀금속 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
3. 점화 플러그 전극팁 용접 방법에 있어서,

   중공이 형성된 파이프 형상의 전극팁 및 상기 중공에 끼워질 수 있도록 돌출된 용융부를 구비한 전극을 구비하는 단계;

   상기 용융부에 상기 전극팁의 상기 중공을 끼우는 조립단계; 및

   상기 중공을 통해서 상기 용융부에 빔을 조사하여 상기 전극팁과 상기 전극을 용접하는 제 1 용접단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화플러그 전극팁 용접방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   제 1 용접단계 이후에,

   상기 전극팁과 상기 전극이 만나는 외주면을 따라서 빔 용접을 하는 제 2 용접단계;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화플러그 전극팁 용접방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 용접단계는 레이저 빔을 사용하여 용접하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극팁 용접방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 2 용접단계는 레이저 빔을 사용하여 용접하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극팁 용접방법.
7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 용융부는 뿔체(cone) 형상을 한 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극팁 용접방법.
8. 중공이 형성된 파이프 형상의 전극팁과 결합하는 점화플러그 전극에 있어서,

   상기 전극의 상기 전극팁과 결합하는 면에는 상기 중공에 삽입될 수 있도록 돌출된 용융부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화플러그 전극.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 용융부는 뿔체 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.

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