KR20100049634A

KR20100049634A - 스파크 플러그 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20100049634A
Application number: KR1020107004900A
Authority: KR
Inventors: 도모아키 가토
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-05-12
Also published as: US8476815B2; WO2009020141A1; EP2187489B1; EP2187489A1; EP2187489A4; KR101395376B1; US20100133977A1; JP5027156B2; JPWO2009020141A1; CN101689753A; CN101689753B

Abstract

오손(汚損) 시에 접지전극과 중심전극이나 절연애자(絶緣碍子)의 사이에서 발생할 수 있는 사이드 스파크(side spark)를 확실하게 방지할 수 있는 스파크 플러그 및 그 제조방법을 제공한다. 접지전극(30)의 기부(32)의 단면(35)을 모든 면에 걸쳐서 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)과 접촉시킨 상태에서, 접지전극(30)과 금속 셸(50)이 용접 등에 의해 접합된다. 이 접지전극(30)은 축선(O)방향을 따라 전방으로 연장되는 연장부(36)를 가지고 있으며, 굴곡부(37)를 통해서 선단부(31)가 중심전극(20)의 선단부(22)에 접합된 귀금속 팁(90)에 대향하고 있고, 양자 사이에 불꽃방전간극(G)이 형성되어 있다. 그리고 접지전극(30)의 굴곡부(37)에 있어서의 내면(33)에 접촉하는 반경 1.2㎜의 가상 구체(Q)가 중심전극(20)이나 절연애자(10)에 접촉하지 않는(즉 그러한 크기의 가상 구체(Q)를 배치할 수 있게 이루어지는) 충분한 크기의 공극(空隙)부분(클리어런스)을 가지는 구성으로 이루어져 있다.

Description

스파크 플러그 및 그 제조방법{SPARK PLUG AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 사이드 스파크(side spark)를 방지할 수 있는 내연기관용의 스파크 플러그 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래, 자동차의 엔진 등의 내연기관에는 점화를 위한 스파크 플러그가 사용되고 있다. 일반적인 스파크 플러그는, 중심전극과, 그 중심전극을 축 구멍 내에 유지하는 절연애자(絶緣碍子)와, 이 절연애자의 지름방향 주위를 에워싸서 유지하는 금속 셀과, 일단부가 금속 셸에 접합되며, 타단부와 중심전극의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 접지전극을 가지고 있다. 그리고, 중심전극과 접지전극의 사이에서 불꽃방전이 이루어져서 혼합기에 대한 점화가 행해진다.

최근, 자동차 엔진의 고출력화와 연비 개선이 진행되어, 엔진의 설계 자유도를 확보하는 점에서 스파크 플러그의 소형화, 소경화(小徑化)가 요구되고 있다. 이것에 수반해서 절연애자의 외주면과 금속 셸의 내주면 사이의 클리어런스도 좁아져서, 종래보다 낮은 전위차에 의해 사이드 스파크가 발생하기 쉬워지게 되었다. 특히 금속 셸의 선단면과 내주면이 이루는 환형상의 능각(稜角)부분에서는 전계(電界)가 집중하기 쉽기 때문에, 종래의 스파크 플러그의 각 부품의 클리어런스의 치수를 그대로 소형화했을 뿐인 스파크 플러그에서는, 카본에 의한 오손(汚損)이 발생했을 때에, 절연애자의 외주면에서 그 능각부분에 사이드 스파크가 발생하기 쉽다. 이러한 경우, 금속 셸의 선단면과 내주면이 이루는 환형상의 능각부분을 모따기 가공하면, 전계의 집중을 완화할 수 있고, 사이드 스파크의 발생을 억제할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

그러나, 스파크 플러그의 소형화에 따라 금속 셸의 두께도 얇아져서, 전계의 집중을 효과적으로 완화하는데 필요한 만큼의 모따기 가공을 상기와 같이 금속 셸의 선단면에 대해서 실시하면, 선단면에서 연삭되고 남은 평면부의 면적의 비율이 종래의 것보다 작아진다. 이 작아진 선단면의 잔부(殘部, 평면부)에 그대로 접지전극의 단면을 접합한 경우, 금속 셸과 접지전극의 접촉면적이 작아져서 양자는 충분한 접합강도를 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 금속 셸의 선단면에 대한 모따기 가공량을 종래보다 많게 하고, 모따기 가공에 의해 경사면형상으로 이루어지는 경사면부(고착면)를 넓게 해서, 이 경사면부에 접지전극(연면(沿面)접지전극)의 단면(접합 단면) 전체를 맞닿게 함으로써, 양자의 접촉면적을 확보해서 접합하는 방법을 생각할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

무엇보다, 일반적인 접지전극은 사각형의 단면을 가지는 봉형상의 모재로부터, 그 단면이 연장방향과 직교하도록 직사각형으로 잘라내서 제작된다. 따라서, 금속 셸의 선단면의 경사면부에 그대로 접지전극을 접합한 경우, 특허문헌 2의 연면접지전극과 같이 선단측이 내향으로 경사지게 연장되는 형태로 이루어져서 절연애자의 선단부에 가까워지기 때문에, 카본에 의한 오손이 발생했을 때에 사이드 스파크가 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 이러한 경우, 특허문헌 2의 기중(氣中)전극과 같이, 단면을 연장방향에 대해서 경사지게 형성하고, 금속 셸에 대한 접합 시에 접지전극이 스파크 플러그의 축선방향을 따라 연장되도록 하면 좋다.

특허문헌1:일본국특허공개제2003-68420호공보 특허문헌2:일본국특허공개제2005-50746호공보

그러나, 불꽃방전간극을 형성하기 위해 실시되는 접지전극의 굴곡은, 통상적으로, 굴곡 외측면이 틀의 형상을 따르도록 접지전극을 틀에 압압해서 형성하기 때문에, 금속 셸과 접합되는 단면에 가까운 부위에서부터 내향으로 굴곡되기 시작하는 경우가 있다. 그러면 상기의 연면접지전극과 같이 접지전극의 굴곡이 시작되는 부위에서부터 선단부에 걸쳐서 경사 내향으로 연장되는 형태가 되어, 불꽃방전간극에서 발생한 화염 핵이 성장하는 과정에서 접지전극에 접촉하기 쉬워지므로 착화성이 저하될 우려가 있었다. 또, 접지전극의 내면이 절연애자의 선단부에 가까워지기 때문에, 스파크 플러그의 오손 시에 정규의 불꽃방전간극 이외의 부위에서 불꽃방전이 발생하는, 소위 사이드 스파크가 발생하기 쉬워질 우려도 있었다. 사이드 스파크의 발생을 효과적으로 억제하는데에는, 접지전극의 중심전극측을 향한 면과, 중심전극과, 절연애자에 의해 에워싸이는 공극(空隙)부분(소위 클리어런스)에 충분한 크기를 가질 필요가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 오손 시에 접지전극과 중심전극 또는 절연애자의 사이에서 일어날 수 있는 사이드 스파크의 발생을 확실하게 방지할 수 있는 스파크 플러그 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 태양에 의하면, 축선방향으로 연장되는 중심전극과; 상기 축선방향으로 연장되는 축 구멍을 가지며, 상기 중심전극을 상기 축 구멍 내의 선단측에 유지하는 절연애자와; 이 절연애자의 지름방향 주위를 에워싸서 해당 절연애자를 유지하는 통형상의 금속 셸로서, 자신의 선단측 개구에 있어서, 상기 축선방향의 선단측에서 상기 축선방향을 따라 보이는 외측면에 의해 구성되는 선단 구성면이 복수의 면에 의해 구성되는 금속 셸과; 일단부가 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중 적어도 하나의 면에 접합되고, 타단부측이 상기 금속 셸의 내주측을 향해서 굴곡되어, 상기 타단부와 상기 중심전극의 선단부의 사이에 불꽃방전간극이 형성된 접지전극으로서, 상기 일단부에서 상기 타단부를 향해 상기 축선방향을 따라 연장되는 연장부, 및 이 연장부와 상기 타단부의 사이에 자신을 굴곡시킨 굴곡부를 가지는, 단 하나의 접지전극;을 구비한 스파크 플러그에 있어서, 상기 접지전극의 상기 굴곡부에 있어서, 상기 중심전극측을 향하는 내면과 접촉하는 반경 1.2㎜의 가상 구체를 상정했을 때에, 이 가상 구체와, 상기 중심전극 및 상기 절연애자가 비 접촉상태가 됨과 아울러, 상기 금속 셸의 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중, 상기 금속 셸 내주면의 둘레방향에 있어서의 적어도 일부의 부위와 상기 축선방향으로 서로 인접하는 면에서, 상기 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 커지는 경사면을 구성하는 면을 제 1 면으로 했을 때에, 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면이 상기 금속 셸의 상기 축선을 포함하는 단면의 윤곽선 상에서 각각 차지하는 길이 중, 그 윤곽선 상에 있어서 상기 제 1 면이 차지하는 길이가 가장 긴 스파크 플러그가 제공된다.

제 1 태양의 스파크 플러그에서는, 금속 셸의 선단측에서 보이는 외측면(선단 구성면) 중 적어도 일부가, 경사면형상의 제 1 면으로서 형성된다. 제 1 면은, 예를 들면, 금속 셸의 선단측 개구에 있어서의 단면의 내주측 능각부분(에지, edge)을 모따기 가공하는 것에 의해 형성할 수 있다. 제 1 면을 형성하지 않아서 에지부분이 남은 경우에는 전계의 집중이 발생하기 쉬워지지만, 제 1 면을 형성함으로써 전계의 집중이 억제되고, 나아가서는 사이드 스파크의 발생을 방지할 수 있다. 이와 같이, 금속 셸의 선단측 개구의 단면에 대해서 모따기 가공을 실시하는 경우에는, 내주측의 에지를 둘레방향으로 일주(一周)시켜서 실시하는 것이 바람직하다. 물론, 금속 셸의 선단측 단면의 에지를 모두(내주측, 외주측 모두) 모따기 가공해도 좋다. 또, 단면 자체를 절삭가공해서 사이드 스파크 발생의 기점이 되기 쉬운 에지부분을 구성하는 면과 면이 이루는 각도를 넓게 하거나, 혹은 모따기 가공면을 크게 형성해서 에지부분을 절연애자로부터 지름방향으로 멀어지게 해도 좋다. 또, 모따기 가공에 의하지 않고, 금속 셸의 선단측 개구의 형상을 미리 그와 같이 형성해도 좋다.

이와 같이 해서 형성되는 선단 구성면은 복수의 면에 의해 구성되게 되는데, 그 선단 구성면에 접지전극을 접합할 때에는 적어도 그 중의 하나의 면에 접합하면 좋고, 연장부에 의해 절연애자의 외주면에 대해서 일정한 거리(간극)를 유지하면 좋다. 또한, 연장부에서부터 타단부에 걸쳐서 가지는 굴곡부에 있어서, 접지전극의 내면에 접촉하는 반경 1.2㎜의 가상 구체가 중심전극이나 절연애자에 접촉하지 않도록, 충분한 크기의 공극부분(소위 클리어런스)이 확보되도록 하면 좋다. 이와 같이, 선단 구성면에, 예를 들면 모따기 가공에 의해 경사면을 형성함으로써, 전계 집중의 기점되는 에지부분을 구성하는 면과 면이 이루는 각도를 넓게 해서, 전계의 집중을 저감하면 사이드 스파크의 발생을 억제할 수 있다. 또, 접지전극과 절연애자 또는 중심전극의 사이에 충분한 크기의 클리어런스를 확보하는 것에 의해, 접지전극과 절연애자 또는 중심전극의 사이에 있어서, 정규의 불꽃방전간극 이외의 부위에서 사이드 스파크가 발생할 우려를 저감할 수 있다. 또한, 충분한 크기의 클리어런스를 가지면, 불꽃방전간극에서 형성된 화염 핵이 성장하는 과정에 있어서 접지전극에 접촉할 때까지 충분한 크기로 성장할 수 있으므로, 스파크 플러그의 착화성을 향상시키는 효과도 가질 수 있다.

