KR20100084176A - 내연 엔진용 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

접지 전극의 선단부에 결합되는 귀금속 팁을 갖는 스파크 플러그에 있어서, 상기 귀금속 팁의 안정적인 결합 상태는 장시간 동안 보장된다. 접지 전극(27) 측의 귀금속 팁(32)은 상기 접지 전극(27)의 선단부에 직접적으로 결합되지 않으며 그들 사이에 위치되는 장착부(51)와 간접적으로 결합된다. 상기 장착부(51)는 디스크 형상을 가지며 외주에 플랜지부(52)가 제공되는 베이스부(53) 및 상기 베이스부(53)로부터 돌출되며 컬럼 형상을 갖는 돌출부(54)를 포함한다. 우선, 상기 귀금속 팁(32)이 상기 장착부(51)의 돌출부(54)에 접촉되는 상태에서, 접합부(42)를 형성하고 복합체를 얻기 위하여 레이저 용접 등을 수행하고, 상기 장착부(51)의 베이스부(53)는 저항 용접에 의하여 상기 접지 전극(27)의 편평한 표면에 결합된다. 상기 접합부(42) 부근 장착부(51) 입자의 입도는 상기 접지 전극(27) 부근에서의 그의 입자의 입도보다 작고, 상기 장착부(51)의 플랜지부(52) 입자의 입도는 상기 돌출부(54) 입자의 입도보다 작다.

Description

내연 엔진용 스파크 플러그{SPARK PLUG FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 엔진에 사용되는 스파크 플러그에 관한 것이다.

자동차 엔진과 같은 내연 엔진용 스파크 플러그는, 예를 들면, 중앙 전극, 그의 외부에 제공되는 절연체, 상기 절연체의 외부에 제공되는 원통형 금속쉘, 및 상기 금속쉘의 선단면에 베이스 단부가 결합된 접지 전극을 포함한다. 상기 접지 전극 선단부의 내표면은 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되게 배치되며, 따라서, 스파크 방전 갭은 상기 중앙 전극의 선단부와 상기 접지 전극의 선단부와의 사이에 형성된다.

최근, 귀금속 합금으로 형성된 팁(귀금속 팁)은 점화 성능 및 스파크 전파의 개선에 더하여 스파크 소모 저항의 개선을 달성하기 위하여 상기 중앙 전극 및 상기 접지 전극의 선단부들에 결합될 수 있는 것으로 사료된다. 또한, 상기 귀금속 팁과 접지 전극 사이의 결합 강도를 증가시키기 위하여, 상기 접지 전극용 귀금속 팁은 중간 부재에 결합하고, 상기 중간 부재는 상기 접지 전극에 결합하는 기술이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허 문헌 2 참조). 이 기술에 있어서, 상기 중간 부재 및 상기 귀금속 팁은 함께 접합되는 이들 두 부재의 금속으로 형성되는 접합부에 결합된다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개공보 제2004-134209호 특허문헌 2 : 일본국 특허공개공보 평08-298178호

불가피하게도, 현재 스파크 플러그 직경의 감소에 대한 요구로 인해, 상기 접지 전극을 가늘게 해야 할 필요가 있다. 엔진의 연소 조건을 고려할 때에도, 상기 희박 연소 및 연료의 고압축으로 인하여, 상기 접지 전극은 이전보다 더욱 높은 온도에 노출된다.

특히, 상술한 바의 특허문헌에서와 같이 중간 부재를 제공하는 기술에 있어서, 상기 중간 부재는 상기 접지 전극보다 더욱 돌출되도록 배치되며(비교적 우수한 열전달 특성을 갖는 접지 전극으로부터의 간격), 이는 고온에 더욱 노출되기 쉽다고 말할 수 있다. 따라서, 상기 접합부와 상기 중간 부재 사이의 계면에서 산화(부식)가 발생되며, 산화막(산화 스케일)이 형성될 우려가 있다. 더욱 구체적으로 말하자면, 상기 접합부와 상기 중간 부재 사이의 계면에 산소가 침입할 때, 더욱 산화되기 쉬운 물질이 상기 중간 부재의 내부로부터 상기 계면으로 이동되어 산소와 결합되므로, 상기 계면에는 산화막이 쉽게 형성된다. 더욱이, 상기 접합부와 상기 중간 부재 사이의 계면에 산화막이 형성될 때, 상기 계면에서의 결합 강도는 크게 감소되며, 그 결과, 이는 상기 귀금속 팁의 박리 저항에 열화를 초래할 우려가 있다.

