KR20100075641A - 스파크 플러그 - Google Patents

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KR20100075641A
KR20100075641A KR1020107010680A KR20107010680A KR20100075641A KR 20100075641 A KR20100075641 A KR 20100075641A KR 1020107010680 A KR1020107010680 A KR 1020107010680A KR 20107010680 A KR20107010680 A KR 20107010680A KR 20100075641 A KR20100075641 A KR 20100075641A
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아키라 스즈키
나오미치 미야시타
가즈요시 도리이
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal

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Abstract

접지 전극(30)의 점화부(80)는 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)에 레이저 용접을 수행함으로써 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)의 구성 재료가 융합 및 혼합되는 융합부(85)를 포함한다. 상기 융합부(85)에서, 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 80% 이상이고, 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 20% 이상이며, (P+Q)는 160% 이상이다. 따라서, 상기 점화부(80) 내 상기 부분들에서 접합 강도를 얻을 수 있으므로, 열응력으로 인한 균열, 박리작용, 등의 발생을 충분히 억제하게 된다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}
본 발명은 접지 전극과 중앙 전극 사이에 스파크 방전 갭을 형성하는 바늘-형상 점화부가 제공되는 스파크 플러그에 관한 것이다.
최근 수년 동안, 내연 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 의하여 유발되는 환경 오염에 대한 해결책들을 강화하기 위한 요구가 있었다. 스파크 플러그의 점화 성능 개선은 배기 가스의 정제에 공헌하므로, 높은 스파크 소모 저항을 가지며 접지 전극의 내표면으로부터 중앙 전극을 향하여 돌출되는 귀금속 부재(팁)가 제공되는 스파크 플러그가 있었다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이러한 구조를 갖는 상기 스파크 플러그에 있어서, 상기 접지 전극은 기존의 것에 비하여 상기 스파크 방전 갭으로부터 더욱 떨어져서 제공될 수 있으므로, 상기 스파크 방전 갭에서 생성되는 화염핵으로 하여금 성장 과정의 초기 단계에 상기 접지 전극과 접촉하도록 하는 것이 곤란하다. 따라서, 상기 접지 전극과의 접촉으로 인하여 화염핵의 열손실에 의하여 유발되는 성장의 저해, 즉, 소위 화염-감쇄 작용(flame-damping action)이 저하되어, 상기 스파크 플러그의 점화 성능을 개선하는 것이 가능하다.
이러한 구조를 갖는 상기 스파크 플러그에 있어서, 상기 귀금속 부재에는 보다 큰 열부하가 작용하므로, 상기 귀금속 부재와 상기 접지 전극과의 사이의 접합부에는 균열 또는 박리작용이 발생할 수 있다는 우려가 있다. 그러므로, 특허문헌 1에서, 상기 귀금속 부재와 상기 접지 전극과의 사이의 접합부에는, 상기 부재 및 상기 전극의 선형 팽창 계수들 사이의 선형 팽창 계수를 갖는 베이스부(중간 부재)가 상기 부재와 상기 전극과의 사이에 위치된다. 상기 큰 열부하가 작용하는 상기 귀금속 부재의 접합부 및 상기 베이스부에서 발생할 수도 있는 열응력을 감소시킴으로써, 균열 및 박리작용 등의 발생이 방지된다. 특허문헌 1에 있어서, 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부를 서로 접합하기 위하여, 접합 동안 과도한 압력을 가하는 저항 용접은 수행되지 않으며, 열의 집중이 용이한 레이저 용접이 수행되고, 상기 융합 깊이가 증가 가능하며, 접합 이후 내부 응력은 거의 잔류하지 않는다.
특허문헌 1 : 일본국 특허공개공보 제2004-134209호
레이저 용접 동안, 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부의 재료(성분)는 융합되고 혼합되어 그들 사이에 융합부를 형성한다. 그러나, 상기 융합부에서, 상기 두 가지 부재로부터 기인한 성분의 비율(이하, "혼합비"로 칭함)은 용접 동안 레이저 빔의 조사 위치, 조사 각도, 출력, 조사 시간과 같은 다양한 조건으로 인하여 각 부분에서 서로 상이하다. 따라서, 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부를 레이저 용접으로 접합만 할 때, 상기 융합부에서 상기 두 가지 부재로부터 기인한 성분의 혼합비는 편향되며, 선형 팽창 계수 사이의 차이가 부분적으로 높은 부분이 발생될 우려가 있다. 최근, 내연 엔진의 고출력 및 낮은 연료 소모로 인하여, 엔진의 연소 조건이 더욱 요구되고 있으며, 냉각/가열 사이클로 인한 열부하가 상기 융합부에 크게 영향을 미치는 경향이 있다. 상기 베이스부 및 상기 귀금속 부재의 선형 팽창 계수 사이의 차이가 상기 접합 이전의 상태에서 감소되더라도, 상기 차이는 계속 되며, 상기 융합부에서는 상기 두 가지 부재로부터 기인한 성분의 혼합비가 편향되는 부분에서 균열, 박리작용, 등의 우려가 있다.
상술한 바의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은, 귀금속 부재 및 베이스부로부터 기인한 성분의 분포를 조정함으로써, 접지 전극으로부터 돌출되는 점화부에서 상기 두 가지 부재 사이의 접합부에 형성되는 융합부로부터 상기 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 의하면,
중앙 전극;
축방향을 따라 연장되는 축홀을 가지며 상기 축홀 내에서 상기 중앙 전극을 지지하는 절연체;
상기 절연체를 원주방향으로 감싸 지지하는 금속쉘;
상기 금속쉘의 선단면에 접합되는 일단부 및 일 측표면이 상기 중앙 전극의 선단부를 향하도록 구부러진 타단부를 갖는 접지 전극; 및
상기 접지 전극의 타단부의 상기 측표면 상에서, 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되는 일 위치에서, 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 적어도 0.5㎜ 돌출된 점화부로 이루어지며,
상기 점화부는:
주로 Ni를 포함하며 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 돌출되는 형상을 갖는 베이스부;
주로 귀금속을 포함하며, 상기 베이스부의 돌출 선단에 접합되고, 그 자체와 상기 중앙 전극의 선단부와의 사이에 스파크 방전 갭을 형성하는 귀금속 부재; 및
상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부의 구성 재료를 함께 융합하기 위하여 일 측부로부터 상기 두 가지 부재를 레이저-용접함으로써 형성되는 융합부를 포함하고,
상기 점화부의 돌출 방향에 평행한 일 평면에 의하여 2등분되는 상기 점화부의 일 단면으로부터 볼 때, 상기 융합부는 상기 점화부의 돌출 방향을 따라 상기 양 측표면 사이의 중심을 통과하는 중심선을 향하여, 상기 점화부의 일 측표면 및 타 측표면 각각으로부터 상기 점화부의 돌출 방향에 대한 수직 방향으로 연장되는 형상으로, 상기 귀금속 부재와 상기 베이스부와의 사이에 형성되며,
상기 점화부의 일 단면에서,
지점(A)은 상기 일 측표면에서 상기 귀금속 부재와 상기 융합부와의 사이의 경계 위치를 나타내고,
지점(B)은 상기 일 측표면에서 상기 베이스부와 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
지점(C)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내고,
지점(D)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 베이스부와 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
지점(E), 지점(F) 및 지점(G)은 상기 지점(A)과 상기 지점(C)을 연결하는 직선으로서의 선분(AC)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(A)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
지점(H), 지점(I), 및 지점(J)은 상기 지점(B)과 상기 지점(D)을 연결하는 직선으로서의 선분(BD)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(B)으로부터의 순서대로 각각 나타내며,
지점(K1), 지점(K2), 및 지점(K3)은 상기 지점(E)과 상기 지점(H)을 연결하는 직선으로서의 선분(EH)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(E)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
지점(L1), 지점(L2), 및 지점(L3)은 상기 지점(F)과 상기 지점(I)을 연결하는 직선으로서의 선분(FI)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(F)으로부터의 순서대로 각각 나타내며, 그리고
지점(M1), 지점(M2), 및 지점(M3)은 상기 지점(G)과 상기 지점(J)을 연결하는 직선으로서의 선분(GJ)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(G)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 P ≥ 80[%]을 만족하며,
상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 Q≥ 20[%]을 만족하고, 그리고
P + Q ≤ 160[%]이 만족됨을 특징으로 하는, 스파크 플러그가 제공된다.
본 발명의 제 2 특징에 의하면,
중앙 전극;
축방향을 따라 연장되는 축홀을 가지며 상기 축홀 내에서 상기 중앙 전극을 지지하는 절연체;
상기 절연체를 원주방향으로 감싸 지지하는 금속쉘;
상기 금속쉘의 선단면에 접합되는 일단부 및 일 측표면이 상기 중앙 전극의 선단부를 향하도록 구부러진 타단부를 갖는 접지 전극; 및
상기 접지 전극의 타단부의 상기 측표면 상에서, 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되는 일 위치에서, 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 적어도 0.5㎜ 돌출된 점화부로 이루어지며,
상기 점화부는:
주로 Ni를 포함하며 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 돌출되는 형상을 갖는 베이스부;
주로 귀금속을 포함하며, 상기 베이스부의 돌출 선단에 접합되고, 그 자체와 상기 중앙 전극의 선단부와의 사이에 스파크 방전 갭을 형성하는 귀금속 부재; 및
상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부의 구성 재료를 함께 융합하기 위하여 일 측부로부터 상기 두 가지 부재를 레이저-용접함으로써 형성되는 융합부를 포함하고,
상기 점화부의 돌출 방향에 평행한 일 평면에 의하여 2등분되는 상기 점화부의 일 단면으로부터 볼 때, 상기 융합부는 상기 점화부의 돌출 방향을 따라 상기 양 측표면 사이의 중심을 통과하는 중심선을 향하여, 상기 점화부의 일 측표면 및 타 측표면 각각으로부터 상기 점화부의 돌출 방향에 대한 수직 방향으로 연장되는 형상으로, 상기 귀금속 부재와 상기 베이스부와의 사이에 형성되며,
상기 점화부의 일 단면에서,
지점(A)은 상기 일 측표면에서 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내고,
지점(B)은 상기 일 측표면에서 상기 베이스부와 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
지점(C)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내고,
지점(D)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 베이스부와 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
지점(E), 지점(F) 및 지점(G)은 상기 지점(A)과 상기 지점(C)을 연결하는 직선으로서의 선분(AC)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(A)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
지점(H), 지점(I), 및 지점(J)은 상기 지점(B)과 상기 지점(D)을 연결하는 직선으로서의 선분(BD)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(B)으로부터의 순서대로 각각 나타내며,
지점(K1), 지점(K2), 및 지점(K3)은 상기 지점(E)과 상기 지점(H)을 연결하는 직선으로서의 선분(EH)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(E)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
지점(L1), 지점(L2), 및 지점(L3)은 상기 지점(F)과 상기 지점(I)을 연결하는 직선으로서의 선분(FI)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(F)으로부터의 순서대로 각각 나타내며, 그리고
지점(M1), 지점(M2), 및 지점(M3)은 상기 지점(G)과 상기 지점(J)을 연결하는 직선으로서의 선분(GJ)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(G)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 P ≥ 60[%]을 만족하며,
상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 Q≥ 20[%]을 만족하고, 그리고
P + Q ≤ 160[%]이 만족됨을 특징으로 하는, 스파크 플러그가 제공된다.