그런데, 접지전극을 선단 구성면에 접합하는데 있어서, 접지전극의 일단부가 상기 경사면상의 제 1 면에 걸쳐지는 경우가 있다. 그러나, 본 발명의 제 1 태양에 의하면, 금속 셸의 단면의 윤곽선 상에 있어서, 제 1 면이 차지하는 길이가 선단 구성면의 다른 면이 각각 차지하는 길이보다 길다. 즉, 제 1 면이 선단 구성면의 다른 면보다 넓은 면적을 가짐으로써 접합면적을 넓게 취할 수 있기 때문에, 접지전극과 금속 셸의 접합성을 높일 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 있어서, 상기 절연애자는 자신의 선단부에 있어서, 외경(外徑)이 일정하게 이루어지는 통형상부와; 이 통형상부보다 상기 축선방향의 후단측에서 통형상부와 연속되며, 상기 축선방향의 선단측에서 후단측을 향해 외경이 커지는 외경 천이부(遷移部);를 가져도 좋다. 그리고, 상기 축선방향에 있어서, 상기 절연애자의 통형상부와 상기 외경 천이부의 경계를 제 1 경계로 하고, 상기 금속 셸의 내주면과 상기 제 1 면의 경계를 제 2 경계로 했을 때에, 상기 제 2 경계가 상기 제 1 경계보다 상기 축선방향의 선단측 위치에 있으면 좋다.

금속 셸의 내주면은, 지름방향에 있어서 선단 구성면보다 절연애자의 외주면 근방에 위치한다. 그 금속 셸의 내주면과, 금속 셸의 내주면과 서로 인접하는 제 1 면은 그 면의 방향이 다르기 때문에, 양자의 경계가 되는 제 2 경계에는 전계가 집중하기 쉬운 에지가 존재하게 된다. 이 에지는, 선단 구성면을 구성하는 각 면에 의해 형성되는 에지 중에서, 지름방향에 있어서 절연애자에 가장 가까운 위치에 배치된다. 상기와 같이 절연애자의 제 1 경계가 상기 제 2 경계보다 축선방향에 있어서 후단측에 배치되면, 제 2 경계는 지름방향에 있어서 절연애자의 통형상부와 대향하게 된다. 통형상부는 외경 천이부보다 외경이 작은 부위이며, 또한 외경이 일정하므로, 제 2 경계가 상기 통형상부와 대향하는 것에 의해, 양자 사이의 거리를 확보할 수 있고, 사이드 스파크의 발생을 억제할 수 있는 것이다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 있어서, 상기 가상 구체는 상기 축선방향에 있어서, 적어도 상기 금속 셸의 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중 어느 면의 위치보다 선단측의 위치에서 상기 굴곡부의 상기 내면과 접촉함과 아울러, 상기 중심전극 및 상기 절연애자와 비(非) 접촉상태가 되도록 해도 좋다. 가상 구체가 금속 셸의 선단 구성면을 구성하는 어느 면보다 선단측에 위치하면, 불꽃방전간극에서 형성된 화염 핵이 성장하는 과정에서, 화염 핵이 접지전극뿐만 아니라 금속 셸이나 연소실 내측 벽면에 대해서도 접촉하기 어려워지기 때문에, 보다 높은 착화성을 확보할 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 있어서, 상기 금속 셸의 상기 축선을 포함하는 단면의 윤곽선 상에 있어서, 상기 금속 셸의 내주면과 상기 제 1 면이 이루는 각도를 α라고 했을 때에, 120°≤α≤150°를 만족하도록 해도 좋다. 상기한 바와 같이, 금속 셸의 내주면과 제 1 면 사이의 에지는, 지름방향에 있어서 절연애자에 가장 가까운 위치에 배치된다. 사이드 스파크 억제를 위해서는 상기 에지에 있어서의 전계의 집중을 억제하면 좋으며, 그러기 위해서는 120°≤α로 하면 좋다. 또, α가 커질수록, 지름방향에 있어서 제 1 면이 차지하는 폭이 작아진다. 접지전극을 접합하는데 있어서, 상기와 같이 접지전극이 연장부를 가지는 구성이기 때문에, 금속 셸에 대해서 접지전극을 접합하는 방향은 축선방향의 선단측에서부터이다. 따라서, 접지전극에 있어서의 제 1 면에 접합되는 부위의 길이는, 제 1 면의 지름방향의 폭에 대응하기 때문에, α가 커질수록 작아진다. 그러면 접합 시의 열용량이 작아지기 때문에 웰딩 드루프(welding droop)가 발생하기 쉬워진다. 웰딩 드루프가 발생한 부분과 절연애자 사이의 거리가 가까워지면, 사이드 스파크가 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 또, 웰딩 드루프가 발생하는 것에 의해, 접합강도를 유지하기 어려워질 우려가 있다. 이것을 방지하려면 α≤150°로 하면 좋다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 있어서, 상기 금속 셸은, 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중 하나의 면으로서, 상기 금속 셸의 상기 축선에 수직인 면, 또는 상기 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 작아지는 경사면을 구성하는 면으로 이루어지는 제 2 면을 가져도 좋다. 즉, 본 발명의 제 1 태양은, 금속 셸의 선단 구성면이, 제 2 면으로서, 축선방향의 전방(선단측)을 향한 면이나 지름방향의 외측을 향한 면을 가지는 형태의 것이어도 허용되는 것이다.

또, 본 발명의 제 2 태양에서는, 상기 금속 셸의 원형이 되는 통형상 금속 셸 중간체의 선단측 개구의 단면 중 적어도 일부를 둘레방향으로 연삭해서, 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 넓어지는 상기 제 1 면을 형성함과 아울러, 상기 금속 셸 중간체의 선단부에 있어서의 외측면에서 연삭되지 않고 남은 면을 상기 제 2 면으로서 구성해서, 상기 선단 구성면을 형성하는 경사면형성공정과; 상기 접지전극의 상기 일단부측의 단면에, 상기 금속 셸의 상기 제 1 면과의 접합이 예정되는 제 1 접합면과, 상기 제 2 면과의 접합이 예정되는 제 2 접합면을 형성하는 접합면형성공정과; 상기 접지전극의 상기 연장부의 연장방향을 상기 금속 셸의 원형이 되는 통형상 금속 셸 중간체의 축선방향을 따르게 해서, 상기 접지전극의 상기 일단부를 상기 금속 셸 중간체의 선단 구성면에 접합하는 전극접합공정과; 상기 접지전극의 상기 타단부를 상기 중심전극의 선단부로 지향시켜서, 양자 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 갭형성공정;을 가지는 스파크 플러그의 제조방법이 제공된다.

금속 셸의 선단 구성면을 경사면형상으로 형성하면, 금속 셸과 접지전극을 접합하는데 있어서, 양자가 접촉되는 부위의 일부에 큰 간극을 가진 상태인 채로 양자의 접합이 이루어질 우려가 있으므로, 접합강도의 저하를 야기할 우려가 있다. 본 발명의 제 2 태양에 의하면, 접지전극의 일단부측 단면의 형상을, 경사면형상으로 형성된 금속 셸의 선단 구성면의 형상에 맞춰서 미리 절삭해 두고, 상기 접지전극을 금속 셸에 접합할 때에, 접지전극의 일단부측 단면의 모든 면이 금속 셸의 선단 구성면에 접촉하도록 한다. 이 상태에서 양자를 용접 등에 의해 접합하면, 접합 후에 접지전극과 금속 셸이 충분한 접합강도를 얻을 수 있다. 물론, 접지전극의 단면과 금속 셸의 선단 구성면 사이에 있어서, 접합 후에 충분한 접합강도가 얻어질 정도의 극히 작은 간극이라면 가지고 있어도 좋으며, 접지전극과 금속 셸의 접합 시에, 반드시 접지전극의 모든 단면이 금속 셸의 선단 구성면과 접촉한 상태일 필요는 없다. 이것은, 접합면형성공정에서 접지전극의 단면 절삭각도를 금속 셸의 선단 구성면의 경사 각도와 엄밀하게 일치시킬 필요가 없는 것을 의미한다. 그러나, 금속 셸의 선단 구성면과 접지전극의 단면이 보다 넓은 접촉 면적을 가진 상태에 있으면, 보다 강한 접합강도가 얻어지기 때문에, 접지전극의 단면의 형상이 금속 셸의 선단 구성면의 형상을 따르도록, 즉, 선단 구성면의 형상에 맞춰서 절삭하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 제 3 태양에서는, 상기 접지전극의 상기 연장부의 연장방향을 상기 금속 셸의 원형이 되는 통형상 금속 셸 중간체의 축선방향을 따르게 해서, 상기 접지전극의 상기 일단부를 상기 금속 셸 중간체의 선단측 개구에 있어서의 단면에 접합하는 전극접합공정과; 상기 접지전극이 접합되는 상기 금속 셸 중간체의 선단측 개구에 있어서의 상기 단면 중 적어도 일부를, 상기 접지전극의 접합부위를 피해서 둘레방향으로 연삭해서, 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 넓어지는 상기 제 1 면을 형성하는 경사면형성공정과; 상기 접지전극의 상기 타단부를 상기 중심전극의 선단부로 지향시켜서, 양자 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 갭형성공정;을 가지는 스파크 플러그의 제조방법이 제공된다. 이와 같이, 금속 셸의 원형이 되는 금속 셸 중간체의 선단부에 있어서의 선단측 외측면에 접지전극을 접합한 후에, 양자의 접합부위를 피해서 선단면의 내주측 능각부분을 모따기 가공해서 경사면형상의 제 1 면을 형성해도 좋다. 이와 같은 방법에 의해, 접지전극과 금속 셸의 접합강도를 확보하고 충분한 크기의 클리어런스를 가지면, 스파크 플러그의 착화성을 향상시킴과 아울러, 사이드 스파크의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태의 스파크 플러그(100)의 부분 단면도
도 2는 스파크 플러그(100)의 선단측 구조를 나타내는 요부 확대 단면도
도 3은 스파크 플러그(100)의 선단측 구성을 나타내는 사시도
도 4는 접지전극(30)의 단면(35)을 절삭가공하는 접합면형성공정을 나타내는 도면
도 5는 금속 셸 중간체(150)의 단면(159)에 모따기 가공을 실시해서 선단 구성면(157)을 형성하는 경사면형성공정을 나타내는 도면
도 6은 접지전극(30)을 금속 셸 중간체(150)에 접합하는 전극접합공정 및 접지전극(30)을 금속 셸(50)에 접합하는 전극접합공정을 나타내는 도면
도 7은 접지전극(30)을 굴곡시켜서 불꽃방전간극(G)을 형성하는 갭형성공정을 나타내는 도면
도 8은 가상 구체(Q)의 반경(클리어런스의 크기)과 사이드 스파크 발생률의 관계를 나타내는 그래프
도 9는 제 2 실시형태의 스파크 플러그(200)의 선단측 구조를 나타내는 요부 확대 단면도
도 10은 스파크 플러그(200)의 선단측 구성을 나타내는 사시도
도 11은 접지전극(230)을 금속 셸 중간체(350)에 접합하는 전극접합공정을 나타내는 도면
도 12는 금속 셸 중간체(350)의 단면(359)에 모따기 가공을 실시해서 선단 구성면(357)을 형성하는 경사면형성공정을 나타내는 도면
도 13은 접지전극(230)을 굴곡시켜서 불꽃방전간극(G)을 형성하는 갭형성공정을 나타내는 도면
도 14는 도 2의 2점 쇄선(C)으로 나타낸 부위를 확대한 도면
도 15는 금속 셸(450)의 선단 구성면(457)을 변형예로서 나타내는 도면이며, 도 2의 2점 쇄선(C)으로 나타낸 부위에 상당하는 부위를 확대한 도면
도 16은 금속 셸(550)의 선단 구성면(557)을 변형예로서 나타내는 도면이며, 도 2의 2점 쇄선(C)으로 나타낸 부위에 상당하는 부위를 확대한 도면