상술한 바의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 접지 전극의 선단부에 결합되는 귀금속 팁을 갖는 스파크 플러그이며 장시간 동안 상기 귀금속 팁의 안정적인 접합 상태를 보장하는 내연 엔진용 스파크 플러그를 제공하는 것이다.

이하, 상기 문제를 해결하기에 적절한 특징들은 다른 부분에서 설명한다. 더욱이, 필요에 따라, 상기 특징의 해당 작동 및 효과를 추가적으로 설명한다.

제 1 특징에 있어서, 내연 엔진용 스파크 플러그는:

축방향으로 연장되는 바 형상을 갖는 중앙 전극;

실질적으로 원통형 형상을 가지며 상기 중앙 전극의 외주에 제공되는 절연체;

상기 절연체의 외주에 제공되는 튜브형 금속쉘; 및

금속쉘에 결합된 베이스 단부 및 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되게 배치되는 선단부를 갖는 접지 전극으로 이루어지며,

여기에서, 접지 전극 귀금속 팁은 상기 중앙 전극의 선단부 또는 상기 중앙 전극의 선단에 결합되는 중앙 전극 귀금속 팁에 대향되는 일 위치에서 상기 접지 전극의 선단부에 결합되고,

스파크 방전 갭은 상기 중앙 전극의 선단부 또는 상기 중앙 전극 귀금속 팁의 선단부와 상기 접지 전극 귀금속 팁의 선단부와의 사이에 형성되며,

상기 접지 전극 귀금속 팁은 함께 접합되는 상기 두 부재의 금속에 레이저 용접 또는 전자빔 용접을 수행함으로써 형성되는 접합부를 통하여 상기 접지 전극과 동일한 성분을 포함하는 장착부의 베어링 표면에 결합되고,

상기 장착부는 상기 접지 전극에 결합되며, 그리고

상기 접합부 부근 장착부 입자의 입도는 상기 접지 전극 부근에서의 그의 입자의 입도보다 더욱 크다.

상기 제 1 특징에 의하여, 상기 접지 전극용 귀금속 팁은 레이저 용접 또는 전자빔 용접에 의하여 함께 접합되는 두 부재의 금속으로 형성되는 접합부를 갖는 상기 장착부의 베어링 표면에 결합된다. 따라서, 상기 장착부와 상기 접지 전극용 귀금속 팁 사이에 충분한 결합 강도를 보장할 수 있다. 더욱이, 상기 장착부는 상기 접지 전극과 동일한 성분을 포함하며, 예를 들면, 저항 용접에 의하여 상기 접지 전극에 결합되는 경우에도 비교적 충분한 결합 강도를 보장할 수 있다.

불가피하게도, 상기 장착부는 상기 접지 전극으로부터 돌출되며 고온에 더욱 쉽게 노출된다. 또한, 상술한 바와 같이, 상기 접합부와 상기 장착부 사이 계면에서 산화되기 더욱 쉬운 물질과 산소와의 조합으로 인하여 산화막이 형성될 우려가 있다. 이러한 관점에서, 상기 제 1 특징에 있어서, 상기 접합부 부근에서 상기 장착부 입자의 입도는 접지 전극 부근에서의 입자의 입도보다 더욱 크다. 따라서, 상기 접합부 부근의 상기 장착부 내에서, 보다 산화되기 쉬운 물질이 이동할 수 있는 경로의 수는 비교적 작다. 그러므로, 상기 계면에 산소가 침투할 때에도, 보다 산화되기 쉬운 물질은 상기 장착부의 내부로부터 상기 계면에 거의 나타나지 않게 되고, 따라서 산화막의 형성은 거의 발생하지 않는다. 그 결과, 상기 계면에서의 안정적인 결합 강도는 장시간 동안 보장될 수 있고, 상기 접지 전극용 귀금속 팁의 박리 저항이 저하됨을 억제하게 된다.

여기에서, 상기 “입자의 입도”는 소정 영역 내 입자의 평균 입도를 칭한다. 계산 방법으로서, 예를 들면, 상기 접지 전극용 귀금속 팁의 축 중심을 통과하는 일 단면에 대한 사진을 구하고, 상기 사진 상에 직경이 0.1㎜인 가상원을 그리며, 상기 가상원 내에 포함된 입자의 수를 측정한다. 상기 가상원의 영역을 입자의 수로 나누면, 입자 당 단면 영역이 계산되고, 상기 영역으로부터 상기 입자의 직경을 계산한다. 상기 계산을 통하여 구한 값이 상기 입자의 입도이다. “상기 접합부 부근”은 대체로 상기 접지 전극까지의 거리보다 상기 접합부까지의 거리가 더욱 짧은 임의의 영역이다. 예를 들면, 직경이 0.1㎜인 가상원을 그릴 때, 상기 가상원의 일 부분은 상기 “접합부”와 중첩되게 그려지고, 상기 원에 포함되는 입자는 입도를 측정하는 데에 사용된다. 마찬가지로, “상기 접지 전극 부근”은 대체로 상기 접합부까지의 거리보다 상기 접지 전극까지의 거리가 더욱 짧은 임의의 영역이다. 예를 들면, 직경이 0.1㎜인 가상원을 그릴 때, 상기 가상원의 일 부분은 상기 접지 전극과 중첩되게 그려지고, 상기 원에 포함되는 입자는 입도를 측정하는 데에 사용된다.