본 발명의 상기 제 1 특징에 의한 상기 스파크 플러그에 있어서, 상기 귀금속 부재에 가까운 상기 융합부 내 부분들, 즉, 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 상기 평균 비율(P)은 80% 이상이다. 레이저 용접은 상기 귀금속 부재와 상기 베이스부 사이의 접합면을 조준하여 수행되므로, 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분, 즉, 귀금속의 혼합비는 상기 융합부와 상기 귀금속 부재 사이의 경계 근처에서 높다. 이들 부분에서, 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 상술한 바와 같이 80% 이상이므로, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 근처에 가해지는 열응력을 내연 엔진의 시동으로 인한 열부하에 의하여 처리하기에 충분한 저항(상기 접합 상태를 유지하기 위한 강도)을 얻는 것이 가능하다.
무엇보다, 높은 품질을 보장하기 위하여 상기 평균 비율(P)을 80% 이상으로 조정하는 것이 요구되며, 본 발명의 상기 특징에 의하면, 이러한 조정은 엄격한 실험 조건 하에서 도출된다. 그러므로, 상기 스파크 플러그의 실제 사용 조건과 유사한, 보다 적당한 실험 조건 하에서 상기 평균 비율(P)에 대한 조정이 도출되더라도, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 근처에 가해지는 상기 열응력에 대하여 충분한 저항을 보장하는 것이 가능하다. 본 발명의 제 2 특징에 의하면, 상기 평균 비율(P)은 60% 이상이다. 상기 제 2 특징에 의하면, 상기 평균 비율(P)이 60% 이상일 때에도, 충분히 높은 품질을 보장하는 것이 가능하다. 즉, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 근처에 가해지는 상기 열응력에 대하여 충분한 저항을 얻는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 융합부에서 상기 베이스부에 가까운 부분들, 즉, 상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 20% 이상이다. 상기 융합부에서, 상기 베이스부로부터 기인한 성분, 즉, Ni의 혼합비는 상기 융합부와 상기 베이스부 사이의 경계 근처에 높다. 여기에서, 상기 귀금속 부재는 주로 귀금속을 포함하나, 상기 베이스부는 주로 Ni를 포함하므로, 상기 두 가지 부재의 재료는 상이하다. 그러므로, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 근처에 가해지는 열응력에 대한 저항 및 상기 융합부와 상기 베이스부 사이의 경계 근처에 가해지는 열응력에 대한 저항은 상이하다. 상기 스파크 플러그를 사용할 때 상기 점화부로부터 수신되는 열은 상기 베이스부의 측부로부터 전달되므로, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이의 경계 근처에 가해지는 열응력 및 상기 베이스부와 상기 융합부 사이의 경계 근처에 가해지는 열응력은 상이하다. 조건의 차이로부터, 상기 융합부에서, 상기 귀금속 부재에 가까운 부분에서 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 혼합비 및 상기 베이스부에 가까운 부분에서 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 혼합비는 균일하지 않다. 그러므로, 상기 열응력으로 인한 균열, 박리작용, 등의 발생을 충분히 억제할 수 있고, 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 20% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, (P+Q)는 160% 이하로 조정된다. 따라서, 상기 융합부에서, 상기 귀금속 부재에 가까운 부분에서 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 혼합비 및 상기 베이스부에 가까운 부분에서 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 혼합비 사이의 차이가 증가됨을 억제할 수 있다. 즉, 상기 융합부에서 부분별로 상기 성분의 혼합비 사이의 차이로 인하여 발생할 수도 있는 선형 팽창 계수들 사이의 차이를 비교적 작게 억제하는 것이 가능하므로, 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제할 수 있고 용접을 더욱 강하게 유지할 수 있다.
상기 귀금속 부재가 상기 귀금속에 더하여 상기 베이스부와 동일한 재료를 포함하는 경우도 있을 수 있다. 상기 융합부에서, 상기 귀금속 부재의 성분 및 상기 베이스부의 성분은 융합된다. 상기 지점들(K1,L1,M1)에서 발견된 바, 상기 베이스부의 성분과 동일한 성분 중 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분을 명시하기 위하여, 우선, 상기 베이스부에 포함되지 않은 성분(이하, "특정 성분"으로 칭함)을 상기 귀금속 부재의 조성으로부터 명시하고, 상기 융합부 중 상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 특정 성분의 함량비를 구한다. 상기 귀금속 부재의 조성에 기초하여, 상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 혼합비를 추정한다. 이는 또한 상기 베이스부측의 상기 지점들(K3,L3,M3)에도 적용된다.
비록 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되는 위치에 상기 점화부가 배치되더라도, 본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에서 언급되는 상기 대향 위치는, 엄밀하게, 서로 대향되는 상기 선단부 및 상기 점화부의 표면들이 서로 평행한 상태, 또는, 상기 중앙 전극 및 상기 점화부가 상기 축을 따라 정확히 배열되는 구조를 칭하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 제 1 및 제 2 특징에 의한 상기 스파크 플러그에 특정 레벨의 파워가 공급될 때, 상기 중앙 전극의 선단부 및 상기 점화부 사이에 스파크 방전 갭을 형성하기만 하면 된다.
본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면 상기 점화부를 2등분하는 단면은 상기 점화부의 중심선을 포함하는 일 평면을 2등분하는 일 단면을 칭한다. 그러므로, 상기 점화부가 원통형일 때, 이는 축을 포함하는 일 평면을 2등분하는 일 단면으로서 언급된다. 한편, 상기 돌출 방향에 대하여 수직인 상기 점화부의 단면의 형상은 불규칙적이고, 상기 돌출 방향 일 단면에서 임의의 일 부분을 좌표로 나타낼 때, 평균 좌표의 위치는 상기 돌출 방향 단면에서의 중심 위치로 간주된다. 일련의 이러한 단면들의 각 중심 위치에 가장 가까운 일 직선은 상기 점화부의 중심선으로 간주되며, 상기 중심선을 포함하는 상기 점화부의 단면이 도시된다.
본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, "주성분"은 상기 성분(원소 또는 화합물)을 포함하는 모든 성분들 중에서 가장 높은 함량비(wt%)를 갖는 성분을 칭한다. 예를 들면, Ni가 상기 주성분인 경우, 상기 Ni 원소의 함량비는 모든 성분 중에서 기타 성분보다 높다. Ni 화합물이 상기 주성분인 경우, 상기 Ni 원소의 함량비가 아닌 Ni 화합물의 함량비가 기타 성분보다 더욱 높다. 모든 성분 중 귀금속이 주성분인 경우, 귀금속으로 분류되는 원소 또는 화합물이 추출되며, 이들의 함량비 총계가 기타 성분의 총계보다 더욱 높을 수 있다. 구체적으로 말하자면, 예를 들어, 40Pt-20Rh-40Ni의 경우, 귀금속 Pt의 함량비 Rh의 함량비의 총계가 Ni의 함량비보다 더욱 높으므로, 주성분은 귀금속이다.
그러나, 상기 융합부는 상기 점화부의 일측으로부터 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부 사이의 접합면을 조준하여 레이저 용접에 의하여 형성되므로, 상기 융합부는 상기 점화부의 외표면에서 공기 중에 노출된다. 상기 융합부는 상기 점화부로부터 상기 접지 전극까지의 열전도 경로 상에서 상기 베이스부로부터 상류측에 배치되므로, 상기 융합부는 내연 엔진의 작동으로 인하여 상기 베이스부에 비하여 높은 온도에서 산화에 의한 영향을 받기 쉽다. 그러므로, 본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 지점들(K1,K2,K3)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)은 R≥60[%]을 만족할 수 있다. 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 비율(R)이 상기 융합부의 외주에 가까운 부분들, 즉, 상기 지점들(K1,K2,K3)에서 60% 이상일 때, 이들 부분에서 상기 귀금속의 함량비는 비교적 높도록 증가될 수 있으므로, 산화 저항을 개선하고 균열, 박리작용, 등의 발생을 충분히 억제한다.
본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 평균 비율(R)은 R≥55[%]을 만족할 수 있다. 상기 평균 비율(R)이 55% 이상일 때, 높은 산화 저항을 얻을 수 있고, 따라서, 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제한다. 균열이 발생하더라도, 상기 균열이 매우 작을 때, 상기 융합부에 의하여 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부 사이의 접합을 충분하게 보장할 수 있고, 따라서, 상기 스파크 플러그의 실제 사용을 위한 충분한 성능을 얻게 된다.
본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 베이스부는 상기 접지 전극과는 상이한 부재로 형성가능하다. 상기 베이스부는 상기 접지 전극과는 상이한 부재로 형성가능하고, 상기 베이스부에 있어서, 상기 귀금속 부재 및 상기 접지 전극의 선형 팽창 계수들 사이의 차이는 감소된다. 상술한 바와 같이, 상기 융합부에서 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 혼합비가 조정될 때, 상기 부재들 간의 접합 강도를 증가시키는 것이 가능하므로, 균열, 박리작용, 등의 발생이 억제된다.
그러나, 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부 사이의 증가된 접합 강도는 상기 귀금속 부재로부터 상기 접지 전극까지의 열전도를 감소시키기 위한 구성을 실현하는 것을 가능하게 한다. 구체적으로 말하자면, 본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 베이스부의 열전도율이 W[W/(m·K)]이고, 상기 접지 전극의 열전도율은 X[W/(m·K)]이며, 상기 귀금속 부재의 열전도율은 Y[W/(m·K)]이라고 가정할 때, 상기 구성은 Y>X≥W을 만족할 수 있다. 열전도율 사이에 상기 관계가 주어지는 경우, 열이 상기 귀금속 부재 내에 모여지기가 더욱 용이하나, 내연 엔진 자체의 온도가 특히 상기 내연 엔진의 시동 동안 낮을 때, 공기-연료 혼합물에 대한 점화는 상기 스파크 방전 갭에 접촉되는 상기 귀금속 부재가 높은 온도일 때 적절히 수행될 수 있으므로, 높은 점화 성능을 얻게 된다.
본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 귀금속 부재는 주로 Pt를 포함할 수 있고, Ir, Rh, W, Pd, Ru, Re, Ni, Al, Al2O3, Y, 및 Y2O3 중에서 한 가지 이상을 1wt% 이상 포함할 수 있다. 이러한 귀금속 부재의 사용은 산화 및 스파크 소모에 대하여 높은 저항을 얻는 데에 바람직하다.