[제 1 실시형태]

이하, 본 발명을 구체화한 스파크 플러그 및 그 제조방법의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 우선, 도 1, 도 2를 참조해서, 본 발명에 관한 스파크 플러그의 제 1 실시형태로서, 스파크 플러그(100)의 전체의 구조에 대해서 설명한다. 또한, 도 1, 도 2에서는 축선(O)방향을 도면에 있어서의 상하방향으로 하고, 하측을 스파크 플러그(100)의 선단측, 상측을 후단측으로 해서 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 스파크 플러그(100)는, 대략, 축 구멍(12)에 중심전극(20) 및 단자부재(40)를 유지하는 절연애자(絶緣碍子, 10)와, 이 절연애자(10)를 유지하는 통형상의 금속 셸(50)과, 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)에 접합되며, 중심전극(20)과의 사이에서 불꽃방전간극(G)을 형성하는 접지전극(30)으로 구성되어 있다.

우선, 절연애자(10)에 대해서 설명한다. 절연애자(10)는 주지와 같이 알루미나 등을 소성(燒成)해서 형성하며, 축선(O)방향으로 축 구멍(12)를 가지는 통형상의 절연부재이다. 절연애자(10)의 축선(O)방향의 대략 중앙에는 외경(外徑)이 가장 큰 플랜지부(19)가 형성되어 있으며, 플랜지부(19)보다 후단측에는 후단측 몸통부(18)가 형성되어 있다. 또, 플랜지부(19)보다 선단측에는, 후단측 몸통부(18)보다 외경이 작은 선단측 몸통부(17)와, 이 선단측 몸통부(17)보다 선단측에 선단측 몸통부(17)보다 외경이 더 작은 선단부(13)가 형성되어 있다. 선단부(13)는 근원부분(후단측의 부분)에 외경이 일정한 부위를 가지며, 이 부위보다 선단측이 전방(축선(O)방향의 선단측)을 향해 지름이 작아지도록 형성되어 있다(이 지름이 작아지는 부분을 편의상 외경 천이부(遷移部, 14)라고 한다.). 또한, 선단부(13)에는 선단 근방에 있어서, 외경 천이부(14)와 연속해서 이어짐과 아울러, 외경이 일정하게 이루어지는 통형상부(11)가 형성되어 있다. 선단부(13)는, 스파크 플러그(100)가 도시하지 않은 내연기관에 조립되었을 때, 연소실로 노출된다. 또한, 선단부(13)의 외경 천이부(14)와 선단측 몸통부(17)의 사이에는 단차부(15)가 형성되어 있다.

이어서, 중심전극(20)에 대해 설명한다. 중심전극(20)은 인코넬 600 또는 601(상표명) 등의 니켈계 합금 등으로 형성된 봉형상의 전극이며, 내부에 열전도성이 뛰어난 동(銅) 등으로 이루어지는 금속 심(芯, 23)을 가진다. 중심전극(20)은 절연애자(10)의 선단측 축 구멍(12) 내에 유지되어 있고, 그 선단부(22)는 절연애자(10)의 선단부(13)의 통형상부(11)에서 돌출되며, 선단측을 향해 지름이 작아지도록 형성되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 선단부(22)의 단면에는 예를 들면 pt 등의 귀금속으로 이루어지는 기둥형상의 귀금속 팁(90)이 용접되어 있으며, 중심전극(20)이 선단부(22)에 귀금속 팁(90)을 가지는 형태로 되어 있다. 본 실시의 형태에서는 편의상, 상기 귀금속 팁(90)을 포함해서 중심전극(20)으로 하는 것으로 한다.

또, 도 1에 나타낸 바와 같이 중심전극(20)은, 축 구멍(12)의 내부에 형성된 밀봉체(4) 및 세라믹 저항(3)을 경유해서, 후단측의 단자부재(40)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 단자부재(40)에는 고압케이블(도시 생략)이 플러그 캡(도시 생략)을 통해서 접속되어 고전압이 인가되게 되어 있다.

이어서, 금속 셸(50)에 대해서 설명한다. 금속 셸(50)은, 도시하지 않은 내연기관의 엔진 헤드에 스파크 플러그(100)를 고정하기 위한 원통 형상의 금속제 부재이며, 철계(鐵係)의 재료에 의해 형성된 것이다. 금속 셸(50)은, 절연애자(10)의 플랜지부(19) 근방의 후단측 몸통부(18)에서부터 플랜지부(19), 선단측 몸통부(17), 및 선단부(13)를 에워싸서도록 해서 절연애자(10)를 유지하고 있다. 이 상태에서, 절연애자(10)의 선단부(13)에 있어서의 통형상부(11)는 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)보다 전방측(도 1에 있어서의 하측)으로 돌출되어 있다. 금속 셸(50)의 전방을 향한 선단 구성면(57)은 환형상을 이루며, 내주측의 능각(稜角)부분을 제거하도록 모따기 가공되어 있다. 그리고 모따기 가공에 의해 경사면형상으로 형성된 경사면부(81)와, 모따기 가공되지 않고 남은 평면부(82)가 상기 선단 구성면(57)을 구성하고 있다. 또한, 선단 구성면(57)이란, 축선(O)방향의 전방(선단측)에서 축선(O)방향을 따라, 금속 셸(50)의 선단측 개구를 보았을 때에 보이는 면을 말한다. 또, 금속 셸(50)의 후단측에는 스파크 플러그 렌치(도시 생략)가 끼워 맞춰지는 공구 걸어맞춤부(51)가 형성되어 있다. 또한, 금속 셸(50)의 선단측에는 내연기관의 상부에 형성된 엔진 헤드(도시 생략)에 나사 맞춤되는 나사부(52)가 형성되어 있다.

또, 금속 셸(50)의 공구 걸어맞춤부(51)와 절연애자(10)의 후단측 몸통부(18)의 사이에는 환형상의 링부재(6,7)가 개재되어 있으며, 또한 양 링부재(6,7)의 사이에는 탤크(활석, 9) 분말이 충전되어 있다. 공구 걸어맞춤부(51)의 후단측에는 코킹부(53)가 형성되어 있으며, 이 코킹부(53)를 코킹하는 것에 의해 링부재(6,7) 및 탤크(9)를 통해서 절연애자(10)가 금속 셸(50) 내에서 선단측을 향해 압압된다. 이것에 의해, 절연애자(10)의 선단측 몸통부(17)와 선단부(13) 사이에 형성된 단차부(15)가 패킹(8)을 통해서 금속 셸(50)의 내주에 형성된 단차부(56)에 지지되며, 금속 셸(50)과 절연애자(10)가 일체가 된다. 금속 셸(50)과 절연애자(10) 사이의 기밀(氣密)은 패킹(8)에 의해 유지되며, 연소가스의 유출이 방지된다. 또, 금속 셸(50)의 축선(O)방향 중앙부에는 플랜지부(54)가 형성되어 있으며, 나사부(52)의 후단부측(도 1에 있어서의 상부) 근방, 즉 플랜지부(54)의 시트면(55)에는 개스킷(5)이 삽입되어 있다.

이어서, 접지전극(30)에 대해 설명한다. 도 2에 나타낸 접지전극(30)은 내(耐) 부식성이 뛰어난 금속으로 구성되며, 일례로서 인코넬 600 또는 601(상표명) 등의 니켈계 합금이 사용된다. 이 접지전극(30)은 자신의 길이방향 횡단면이 대략 직사각형을 이루고 있고, 기부(32)측의 단면(35)이 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)에 용접에 의해 접합되어 있다. 기부(32)의 선단측에는 축선(O)방향으로 연장되는 연장부(36)가 연속되어 있다. 이 연장부(36)에서 연속되는 굴곡부(37)는 접지전극(30)의 길이방향에 있어서 대략 중앙에 형성되어 있으며, 축선(O)에 접근하도록 굴곡되어 있다. 그리고 굴곡부(37)에는 선단부(31)가 연속되어 있으며, 선단부(31)에 있어서의 내측을 향한 내면(33)이 중심전극(20)의 선단부(22)와 대향되어, 이 선단부(22)와의 사이에서 불꽃방전을 행하는 불꽃방전간극(G)이 형성되어 있다. 상기한 바와 같이, 중심전극(20)은 선단부(22)에 귀금속 팁(90)을 가지고 있으며, 보다 구체적으로는, 접지전극(30)의 선단부(31)의 내면(33)과, 중심전극(20)의 선단부(22)에 접합된 귀금속 팁(90)의 사이에 불꽃방전간극(G)이 형성된다.

제 1 실시형태에서는, 금속 셸(50)에 접지전극(30)을 접합하는데 있어서, 접지전극(30)의 단면(35)에 선단 구성면(57)의 형상에 맞춘 가공을 실시하고 있다. 구체적으로는 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 접지전극(30)의 단면(35)의 형상을 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)에 맞춰서, 선단 구성면(57)의 경사면부(81)에 대응하는 대(對) 경사면부(38)와, 평면부(82)에 대응하는 대(對) 평면부(39)에 의해 상기 단면(35)이 구성되어 있다. 즉, 접지전극(30)과 금속 셸(50)이 용접에 의해 접합되기 전의 상태에 있어서, 접지전극(30)의 거의 모든 단면(35)이 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)에 접촉된 상태로 이루어져 있다. 이것에 의해, 접지전극(30)의 기부(32)측 단면(35)의 모든 면이 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)과 밀접(密接)되어, 접촉면적이 확보되므로 접합강도를 높일 수 있다.

또한, 평면부(82)와 대 평면부(39), 경사면부(81)와 대 경사면부(38)의 형상을 가능한 한 맞춤으로써 서로에 대한 접촉면적을 늘릴 수 있으며, 접합 시에 보다 강한 접합강도를 얻을 수 있지만, 반드시 그 형상이 엄밀하게 일치할 필요는 없다. 즉, 접합 후에 충분한 접합강도를 얻을 수 있을 정도의 극히 작은 간극이라면 가지고 있어도 좋다. 따라서, 후술하는 접합면형성공정에 있어서, 접지전극의 단면의 절삭각도를 금속 셸의 선단 구성면의 경사 각도와 엄밀하게 일치시킬 필요는 없다.