더욱이, “접지 전극용 귀금속 팁은 복합체를 형성하기 위하여 상기 장착부의 베어링 표면에 결합되고 및 상기 복합체의 장착부는 상기 접지 전극에 결합된다”는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 결합 공정은 원만하게 수행될 수 있다.

더욱이, 후술하는 바와 같이 제 2, 제 3, 제 4, 제 5, 제 6 및 제 7 특징을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.

제 2 특징에서는: 상기 제 1 특징의 스파크 플러그에서,

상기 장착부가:

일단 표면이 상기 접지 전극에 결합된 디스크 형상 베이스부; 및

베이스부의 타단 표면으로부터 돌출되고, 상기 베이스부보다 작은 직경의 컬럼 형상을 가지며, 상기 접지 전극 귀금속 팁이 이에 결합되는 돌출부를 포함하며,

상기 돌출부로부터 외주 방향으로 돌출되는 상기 베이스부의 일 부분은 플랜지부이고, 그리고

상기 플랜지부 입자의 입도는 상기 돌출부 입자의 입도보다 작다.

상기 제 2 특징에 의하여, 상기 장착부는 외주에 상기 플랜지부가 제공되는 상기 베이스부를 가지므로, 상기 접지 전극에 결합되는 측에, 플랜지부가 없는 경우에 비하여 증가된 결합 영역을 이룰 수 있다. 따라서, 보다 강력한 결합을 달성하는 것이 가능하다. 상기 접지 전극용 귀금속 팁의 열전달 경로가 넓어지므로, 상기 귀금속 팁의 내구성을 개선하는 것이 가능하다.

한편, 상기 장착부에는 상기 플랜지부가 제공되며 상기 플랜지부는 상기 접지 전극으로부터 돌출되므로, 상기 플랜지부로부터 튀어오르는 화염으로 인한 스파크 소모에 대하여 우려가 있다. 특히, 상기 장착부의 플랜지부의 입자는 이렇게 튀어오르는 화염의 충격으로 인하여 모든 입자 경계에서 분리될 가능성이 있고, 상기 입자가 크면, 이러한 분리로 인한 소모의 정도가 증가된다. 이러한 관점에서, 상기 제 2 특징에 의하면, 상기 장착부에서, 상기 플랜지부 입자의 입도가 상기 돌출부 입자의 입도보다 작게 된다. 따라서, 상기 중앙 전극(또는 상기 중앙 전극의 귀금속 팁)과 상기 플랜지부 사이에서 스파크 방전이 발생할 때에도, 상기 입자 분리는 비교적 작고, 분리로 인한 손상이 최소화될 수 있다. 그 결과, 상기 장착부에서 스파크 소모의 열화를 억제하는 것이 가능하다.

제 3 특징에 있어서, 내연 엔진용 스파크 플러그는:

축방향으로 연장되는 바 형상을 갖는 중앙 전극;

실질적으로 원통형 형상을 가지며 상기 중앙 전극의 외주에 제공되는 절연체;

상기 절연체의 외주에 제공되는 튜브형 금속쉘; 및

금속쉘에 결합된 베이스 단부 및 상기 중앙 전극의 선단부에 대향되게 배치되는 선단부를 갖는 접지 전극으로 이루어지며,

여기에서, 접지 전극 귀금속 팁은 상기 중앙 전극의 선단부 또는 상기 중앙 전극의 선단에 결합되는 중앙 전극 귀금속 팁에 대향되는 일 위치에서 상기 접지 전극의 선단부에 결합되고,

스파크 방전 갭은 상기 중앙 전극의 선단부 또는 상기 중앙 전극 귀금속 팁의 선단부와 상기 접지 전극 귀금속 팁의 선단부와의 사이에 형성되며,

상기 접지 전극 귀금속 팁은 함께 접합되는 상기 두 부재의 금속에 레이저 용접 또는 전자빔 용접을 수행함으로써 형성되는 접합부를 통하여 상기 접지 전극과 동일한 성분을 포함하는 장착부의 베어링 표면에 결합되고,