그러나, 성장 동안 상기 스파크 방전 갭 내에 형성되는 화염핵이 상기 접지 전극에 거의 접촉하지 않도록 하기 위하여, 점화 성능을 더욱 개선하기 위해서는, 상기 접지 전극의 측표면으로부터의 상기 점화부 돌출량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 상기 스파크 방전 갭의 크기가 보장되어야 하므로, 상기 접지 전극 자체는 상기 금속쉘로부터 더욱 돌출될 필요가 있다. 그러면 상기 접지 전극의 연소실로부터 수신되는 열의 양이 증가되므로, 상기 점화부로부터의 열전도 성능이 저하되고, 상기 점화부에 가해지는 열부하가 더욱 증가될 것이라는 우려가 있다. 그러나, 이러한 경우, 본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 점화부의 돌출 방향에 평행한 평면에 의하여 2등분되는 상기 점화부의 단면으로부터 볼 때, 상기 금속쉘의 선단면에 가장 가까운, 상기 축방향 융합부 내의 한 위치로부터 상기 선단면까지의 최단거리는 4㎜ 이상으로 될 수 있다. 상기 점화부가 상술한 바의 구성을 갖도록 제공되는 경우, 상기 점화부는 엄격한 사용 조건에 노출된다. 그러나, 상기 융합부에서 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 혼합비를 조정함으로써 그리고 상기 부재들 간의 접합 강도를 더욱 강화함으로써 균열, 박리작용, 등의 발생이 억제 가능한 본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의한 스파크 플러그는 이러한 엄격한 조건을 충분히 견딜 수 있고 적절히 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의하면, 상기 일단부로부터 타단부를 향하여 연장되는 방향에 대하여 수직인 상기 접지 전극의 단면 영역은 4㎟ 이하이다. 상기 단면의 영역이 4㎟ 이하의 바늘 형상을 형성할 때, 상기 열 전도 경로 상의 열 흐름 속도는 감소되므로, 상기 점화부의 열전도 성능은 저하된다. 그러나, 상기 융합부에서 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 혼합비를 조정함으로써 상기 부재들 간의 접합 강도를 강화할 수 있는 본 발명의 상기 제 1 및 제 2 특징에 의한 스파크 플러그는 균열, 박리작용, 등의 발생을 충분히 억제할 수 있고 적절히 사용될 수 있다.
도 1은 스파크 플러그(100)의 부분적인 단면도
도 2는 도 1의 2점-쇄선(S)으로 나타낸 바, 상기 스파크 플러그(100)의 선단부의 부분적인 확대 단면도
도 3은 중심선(Z)을 포함하는 평면을 따라 취한 점화부(80)의 단면도
도 4는, 상기 중심선(Z)을 포함하는 평면을 따라 취한, 상이한 형상의 융합부(185)가 형성되는 점화부(180)의 단면도
도 5는 상기 점화부(80)에 발생될 수 있는 균열, 박리작용, 등의 형상을 설명하기 위한 도면
도 6은 상기 점화부(180)에 발생될 수 있는 균열, 박리작용, 등의 형상을 설명하기 위한 도면
도 7은, 상기 중심선(Z)을 포함하는 평면을 따라 취한, 상이한 형상의 융합부(285)가 형성되는 점화부(280)의 단면도
도 8은, 상기 중심선(Z)을 포함하는 평면을 따라 취한, 상이한 형상의 융합부(385)가 형성되는 점화부(380)의 단면도
도 9는, 상기 중심선(Z)을 포함하는 평면을 따라 취한, 상이한 형상의 융합부(485)가 형성되는 점화부(480)의 단면도
도 10은, 상기 중심선(Z)을 포함하는 평면을 따라 취한, 상이한 형상의 융합부(585)가 형성되는 점화부(580)의 단면도
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 스파크 플러그를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 일 예로서 상기 스파크 플러그(100)의 구성을 설명한다. 도 1 및 도 2에서, 상기 스파크 플러그(100)의 축방향(O)은 도면에서의 상하 방향을 나타내며, 하측 및 상측은 상기 스파크 플러그(100)의 선단측 및 후단측을 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(100)는, 주로, 중앙 전극(20)이 축홀(12) 내의 선단측에 지지되고, 후단측의 단자 금속 고정구(40)가 절연체(10)에 의하여 지지되며, 상기 절연체(10)의 방사상 둘레부가 금속쉘(50)에 의하여 둘러싸여 지지되는 구성을 갖는다. 접지 전극(30)은 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 접합되고, 타단부(선단부(31))측은 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되도록 구부려진다.
우선, 상기 스파크 플러그(100)의 절연체(10)를 설명한다. 상기 절연체(10)는, 주지된 바와 같이, 알루미나 등에 소성을 수행함으로써 형성되고, 내부에 상기 축홀(12)이 축 중심에서 축방향(O)으로 연장되는 실린더 형상을 갖는다. 가장 큰 외경을 갖는 플랜지부(19)는 상기 축방향(O)에서 실질적으로 상기 중심에 형성되고, 후단측 생크(shank)부(18)는 상기 플랜지부(19) 후방의 후단측(도 1에서의 상측)에 형성된다. 상기 후단측 생크부(18)보다 작은 외경을 갖는 선단측 생크부(17)는 상기 플랜지부(19) 전방의 선단측(도 1에서의 하측)에 형성된다. 상기 선단측 생크부(17)보다 작은 외경을 갖는 길다란 레그부(13)는 상기 선단측 생크부(17) 전방의 상기 선단측에 형성된다. 상기 길다란 레그부(13)의 직경은 상기 선단측으로 갈수록 감소되며, 상기 스파크 플러그(100)를 내연 엔진의 엔진 헤드(도시 생략)에 장착할 때 연소실에 노출된다. 스텝부(15)는 상기 길다란 레그부(13) 및 상기 선단측 생크부(17) 사이에 스텝 형상으로 형성된다.
다음으로, 상기 중앙 전극(20)을 설명한다. 상기 중앙 전극(20)은 베이스 물질(24)보다 열전도율이 좋은 구리로 또는 주로 구리를 포함하는 합금으로 형성되는 코어 물질(25)이, Ni로 또는 인코넬(Inconel, 상표명) 600 또는 601과 같이 Ni를 주로 포함하는 Ni 합금 물질로 이루어지는 상기 베이스 물질(24) 내에 매설되는 구조를 갖는 바-형상 전극이다. 상기 중앙 전극(20)은 상기 선단측 상에서 상기 절연체(10)의 축홀(12) 내에 지지된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)는 상기 선단측 상에서 상기 절연체(10)의 선단으로부터 전방으로 돌출된다. 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)는 상기 선단측으로 갈수록 더욱 작은 직경을 갖도록 형성되며, 스파크 소모 저항을 개선하기 위하여 귀금속으로 형성되는 전극 팁(90)은 상기 선단부(22)의 선단면에 접합된다.
상기 절연체(10)의 선단 근처의 상기 축홀(12)의 내주면과 상기 내주면에 대향되는 상기 중앙 전극의 외주면 사이에는 작은 갭이 마련된다. 가열 동안, 상기 갭 내에는 코로나 방전이 발생되며, 상기 절연체(10)의 선단 근처에 부착된 탄소가 연소되므로, 상기 스파크 플러그(100)는 상기 스파크 방전 갭 내의 절연 저항을 회복할 수 있다. 상기 중앙 전극(20)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 축홀(12) 내에서 상기 후단측을 향하여 연장되고, 상기 축방향(O)을 따라 연장되는 도전성 밀봉 부재(4) 및 세라믹 저항(3)을 통하여 상기 후측(도 1에서의 상측) 상의 상기 단자 금속 고정구(40)에 전기적으로 접속된다. 고압 케이블(도시 생략)은 플러그 캡(도시 생략)을 통하여 상기 단자 금속 고정구(40)에 접속되고, 고전압이 인가된다.
다음으로, 상기 금속쉘(50)을 설명한다. 도 1에 나타낸 상기 금속쉘(50)은 상기 스파크 플러그(100)를 내연 엔진의 엔진 헤드(도시 생략)에 고정하기 위하여 원통형 형상을 갖는 쉘이다. 상기 금속쉘(50)은 상기 절연체(10)의 상기 후단측 생크부(18)의 일 부분으로부터 상기 길다란 레그부(13)에로 연장되는 일 부분을 감싸기 위하여 그의 원통형 홀로써 상기 절연체(10)를 지지한다. 상기 금속쉘(50)은 저탄소강 물질로 형성되며, 도시 생략된 스파크 플러그 렌치가 맞물리는 도구 결합부(51) 및 엔진 헤드의 장착홀(도시 생략)이 나사 결합되는 나사산이 마련된 장착 나사부(52)를 포함한다.
플랜지-형상 밀봉부(54)는 상기 금속쉘(50)의 상기 도구 결합부(51) 및 상기 장착 나사부(52) 사이에 형성된다. 판 부재를 구부림으로써 형성되는 환형상 개스킷(5)은 상기 장착 나사부(52)와 상기 밀봉부(54) 사이의 스크류 헤드(59)에 삽입되어-끼워맞춤된다. 상기 개스킷(5)은, 상기 스파크 플러그(100)가 엔진 헤드의 장착홀(도시 생략)에 장착될 때, 상기 밀봉부(54)의 장착 표면(55)와 상기 장착홀의 개방 림 사이에 가압되어 밀어 넣어져서, 이들 사이의 공간을 밀봉함으로써, 상기 장착홀을 통하여 엔진 내의 가스가 누출됨을 방지한다.
상기 도구 결합부(51) 후방의 상기 금속쉘(50)의 후단측에는, 박형 스웨이지부(53)가 마련된다. 상기 밀봉부(54)와 상기 도구 결합부(51) 사이에는, 상기 스웨이지부(53)와 마찬가지로 박형인 버클링부(58)가 마련된다. 상기 도구 결합부(51)로부터 상기 스웨이지부(53)까지 연장되는 상기 금속쉘(50)의 내주면과 상기 절연체(10)의 후단측 생크부(18)의 외주면 사이에는, 환형상 링 부재(6,7)가 배치된다. 상기 두 링부재(6,7) 사이에는, 활석 분말(탤컴)(9)이 채워진다. 상기 스웨이지부(53)를 내측으로 구부러지도록 스웨이징함으로써, 상기 절연체(10)는 상기 링 부재(6,7) 및 이들 사이에 위치되는 상기 활석(9)에 의하여 상기 금속쉘(50) 내에서 상기 선단측을 향하여 가압된다. 따라서, 상기 절연체(10)의 스텝부(15)는, 상기 금속쉘(50) 및 상기 절연체(10)가 일체로 되도록, 상기 금속쉘(50)의 내주에 형성된 스텝부(56)와 상기 장착 나사부(52) 사이에 배치되는 환형상 플레이트 패킹(8)이 상기 장착 나사부(52)에 마련된 위치에서 상기 스텝부(56)에 의하여 지지된다. 여기에서, 상기 플레이트 패킹(8)에 의하여 상기 금속쉘(50)와 상기 절연체(10) 사이의 기밀성이 유지되므로, 연소 가스의 누출을 방지하게 된다. 상기 버클링부(58)는 스웨이징 동안 압축력이 인가됨에 따라 외부로 구부러지는 구조로 된다. 상기 버클링부(58)에 의하여, 상기 축(O) 방향으로 상기 활석(9)의 압축 길이가 증가되고, 따라서 상기 금속쉘(50)의 기밀성이 강화된다.