또, 금속 셸(50)에는 경사면부(81)가 형성되는 것에 의해, 내주면(58)과 경사면부(81)의 사이에 새로운 에지(edge)가 형성되게 된다. 이 에지를 구성하는 면(경사면부(81)와 내주면(58))들이 이루는 각도는, 모따기 가공을 실시하기 전의 에지를 구성하는 면(후술하는 금속 셸 중간체(150)의 단면(159)과 내주면(160)(도 5 참조))들이 이루는 각도보다 커지기 때문에, 전계(電界)의 집중이 억제된다. 제 1 실시형태에서는, 사이드 스파크(side spark)를 더욱 확실하게 억제하기 위해, 상기 에지가 형성되는 위치에 규정을 두고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 절연애자(10)의 선단부(13)에 있어서, 축선(O)방향에 있어서의 통형상부(11)와 외경 천이부(14)의 경계의 위치를 경계(A)로 한다. 또, 경사면부(81)와 금속 셸(50)의 내주면의 경계의 위치를 경계(B)로 한다. 이때, 축선(O)방향에 있어서, 경계(A)가 경계(B)보다 후단측에 있을 것을 규정하고 있다. 환언하면, 경계(B)가 지름방향에 있어서, 절연애자(10)의 통형상부(11)(즉 외경이 일정한 부위)와 대향하는 위치에 배치되도록 규정하는 것이다. 통형상부(11)는 그 외경이 절연애자(10)에 있어서 가장 작은 부위이기 때문에, 이 규정에 의하면, 경계(B)와 절연애자(10)의 지름방향의 거리를 확실하게 확보해서 전계의 집중에 수반하는 사이드 스파크의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 금속 셸(50)의 내주면(58)과 경사면부(81)에 의해 형성되는 에지에 있어서, 전계의 집중을 효과적으로 억제하기 위해, 상기 에지를 구성하는 면(경사면부(81)과 내주면(58))들이 이루는 각도에 대해서도 규정을 두고 있다. 구체적으로, 도 14에 나타낸 바와 같이, 금속 셸(50)의 축선(O)을 포함하는 단면에 있어서, 경사면부(81)의 윤곽선과 내주면(58)의 윤곽선이 이루는 각도를 α라고 했을 때에, 120°≤α≤150°를 만족할 것을 규정하고 있다. 경사면부(81)의 윤곽선과 내주면(58)의 윤곽선이 이루는 각도(α)가 작을수록 전계가 집중하기 쉬우므로, 사이드 스파크 발생 시의 기점이 되기 쉽다. 후술하는 실시예 4에 의하면, 전계의 집중을 효과적으로 억제해서 사이드 스파크의 발생을 방지하는데에는 각도(α)를 120°이상으로 하면 좋다.

또, 각도(α)가 커질수록 지름방향에 있어서 경사면부(81)가 차지하는 폭은 작아진다. 접지전극(30)의 기부(32)에 있어서, 금속 셸(50)의 경사면부(81)에 대응하는 대 경사면부(38)에 대해서도, 각도(α)가 커질수록 접합을 함에 있어서 지름방향으로 충분한 길이를 확보하기 어려워진다. 그러면 접합을 할 때의 열용량이 작아지기 때문에, 웰딩 드루프(welding droop)가 발생하기 쉬워지고, 웰딩 드루프가 발생한 부분이 절연애자(10)의 통형상부(11)에 근접하면, 사이드 스파크가 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 또, 웰딩 드루프가 발생하는 것에 의해 접지전극(30)과 금속 셸(50)의 접합강도를 유지하기 어려워질 우려가 있다. 후술하는 실시예 4에 의하면, 이것을 방지하는데에는 각도(α)를 150° 이하로 하면 좋다.

또한, 제 1 실시형태에서는, 금속 셸(50)을, 축선(O)을 포함하는 단면에서 보았을 때에, 그 윤곽선 상에서 경사면부(81)가 차지하는 길이(L1)가, 선단 구성면(57)을 구성하는 각각의 면이 차지하는 길이(예를 들면, 평면부(82)가 차지하는 길이(L2))보다 길게 이루어질 것을 규정하고 있다. 이러한 규정을 형성하는 것에 의해, 경사면부(81)가 확실하게 형성되고, 넓은 면적을 확보할 수 있도록 하고 있다.

또, 접지전극(30)의 기부(32)에서 선단측을 향해 연장되는 연장부(36)는 축선(O)방향을 따라 연장되어 있으며, 절연애자(10)의 선단부(13)에 있어서의 통형상부(11)의 지름방향 외주면에 대해, 일정한 거리를 떼어 놓은(간극을 가진) 상태로 이루어져 있다. 그리고 연장부(36)에서 선단부(31)를 향해 굴곡된 굴곡부(37)는, 접지전극(30)의 내면(33)과 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11) 및 중심전극(20)의 선단부(22) 사이의 거리가 너무 가까워지지 않도록, 이것들에 에워싸이는 공극(空隙)부분(소위 클리어런스)이 충분한 크기를 가지도록 구성되어 있다. 구체적으로는 도 2에 나타낸 바와 같이, 접지전극(30)의 굴곡부(37)에 있어서, 내면(33)에 접촉하는 반경 1.2㎜의 가상 구체(Q)(도면 중 2점 쇄선으로 나타냄)를 상정한다. 이때, 이 가상 구체(Q)가 중심전극(20)(귀금속 팁(90)도 포함)이나 절연애자(10)와 접촉하지 않는다. 즉, 접지전극(30)의 굴곡부(37)에 있어서의 내면(33)과 중심전극(20) 및 절연애자(10)에 에워싸인 부위에는, 적어도 반경 1.2㎜ 이상의 가상 구체(Q)를 배치하기에 충분한 크기의 공극부분(소위 클리어런스)이 구비되는 것을 의미한다.

이와 같이, 적어도 반경 1.2㎜ 이상의 가상 구체(Q)를 배치할 수 있는 크기의 클리어런스를 가지면, 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11)나 중심전극(20)의 선단부(22)가 접지전극(30)의 내면(33)과 가까워지는 것이 방지된다. 따라서, 접지전극(30)의 내면(33)과 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11) 사이, 혹은 접지전극(30)의 내면(33)과 중심전극(20)의 선단부(22) 사이의 거리(클리어런스)의 크기가 불꽃방전간극(G)의 크기와 비교해서 충분히 확보되므로, 카본에 의한 오손(汚損)이 발생했을 때의 사이드 스파크의 발생이 억제된다.

또한, 상기 가상 구체(Q)는, 적어도 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)의 위치보다 축선(O)방향 전방에 배치되도록, 접지전극(30)의 연장부(36)나 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11) 선단면으로부터의 돌출량이 규정되어 있다. 즉, 불꽃방전간극(G)이 연소실(도시 생략)에서 내부로 돌출된 위치에 배치되도록 하고 있다. 이와 같이, 클리어런스에 충분한 크기를 가짐과 아울러, 불꽃방전간극(G)이 연소실 내로 돌출되도록 구성하는 것에 의해, 불꽃방전간극(G)에서 형성된 화염 핵이 성장하는 과정에서, 접지전극(30)뿐만 아니라 금속 셸(50)이나 연소실의 내측 벽면(도시 생략)에 대해서도 접촉하기 어려워지기 때문에, 보다 뛰어난 착화성을 확보할 수 있다.

한편, 모따기 가공에 의해, 접지전극(30)의 단면(35)과 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)의 접촉면적 감소에 수반한 접합강도의 저하가 우려된다. 따라서 제 1 실시형태에서는 상기와 같이, 선단 구성면(57)의 형상에 맞춘 가공을 단면(35)에 실시하는 것에 의해, 단면(35)이 모든 면에 걸쳐서 선단 구성면(57)과 밀접할 수 있도록 해서, 양자 사이의 충분한 접촉면적을 확보함으로써 양자의 접합강도를 높이고 있다. 구체적으로, 이하에 설명하는 순서에 따라 스파크 플러그(100)의 제조가 이루어진다.

이하, 도 4 ~ 도 7을 참조해서, 접지전극(30)을 금속 셸(50)에 접합하는 과정을 중심으로 스파크 플러그(100)의 제조과정에 대해서 설명한다. 또한, 제조과정의 공지의 부분에 대해서는 설명의 일부를 간략화, 혹은 생략하는 것으로 한다.

스파크 플러그(100)의 제조과정에서는, 내(耐) 부식성이 높은 니켈계 합금 등으로 이루어지는 단면이 사각형인 선재(線材)를 소망의 길이로 절단해서, 직사각형을 이루는 접지전극(30)이 제작된다. 이때, 도 4에 나타낸 바와 같이, 접지전극(30)의 기부(32)측이 되는 측의 단면(35)에는 절삭가공이 실시된다. 그리고, 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)의 평면부(82)(도 2 참조)의 형상에 맞춘 대 평면부(39)와, 선단 구성면(57)의 경사면부(81)(도 2 참조)의 형상에 맞춘 대 평면부(39)에 대해서 경사지어지는 대 경사면부(38)가 형성된다(접합면형성공정). 접지전극(30)의 대 평면부(39)나 대 경사면부(38)의 경사 각도는, 각각을 후술하는 금속 셸 중간체(150)의 선단 구성면(157)의 평면부(182) 및 경사면부(181)에 맞닿게 했을 때에, 접지전극(30)의 연장방향이 축선(O)방향을 따르도록 한다. 또한, 접합 후에 충분한 접합강도가 얻어질 정도의 극히 작은 간극이라면 가지고 있어도 좋으며, 접지전극(30)의 대 평면부(39)나 대 경사면부(38)의 경사 각도를 엄밀하게 일치시킬 필요는 없다. 예를 들면 도 4에서는, 테이퍼 형상으로 형성되는 경사면부(81)에 맞추기 위해, 대 경사면부(38)의 형상을 접지전극(30)의 연장방향에 대해서 호(弧)형상을 이루는 곡면형상으로 형성하고 있지만, 반드시 곡면으로 형성할 필요는 없고 평면형상이어도 좋다. 다만, 대 경사면부(38)를 평면형상으로 형성한 경우, 금속 셸 중간체(150)의 경사면부(181)가 곡면형상을 이루기 때문에, 엄밀하게는 대 경사면부(38)와 경사면부(181)의 사이에 간극을 가지는 부위가 부분적으로 발생한다. 이 간극은 후술하는 전극접합공정에 있어서, 접지전극(30)과 금속 셸 중간체(150)를 용접했을 때에 형성되는 용융부에 의해 메워지게 된다(도 2의 양자의 단면도에 있어서, 용융부에 대해서는 특별히 도시하지 않음).