상기 장착부는 상기 접지 전극에 결합되며,

상기 장착부는:

일단 표면이 상기 접지 전극에 결합된 디스크 형상 베이스부; 및

베이스부의 타단 표면으로부터 돌출되고, 상기 베이스부보다 작은 직경의 컬럼 형상을 가지며, 상기 접지 전극 귀금속 팁이 이에 결합되는 돌출부를 포함하며,

상기 돌출부로부터 외주 방향으로 돌출되는 상기 베이스부의 일 부분은 플랜지부이고, 그리고

상기 플랜지부 입자의 입도는 상기 돌출부 입자의 입도보다 작다.

상기 제 3 특징에 의하면, 상기 제 1 및 제 2 특징의 효과가 발휘된다.

제 4 특징에 있어서는, 상기 제 2 또는 제 3 특징에 의한 스파크 플러그에서,

A>10, 및 B≤10가 만족되고,

여기에서, A(㎛)는 상기 돌출부 입자의 입도를 나타내며, 그리고 B(㎛)는 상기 플랜지부 입자의 입도를 나타낸다.

제 5 특징에 있어서는, 상기 제 4 특징의 스파크 플러그에서,

10<A≤200, 및 0.1≤B≤10가 만족된다.

상술한 바의 효과가 신뢰성있게 발휘되도록 하기 위하여, 상기 제 4 특징에서와 같이, 상기 돌출부 입자의 입도(A)가 10㎛을 초과하도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 산화 저항에 있어서 큰 개선을 달성할 수 있고, 상기 접지 전극용 귀금속 팁의 박리 저항에 있어서 열화를 억제하는 것이 가능하다. 상기 플랜지부 입자의 입도(B)는 10㎛ 이하로 되는 것이 바람직하다. 따라서, 비교적 큰 입자가 분리됨에 따라 상기 플랜지부가 소모되는 정도가 증가됨을 억제하는 것이 가능하다.

특히, 제 5 특징에서와 같이, 상기 돌출부 입자의 입도(A)는 200㎛미만으로 되는 것이 바람직하다. 상기 입도(A)가 200㎛ 이상으로 되는 경우에는, 접지가 분리됨에 따라 상기 접지 전극용 귀금속 팁이 분리될 우려가 있다. 상기 플랜지부 입자의 입도(B)는 0.1㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 입도(B)가 0.1㎛ 미만인 경우에는, 상기 플랜지부의 경도가 증가되고, 가공성에 열화가 발생될 우려가 있다.

제 6 특징에 있어서는, 상기 제 2 내지 제 5 특징의 스파크 플러그에서,

상기 플랜지부의 입자가 편평하며 상기 장착부의 축방향에 대한 수직 방향으로 배향된다.

상기 제 6 특징에 의하면, 상기 플랜지부의 입자가 편평하며 상기 장착부의 축방향에 대한 수직 방향으로 배향되므로, 비록 상기 중앙 전극(또는 상기 중앙 전극의 귀금속 팁)과 상기 플랜지부와의 사이에 스파크 방전이 발생되고 입자가 분리되더라도, 상기 축방향(두께 방향)으로 발생되는 홈 및 균열을 최소화하는 것이 가능하다. 그 결과, 상기 장착부에서 스파크 소모 열화를 더욱 억제하는 것이 가능하다.

제 7 특징에 있어서는, 상기 제 2 내지 제 5 특징의 스파크 플러그에서, 상기 장착부가 상기 접지 전극의 주성분과 동일한 금속을 주로 포함한다.

상기 제 7 특징에 의하면, 상기 장착부의 주성분은 상기 접지 전극의 주성분과 동일한 금속(예를 들면, 니켈)이다. 따라서, 상기 장착부 및 상기 접지 전극의 호환성이 증가되고, 예를 들면, 상기 두 부재를 저항 용접 등에 의하여 접합하는 경우, 그 결합 강도를 크게 강화하는 것이 가능하다.