다음으로, 상기 접지 전극(30)을 설명한다. 도 2에 나타낸 바의 상기 접지 전극(30)은 직사각형 단면을 갖는 바-형상 전극이고, 그의 일단부(베이스 단부(32))는 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 접합된다. 이는 상기 축방향(O)에서 상기 베이스 단부(32)로부터 연장되고, 타단부(선단부(31))의 일 측표면(내표면(33))이 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 대향되도록 그의 구부러짐부(34)에서 구부러진다. 상기 접지 전극(30)은, 상기 중앙 전극(20)과 마찬가지로, Ni로 또는 인코넬(상표명) 600 또는 601과 같이 주로 Ni를 포함하는 합금으로 형성된다.
상기 접지 전극(30)의 선단부(31)는 4㎟ 이하의 단면 영역을 갖는 컬럼 형태(바늘 형상)을 가지며 상기 내표면(33)으로부터 적어도 0.5㎜만큼 상기 중앙 전극을 향하여 돌출되는 점화부(80)가 마련된다. 상기 실시예에 의한 점화부(80)는, 상기 접지 전극(30)의 내표면(33) 상에서, 상기 내표면(33)으로부터 상기 중앙 전극(20)을 향하여 돌출되는 컬럼-형상 베이스부(82)의 돌출 선단에 컬럼-형상 귀금속 부재(81)를 접합함으로써 형성된다. 상기 귀금속 부재(81)는 주로 Pt 및 1wt% 이상의 Ir, Rh, W, Pd, Ru, Re, Ni, Al, Al2O3, Y, Y2O3 으로부터 한 가지 이상을 포함하며 및 우수한 스파크 소모 저항을 갖는다. 상기 접지 전극(30)의 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)를 서로 접합하는 것은 레이저 용접에 의하여 수행되며, 이들 두 가지 부재 사이의 접합부에서, 융합부(85)는 서로 융합되어 혼합되는 상기 두 가지 부재의 구성 재료(성분)로 형성된다.
상기 점화부(80)에서, 상기 귀금속 부재(81)는 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)(보다 구체적으로 말하자면, 상기 선단부(22)에 접합되는 상기 전극 팁(90))에 대향되는 위치에 마련되고, 스파크 방전 갭(GAP)은 이들 두 가지 부재 사이에 형성된다. 상기 접지 전극(30)은 상기 선단부(31)가 상기 축선(O) 방향의 선단을 향하여 더욱 돌출되는 구조로 된다. 구체적으로 말하자면, 상기 점화부(80)의 융합부(85) 내 상기 축방향(O)으로 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 가장 가까운 일 위치에서의 일 부분으로부터 상기 선단면(57)까지의 최단거리(N)는 4㎜ 이상이다. 즉, 상기 스파크 플러그(100)를 엔진에 조립할 때, 상기 연소실보다 상기 중심측에 보다 가깝게 상기 스파크 방전 갭(GAP)을 제공하는 구조로 된다.
서로 대향되는 상기 점화부(80)와 상기 중앙 전극(20)의 상기 선단부(22) 사이의 대응 관계는 이들 두 가지 부재 사이에 상기 스파크 방전 갭(GAP)이 형성되는 한 충분하며, 상기 점화부(80) 및 상기 전극 팁(90)의 대향 표면들(서로 대향되는 표면들)은 엄격한 대응 관계를 가질 필요가 없다. 그러므로, 상기 스파크 플러그(100)의 축(O) 및 상기 점화부(80)의 중심선(Z)은 서로에 대하여 엄격하게 배열될 필요가 없다. 여기에서, 상기 점화부(80)의 중심선(Z)은 상기 점화부(80)의 돌출 방향(즉, 상기 점화부(80)가 상기 접지 전극(30)의 내표면(33)으로부터 상기 중앙 전극(20)을 향하여 돌출하는 방향)에 대하여 수직인 단면의 중심을 통과하는 선을 가리키며, 상기 돌출 방향 또는 그의 근사 선(approximate line)에 평행하다.
본 실시예에 의하여 상술한 바의 구성을 갖는 상기 스파크 플러그(100)에 있어서, 상술한 바와 같이, 상기 점화부(80)의 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)의 접합은 레이저 용접에 의하여 수행된다. 구체적으로 말하자면, 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)는 상기 점화부(80)의 상기 돌출 방향(상기 내표면(33)으로부터 상기 중앙 전극(20)까지의 방향 및 후술되는 상기 중심선(Z)의 방향)으로 서로 중첩된다. 이러한 상태에서, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면을 조준하기 위하여, 레이저 빔은 원주 방향으로 이동되도록 일 측(상기 중심선(Z)이 축으로서 사용되는 경우 방사 방향에서의 외측)로부터 상기 중심선(Z)을 향하여 조사된다. 따라서, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이에서, 융합부(85)는 서로 융합되어 혼합되는 이들 두 가지 부재의 구성 재료(성분)로 형성되며, 상기 점화부(80)는 상기 두 가지 부재가 하나의 몸체로 서로 접합되도록 형성된다. 이 때에, 상기 레이저 빔의 조사는 연속적으로 또는 간헐적으로 수행될 수 있다. 그러나, 간헐적인 조사의 경우에는, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면의 위치가 상기 점화부(80)의 외주측으로부터 볼 때 상기 융합부(85)로 되도록 상기 레이저 빔의 조사 위치를 서로 중첩시키는 것이 바람직하다.
그러나, 주로 Pt를 포함하는 상기 귀금속 부재(81) 및 주로 Ni를 포함하는 상기 베이스부(82)의 선형 팽창 계수들 사이에는 차이가 존재하므로, 상기 융합부(85)와 상기 귀금속 부재(81) 또는 상기 베이스부(82) 사이의 경계 근처에서 열응력으로 인하여 균열, 박리작용, 등이 발생할 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 융합부(85)의 선형 팽창 계수는 상기 귀금속 부재(81) 또는 상기 베이스부(82)의 그것에 근접하는 것이 바람직하다. 여기에서, 상기 융합부(85)에서, 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인하는 성분 및 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분은 서로 혼합된다. 그러나, 각 부재로부터 기인하는 성분들의 혼합비는 전체 융합부(85)에 걸쳐 균일하지 않고, 상기 융합부(85)의 각 부분에에서 상이하다. 상기 귀금속 부재(81)에 가까운 일 측에서, 상기 선형 팽창 계수 사이의 차이는 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 혼합비가 증가됨에 따라 감소될 수 있으므로, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 상기 열응력을 처리하기 위한 저항(상기 두 가지 부재의 접합 상태를 유지하기 위한 강도)은 증가될 수 있다. 마찬가지로, 상기 베이스부(82)에 가까운 일 부분에서, 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 상기 열응력에 대한 저항은 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비가 증가함에 따라 증가될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 융합부(85)의 각 부분에서 각 부재로부터 기인하는 성분의 혼합비가 목표 범위로 되도록 하기 위해서는, 용접 동안 상기 레이저 빔의 조사 위치, 조사 각도, 출력, 조사 시간, 등과 같은 다양한 조건들이 조정되도록 설정할 수 있다.
무엇보다, 상기 귀금속 부재(81)에 주로 포함되는 귀금속 및 상기 베이스부(82)에 주로 포함되는 Ni가 서로 상이하므로, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 상기 열응력에 대한 저항 및 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 상기 열응력에 대한 저항은 서로 상이하다. 상기 스파크 플러그(100)를 사용하는 동안 상기 점화부(80)에 가해지는 열이 상기 베이스부(82)의 측부로부터 전달되므로, 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 융합부(85)의 경계 근처에 가해지는 열응력과 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이의 경계에 가해지는 열응력과의 사이에는 차이가 존재한다. 이러한 관점으로부터, 상기 융합부(85)에서는, 상기 귀금속 부재(81)에 가까운 부분에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 혼합비 또는 상기 베이스부(82)에 가까운 부분에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비가 균일하게 설정되지 않으나, 부분에 따라 상기 혼합비를 설정하는 것은 상기 열응력으로 인한 균열, 박리작용, 등의 발생을 적절히 방지하는 데에 중요하다. 그러므로, 본 실시예에 의하여, 상기 융합부(85)의 특정 부분에서 상기 융합부(85)의 성분에 대한 조성을 얻고, 상기 특정 부분에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분 사이의 혼합비를 조정한다.
이하, 상기 융합부(85)의 특정 부분에서의 조성에 대한 조정을 도 3 및 도4를 참조하여 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의하여, 상기 점화부(80)의 융합부(85)를 상기 점화부(80)의 측부로부터 상기 중심선(Z)에 도달하는 깊이로 형성한다. 즉, 상기 점화부(80)의 일 단면에서, 상기 점화부(80)의 외곽선에서 상기 중심선(Z)에 대하여 수직 방향으로 일 측표면(83)과 타 측표면(84)과의 사이에, 상기 융합부(85)가 상기 양 측표면(83,84) 사이에 연속된다.