한편, 철계의 재료에 의해 통형상으로 형성된 통형상체(도시 생략)에 대해서 절삭가공을 실시해서, 플랜지부(54)나 공구 걸어맞춤부(51) 등의 형상을 형성함으로써, 도 5에 나타낸 나사부(152)에 나사산을 형성하기 전의 상태인 금속 셸(50)(도 2 참조)의 원형이 되는 금속 셸 중간체(150)가 제작된다. 이 금속 셸 중간체(150)의 선단측 단면(159)에 대해서 모따기 가공이 실시된다. 구체적으로는, 금속 셸 중간체(150)의 단면(159)과 내주면(160)이 이루는 능각부(161)(즉 단면(159)의 내주측 가장자리)가, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 일주(一周)에 걸쳐서 절삭되어, 경사면부(181) 및 평면부(182)(즉 단면(159)의 중 모따기 가공되지 않고 남은 부분)로 이루어지는 선단 구성면(157)이 형성된다(경사면형성공정). 또한, 도 5에 나타낸 금속 셸 중간체(150)는, 단면(159)을 모따기 가공해서 경사면부(181) 및 평면부(182)에 의해 구성되는 선단 구성면(157)을 형성하는 도중의 상태를 나타낸 것이다.

이어서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 금속 셸 중간체(150)의 선단 구성면(157)에 접지전극(30)의 단면(35)이 접합된다. 이때, 선단 구성면(157)의 경사면부(181)와 평면부(182)에 각각, 단면(35)의 대 경사면부(38)와 대 평면부(39)가 맞닿아서, 접지전극(30)의 모든 단면(35)이 금속 셸 중간체(150)의 선단 구성면(157)에 밀접한 상태가 된다. 그리고 접지전극(30)은 기부(32)에서부터 선단부(31)측을 향한 자신의 연장방향이 축선(O)방향을 따라 연장되도록 유지되고, 이 상태에서 단면(35)과 선단 구성면(157)이 용접(예 저항용접)되어 접지전극(30)이 금속 셸 중간체(150)에 접합된다(전극접합공정).

접지전극(30)이 접합된 금속 셸 중간체(150)는 나사부(152)에 나사산이 형성되어 도 1에 나타낸 금속 셸(50)로서의 형상을 이루도록 제작된다. 또, 다른 공정에서 중심전극(20) 및 단자부재(40)가 조립된 상태의 절연애자(10)가 제작되어 이 금속 셸(50)의 구멍 내에 삽입되고 코킹되어 유지된다. 그리고 도 7에 나타낸 바와 같이, 접지전극(30)의 내면(33)이, 선단부(31)가 중심전극(20)의 선단에 접합되어 있는 귀금속 팁(90)과 대향해서 불꽃방전간극(G)을 형성하도록, 그 선단부(31)가 축선(O)측을 향해 절곡(折曲)되어 스파크 플러그(100)가 완성된다(갭형성공정).

또한, 갭형성공정에서는, 굴곡부(37)에 있어서의 내면(33)에 접촉하는 반경 1.2㎜의 가상 구체(Q)(도 2, 도 3 참조)가, 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11)와, 중심전극(20)의 선단부(22)(선단부(22)에 접합된 귀금속 팁(90)도 포함)의 각각 대해서 접촉하지 않도록, 굴곡부(37)가 형성(절곡)된다. 이때, 굴곡부(37)와 기부(32)가 연속하도록 형성되지 않고, 기부(32)와 굴곡부(37)의 사이에 축선(O)방향을 따라 연장되는 연장부(36)가 형성된다. 즉, 접지전극(30)과 금속 셸(50)의 접합부위에서부터 바로 굴곡되기 시작하는 것이 아니라, 연장부분(연장부(36))만큼 이간되어 굴곡되기 시작하는 것이다. 이 연장부(36)가 형성됨으로써, 굴곡부(37)보다 기부(32)측에 있어서, 접지전극(30)의 내면(33)이 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11)에 가까워지는 것이 억제된다.

[실시예 1]

이와 같이 제작되는 스파크 플러그(100)의 접지전극(30)의 굴곡부(37)에 있어서의 내면(33)에 접촉하는 가상 구체(Q)가, 중심전극(20)(귀금속 팁(90)도 포함) 및 절연애자(10)에 접촉하지 않는 상태의 크기를 규정함으로써, 클리어런스에 충분한 크기를 확보했다. 이에 따른 효과를 확인하기 위한 평가시험을 실시했다. 이 평가시험에서는 스파크 플러그(100)를 제조할 때에, 갭형성공정에서 불꽃방전간극(G)의 크기를 0.9㎜로 유지하면서 접지전극(30)의 굴곡 조건을 적절히 변경해서, 가상 구체(Q)의 반경을 0.7㎜ ~ 1.5㎜의 범위에서 0.1㎜씩 다르게 한 스파크 플러그 샘플을 복수 제작했다. 또한, 굴곡 조건의 변경은 연장부(36)와 굴곡부(37)의 경계가 되는 위치(접지전극(30)의 기부(32)측에서 굴곡되기 시작하는 위치)를 어긋나게 하거나, 굴곡부(37)에 있어서의 절곡량(굴곡반경)을 다르게 함으로써 행했다.

이 각 샘플들이 카본에 의한 오손 시와 같은 상태가 되도록, 각 샘플의 절연애자 선단부에 카본을 부착시켰다. 그리고 각 샘플을 1개씩 가압 챔버 내에 배치하고, 0.6MPa의 기압 하에서 100회의 불꽃방전을 실시해서, 그 동안의 사이드 스파크(절연애자의 선단부와 접지전극의 굴곡부 또는 연장부에 있어서의 내면의 사이에서 발생한 스파크)의 발생 횟수를 측정해서 사이드 스파크 발생률을 구했다. 이 평가시험의 결과를 도 8의 그래프에 나타낸다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 가상 구체(Q)의 반경이 0.7㎜일 때의 사이드 스파크의 발생률은 100%이며, 가상 구체(Q)의 반경이 커짐에 따라 사이드 스파크 발생률이 서서히 저하되었다. 그리고 가상 구체(Q)의 반경이 1.1㎜일 때에 약 60%였던 사이드 스파크 발생률은, 그 반경이 1.2㎜가 되면 급격하게 저하되어 약 10%가 되었다. 또한 가상 구체(Q)의 반경이 커질수록 사이드 스파크 발생률이 저하되고, 1.5㎜가 되면 사이드 스파크가 발생하지 않게 되었다. 이 평가시험의 결과에 의하면, 적어도 반경 1.2㎜ 이상의 가상 구체(Q)를 배치시킬 수 있도록 접지전극을 굴곡시켜서 클리어런스에 충분한 크기를 확보한 스파크 플러그를 제작하면, 사이드 스파크의 발생을 충분히 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

[실시예 2]

이어서, 접지전극(30)과 금속 셸(50)의 접합부위에 기계적인 부하가 가해진 경우의 접합강도에 대해서 확인하기 위한 평가시험을 행했다. 이 평가시험에서는, 스파크 플러그(100)를 제조할 때의 경사면형성공정에 있어서, 금속 셸 중간체(150)의 선단 구성면(157)에 모따기 가공을 실시할 때에, 그 모따기 가공량을 다르게 한 복수의 금속 셸 중간체를 준비했다. 구체적으로는 도 2나 도 6에 나타낸 바와 같이, 금속 셸 중간체(도 2에서는 완성 후의 금속 셸)의 지름방향에 있어서, 모따기 가공에 의해 형성된 경사면부의 길이(S)가, 모따기 가공 전의 선단 구성면의 길이(S+T)(모따기 가공 후의 평면부의 지름방향의 길이를 T로 한다)에 대해서 차지하는 비율을 달리해서, 0%, 7%, 10%, 14%, 17%가 되도록 모따기 가공한 5종류의 금속 셸 중간체를 준비했다. 그리고, 자신의 연장방향에 대해서 직교하는 평면형상을 이루도록 단면을 절단한 접지전극을 5개 준비해서, 각 종류의 금속 셸 중간체에 각각 용접한 것을 샘플군 1로서 제작했다. 즉 샘플군 1은, 접지전극의 단면이 금속 셸의 선단 구성면의 평면부와는 접촉되지만, 경사면부와의 사이에 큰 간극을 가진 상태에서 접지전극과 금속 셸이 접합된 것이며, 종래품에 상당하는 것이다.

같은 형태로, 금속 셸 중간체의 지름방향에 있어서, 모따기 가공에 의해 형성된 경사면부의 길이가, 모따기 가공 전의 선단 구성면의 길이에 대해서 차지하는 비율을, 7%, 10%, 14%, 17%, 100%가 되도록 모따기 가공한 5종류의 금속 셸 중간체를 준비했다. 그리고, 제 1 실시형태와 같이, 각 종류의 금속 셸 중간체의 선단 구성면의 형상에 합치하는 단면의 형상을 가지는 접지전극을 각각 준비해서, 각 종류의 금속 셸 중간체에 용접한 것을 샘플군 2로서 제작했다. 즉 샘플군 2는 모두, 접지전극의 단면의 모든 면이 금속 셸 중간체의 선단 구성면(평면부 및 경사면부)에 맞닿은 상태에서 접지전극과 금속 셸이 접합된 것이며, 제 1 실시형태로서 설명한 것에 상당하는 것이다.

이 각 샘플들에 대해서, 접지전극의 선단부를 금속 셸 중간체의 지름방향 내측을 향해 압압해서, 접지전극이 축선(O)에 대해 90° 이상 굴곡될 때까지 절곡하고, 이어서 선단부를 지름방향 외측을 향해 압압해서, 마찬가지로 축선(O)에 대해 90° 이상 굴곡될 때까지 절곡되는 부하를 준다. 그리고, 접지전극과 금속 셸의 접합부위에 있어서의 박리의 유무를 눈으로 보고 확인했다. 이 평가시험의 결과를 표 1에 나타낸다.

샘플군	금속 셸(금속 셸 중간체)의 선단면에 있어서 경사면부가 지름방향으로 차지하는 길이의 비율[%]
샘플군	0	7	10	14	17	100
1(종래품)	○	○	○	×	×	-
2(실시예)	-	○	○	○	○	○

표 1에 나타낸 바와 같이, 샘플군 1에서는, 금속 셸 중간체의 선단 구성면에 있어서, 경사면부의 지름방향의 길이가 짧으며, 그 비율이 0%, 7%, 10%인 것에는 박리의 발생이 확인되지 않았지만, 14%, 17%에서는 모두 박리가 확인되었다. 한편, 샘플군 2에서는 어느 샘플에서도 박리의 발생이 확인되지 않았다. 즉, 선단 구성면에서 경사면부가 지름방향으로 차지하는 비율이 증가해서 평면부가 작아지면, 접지전극의 단면 중 금속 셸의 선단 구성면에 접촉할 수 있는 부분이 작아져서, 용접 후의 접합강도가 저하된다. 그러나, 제 1 실시형태와 같이, 접지전극의 단면 전체를 금속 셸의 선단 구성면에 접촉시킨 상태에서 양자를 접합하면, 모따기 가공의 크기에 관계없이 절곡 부하를 받아도 충분한 접합강도가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 3]

또한, 접지전극(30)과 금속 셸(50)의 접합부위에 가열냉각에 수반하는 부하가 가해졌을 경우의 접합강도에 대해 확인하기 위한 평가시험을 행했다. 이 평가시험에서는 실시예 2와 동일하게 샘플군 1, 2를 준비하고, 이 각 샘플들에 대해서 가열 및 냉각에 의한 부하를 주었다. 구체적으로는, 접지전극(30)과 금속 셸(50)의 접합부위를 버너에 의해 2분간 500℃로 가열하고, 그 후 실온에 의해 1분간 자연 냉각하고, 이것을 1 사이클로 해서 1000 사이클 반복한 후에, 실시예 2와 동일한 절곡 부하를 주었다. 그리고, 접지전극과 금속 셸의 접합부위에 있어서 박리의 유무를 눈으로 직접 보고 확인했다. 이 평가시험의 결과를 표 2에 나타낸다.