도 1은 일 실시예에 의한 스파크 플러그의 구성을 나타내는 부분적인 정면 단면도
도 2는 상기 스파크 플러그의 부분적으로 확대된 단면도
도 3은 도 2에 대한 수직 방향으로부터 본 상기 스파크 플러그를 나타내는 확대 단면도
도 4A 내지 도 4C는 복합체 및 접지 전극의 제작 과정을 개략적으로 나타내는 단면도
도 5A 내지 도 5C는 장착부의 제작 과정을 개략적으로 나타내는 단면도
도 6은 접지 전극 부근에서의 장착부 입자의 평균 입도는 일정하고 접합부 부근에서의 입자의 평균 입도는 변화되는 경우 산화막 형성 비율의 관계를 나타내는 그래프
도 7은 접합부 부근 장착부 입자의 평균 입도는 일정하고 플랜지부 내 입자의 평균 입도는 변화되는 경우 상기 플랜지부의 소모량의 관계를 나타내는 그래프
도 8은 또 다른 일 실시예에 의한 스파크 플러그에 대한 부분적으로 확대된 도면

이하, 첨부도면을 참조하여 일 실시예를 설명한다. 도 1은 스파크 플러그(1)를 도시하는 부분적인 정면 단면도이다. 도 1에서, 상기 스파크 플러그(1)의 축(CL1) 방향은 본 도면에서 상하 방향을 나타내고, 상하측은 상기 스파크 플러그(1)의 선단측 및 후단측을 나타낸다.

상기 스파크 플러그(1)는 길다란 절연 부재인 절연체(2) 및 이를 지지하는 원통형 금속쉘(3)을 포함한다.

상기 절연체(2)에는 상기 축(CL1)을 따라 관통된 축홀(4)이 제공된다. 중앙 전극(5)은 상기 축홀(4)의 선단부 내에 삽입되어 고정되고, 단자 전극(6)은 그 후단부 내에 삽입되어 고정된다. 상기 축홀(4) 내에서, 저항(7)은 상기 중앙 전극(5)과 상기 단자 전극(6) 사이에 배치되고, 상기 저항(7)의 양단부는 각각 도전성 유리 밀봉층(8,9)을 통하여 상기 중앙 전극(5) 및 상기 단자 전극(6)에 전기적으로 접속된다.

상기 중앙 전극(5)은 이에 고정되는 상기 절연체(2)의 선단으로부터 돌출되고, 상기 단자 전극(6)은 이에 고정되는 상기 절연체(2)의 후단으로부터 돌출된다. 더욱이, 주성분으로서의 이리듐 및 5 질량%의 백금을 포함하는 귀금속 팁(중앙 전극용 귀금속 팁, 31)은 용접에 의하여 상기 중앙 전극(5)에 결합된다.

한편, 상기 절연체(2)는, 주지된 바와 같이, 알루미늄 등에 소성을 수행함으로써 형성되며, 그의 외부 형상으로부터, 상기 축(CL1) 방향 중심부에서 실질적으로 방사 방향으로 외부로 돌출되는 플랜지 형상을 갖는 대경부(11), 상기 대경부(11)의 전방으로 상기 선단측에 보다 작은 직경으로 제공되는 중간 섕크부(12), 및 상기 중간 섕크부(12)의 전방으로 상기 선단측에 더욱 작은 직경으로 제공되며 내연 엔진(엔진)의 연소실에 노출되는 길다란 다리부(13)를 포함한다. 상기 대경부(11), 중간 섕크부(12), 및 길다란 다리부(13)를 포함하는 상기 절연체(2)의 선단측은 상기 원통형 금속쉘(3) 내에 수용된다. 스텝부(14)는 상기 길다란 다리부(13)와 상기 중간 섕크부(12) 사이의 연결부에 형성되고, 상기 절연체(2)는 상기 스텝부(14)에 의하여 상기 금속쉘(3)에 로킹된다.

상기 금속쉘(3)은 저탄소강과 같은 금속으로 원통형 형상으로 형성되고, 및 그 외주면에는, 상기 스파크 플러그(1)를 엔진의 실린더 헤드에 장착하기 위하여 필요한 나사부(나사산, 15)이 형성된다. 장착부(16)는 상기 나사부(15) 후방으로 상기 후단측의 외주면에 제공되고, 링-형상 개스킷(18)은 상기 나사부(15)의 후단에서 스크류 헤드(17)에 삽입되어 끼워 맞춤된다. 상기 금속쉘(3)의 후단측에는, 6각형 단면을 가지며 상기 금속쉘(3)을 상기 실린더 헤드에 장착하기 위하여 렌치와 같은 도구가 맞물림되는 도구 결합부(19)가 제공되고, 그의 후단부에는, 상기 절연체(2)를 지지하기 위한 스웨이지부(20)가 제공된다.