상술한 바의 형상을 갖는 상기 융합부(85)의 일 단면에서, 다음에 나타낸 순서대로, 특정 부분(지점들 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K1~K3, L1~L3, M1~M3)가 결정된다. 우선, 상기 점화부(80)의 일 측표면(83) 상에서, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(A)로 칭하고, 상기 융합부(85)와 상기 베이스부(82) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(B)로 칭한다. 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(C)로 칭하고, 마찬가지로, 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 상기 융합부(85)와 상기 베이스부(82) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(D)로 칭한다. 상기 중심선(Z) 상에서, 상기 양 측표면(83,84) 사이에 상기 융합부(85)가 연속되는 점화부(80)의 경우, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이 경계의 위치를 상기 지점(C)로 칭하고, 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이 경계의 위치를 상기 지점(D)로 칭한다. 다음으로, 상기 지점(A) 및 상기 지점(C)을 연결하는 선분(AC)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(A)로부터 순서대로 상기 지점(E), 상기 지점(F), 및 상기 지점(G)으로 칭한다. 마찬가지로, 상기 지점(B) 및 상기 지점(D)을 연결하는 선분(BD)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(B)으로부터 순서대로 상기 지점(H), 상기 지점(I), 및 상기 지점(J)으로 칭한다. 상기 지점(E) 및 상기 지점(H)을 연결하는 선분(EH)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(E)으로부터 순서대로 상기 지점(K1), 상기 지점(K2), 및 상기 지점(K3)으로 칭하고, 상기 지점(F) 및 상기 지점(I)을 연결하는 선분(FI)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(F)으로부터 순서대로 상기 지점(L1), 상기 지점(L2), 및 상기 지점(L3)으로 칭한다. 상기 지점(G) 및 상기 지점(J)을 연결하는 선분(GJ)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(G)으로부터 순서대로 상기 지점(M1), 상기 지점(M2), 및 상기 지점(M3)으로 칭한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 점화부(180) 내에 형성된 융합부(185)가 상기 측표면(83) 또는 상기 측표면(84)으로부터 상기 중심선(Z)에 도달하는 깊이로 형성되지 않는 경우에도, 상기 특정 부분들(지점들 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K1~K3, L1~L3, M1~M3)의 순서는 마찬가지로 결정된다. 우선, 점화부(180)의 일 측표면(83) 상에서, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(185) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(A)로 칭하고, 상기 융합부(185)와 상기 베이스부(82) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(B)로 칭한다. 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(185) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(C)로 칭하고, 마찬가지로 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 상기 융합부(185)와 상기 베이스부(82) 사이 경계의 일 위치를 상기 지점(D)로 칭한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 융합부(185)가 상기 중심선(Z)의 방향으로 상기 귀금속 부재(81)에 다소 가까이 형성되는 경우, 상기 지점(D)은 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이 접합면과 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(185) 사이 경계와의 교차 지점의 일 위치이다. 여기에서, 비록 도면에는 도시하지 않았으나, 예를 들면, 상기 융합부의 가장 깊은 위치가 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부 등 사이의 접합면의 일 위치로 될 수 있도록 레이저 용접을 수행하는 경우, 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 상기 귀금속 부재와 상기 융합부 사이 경계의 일 위치 및 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 상기 융합부와 상기 베이스부 사이 경계의 일 위치는 동일하며, 상기 지점(C) 및 상기 지점(D)의 위치들은 동일하다. 다음으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 지점(A) 및 상기 지점(C)을 연결하는 선분(AC)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(A)으로부터 순서대로 상기 지점(E), 상기 지점(F), 및 상기 지점(G)으로 칭한다. 마찬가지로, 상기 지점(B) 및 상기 지점(D)을 연결하는 선분(BD)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(B)으로부터 순서대로 상기 지점(H), 상기 지점(I), 및 상기 지점(J)으로 칭한다. 이 후, 상술한 바의 설명과 마찬가지로, 상기 지점(E) 및 상기 지점(H)을 연결하는 선분(EH)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(E)으로부터 순서대로 상기 지점(K1), 상기 지점(K2), 및 상기 지점(K3)으로 칭하며, 상기 지점(F) 및 상기 지점(I)을 연결하는 선분(FI)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(F)으로부터 순서대로 상기 지점(L1), 상기 지점(L2), 및 상기 지점(L3)으로 칭한다. 상기 지점(G) 및 상기 지점(J)을 연결하는 선분(GJ)을 4등분하는 3등분 지점들을 상기 지점(G)으로부터 순서대로 상기 지점(M1), 상기 지점(M2), 및 상기 지점(M3)으로 칭한다.
본 실시예에서, 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1), 상기 지점(L1), 및 상기 지점(M1) 각각에서 상기 융합부(85)의 조성을 측정하며, 각각의 특정 부분에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 비율을 구하고, 그의 평균 비율(P)이 얻어질 때, 이를 P≥60[%]로 조정하며, 더욱 바람직하게는, P≥80[%]이 만족되도록 조정한다. 마찬가지로, 각각의 상기 특정 부분들, 상기 지점(K3), 상기 지점(L3), 및 상기 지점(M3)에서 상기 융합부(85)의 조성을 측정하며, 각각의 특정 부분에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 비율을 구하고, 그의 평균 비율(Q)이 얻어질 때, 이를 Q≥20[%]이 만족되도록 조정한다. 얻어진 상기 평균 비율(P) 및 상기 평균 비율(Q)의 총계는 P+Q≤160[%]이 만족되도록 조정한다. 각각의 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1), 상기 지점(K2), 및 상기 지점(K3)에서 상기 융합부(85)의 조성을 측정하며, 각각의 특정 부분에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 비율을 구하고, 그의 평균 비율(R)이 얻어질 때, 이를 R≥55[%]로 조정하며, 더욱 바람직하게는, R≥60[%]이 만족되도록 조정한다.
여기에서, 상기 융합부(85)의 상기 각 특정 부분에서, 목표 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율을 구하는 방법을 설명한다. 예를 들면, 상기 융합부(85) 내 상기 각각의 특정 부분들, 상기 지점(K1), 상기 지점(L1), 및 상기(M1)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 다음과 같이 구한다.
<1> 상기 귀금속 부재(81)의 조성 및 상기 베이스부(82)의 조성을 미리 측정하고, 이들 두 가지 부재의 성분을 서로 비교하며, 상기 베이스부(82)에는 포함되지 않고 상기 상기 귀금속 부재(81)에는 포함된 성분(특정 성분)을 명시한다.
<2> 그리고나서, 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1)에서 상기 융합부(85)의 조성을 측정하고, 상기 귀금속 부재(81)에 포함된 상기 특정 성분의 단위 당 함량(content per unit)(함량비)을 구한다.
<3> 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1)에서의 상기 특정 성분의 함량비 및 상기 귀금속 부재(81)의 조성으로부터, 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1)에서의 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 혼합비, 즉, 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 비율을 추정한다.
<4> <2> 및 <3>을 상기 특정 부분들, 상기 지점(L1) 및 상기 지점(M1)에 대하여 수행하고, 및 각각의 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1), 상기 지점(L1), 및 상기 지점(M1)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 비율의 평균(평균 비율(P))을 구한다.
상기 융합부(85) 내 상기 특정 부분들, 상기 지점(K3), 상기 지점(L3), 및 상기 지점(M3)에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q), 또는 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1), 상기 지점(K2), 및 상기 지점(K3)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)을 상술한 바와 동일한 순서로 구한다.
상술한 바와 같이 상기 융합부(85) 내 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1), 상기 지점(L1), 및 상기 지점(M1)에서 구한 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 상기 평균 비율(P)이 80% 이상일 때, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 균열, 박리작용, 등의 발생을 충분히 억제할 수 있다는 것이 후술되는 실시예 1로부터 증명된다. 무엇보다, 실시예 1은 엄격한 실험 조건 하에서 수행하였으며, 후술되는 실시예 2에 의하면, P≥60[%]일 때에도 균열, 박리작용, 등의 발생을 충분히 억제할 수 있다는 것이 증명된다. 한편, 상기 융합부(85) 내 상기 특정 부분들, 상기 지점(K3), 상기 지점(L3), 및 상기 지점(M3)에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)이 20% 이상일 때, 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 균열, 박리작용, 등의 발생을 충분히 억제할 수 있다는 것이 후술되는 실시예 1로부터 증명된다. 상기 평균 비율(P)을 상기 평균 비율(Q)에 더함으로써 얻어지는 (P+Q)에 촛점을 맞추면, 상기 융합부(85) 내 상기 귀금속 부재(81)의 상기 측부 상의 상기 부분과 상기 베이스부(82)의 상기 측부의 상기 부분과의 사이에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비는 (P+Q)가 높아짐에 따라 크게 변화된다. 후술되는 실시예 1에 의하면, (P+Q)가 160% 이하일 때에는, 상기 융합부(85)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비에 있어서 변화를 억제함으로써 상기 융합부(85)에서 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
그러나, 상기 융합부(85)는 상기 점화부(80)의 일 측부로부터 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면을 조준하여 레이저 용접에 의하여 형성되므로, 상기 융합부(85)는 축으로서 상기 중심선(Z)을 갖는 상기 점화부(80)의 외주면에서 공기 중에 노출된다. 상기 융합부(85)는 상기 점화부(80)로부터 상기 접지 전극(30)까지의 상기 열전도 경로에서 상기 베이스부(82)로부터 상류측에 배치되므로, 엔진의 작동으로 인하여 상기 베이스부(82)에 비해 높은 온도에서의 산화에 의하여 영향을 받기 쉽고, 엄격한 가열/냉각 조건 하에서 상기 노출부에서 상기 융합부(85)의 산화 소모가 발생되므로, 균열, 박리작용, 등의 발생을 유발할 우려가 있다. 이러한 관점으로부터, 상기 융합부(85) 내 상기 점화부(80)의 외주면에 가까운 부분에는 산화 저항이 높은 귀금속이 많이 포함되는 것이 바람직하다. 후술되는 실시예 3에 의하면, 이는 상기 특정 부분들, 상기 지점(K1,K2,K3)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)이 60% 이상일 때 볼 수 있고, 산화로 인한 상기 융합부(85)의 소모는 충분히 억제 가능하다. 이는 상기 평균 비율(R)이 55% 이상일 때에도 볼 수 있고, 상기 융합부(85)의 산화 소모로 인하여 유발되는 균열, 박리작용, 등의 발생은 억제 가능하며, 비록 균열이 발생하더라도, 상기 균열은 매우 작으며 상기 귀금속 부재(81)의 분리를 유발하지는 않는다. 즉, 상기 평균 비율(R)이 55% 이상일 때, 상기 융합부(85)에 의하여 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합을 충분히 보장하는 것이 가능하므로, 상기 스파크 플러그(100)의 실제 사용을 위한 충분한 성능을 얻게 된다.
돌출 방향(상기 중심선(Z) 방향)에 대하여 수직인 단면 영역이 4㎟ 이하이고 상기 내표면(33)으로부터 적어도 0.5㎜만큼 돌출하는 컬럼 형태(바늘 형상)을 갖는 상기 점화부(80)에서, 상기 열전도 경로 상의 열 흐름 속도는 감소되므로 보다 큰 단면 영역을 갖는 점화부가 제공되는 경우에 비하여 열전도 성능이 저하된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 상기 융합부(85)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비를 조정함으로써, 그리고 상기 부재들 사이의 접합 강도를 증가시킴으로써, 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제할 수 있는 상기 점화부(80)는 보다 심각한 가열/냉각 조건을 충분히 견딜 수 있다.
상기 점화부(80)는, 상기 축방향(O)으로 상기 금속쉘(50)의 선단면(57)에 가장 가까운, 상기 융합부(85)에서의 일 위치의 일 부분으로부터 상기 선단면(57)까지의 최단거리(N)가 4㎜ 이상이 되도록 하는 구조로 된다. 즉, 상기 접지 전극(30)의 선단부(31)는 상기 축방향(O)으로 상기 선단측을 향하여 더욱 돌출되는 구조로 되며, 상기 스파크 플러그(100)가 도시 생략한 엔진에 조립될 때 상기 연소실보다는 상기 중심측으로 상기 스파크 방전 갭(GAP)을 제공하는 구조로 된다. 이러한 구성은 상기 점화 성능을 개선하기에 효율적이나, 한편, 상기 접지 전극(30)의 선단부(31)가 상기 금속쉘(50)로부터 더욱 돌출될 필요가 있다. 그러면, 상기 접지 전극(30)의 연소실로부터 수신되는 열의 양이 증가되므로, 상기 점화부(80)로부터의 열전도 성능이 저하되고, 상기 융합부(85)에 가해지는 열부하가 더욱 증가될 우려가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 상기 융합부(85)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분 및 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비를 조정함으로써, 상기 부재들 사이의 접합 강도를 증가시킴으로써, 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제할 수 있는 상기 점화부(80)는 보다 심각한 가열/냉각 조건을 충분히 견딜 수 있다.