샘플군	금속 셸(금속 셸 중간체)의 선단면에 있어서 경사면부가 지름방향으로 차지하는 길이의 비율[%]
샘플군	0	7	10	14	17	100
1(종래품)	○	○	×	×	×	-
2(실시예)	-	○	○	○	○	○

표 2에 나타낸 바와 같이 샘플군 1에서는, 금속 셸 중간체의 선단 구성면에 있어서, 경사면부의 지름방향의 길이가 짧으며, 그 비율이 0%, 7%인 것에서는 박리의 발생이 확인되지 않았지만, 10%, 14%, 17%에서는 모두 박리가 확인되었다. 한편, 샘플군 2에서는 어느 샘플에서도 박리의 발생이 확인되지 않았다. 이 평가시험의 결과에 의하면, 실시예 2의 경우보다 더욱 가혹한 가열 및 냉각에 의한 부하가 가해져도, 제 1 실시형태와 같이, 접지전극의 단면 전체를 금속 셸의 선단 구성면에 접촉시킨 상태에서 양자를 접합하면 충분한 접합강도를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.

[실시예 4]

이어서, 금속 셸(50)의 내주면(58)과 경사면부(81)가 이루는 각도에 대한 규정에 의해 얻어지는 효과를 확인하기 위한 평가시험을 행했다. 이 평가시험에서는, 스파크 플러그(100)의 제조과정에 있어서의 경사면형성공정에서, 금속 셸 중간체(150)의 단면(159)의 내주측을 모따기 가공할 때에, 내주면과 경사면부(181)가 이루는 각을 100°~ 170°의 범위에서 10°씩 다르게 한 8종류의 스파크 플러그 샘플을 제작했다. 이때, 모따기 가공에 의해 형성되는 경사면부(181)의 길이에 대해서, 모따기 가공 후에 금속 셸 중간체(150)의 축선(O)을 포함하는 단면의 윤곽선을 보았을 때에, 그 윤곽선 상에 있어서 경사면부(181)가 차지하는 길이가, 모든 샘플이 같은 길이(1.13mm)가 되도록, 모따기 가공에 의해 제거되는 능각부분의 크기를 조정했다. 또, 비교용으로, 금속 셸 중간체(150)의 단면(159)에 모따기 가공을 실시하지 않은 스파크 플러그 샘플 1(종래품에 상당)을 준비했다. 또한, 이 샘플들을 제작하는데 있어서, 금속 셸은 나사산의 공칭 지름이 M12인 것을 사용했다. 또, 절연애자로서는, 금속 셸에 대한 조립 후에 있어서, 선단부에 있어서의 통형상부의 외주면과 금속 셸의 내주면의 사이에 1.5㎜의 클리어런스를 확보할 수 있는 크기(통형상부의 외경)인 것을 사용했다. 또한, 접지전극으로서는, 단면의 크기가 1.3㎜×2.7㎜인 것을 사용하고, 저항용접에 의해 접합했다. 이때, 저항용접의 조건은, 종래품에 상당하는 샘플 1을 저항용접했을 때에 웰딩 드루프가 발생하지 않는 조건을, 다른 샘플을 저항용접할 때의 조건으로서 설정했다.

우선, 각 샘플의 접지전극과 금속 셸의 접합부위에 대해 관찰했다. 그리고, 접합부위에 웰딩 드루프가 발생하지 않은 샘플을 용접성 면에서 양호한 것으로서,「○」로 평가했다. 또, 접합부위에 웰딩 드루프가 발생한 샘플이어도, 그 웰딩 드루프의 크기가 지름방향으로 0.2㎜ 이하의 돌출 길이(단차)이고, 또한, 축방향으로 1㎜ 이하의 길이(넓이)인 경우에는, 웰딩 드루프가 사이드 스파크 발생의 기점이 되기 어려운 것으로서, 마찬가지로 「○」로 평가했다. 한편, 접합부위에 발생한 웰딩 드루프의 크기가 지름방향의 돌출 길이(단차)에 있어서 0.2㎜보다 큰 경우, 또는, 축방향의 길이(넓이)에 있어서 1㎜보다 긴 경우에는, 웰딩 드루프가 사이드 스파크 발생의 기점이 될 우려가 있는 것으로서,「△」로 평가했다.

이어서, 각 샘플의 웰딩 드루프를 제거한 다음, 각각 개별적으로 가압 챔버에 부착하고, 챔버 내에 에어(대기(大氣))를 충전해서 내압을 0.4MPa로 조정했다. 그리고 각 샘플의 불꽃방전간극(G)을 향해 접지전극측의 측방에서 유속 5.0m/sec로 에어가 흐르도록 한 상태에서, 각각 100회의 불꽃방전을 행했다. 이 불꽃방전의 형태를 촬영해서, 100회의 불꽃방전 중, 정규의 불꽃방전간극(G)에서 불꽃방전이 발생하지 않고, 금속 셸의 내주면과 경사면부가 이루는 능각부분(에지)과 절연애자의 외측 표면의 사이에서 불꽃방전(소위 사이드 스파크)이 발생한 횟수를 세었다. 또한, 각 샘플에 있어서 사이드 스파크가 발생한 횟수를 분자로 하고, 종래품에 상당하는 샘플 1에 있어서 사이드 스파크가 발생한 횟수를 분모로 한 경우에 산출되는, 샘플 1(종래품에 상당)의 사이드 스파크 발생률에 대한 사이드 스파크 발생의 저감률을 구했다. 또한, 100회의 불꽃방전 중, 1번도 사이드 스파크가 발생하지 않은 샘플에 대해서는 저감률을 100%로 했다. 이 시험의 결과를 표 3에 나타낸다.

샘플	각도α[°]	용접성	사이드 스파크 저감률[%]
1(종래품)	90	○	-
2	100	○	48.1
3	110	○	59.3
4	120	○	81.2
5	130	○	85.2
6	140	○	96.3
7	150	○	100
8	160	△	100
9	170	△	100

표 3에 나타낸 바와 같이, 용접성에 대해서는, 금속 셸의 내주면과 경사면부가 이루는 각도(α)가 150° 이하인 샘플 2 ~ 샘플 7에서는 웰딩 드루프가 발생하지 않거나, 혹은 발생해도 사이드 스파크 발생의 기점이 되기 어려울 정도의 크기로 억제되었다. 그러나, 각도(α)가 150° 보다 큰 샘플 8, 샘플 9에서는 웰딩 드루프의 크기가 크고, 사이드 스파크 발생의 기점될 우려가 있었다. 각도(α)가 커지는 만큼, 접지전극의 대 경사면부가 형성되는 부위의 체적이 감소하기 때문에 열용량이 작아지므로, 저항용접을 할 때에 그 부위가 용해되기 쉬워져서, 웰딩 드루프가 발생하기 쉬워지기 때문이다.

또, 사이드 스파크 저감률에 대해서, 금속 셸의 내주면과 경사면부가 이루는 각도(α)가 150°이상인 샘플 7 ~ 샘플 9에서는 사이드 스파크의 발생이 확인되지 않았으며, 100%의 저감률을 나타냈다. 또한, 각도(α)가 150° 미만이어도, 120° 이상인 샘플 4 ~ 샘플 6에서는 사이드 스파크가 발생했지만, 종래품에 상당하는 샘플 1에 대한 사이드 스파크 저감률로서는 80%를 상회하므로, 충분한 효과가 있는 것이 확인되었다. 그러나, 각도(α)가 120° 미만인 샘플 2, 샘플 3에서는 종래품에 상당하는 샘플 1에 대한 사이드 스파크의 저감률이 60%에도 미치지 못하고, 사이드 스파크의 발생은 감소했지만 큰 효과는 확인되지 않았다. 이상의 평가시험의 결과로부터, 금속 셸의 내주면과 경사면부가 이루는 각도(α)를 120°이상 150° 이하로 하면, 사이드 스파크의 발생을 방지하는데 있어서 충분한 효과가 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예 4에서는, 금속 셸의 나사산의 공칭 지름이 M12인 지름이 작은 스파크 플러그를 샘플로서 사용해서 평가시험을 행했지만, 종래품에 상당하는 샘플 1을 기준으로 모든 샘플에서 사이드 스파크의 발생률 자체가 저감되었다. 이 점을 감안해서 M12 이하의 스파크 플러그, 특히, 절연애자의 외주면과 금속 셸의 내주면 사이의 클리어런스가 1.5㎜ 이하인 지름이 작은 스파크 플러그에 있어서는, 금속 셸의 선단 구성면으로서 경사면부를 형성하지 않은 형태인 종래품에 상당하는 스파크 플러그라면, 사이드 스파크의 발생이 현저해질 우려가 있다. 제 1 실시형태의 스파크 플러그(100)와 같이, 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)에 경사면부(81)를 형성해서 내주면(58)과 이루는 각도(α)를 상기와 같이 120°이상 150°이하로 하는 것은, 상기와 같이 지름이 작은 스파크 플러그에 대해서 특히 유효하다. 또, 상기 실시예 4에서는 접지전극으로서 단면의 크기가 1.3mm × 2.7㎜인 것을 사용했지만, 단면의 크기를 특히 제한하는 것이 아니고, 단면적으로서 1.3 ~ 4㎟를 가지는 것이면 적절하게 적용할 수 있다.

[실시예 5]

이어서, 절연애자(10)의 통형상부(11)와 외경 천이부(14)의 경계의 위치(경계(A))와, 금속 셸(50)의 경사면부(81)와 내주면의 경계의 위치(경계(B))에 대해서, 축선(O)방향에 있어서의 양자의 위치 관계를 규정한 것에 의한 사이드 스파크의 억제 효과를 확인하기 위한 평가시험을 행했다. 선단부 전체로서의 길이는 동일하며, 통형상부와 외경 천이부의 경계(경계(A))의 위치를 축선(O)방향에 있어서 0.5㎜씩 다르게 한 7종류의 절연애자를 준비해서, 각각 별도로 준비한 금속 셸에 조립했다. 그 결과, 축선(O)방향에 있어서, 경계(B)의 위치를 기준으로 하는 경계(A)의 위치가 선단측으로 1㎜ 어긋난 위치로 이루어진 샘플 11에서부터, 후단측으로 2㎜ 어긋난 위치로 이루어진 샘플 17까지, 경계(A)와 경계(B)의 위치 관계가 0.5㎜씩 어긋난 7종류의 스파크 플러그 샘플이 제작되었다. 이 샘플들을 제작하는데 있어서, 금속 셸로서는 나사산의 공칭 지름이 M1O의 것을 사용하고, 선단 구성면에 있어서 내주면과 경사면부가 이루는 각도(α)가 120°가 되도록 모따기 가공을 실시했다. 또, 절연애자는 상기 금속 셸에 조립되는 크기의 것을 준비했지만, 선단부에 있어서는, 조립 후에 통형상부의 외주면과 금속 셸의 내주면의 사이에 1.3㎜의 클리어런스를 확보할 수 있는 크기가 되도록 통형상부를 완성했다. 또한, 접지전극으로서는 단면의 크기가 1.1mm × 2.2㎜인 것을 사용하고, 저항용접에 의해 접합했다. 또한, 저항용접은 웰딩 드루프가 발생하지 않는 조건을 설정해서 행했다.