상기 절연체(2)를 로킹하기 위한 스텝부(21)는 상기 금속쉘(3)의 내주면에 제공된다. 더욱이, 상기 절연체(2)는 상기 후단측으로부터 상기 주요 금속 클래스프(3)의 선단측을 향하여 삽입되고, 상기 금속쉘(3) 후단측의 개방부를 스웨이징함으로써, 즉, 상기 스웨이지부(20)의 스텝부(14)가 상기 금속쉘(3)의 스텝부(21)에 로킹되는 상태로 상기 스웨이지부(20)를 형성함으로써 고정된다. 환형상 플레이트 패킹(22)은 상기 절연체(2) 및 상기 금속쉘(3)의 상기 스텝부들(14, 21) 사이에 배치된다. 따라서, 상기 연소실의 기밀성을 유지하는 것이 가능하며, 상기 연소실 내에 노출되는 상기 절연체(2)의 길다란 다리부(13)와 상기 금속쉘(3)의 내주면과의 사이의 갭 내로 흐르는 연료 가스가 누설되지 않는다.

더욱이, 스웨이징에 의하여 기밀성을 더욱 완전하게 하기 위하여, 환형상 링부재(23, 24)가 상기 금속쉘(3)의 후단측에서 상기 금속쉘(3)과 상기 절연체(2) 사이에 배치되고, 활석 분말(탤컴)(25)이 상기 링부재(23, 24) 사이에 충진된다. 즉, 상기 금속쉘(3)은 상기 플레이트 패킹(22), 상기 링부재(23, 24), 그리고 이들 사이에 배치되는 상기 활석(25)으로써 상기 절연체(2)를 지지한다.

더욱이, 실질적으로 L-형상을 갖는 접지 전극(27)은 상기 금속쉘(3)의 선단면(26)에 결합된다. 즉, 상기 접지 전극(27)의 베이스 단부는 상기 금속쉘(3)의 선단면(26)에 용접되고, 그의 선단측은 상기 선단측의 측표면이 상기 중앙 전극(5)의 선단부(상기 귀금속 팁(31)의 선단부)에 대향되도록 구부러진다. 상기 접지 전극(27)에는 상기 귀금속 팁(31)에 대향되는 귀금속 팁(접지 전극용 귀금속 팁)(32)이 제공된다. 더욱이, 상기 귀금속 팁(31, 32)은 상기 축(CL1)에 일직선으로 배열되고, 상기 귀금속 팁(31, 32) 사이의 갭은 스파크 방전 갭(33)이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 중앙 전극(5)은 구리 또는 구리 합금으로 형성되는 내부층(5A) 및 니켈(Ni) 합금으로 형성되는 외부층(5B)의 구조로 된다. 상기 중앙 전극(5)은 작은 직경, 전반적으로 볼 때 바 형상(컬럼 형상), 그리고 편평한 선단 표면으로 된 선단측을 갖는다. 컬럼 형상을 갖는 상기 귀금속 팁(31)은 이와 중첩되도록 배치되며, 그의 결합 표면의 외주부를 따라서 레이저 용접, 전자빔 용접, 등을 수행함으로써, 상기 귀금속 팁(31) 및 상기 중앙 전극(5)은 접합부(41)로 함께 접합된다. 즉, 상기 귀금속 팁(31)은 상기 접합부(41)에 의하여 상기 중앙 전극(5)에 고정되고 결합된다.

한편, 상기 접지 전극(27)은 내부층(27A) 및 외부층(27B)을 포함하는 이중-층 구조를 갖는다. 본 실시예에서, 상기 외부층(27B)은 인코넬 600 또는 인코넬 601(브랜드 명칭)과 같은 니켈 합금으로 형성된다. 한편, 상기 내부층(27A)은 니켈 합금 또는 순수한 구리보다 열전도율이 더욱 좋은 금속인 구리 합금으로 형성된다. 상기 내부층(27A)의 존재로 인하여, 열전달의 개선을 달성하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위하여, 상기의 단순한 2-층 구조를 설명하였으나, 3-층 구조 또는 4 이상의 층을 갖는 다층 구조를 이용할 수도 있다. 여기에서, 상기 외부층(27B) 내부의 층은 상기 외부층(27B)보다 열전도율이 더욱 좋은 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 그러므로, 예를 들면, 합금 또는 순수한 구리로 형성되는 중간층이 상기 외부층(27B) 내에 제공될 수 있고, 순수한 니켈로 형성되는 최내층이 상기 중간층 내부에 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 중간층 및 상기 최내층은 상기 내부층(27A)을 구성한다. 물론, 다층 구조 대신으로, 상기 접지 전극(27)은 니켈 합금만으로 형성되는 단일-층 구조를 이용할 수도 있다.