상기 융합부(85) 내 각 특정 부분에서 각 부재로부터 기인하는 성분의 혼합비가 목표 범위로 되도록 하기 위해서는, 용접 동안 상기 레이저 빔의 조사 위치, 조사 각도, 출력, 조사 시간, 등과 같은 다양한 조건들이 조정되도록 상술한 바와 같이 설정된다. 구체적으로 말하자면, 도 7에 나타낸 점화부(280)와 마찬가지로, 융합부(285)의 형성 위치(레이저 용접 동안 상기 레이저 빔의 조사 위치)가 상기 중심선(Z)을 따라 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면보다 상기 귀금속 부재(81)에 더욱 가까운 위치로 결정될 때, 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 혼합비는 상기 융합부(285)에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비보다 더욱 높아지도록 증가될 수 있다. 그렇지 않으면, 도 8에 나타낸 점화부(380)와 마찬가지로, 상기 융합부(285)(도 7 참조)와 유사하게, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면을 조준하면서 상기 귀금속 부재(81)에 가까운 일 위치로부터 상기 중심선(Z)에 대하여 기울어진 방향으로 레이저 빔을 조사함으로써 융합부(385)를 형성할 때, 상기 융합부(385)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 혼합비는 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 혼합비보다 더욱 높아지도록 증가될 수 있다. 상기 융합부(285,385)가 상술한 바의 형상으로 형성되더라도 상기 특정 부분들이 상술한 바의 순서대로 결정될 때, 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)을 구함으로써, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(285) 또는 (385) 사이의 경계 근처에서 상기 혼합비를 확인할 수 있고, 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)을 구함으로써, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(285) 또는 융합부(385) 사이의 경계 근처에서 상기 혼합비를 확인할 수 있다.
본 발명에 다양한 수정이 이루어질 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)의 접합을 레이저 용접에 의하여 수행하였으나, 전자빔 용접을 수행할 수도 있다. 레이저 용접은 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면을 조준하면서 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로 레이저 빔을 조사하는 것에 한정되지 않으며, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면을 조준하면서 상기 중심선(Z)에 대하여 기울어진 방향으로 이를 조사하는 것 역시 수행가능하다.
본 발명은 또한 귀금속 부재(481)의 외경이 상기 베이스부(82)의 외경보다 작은 경우에도 적용 가능하다, 또는, 비록 상기 도면에는 도시하지 않았으나, 도 9에 나타낸 점화부(480)와 마찬가지로, 귀금속 부재의 외경이 상기 베이스부의 외경보다 큰 경우에도 적용 가능하다. 상기 귀금속 부재(481)와 상기 베이스부(82) 사이의 융합부(485)에 특정 부분을 결정하는 것은 본 실시예에서와 동일한 순서대로 수행할 수 있다. 즉, 특정 부분들, 상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 귀금속 부재(481)로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)을 구함으로써, 상기 귀금속 부재(481)와 상기 융합부(485) 사이 경계 근처에서의 혼합비를 확인할 수 있다. 특정 부분들, 상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)을 구함으로써, 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(485)사이 경계 근처에서의 혼합비를 확인할 수 있다.
상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합 강도를 더욱 개선하기 위하여, 도 10에 나타낸 점화부(580)와 마찬가지로, 상기 접지 전극(530)과는 상이한 부재로 베이스부(582)를 형성하고, 이 때에, 상기 베이스부(582)는 귀금속 부재(581)의 선형 팽창 계수 및 접지 전극(530)의 선형 팽창 계수 사이의 중간 선형 팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 베이스부(582)는 주로 Ni를 포함하므로, 역시 Ni로 형성되거나 또는 주로 Ni를 포함하는 접지 전극(530)의 내표면(533)에 이를 용접하기 위하여 저항 용접에 의하여 융합부(586)를 형성하는 경우에도, 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다. 위의 형상을 갖는 상기 점화부(580)에 관련하여, 융합부(585) 내 특정 부분의 결정은 본 실시예에서와 동일한 순서대로 수행할 수 있다. 즉, 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 귀금속 부재(581)로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)을 구함으로써, 상기 귀금속 부재(581) 및 상기 융합부(585) 사이 경계 근처에서의 혼합비를 확인할 수 있다. 특정 부분들, 상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 베이스부(582)로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)을 구함으로써, 상기 베이스부(582)와 상기 융합부(585) 사이 경계 근처에서의 혼합비를 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 귀금속 부재(581)와 상기 접지 전극(530) 사이에 상이한 부재로서 상기 베이스부(582)를 제공함으로써 상기 귀금속 부재(581)와 상기 베이스부(582) 사이의 접합 강도에 추가적인 개선을 달성할 수 있는 상기 점화부(580)는 상기 귀금속 부재(581)로부터 상기 접지 전극(530)까지의 열전도를 감소시키기 위한 구성을 실현할 수 있다. 구체적으로 말하자면, 상기 베이스부(582)의 열전도율이 W[W/(m·K)]라고 가정할 때, 상기 접지 전극(530)의 열전도율은 X[W/(m·K)]이고, 상기 귀금속 부재(581)의 열전도율은 Y[W/(m·K)]이며, 상기 구성은 Y>X≥W을 만족한다. 상기 열전도율 사이의 관계가 주어지는 경우, 열은 상기 귀금속 부재(581) 내에 더욱 모이기 쉽지만, 엔진 자체의 온도가 특히 상기 엔진의 시동 동안 낮을 때, 화염핵에 대한 화염-감쇄 작용은 상기 스파크 방전 갭(GAP)에 접촉하는 상기 귀금속 부재(581)(도 2 참조)가 높은 온도일 때 감소되며, 공기-연료 혼합물에 대한 점화는 적절히 수행될 수 있고, 따라서, 높은 점화 성능을 얻게 된다.
상기 실시예에서와 동일한 점화부는 접지 전극의 선단부가 중앙 전극의 일 측표면에 대향되도록 상기 접지 전극의 구부러짐 부분이 형성되는 스파크 플러그(도시 생략)에 제공될 수 있다. 이러한 경우, 상기 중앙 전극의 측부(상기 중앙 전극의 측표면)에 대향되는 상기 접지 전극의 표면은 일 측표면으로서 정의되며, 상기 점화부는 상기 측표면 상에 제공될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 실시예에서와 동일한 점화부(80)는 상기 중앙 전극(20)의 선단부(22)에 제공되는 상기 전극 팁(90)(도 2 참조)대신으로 제공될 수도 있다.
[실시예 1]
상술한 바와 같이, 상기 스파크 플러그(100)의 점화부(80)에 형성되는 상기 융합부(85) 내 일 특정 부분에서 상기 융합부(85)를 구성하는 성분을 조정하는 것의 장점을 확인하기 위하여 평가 테스트를 수행하였다. 이 평가 테스트에서, 상기 접지 전극(30)에 마련되는 상기 베이스부(82)에 상기 귀금속 부재(81)를 레이저 용접에 의하여 접합한 후, 그리고 내부에 상기 점화부(80)가 형성되는 상기 스파크 플러그(100)의 테스트 표본을 제작한 후, 상기 점화부(80)의 형성 동안 다양한 형상의 융합부(85)를 형성하기 위하여 레이저 빔의 조사 부분들, 조사 각도, 출력, 조사 시간, 등을 아래의 범위로 적절히 설정하였다.
펄스폭=1 내지 30 msec
펄스 조사 주파수: 5 내지 24배
1회 조사에 방출된 에너지: 1 내지 3 J
펄스 파형=직사각형 또는 각형
스폿 직경=0.15 내지 0.5㎜
조사 위치: 상기 귀금속 부재와 상기 베이스부 사이 접합면의 위치로부터 상기 축방향(Z)으로 ±0.1㎜ 이내.
상술한 바의 설정 조건 하에서 레이저 빔을 조사함으로써 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82)에 대한 레이저 용접을 수행함으로써, 상이한 형상의 융합부(85) 표본 각각에 대하여 다수개의 표본을 준비하였다. 다음으로, 모든 표본 유형으로부터 하나의 표본을 선택하여 그의 점화부(80)의 중심선(Z)을 통과하는 일 단면을 절단하였다. 그리고 나서, 주지의 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer 전자현미분석기)(예를 들면, WDS(Wavelength Dispersive Spectroscopy 파장분산 분광분석기). 스폿 직경 20㎛, 가속 전압 20kV)를 이용하여, 상술한 바와 같이 결정된 각각의 특정 부분들, 지점들(K1,K3,L1,L3,M1,M3)에 존재하는 원소를 측정함으로써, 상기 각 특정 부분에서 상기 융합부(85)의 조성을 얻었다. 또한, 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(P) 및 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)을 상술한 바의 순서대로 측정하였다. 얻어진 평균 비율(P,Q)의 조합에 의하여 상기 표본의 유형을 분류하였고, 표본 번호를 부여하였다. 각각의 표본 유형에 대하여, 상기 평균 비율(P) 및 상기 평균 비율(Q)의 총계를 얻었다.
각각의 표본에 대하여, 상기 점화부(80) 내에서 상기 점화부(80)가 제공된 상기 접지 전극(30)의 선단부(31)를 버너를 이용하여 가열하고 상기 선단부(31)의 온도를 2분 동안 1000℃로 유지한 후, 1분 동안 상기 온도를 300℃로 감소시키기 위하여 냉각(서서히 냉각)을 수행하였다. 이를 하나의 사이클로 설정하여, 1000 사이클 후에, 각 표본의 상기 점화부(80)를 상기 중심선(Z)을 통과하는 일 단면으로 절단하였고, 확대경을 사용하여 상기 융합부(85)를 관찰하였다. 균열 또는 박리작용이 발생된 상기 융합부(85)의 일 부분이 관찰되어, 그 발생 수치를 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처, 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처, 및 상기 융합부(85)의 내부로 분류하였으며, 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로 길이를 측정하였다.