이어서, 각 샘플의 절연애자 선단부의 선단측(구체적으로는 통형상부에 있어서 위치(B)보다 선단측)에 카본을 부착시켜서, 카본에 의한 오손상태를 모의(模擬)했다. 그리고, 각 샘플을 개별적으로 가압 챔버에 부착하고, 챔버 내에 에어(대기)를 충전해서 내압을 0.4MPa로 조정했다. 또한, 각 샘플의 불꽃방전간극(G)을 향해 접지전극측의 측방에서 유속 5.0m/sec로 연료를 공급(분무)하고, 실시예 4와 같이, 각각 100회의 불꽃방전을 실시했다. 이 불꽃방전의 형태를 촬영해서 100회의 불꽃방전 중, 정규의 불꽃방전간극(G)에서 불꽃방전이 발생하지 않고, 금속 셸의 내주면과 경사면부가 이루는 능각부분(에지)과 절연애자의 외측 표면의 사이에서 불꽃방전(소위 사이드 스파크)이 발생한 횟수를 세어서, 사이드 스파크의 발생률을 산출했다. 이 시험의 결과를 표 4에 나타낸다.

샘플	축선방향에 있어서 경계(B)를 기준으로 한 경계(A)의 위치	축선방향에 있어서의 경계(A)와 경계(B) 사이의 거리[㎜]	사이드 스파크 발생률[%]
11	선단측	1	22
12	선단측	0.5	19
13	동 위치	0	16
14	후단측	0.5	5
15		1	3
16		1.5	2
17		2	2

표 4에 나타낸 바와 같이, 경계(B)의 위치보다 경계(A)의 위치가 축선(O)방향의 선단측에 있는 샘플 11, 샘플 12에서는 사이드 스파크 발생률이 각각 22%,19%가 되어, 카본에 의한 오손 시에는 약 5회에 1회 사이드 스파크가 발생하는 것을 알 수 있었다. 이 샘플 11, 샘플 12는, 축선(O)방향에 있어서, 경계(A)의 위치에 절연애자의 외경 천이부가 배치되게 되어, 양자의 간극(클리어런스)이 좁아진다. 또, 축선(O)방향에 있어서 경계(B)의 위치와 경계(A)의 위치가 같은 샘플 13에서도 사이드 스파크 발생률이 16%가 되었다. 그러나, 경계(B)의 위치보다 경계(A)의 위치가 축선(O)방향의 후단측에 있는 샘플 14 ~ 샘플 17에서는 사이드 스파크 발생률이 5% 이하로 감소했다. 이 샘플 14 ~ 샘플 17은, 축선(O)방향에 있어서, 경계(A)의 위치에 절연애자의 통형상부가 배치되게 되어, 양자의 간극(클리어런스)이 경계(B)의 위치에 관계없이 일정하게 유지되게 된다. 이것으로부터, 경계(B)의 위치보다 경계(A)의 위치가 축선(O)방향의 후단측에 있는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

[제 2 실시형태]

이어서, 제 2 실시형태의 스파크 플러그(200)에 대해 도 9, 도 10을 참조해서 설명한다. 도 9, 도 10에 나타낸 제 2 실시형태의 스파크 플러그(200)는, 접지전극(230)과 금속 셸(250)의 접합부위에 있어서의 구성만이 제 1 실시형태의 스파크 플러그(100)와 다르며, 그 이외의 부위에 있어서는 동일하다. 여기에서는, 구성이 다른 부위에 대해서만 새로운 부호를 부여해서 설명하고, 동일한 부위에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화해서 행하는 것으로 한다.

도 9, 도 10에 나타낸 제 2 실시형태의 스파크 플러그(200)는, 금속 셸(250)의 선단 구성면(257)에 있어서, 접지전극(230)의 단면(235)과 접합된 부위에만 모따기 가공을 실시하지 않은 것이다. 즉, 금속 셸(250)의 선단 구성면(257)은, 접지전극(230)이 접합된 부위에 모따기 가공이 이루어지지 않은 축선(O)에 직교하는 평면으로서의 평면부(283)를 가진다. 그리고, 접지전극(230)이 접합되어 있지 않은 부위에 있어서는, 제 1 실시형태와 같이, 모따기 가공에 의해 경사면형상으로 형성된 경사면부(281)와 모따기 가공되지 않고 남은 평면부(282)를 가진다. 한편, 접지전극(230)의 단면(235)은 접지전극(230)의 연장방향에 직교하는 평면으로서 형성되어 있다. 따라서, 용접에 의한 접지전극(230)과 금속 셸(250)의 접합을 행하기 전의 상태에 있어서, 접지전극(230)의 단면(235)은 그 거의 모든 면에 걸쳐서 금속 셸(250)의 선단 구성면(257)의 평면부(283)에 접촉된 상태로 이루어져 있다.

그리고, 접지전극(230)의 기초부(232)에서 선단측을 향해 연장되는 연장부(236)는 축선(O)방향을 따라 연장되어 있으며, 제 1 실시형태와 같이, 절연애자(10)의 선단부(13)의 통형상부(11)의 지름방향 외주면에 대해서 일정한 거리를 떼어 놓은 상태로 이루어져 있다. 또, 연장부(236)에서 선단부(231)를 향해 굴곡된 굴곡부(237)에 있어서도 마찬가지로, 접지전극(230)의 내면(233)과 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11) 및 중심전극(20)의 선단부(22) 사이의 거리가 너무 가까워지지 않도록, 충분한 크기를 가지는 클리어런스가 형성되어 있다. 구체적으로, 도 9에 나타낸 반경 1.2㎜의 가상 구체(Q)가 접지전극(230)의 굴곡부(237)에 있어서의 내면(233)에 접촉할 때, 그 가상 구체(Q)가 중심전극(20)(귀금속 팁(90)도 포함)이나 절연애자(10)에 접촉하지 않을 것이 규정되어 있으며, 클리어런스로서 충분한 크기를 가질 수 있는 구성으로 되어 있다.

이와 같이, 접지전극(230)의 모든 단면(235)이 금속 셸(250)의 선단 구성면(257)에 접촉된 상태에서 용접되도록, 선단 구성면(257)에 평면부(283)를 형성해서, 적어도 단면(235)의 면적만큼 평면을 확보하면, 용접 후에 있어서 양자의 사이에서 충분한 접합강도를 얻을 수 있다. 그리고 선단 구성면(257) 중 평면부(283)를 제외한 부분에 모따기 가공을 실시해서 경사면부(281) 및 평면부(282)를 형성하면, 제 1 실시형태와 같이, 모따기 가공을 실시하지 않은 경우에 남는 능각부분에 전계(電界)가 집중하는 것에 의해 발생할 수 있는 사이드 스파크를 억제할 수 있다. 또한, 가상 구체(Q)의 크기를 규정해서 클리어런스가 충분한 크기를 가지도록 함으로써, 절연애자(10)의 선단부(13)의 통형상부(11)나 중심전극(20)의 선단부(22)가 접지전극(230)의 내면(233)에 가까워지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 접지전극(230)의 내면(233)과 절연애자(10) 선단부(13)의 통형상부(11) 사이, 혹은 접지전극(230)의 내면(233)과 중심전극(20)의 선단부(22) 사이의 거리(클리어런스)의 크기를 불꽃방전간극(G)의 크기에 비해 충분하게 확보할 수 있으므로, 카본에 의한 오손이 발생했을 때의 사이드 스파크의 발생을 억제할 수 있다.

이러한 구조를 가지는 제 2 실시형태의 스파크 플러그(200)를 제조하는 과정에서는, 제 1 실시형태의 스파크 플러그(100)와는 달리, 금속 셸(250)의 선단 구성면(257)에 접지전극(230)을 접합한 후, 선단 구성면(257)에 모따기 가공을 실시하고 있다. 이하, 도 11 ~ 도 13을 참조해서, 접지전극(230)을 금속 셸(250)에 접합하는 과정을 중심으로 스파크 플러그(200)의 제조과정에 대해서 설명한다. 또한, 제조과정 중 공지의 부분에 대해서는 설명의 일부를 간략화, 혹은 생략하는 것으로 한다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 스파크 플러그(200)의 제조과정에서 제작되는 접지전극(230)은 내(耐) 부식성이 높은 니켈계 합금 등 이루어지며, 단면이 사각형인 선재를 소망하는 길이로 절단해서 직사각형으로 형성한 것이다. 기부(232)측의 단면(235)은 접지전극(30)의 연장방향에 대해 직교하는 평면으로서 형성된다.

또, 제 1 실시형태와 같이 금속 셸(250)(도 9 참조)의 원형이 되는 금속 셸 중간체(350)가 제작되고, 이 금속 셸 중간체(350)의 선단 구성면(357)에 접지전극(230)의 단면(235)이 접합된다. 금속 셸 중간체(350)는 선단 구성면(357)에 모따기 가공을 실시하기 전의 상태이며, 접지전극(230)의 단면(235)은 그 모든 면이 선단 구성면(357)에 밀접한 상태가 된다. 접지전극(230)은 기부(232)에서 선단부(231)측을 향한 자신의 연장방향이 축선(O)방향을 따라 연장되도록 유지되며, 이 상태에서 단면(235)과 선단 구성면(357)이 용접되어 접지전극(230)이 금속 셸 중간체(350)에 접합된다(전극접합공정).

이어서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 금속 셸 중간체(350)의 선단 구성면(357)에 대해서 모따기 가공이 실시된다. 구체적으로는, 금속 셸 중간체(350)의 선단 구성면(357)과 내주면(360)이 이루는 능각부(361)가, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이, 접지전극(230)이 접합된 부위를 피해서 제거되어 경사면부(381) 및 평면부(382)가 형성된다. 또, 선단 구성면(357) 중 접지전극(230)이 접합된 부위는 평면부(383)로서 모따기 가공이 실시되지 않은 상태로 유지된다(경사면형성공정). 또한, 도 12에 나타낸 금속 셸 중간체(350)는 선단 구성면(357)에 경사면부(381) 및 평면부(382)를 형성하는 도중의 상태를 나타낸 것이다.

이와 같이 접지전극(230)이 접합된 금속 셸 중간체(350)는, 나사부(352)에 나사산이 형성되어 도 9에 나타낸 금속 셸(250)로서의 형상을 이루도록 제작된다. 그리고 제 1 실시형태와 같이, 중심전극(20) 및 단자부재(40)와 일체로 이루어진 절연애자(10)가 금속 셸(250)의 통구멍 내에 삽입되고 코킹되어 유지된다. 또한 도 13에 나타낸 바와 같이, 접지전극(230)의 내면(233)이, 선단부(231)에 있어서 중심전극(20)의 선단부(22)에 접합된 귀금속 팁(90)과 대향해서 불꽃방전간극(G)을 형성하도록, 접지전극(230)의 선단부(231)가 축선(O)측을 향해 절곡되어 스파크 플러그(200)가 완성된다(갭형성공정). 이 갭형성공정에 있어서, 굴곡부(237)에 있어서의 내면(233)에 접촉하는 반경 1.2㎜의 가상 구체(Q)(도 9, 도 10 참조)가, 절연애자(10)의 선단부(13)의 통형상부(11)와, 중심전극(20)의 선단부(22)(귀금속 팁(90)도 포함)의 각각에 대해서 접촉하지 않도록, 접지전극(230)의 연장부(236) 및 굴곡부(237)가 형성된다. 이것은 제 1 실시형태와 같다.