상기 중앙 전극(5)의 귀금속 팁(31)은 주로 이리듐을 포함하고, 상기 접지 전극(27)의 귀금속 팁(32)은, 예를 들면, 주성분으로서의 백금 및 20 질량%의 로듐을 포함하는 귀금속 합금으로 형성된다고 언급되고 있다. 여기에서, 그의 조성은 일 예일 뿐이며 본 설명에 한정되는 것은 않는다. 예를 들면, 또 다른 일 예로서, 주로 니켈을 포함하는 후술되는 장착부(51)와의 용접을 강화하기 위하여, 주성분으로서의 백금 및 10 질량%의 니켈을 포함하는 귀금속 합금(Pt-10Ni)을 이용할 수도 있다. 상기 귀금속 팁(31, 32)은, 예를 들면, 다음과 같이 제작된다. 우선, 이리듐 또는 백금을 주로 포함하는 잉곳(ingot)을 준비하고, 상술한 바의 소정 조성을 얻기 위하여 합금 성분을 이와 함께 혼합하여 용융시키며, 상기 용융 합금에 대하여 다시 잉곳을 형성하여, 상기 잉곳에 대하여 열간 단조 및 열간 압연(공형 압연)을 수행한다. 그리하여, 인발에 의하여 바-형상 재료를 얻고, 이를 소정의 길이로 절단함으로써, 상기 컬럼-형상 귀금속 팁(31, 32)을 얻는다.

그러나, 본 실시예에서 상기 접지 전극(27) 측의 귀금속 팁(32)은 상기 접지 전극의 선단부에 직접적으로 결합되지 않고, 도 3에 나타낸 바와 같이 주로 니켈을 포함하는 장착부(51)에 의하여 간접적으로 이에 결합된다. 더욱 구체적으로 말하자면, 상기 장착부(51)는 디스크 형상을 갖는 베이스부(53) 및 상기 베이스부(53)로부터 돌출되고 상기 베이스부(53)보다 직경이 작은 컬럼 형상을 갖는 돌출부(54)를 포함한다. 상기 돌출부로부터 외주 방향(54)으로 돌출되는 베이스부(53)의 일 부분은 플랜지부(52)이다. 상기 귀금속 팁(32)은 상기 돌출부(54)의 베어링 표면(54a)에 결합되고, 상기 베이스부(53)는 상기 접지 전극(27)의 편평한 내부 표면에 결합된다.

상기 귀금속 팁(32) 및 상기 장착부(51)의 결합 순서를 설명한다. 우선, 도 4A에 나타낸 바와 같이, 상기 귀금속 팁(32)이 상기 장착부(51)의 돌출부(54)의 베어링 표면(54a)에 접촉되는 상태에서, 도 4B에 나타낸 바와 같이, 그의 결합 표면 외주를 따라 이에 레이저 용접 또는 전자빔 용접을 수행한다, 따라서, 상기 귀금속 팁(32) 및 상기 장착부(51)(돌출부(54))는 접합부(42)를 형성하기 위하여 함께 접합됨으로써, 그 내부에서 상기 귀금속 팁(32) 및 상기 장착부(51)가 그들 사이에 위치되는 상기 접합부(42)에 의하여 함께 접합되어 강하게 고정되는 복합체(71)를 얻게 된다. 도 4C에 나타낸 바와 같이, 상기 복합체(71)의 장착부(51)(베이스부(53))는 저항 용접에 의하여 상기 접지 전극(27)의 편평한 표면에 결합된다. 여기에서, 장착부(51) 및 상기 접지 전극(27)의 외부층(27B)은 모두 니켈 합금으로 형성되므로, 저항 용접을 이용함으로써 충분한 결합 강도를 얻을 수 있다. 저항 용접 동안 상기 플랜지부(52)를 누르면서 용접을 수행하므로, 이러한 경우에, 상기 베이스부(53)의 둘레부(플랜지부(52))는 양호하게 용접되는 경향이 있다. 이러한 관점에서, 상기 베이스부(53)의 중심부가 더욱 신뢰성있게 용접되도록 하기 위하여, 중심 위치에서 상기 베이스부(53)의 하단 표면(저항 용접 표면)에 돌기를 일체로 형성할 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 접합부(42) 부근에서 상기 장착부(51) 입자의 입도는 접지 전극(27) 부근에서의 입자의 입도보다 크다. 상기 “입자의 입도”는 소정 영역 내 입자의 평균 입도를 칭한다. 계산 방법으로서, 상술한 바와 같이, 예를 들면, 상기 귀금속 팁(32)의 축 중심을 통과하는 일 단면의 도면을 구하고, 상기 도면 상에 직경이 0.1㎜인 가상원을 그려서, 상기 가상원 내에 포함되는 입자의 수를 측정한다. 더욱이, 상기 가상원의 영역을 입자의 수로 나눔으로써, 입자 당 단면 영역을 계산하고, 그 영역으로부터 상기 입자의 직경을 계산한다. 상기 계산을 통하여 구한 값이 입자의 입도이다. “상기 접합부(42) 부근”은 대체로 상기 접합부(42)까지의 거리가 상기 접지 전극(27)까지의 거리보다 짧은 임의의 영역이다. 예를 들면, 직경이 0.1㎜인 가상원을 상술한 바와 같이 그릴 때, 상기 가상원의 일 부분은 상기 접합부(42)와 중첩되게 그려지고, 상기 원 내에 포함되는 입자가 상기 입도 측정에 사용된다. 마찬가지로, “상기 접지 전극(27) 부근”은 대체로 상기 접지 전극(27)까지의 거리가 상기 접합부(42)까지의 거리보다 짧은 임의의 영역이다. 예를 들면, 직경이 0.1㎜인 가상원을 상술한 바와 같이 그리고, 상기 가상원의 일 부분이 상기 접지 전극(27)과 중첩되게 그리며, 상기 원 내에 포함되는 입자를 상기 입도 측정에 사용한다.