구체적으로 말하자면, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 균열, 박리작용, 등이 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85)(도 6에서 상기 융합부(185)) 사이의 경계 근처에서 발생된 경우, 그 발생된 형상을 (α)로 분류하였다. 발생된 균열/박리작용 부분(91,96) 중에서, 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로, 상기 일 측표면(83)으로부터 상기 중심선(Z)을 향하여 연장되는 상기 균열/박리작용 부분(91)의 길이를 (V7)로 칭하였다. 마찬가지로, 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로, 타 측표면(84)으로부터 상기 중심선(Z)을 향하여 연장되는 상기 균열/박리작용 부분(96)의 길이를 (V8)로 칭하였다. 균열, 박리작용, 등이 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 발생된 경우, 그 발생된 형상을 (β)로 분류하였다. 발생된 균열/박리작용 부분(92,97) 중에서, 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로, 상기 일 측표면(83)으로부터 상기 중심선(Z)을 향하여 연장되는 상기 균열/박리작용 부분(92)의 길이를 (V3)로 칭하였다. 마찬가지로, 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로, 타 측표면(84)으로부터 상기 중심선(Z)을 향하여 연장되는 상기 균열/박리작용 부분(97)의 길이를 (V4)로 칭하였다. 균열, 박리작용, 등이 상기 융합부(85) 내에서 발생된 경우, 그 발생된 형상을 (γ)로 분류하였다. 발생된 균열/박리작용 부분(93,98) 중에서, 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로, 상기 일 측표면(83)으로부터 상기 중심선(Z)을 향하여 연장되는 상기 균열/박리작용 부분(93)의 길이를 (V5)로 칭하였다. 마찬가지로, 상기 중심선(Z)에 대한 수직 방향으로, 타 측표면(84)으로부터 상기 중심선(Z)을 향하여 연장되는 상기 균열/박리작용 부분(98)의 길이를 (V6)로 칭하였다. 상기 중심선(Z)으로부터 상기 일 측표면(83)의 측부 상에서 상기 융합부(85)의 길이를 (V1)로 칭하였고, 상기 중심선(Z)으로부터 타 측표면(84)의 측부 상에서 상기 융합부(85)의 길이를 (V2)로 칭하였다. 구체적으로 말하자면, 도 5에서, 상기 일 측표면(83)으로부터 상기 중심선(Z)까지의 거리를 (V1)로 칭하였고, 타 측표면(84)으로부터 상기 중심선(Z)까지의 거리를 (V2)로 칭하였다. 한편, 도 6에서, 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 상기 일 측표면(83)으로부터 상기 일 측표면(83)의 측부 상에서 상기 융합부(85) 내 상기 위치까지의 거리를 (V1)로 칭하였고, 상기 중심선(Z)에 가장 가까운, 타 측표면(84)으로부터 상기 타 측표면(84)의 측부 상에서 상기 융합부(85) 내 상기 위치까지의 거리를 (V2)로 칭하였다.
그리고나서, 상기 발생된 균열, 박리작용, 등에 대하여, 상기 융합부(85)의 상기 길이(V1+V2)에 대한 상기 균열/박리작용 부분 (91~93) 및 (96~98)의 상기 길이(V3+V4, V5+V6 또는 V7+V8)의 비율((V3+V4)/(V1+V2), (V5+V6)/(V1+V2) 또는 (V7+V8)/(V1+V2)[×100(%)])을 구하였다. 상기 얻어진 비율이 50% 미만인 경우, 접합 상태를 유지하기 위하여 열응력에 대한 충분한 저항이 있는 것으로 결정하였고, 이를 "○"로 평가하였다.
그러나, 상기 얻어진 비율이 50% 이상인 경우에는, 상기 열응역을 처리하기에 충분한 강도를 얻을 수 없었고 상기 귀금속 부재(81)의 분리에 대한 우려가 있는 것으로 결정하여, 이를 "×"로 평가하였다. 이러한 평가 테스트의 결과는 표 1에 나타낸다.
표본 P[%] Q[%] P+Q[%] 평가 균열, 박리 작용 등의 발생 형태
1 40 70 110 × α
2 50 65 115 × α
3 60 60 120 × α
4 70 60 130 × α
5 80 55 135 ○ -
6 90 60 150 ○ -
7 95 50 145 ○ -
8 95 5 100 × β
9 95 10 105 × β
10 95 20 115 ○ -
11 95 30 125 ○ -
12 90 40 130 ○ -
13 90 70 160 ○ -
14 90 80 170 × γ
15 90 90 180 × γ
16 60 10 70 × α, β
17 70 95 165 × α, γ
표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 표본 1~4, 16, 17에서, 상기 융합부(85)의 귀금속 부재(81)에 가까운 상기 특정 부분들(도 3에서 상기 지점들 (K1,L1,M1))에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 80% 미만이었고, 이들 중에서, 균열, 박리작용, 등은 상기 귀금속 부재(81)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 발생하였다(발생 형태(α)). 상기 표본 8, 9, 및 16에서, 상기 융합부(85)의 베이스부(82)에 가까운 상기 특정 부분들(도 3에서 상기 지점들(K3,L3,M3))에서 상기 베이스부(82)로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 20% 미만이었고, 이들 중에서, 균열, 박리작용, 등은 상기 베이스부(82)와 상기 융합부(85) 사이의 경계 근처에서 발생하였다(발생 형태(β)). 상기 표본 14, 15 및 17에서, 상기 평균 비율(P) 및 상기 평균 비율(Q)의 총계는 160%를 초과하였고, 이들 중에서, 균열, 박리작용, 등은 상기 융합부(85) 내에서 발생하였다(발생 형태(γ)). 특히, 상기 표본 16에서, 균열, 박리작용, 등은 상기 발생 형태(α) 및 상기 발생 형태(β)의 조합으로 발생하였고, 상기 표본 17에서, 이들은 상기 발생 형태(α) 및 상기 발생 형태(γ)의 조합으로 발생하였다. 그러나, P≥80[%], Q≥20[%], 및 P+Q≤160[%]을 모두 만족하는 상기 표본 5~7, 10~13에서는, 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)의 접합을 유지하지 못할 수도 있는 커다란 균열, 박리작용, 등이 발생하지 않았다.
[실시예 2]
실시예 1의 각 표본(상기 표본 1~17)에 대하여 수행한 상기 가열/냉각 테스트에서 가열 조건을 950℃로 변경하고 기타 조건을 유지한 채로 평가 테스트를 수행하였다. 즉, 이 평가 테스트는 실시예 1에 비하여 버너를 사용하는 상기 가열/냉각 사이클에서 상기 점화부(80)에 가해지는 부하를 감소시켜 수행하였다. 상기 테스트 이후, 상기 중심선(Z)을 통과하는 상기 점화부(80)의 일 단면을 관찰하였고, 실시예 1에서와 동일한 평가 기준에 기초하여, 상기 귀금속 부재(81)의 분리를 유발할 수 있는 균열, 박리작용, 등의 발생이 발견된 경우 및 이들이 발견되지 않은 경우를 각각 "×" 및 "○"로 평가하였다. 이 평가 테스트의 결과는 표 2에 나타낸다.
표본 P[%] Q[%] P+Q[%] 평가 균열, 박리 작용 등의 발생 형태
1 40 70 110 × α
2 50 65 115 × α
3 60 60 120 ○ -
4 70 60 130 ○ -
5 80 55 135 ○ -
6 90 60 150 ○ -
7 95 50 145 ○ -
8 95 5 100 × β
9 95 10 105 × β
10 95 20 115 ○ -
11 95 30 125 ○ -
12 90 40 130 ○ -
13 90 70 160 ○ -
14 90 80 170 × γ
15 90 90 180 × γ
16 60 10 70 × α, β
17 70 95 165 × α, γ
표 2에 나타낸 이 평가 테스트의 결과를 실시예 1의 평가 테스트(표 1참조)의 결과와 비교할 때, 새로운 표본 3 및 4에서는 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합이 유지되지 못하게 할 수도 있는 커다란 균열, 박리작용, 등의 발생이 발견되지 않았다. 상기 표본 3 및 4는 모두 Q≥20[%] 및 P+Q≤160[%]를 만족하나, P≥80[%]는 만족하지 못한다. 마찬가지로, Q≥20[%] 및 P+Q≤160[%]는 만족하나 P≥80[%]는 만족하지 못하는 상기 표본 1 및 2에 비하면, 상기 표본 3 및 4은 P≥60[%]은 만족하나, 상기 표본 1 및 2는 P<60[%]를 만족한다. 상술한 바와 같이, 이 평가 테스트는 실시예 1에서보다 적당한 가열/냉각 조건하에서 수행하였고, 이 테스트 조건은 상기 스파크 플러그(100)의 실제 사용 조건에 가깝다. 상기 평가 테스트의 결과에 의하면, 비록 P≥60[%]이더라도, 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합을 충분하게 보장할 수 있음을 알 수 있었다.
[실시예 3]
다음으로, 실시예 1에서보다 더욱 엄격한 가열/냉각 조건 하에서 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제하기 위한 조건을 확인하기 위하여, 평가 테스트를 수행하였다. 상기 점화부(80)의 일 측으로부터 상기 귀금속 부재(81)와 상기 베이스부(82) 사이의 접합면을 조준하여 레이저 용접을 수행함으로써 상기 융합부(85)를 형성하므로, 상기 레이저 빔의 조사 부분은 외부에 노출된다. 보다 엄격한 가열/냉각 조건 하에서는, 상기 노출부에서 상기 융합부(85)의 산화 소모가 발생되며, 균열, 박리작용, 등의 발생이 유발될 우려가 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서는, 상기 융합부(85) 내 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K1,K2,K3)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)에 촛점을 둔다.
실시예 1에서 제작한 상기 스파크 플러그(100)의 테스트 표본들 중에서, 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제 가능한 상기 표본 12 및 상기 표본 5를 실시예 3의 평가 테스트에서 비교용 표본으로 사용하였다. 상기 표본 12 및 상기 표본 5에 대하여, 상기 융합부(85)에서 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K1,K2,K3)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)을 실시예 1에서와 같이 구하였고, 이들은 각각 50% 및 60%였다. 실시예 1에서와 같이 제작한 다수개의 표본 유형들로부터, 상기 표본 12에서와 동일한 평균 비율(P)과 평균 비율(Q) 및 60% 및 70%의 평균 비율(R)을 갖는 표본을 추출하였고, 이들에 대하여 각각 표본 18 및 표본 19로서 표본 번호를 부여하였다. 마찬가지로, 상기 표본 5에서와 동일한 평균 비율(P)과 평균 비율(Q) 및 55%, 50%, 및 40%의 평균 비율(R)을 갖는 표본을 추출하였고, 이들에 대하여 각각 표본 22, 표본 20, 및 표본 21로서 표본 번호를 부여하였다.
각각의 표본에 대하여, 상기 가열 조건을 1100℃로 변경하고 기타 조건은 그대로 둔 채로 실시예 1에서와 동일한 가열/냉각 테스트를 수행하였다. 상기 테스트 이후, 상기 중심선(Z)을 통과하는 일 단면을 관찰하였고, 실시예 1에서와 동일한 평가 기준에 기초하여, 상기 귀금속 부재(81)의 분리를 유발할 수 있는 균열, 박리작용, 등의 발생이 발견된 경우, 비록 매우 작은 균열이 발견되었더라도 상기 귀금속 부재(81)의 분리에 대한 우려가 없다고 결정할 수 있는 경우, 및 균열이 발견되지 않은 경우를 각각 "×", "○" 및 "◎"로 평가하였다. 상기 평가 테스트의 결과는 표 3에 나타낸다.