또한, 본 발명은 각종 변형이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 제 1 실시형태에서는, 금속 셸(50)의 선단 구성면(57)을, 금속 셸 중간체(150)의 단면(159) 내주측의 에지를 모따기 가공해서 형성한 경사면부(81)와 평면부(82)에 의해 구성했지만, 모따기 가공의 형태와 크기가 상기한 각 조건을 만족하면 임의로 설정해도 좋다. 구체적으로, 도 15에 나타낸 금속 셸(450)와 같이, 선단 구성면(457)을, 축선(O)방향의 전방(선단측)을 향한 평면부(482)와, 그 지름방향 내주측의 에지를 모따기 가공한 경사면부(481)와, 지름방향 외주측의 에지를 모따기 가공한 경사면부(483)로 구성해도 좋다. 이 경우에도, 금속 셸(450)의 내주면(458)에 연속하는 경사면부(481)에 있어서의 금속 셸(450)의 윤곽선 상의 길이(L1)가, 평면부(482)의 윤곽선 상의 길이(L2)나 경사면부(483)의 윤곽선 상의 길이(L3)보다 길면 좋다. 또는, 도 16에 나타낸 금속 셸(550)과 같이, 선단 구성면(557)을, 지름방향 내측을 향한(즉 축선(O)방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 커지는) 경사면부(581)와, 지름방향 외측을 향한(즉 축선(O)방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 작아지는) 경사면부(583)로 구성해도 좋다. 이 경우에도, 금속 셸(550)의 내주면(558)에 연속하는 경사면부(581)에 있어서의 금속 셸(550)의 윤곽선 상의 길이(L1)가, 경사면부(583)의 윤곽선 상의 길이(L3)보다 길면 좋다. 그리고, 각각의 경사면부(481, 581)와 각각의 내주면(458, 558)이 이루는 각도(α)에 대해서도, 상기와 같이, 120°≤α≤150°를 만족하면 좋다. 또한, 이 경우, 접지전극측의 단면도 각 경사면부 및 평면부의 크기나 형상에 맞춰서 가공하면 좋다.

또, 접지전극(30)은, 단면이 직사각형인 선재를 절단하는 것에 의해 제작했지만, 절단을 행함과 동시에, 단면(35)이 되는 부위에 대 경사면부(38) 및 대 평면부(39)를 형성해도 좋다. 또한, 제 2 실시형태에 있어서, 경사면형성공정(도 12 참조)에서의 금속 셸 중간체(350)의 선단 구성면(357)의 모따기 가공은, 접지전극(230)의 접합부위를 피해서 모따기 가공이 실시되기 때문에, 형성되는 평면부(383)에는 능각부(361)가 남게 되는데, 이 평면부(383)에 있어서의 능각부(361)를 더 제거해도 좋다.

또, 제 2 실시형태에서는, 금속 셸 중간체(350)의 선단 구성면(357)에 접지전극(230)의 단면(235)을 접합한 후에, 양자의 접합부위를 피해서 선단 구성면(357)을 절삭해서 경사면부(381)를 형성했지만, 이 모따기 가공은 접지전극(230)을 접합하기 전에 실시해도 좋다. 이 경우, 선단 구성면(357)에 접지전극(230)의 접합부위를 미리 정해 두고, 이 접합부위를 피해서 선단 구성면(357)의 절삭을 실시해서 경사면부(381)를 형성한 후, 접합부위에 접지전극(230)의 단면(235)을 접합하면 좋다.

또, 제 1, 제 2 실시형태에서는, 각각의 금속 셸(50, 250)의 선단 구성면(57,257)에 대해서 C모따기 가공을 실시했지만, R모따기 가공이어도 좋다. 이 경우, 제 1 실시형태의 스파크 플러그(100)의 제조과정에서는, 접지전극(30)의 단면(35)의 대 경사면부(38)의 형상을 곡면형상으로 해서, R모따기 가공된 금속 셸 중간체(150)의 경사면부(181)에 대해서 확실하게 접촉할 수 있도록 해도 좋다.

또, 접지전극(30,230)은, 예를 들면 Cu 등의 열전도율이 높은 심재(芯材)를 가지는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 단면(35, 235)에서 심재를 노출시키고, 노출된 심재를 금속 셸(50, 250)의 선단 구성면(57, 257)과 접촉시킨 상태에서 접지전극(30, 230)과 금속 셸(50, 250)을 접합하면, 열전도를 행하는데 있어서 유리하다. 또한, 접지전극(30, 230)과 금속 셸(50, 250)의 용접 강도를 유지하는 점에서는 접지전극(30, 230)의 단면(35, 235)에서 심재가 노출되는 것을 억제하면 좋다. 이러한 경우에, 특히 제 1 실시형태와 같이 대 경사면부(38)을 가지는 접지전극(30)에서는 상기 대 경사면부(38)에서 심재를 노출시키도록 하면 좋다. 이와 같이 하면, 심재를 대 평면부(39)에서 노출시키는 경우에 비해, 보다 넓은 노출 면적을 확보해서 심재와 선단 구성면(57)의 접촉면적을 확보함과 아울러, 심재의 비(非) 노출부위(즉 접지전극의 외피재(外皮材))에서도 선단 구성면(57)에 대한 접촉면적을 충분하게 확보할 수 있으므로, 접합강도의 유지와 열전도 성능의 향상을 양립할 수 있다.

Claims

축선방향으로 연장되는 중심전극과;
상기 축선방향으로 연장되는 축 구멍을 가지며, 상기 중심전극을 상기 축 구멍 내의 선단측에 유지하는 절연애자(絶緣碍子)와;
상기 절연애자의 지름방향 주위를 에워싸서 해당 절연애자를 유지하는 통형상의 금속 셸로서, 자신의 선단측 개구에 있어서, 상기 축선방향의 선단측에서 상기 축선방향을 따라 보이는 외측면에 의해 구성되는 선단 구성면이 복수의 면에 의해 구성되는 금속 셸과;
일단부가 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중 적어도 하나의 면에 접합되고, 타단부측이 상기 금속 셸의 내주측을 향해 굴곡되어, 상기 타단부와 상기 중심전극의 선단부의 사이에 불꽃방전간극이 형성된 접지전극으로서, 상기 일단부에서 상기 타단부를 향해 상기 축선방향을 따라 연장되는 연장부, 및, 이 연장부와 상기 타단부의 사이에 자신을 굴곡시킨 굴곡부를 가지는, 단 하나의 접지전극;을 구비한 스파크 플러그에 있어서,
상기 접지전극의 상기 굴곡부에 있어서, 상기 중심전극측을 향한 내면과 접촉하는 반경 1.2㎜의 가상 구체를 상정했을 때에,
상기 가상 구체와, 상기 중심전극 및 상기 절연애자가 비(非) 접촉상태가 됨과 아울러,
상기 금속 셸의 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중, 상기 금속 셸의 내주면의 둘레방향에 있어서의 적어도 일부의 부위와 상기 축선방향으로 서로 인접하는 면에서, 상기 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 커지는 경사면을 구성하는 면을 제 1 면으로 했을 때에,
상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면이 상기 금속 셸의 상기 축선을 포함하는 단면의 윤곽선 상에서 각각 차지하는 길이 중, 그 윤곽선 상에 있어서 상기 제 1 면이 차지하는 길이가 가장 긴 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1에 있어서,
상기 절연애자는 자신의 선단부에 있어서,
외경(外徑)이 일정하게 이루어지는 통형상부와;
이 통형상부보다 상기 축선방향의 후단측에서 통형상부와 연속되며, 상기 축선방향의 선단측에서 후단측에 향해 외경이 커지는 외경 천이부(遷移部);를 가지며,
상기 축선방향에 있어서, 상기 절연애자의 통형상부와 상기 외경 천이부의 경계를 제 1 경계로 하고, 상기 금속 셸의 내주면과 상기 제 1 면의 경계를 제 2 경계로 했을 때에,
상기 제 2 경계가 상기 제 1 경계보다 상기 축선방향의 선단측 위치에 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 가상 구체는 상기 축선방향에 있어서, 적어도 상기 금속 셸의 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중 어느 면의 위치보다 선단측의 위치에서 상기 굴곡부의 상기 내면과 접촉함과 아울러, 상기 중심전극 및 상기 절연애자와 비(非) 접촉상태가 되는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 셸의 상기 축선을 포함하는 단면의 윤곽선 상에 있어서, 상기 금속 셸의 내주면과 상기 제 1 면이 이루는 각도를 α라고 했을 때에,
120°≤α≤150°를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 셸은, 상기 선단 구성면을 구성하는 복수의 면 중 하나의 면으로서, 상기 금속 셸의 상기 축선에 수직인 면, 또는, 상기 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 작아지는 경사면을 구성하는 면으로 이루어지는 제 2 면을 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 5에 기재한 스파크 플러그의 제조방법으로서,
상기 금속 셸의 원형이 되는 통형상 금속 셸 중간체의 선단측 개구의 단면 중 적어도 일부를 둘레방향으로 연삭(硏削)해서, 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 커지는 상기 제 1 면을 형성함과 아울러, 상기 금속 셸 중간체의 선단부에 있어서의 외측면에서 연삭되지 않고 남은 면을 상기 제 2 면으로서 구성해서, 상기 선단 구성면을 형성하는 경사면형성공정과;
상기 접지전극의 상기 일단부측의 단면에, 상기 금속 셸의 상기 제 1 면과의 접합이 예정되는 제 1 접합면과, 상기 제 2 면과의 접합이 예정되는 제 2 접합면을 형성하는 접합면형성공정과;
상기 접지전극의 상기 연장부의 연장방향을 상기 금속 셸의 원형이 되는 통형상 금속 셸 중간체의 축선방향을 따르게 해서, 상기 접지전극의 상기 일단부를 상기 금속 셸 중간체의 선단 구성면에 접합하는 전극접합공정과;
상기 접지전극의 상기 타단부를 상기 중심 전극의 선단부로 지향시켜서, 양자의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 갭형성공정;을 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.
청구항 5에 기재한 스파크 플러그의 제조방법으로서,
상기 접지전극의 상기 연장부의 연장방향을 상기 금속 셸의 원형이 되는 통형상 금속 셸 중간체의 축선방향을 따르게 해서, 상기 접지전극의 상기 일단부를 상기 금속 셸 중간체의 선단측 개구에 있어서의 단면에 접합하는 전극접합공정과;
상기 접지전극이 접합되는 상기 금속 셸 중간체의 선단측 개구에 있어서의 상기 단면 중 적어도 일부를, 상기 접지전극의 접합부위를 피해서 둘레방향으로 연삭해서, 축선방향의 후단측에서 선단측을 향해 지름이 커지는 상기 제 1 면을 형성하는 경사면형성공정과;
상기 접지전극의 상기 타단부를 상기 중심전극의 선단부로 지향시켜서, 양자의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 갭형성공정;을 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.