표본 P[%] Q[%] P+Q[%] R[%] 평가
12 90 40 130 50 ×
18 90 40 130 60 ◎
19 90 40 130 75 ◎
5 80 55 135 60 ◎
22 80 55 135 55 ○
20 80 55 135 50 ×
21 80 55 135 40 ×
표 3에 나타낸 바와 같이, 동일한 평균 비율(P,Q)을 갖는 상기 표본 12, 18, 및 19를 서로 비교할 때, 상기 융합부(85) 내 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K1,K2,K3)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)이 60%를 만족하지 못하는 상기 표본 12에서는, 상기 융합부(85)의 산화 소모에 의하여 균열, 박리작용, 등이 발생하였다. 그러나, 60%의 평균 비율(R)을 갖는 상기 표본 18 및 19에서는, 균열이 발견되지 않았고, 상기 균열, 박리작용, 등의 발생이 충분하게 억제될 수 있었다. 마찬가지로, 동일한 평균 비율(P,Q)을 갖는 상기 표본 5, 22, 20, 21을 서로 비교할 때, 상기 융합부(85) 내 상기 특정 부분들, 상기 지점들(K1,K2,K3)에서 상기 귀금속 부재(81)로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)이 55%를 만족하지 못하는 상기 표본 20 및 21에서는, 상기 융합부(85)의 산화 소모에 의하여 균열, 박리작용, 등이 발생하였다. 비록 55%의 평균 비율(R)을 갖는 상기 표본 22에서, 균열의 발생이 발견되었으나, 상기 균열은 매우 작았고, 이 균열로 인하여 상기 귀금속 부재(81)의 발생 우려는 없다고 결정하였다. 60%의 평균 비율(R)을 갖는 상기 표본 5에서는, 균열이 발견되지 않았고, 균열, 박리작용, 등의 발생이 충분하게 억제될 수 있었다. 상기 표본 12, 18, 및 19의 평가 결과 및 상기 표본 5, 22, 20, 및 21의 평가 결과를 합치면, 상기 평균 비율(R)이 55% 이상일 때, 상기 융합부(85)의 산화 소모에 의하여 유발되는 균열, 박리작용, 등의 발생을 억제하는 것이 가능하며, 균열이 발생하는 경우에도, 상기 균열이 매우 작으므로, 상기 귀금속 부재(81)의 분리가 유발되지 않는다. 즉, 상기 융합부(85)에 의하여 상기 귀금속 부재(81) 및 상기 베이스부(82)의 접합이 충분하게 보장될 수 있고, 따라서 상기 스파크 플러그(100)의 실제 사용을 위한 충분한 성능을 얻을 수 있다. 바람직하게는, 상기 평균 비율(R)이 60% 이상일 때, 균열, 박리작용, 등의 발생이 충분하게 억제될 수 있었고, 산화 저항에 대한 충분한 신뢰성이 보장될 수 있었음을 알 수 있었다.

Claims (9)

  1. 중앙 전극;
    축방향을 따라 연장되는 축홀을 가지며 상기 축홀 내에서 상기 중앙 전극을 지지하는 절연체;
    상기 절연체를 원주방향으로 감싸 지지하는 금속쉘;
    상기 금속쉘의 선단면에 접합되는 일단부 및 일 측표면이 상기 중앙 전극의 선단부를 향하도록 구부러진 타단부를 갖는 접지 전극; 및
    상기 접지 전극의 타단부의 상기 측표면 상에서, 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되는 일 위치에서, 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 적어도 0.5㎜만큼 돌출된 점화부로 이루어지며,
    상기 점화부는:
    주로 Ni를 포함하며 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 돌출되는 형상을 갖는 베이스부;
    주로 귀금속을 포함하며, 상기 베이스부의 돌출 선단에 접합되고, 그 자체와 상기 중앙 전극의 선단부와의 사이에 스파크 방전 갭을 형성하는 귀금속 부재; 및
    상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부의 구성 재료를 함께 융합하기 위하여 일 측부로부터 상기 두 가지 부재를 레이저-용접함으로써 형성되는 융합부를 포함하고,
    상기 점화부의 돌출 방향에 평행한 일 평면에 의하여 2등분되는 상기 점화부의 일 단면으로부터 볼 때, 상기 융합부는 상기 점화부의 돌출 방향을 따라 상기 양 측표면 사이의 중심을 통과하는 중심선을 향하여, 상기 점화부의 일 측표면 및 타 측표면 각각으로부터 상기 점화부의 돌출 방향에 대한 수직 방향으로 연장되는 형상으로, 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부의 사이에 형성되며,
    상기 점화부의 일 단면에서,
    지점(A)은 상기 일 측표면에서 상기 귀금속 부재 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내고,
    지점(B)은 상기 일 측표면에서 상기 베이스부 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
    지점(C)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 귀금속 부재 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내고,
    지점(D)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 베이스부 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
    지점(E), 지점(F) 및 지점(G)은 상기 지점(A)과 상기 지점(C)을 연결하는 직선으로서의 선분(AC)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(A)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
    지점(H), 지점(I), 및 지점(J)은 상기 지점(B)과 상기 지점(D)을 연결하는 직선으로서의 선분(BD)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(B)으로부터의 순서대로 각각 나타내며,
    지점(K1), 지점(K2), 및 지점(K3)은 상기 지점(E)과 상기 지점(H)을 연결하는 직선으로서의 선분(EH)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(E)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
    지점(L1), 지점(L2), 및 지점(L3)은 상기 지점(F)과 상기 지점(I)을 연결하는 직선으로서의 선분(FI)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(F)으로부터의 순서대로 각각 나타내며, 그리고
    지점(M1), 지점(M2), 및 지점(M3)은 상기 지점(G)과 상기 지점(J)을 연결하는 직선으로서의 선분(GJ)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(G)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
    상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 P ≥ 80[%]을 만족하며,
    상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 Q≥ 20[%]을 만족하고, 그리고
    P + Q ≤ 160[%]이 만족됨을 특징으로 하는, 스파크 플러그.
  2. 중앙 전극;
    축방향을 따라 연장되는 축홀을 가지며 상기 축홀 내에서 상기 중앙 전극을 지지하는 절연체;
    상기 절연체를 원주방향으로 감싸 지지하는 금속쉘;
    상기 금속쉘의 선단면에 접합되는 일단부 및 일 측표면이 상기 중앙 전극의 선단부를 향하도록 구부러진 타단부를 갖는 접지 전극; 및
    상기 접지 전극의 타단부의 상기 측표면 상에서, 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되는 일 위치에서, 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 적어도 0.5㎜만큼 돌출된 점화부로 이루어지며,
    상기 점화부는:
    주로 Ni를 포함하며 상기 측표면으로부터 상기 중앙 전극을 향하여 돌출되는 형상을 갖는 베이스부;
    주로 귀금속을 포함하며, 상기 베이스부의 돌출 선단에 접합되고, 그 자체와 상기 중앙 전극의 선단부와의 사이에 스파크 방전 갭을 형성하는 귀금속 부재; 및
    상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부의 구성 재료를 함께 융합하기 위하여 일 측부로부터 상기 두 가지 부재를 레이저-용접함으로써 형성되는 융합부를 포함하고,
    상기 점화부의 돌출 방향에 평행한 일 평면에 의하여 2등분되는 상기 점화부의 일 단면으로부터 볼 때, 상기 융합부는 상기 점화부의 돌출 방향을 따라 상기 양 측표면 사이의 중심을 통과하는 중심선을 향하여, 상기 점화부의 일 측표면 및 타 측표면 각각으로부터 상기 점화부의 돌출 방향에 대한 수직 방향으로 연장되는 형상으로, 상기 귀금속 부재 및 상기 베이스부의 사이에 형성되며,
    상기 점화부의 일 단면에서,
    지점(A)은 상기 일 측표면에서 상기 귀금속 부재 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내고,
    지점(B)은 상기 일 측표면에서 상기 베이스부 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
    지점(C)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 귀금속 부재 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내고,
    지점(D)은, 상기 중심선에 가장 가까운, 상기 베이스부 및 상기 융합부 사이의 경계 위치를 나타내며,
    지점(E), 지점(F) 및 지점(G)은 상기 지점(A)과 상기 지점(C)을 연결하는 직선으로서의 선분(AC)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(A)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
    지점(H), 지점(I), 및 지점(J)은 상기 지점(B)과 상기 지점(D)을 연결하는 직선으로서의 선분(BD)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(B)으로부터의 순서대로 각각 나타내며,
    지점(K1), 지점(K2), 및 지점(K3)은 상기 지점(E)과 상기 지점(H)을 연결하는 직선으로서의 선분(EH)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(E)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
    지점(L1), 지점(L2), 및 지점(L3)은 상기 지점(F)과 상기 지점(I)을 연결하는 직선으로서의 선분(FI)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(F)으로부터의 순서대로 각각 나타내며, 그리고
    지점(M1), 지점(M2), 및 지점(M3)은 상기 지점(G)과 상기 지점(J)을 연결하는 직선으로서의 선분(GJ)을 4등분하는 3등분 지점을 상기 지점(G)으로부터의 순서대로 각각 나타내고,
    상기 지점들(K1,L1,M1)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율(P)은 P ≥ 60[%]을 만족하며,
    상기 지점들(K3,L3,M3)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 베이스부로부터 기인한 성분의 평균 비율(Q)은 Q≥ 20[%]을 만족하고, 그리고
    P + Q≤ 160[%]이 만족됨을 특징으로 하는, 스파크 플러그.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    지점(K1), 지점(K2), 및 지점(K3)에서 상기 융합부의 성분 중 상기 귀금속 부재로부터 기인한 성분의 평균 비율(R)은 R≥60[%]을 만족함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 평균 비율(R)은 R ≥ 55[%]을 만족함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스부는 상기 접지 전극과는 상이한 부재로 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  6. 청구항 5에 있어서,
    W[W/(m·K)]는 상기 베이스부의 열전도율을 나타내며, X[W/(m·K)]는 상기 접지 전극의 열전도율을 나타내고, 그리고 Y[W/(m·K)]는 상기 귀금속 부재의 열전도율을 나타내며, Y > X ≥ W이 만족됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 귀금속 부재 주로 Pt를 포함하며, 1wt%의 Ir, Rh, W, Pd, Ru, Re, Ni, Al, Al2O3,Y, 및 Y2O3로부터 선택된 한 가지 이상을 포함함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 점화부의 돌출 방향에 평행한 평면에 의하여 2등분되는 상기 점화부의 단면으로부터 볼 때, 상기 금속쉘의 선단면에 가장 가까운, 상기 축방향 융합부 내의 일 위치로부터 상기 선단면까지의 최단거리는 4㎜ 이상임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일단부로부터 타단부를 향하여 연장되는 방향에 대하여 수직인 상기 접지 전극의 단면 영역은 4㎟ 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
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