본 실시예에서, 상기 장착부(51)에서, 상기 플랜지부(52) 입자의 입도는 상기 돌출부(54) 입자의 입도보다 작다. 특히, 상기 돌출부(54) 입자의 입도가 A(㎛)이고 및 상기 플랜지부(52) 입자의 입도가 B(㎛)라고 가정할 때,

10<A≤200, 및

0. 1≤B≤10

는 만족된다.

상기 플랜지부(52)의 입자는 편평하며, 상기 장착부(51)의 축(CL2)(도 4C 참조) 방향(본 실시예에서, 상기 축(CL1) 방향)에 대한 수직 방향으로 배향된다.

여기에서, 상술한 바와 같이, 각 영역 내 입자를 구성하는 기술의 일 예를 도 5를 참조하여 설명한다. 우선, 도 5A에 나타낸 바와 같이, 상기 장착부(51)의 외형과 동일한 형상으로 된 성형 표면(61)을 갖는 고정 몰드(62)를 준비한다. 그리고나서, 컬럼 형상을 가지며 니켈 합금으로 형성되는 페데스탈 팁(51A)을 상기 몰드 표면(61)에 놓는다. 여기에서, 도 5B에 나타낸 바와 같이, 상기 페데스탈 팁(51A)은 상기 돌출부(54)와 실질적으로 동일한 직경으로 하고 상기 몰드 표면(61)내에서 상기 돌출부(54)를 형성하기 위한 영역에 위치시켜 고정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 고정 몰드(62)로부터 간격을 두고 배치되는 이동가능한 몰드(63)를 본 도면의 화살표 방향으로 가압한다. 따라서, 상기 페데스탈 팁(51A) 등의 주변 부분은 상기 플랜지부(52)를 형성하기 위하여 상기 페데스탈 팁(51A)의 상부 둘레 및 상기 고정 몰드(62)의 공간에서 이동(변형)된다. 이렇게 형성된 부분을 상기 고정 몰드(62)로부터 꺼내면, 도 5C에 나타낸 바의 상기 장착부(51)를 얻게 된다. 더욱이, 상기 형성 동안, 상기 이동가능한 몰드(63) 대신으로, 해머 등을 프레스로서 이용할 수도 있다. 이러한 형성 기술을 이용함으로써, 상기 플랜지부(52)의 입자를 가압하여 밀어 넣으면, 그의 입도가 밀어 넣어져서 변형되지 않은 상기 돌출부(54) 입자의 입도보다 더욱 작아지며, 그의 입자는 편평해지고 상기 중심축 방향(제조 이후 상기 축(CL1) 방향)에 대한 수직 방향으로 배향되게 된다. 같은 이유로, 제조 이후, 상기 접지 전극(27) 측에 배치되는 상기 베이스부(53) 입자의 입도는 제조 이후 상기 접합부(43) 측에 배치되는 상기 돌출부(54) 입자의 입도보다 더욱 작아지게 된다.

다음으로, 상술한 바의 구조를 갖는 스파크 플러그(1)의 제조 방법, 특히 상기 접지 전극(27) 등의 제조 공정을 설명한다. 우선, 상기 금속쉘(3)을 미리 가공한다. 즉, 컬럼 형상의 금속재(예를 들면, S15C 또는 S25C와 같은 철-계 물질 또는 스테인레스 물질)에 기본적인 형상을 형성하기 위하여 냉간 단조에 의하여 관통홀을 형성한다. 그 후, 상기의 외형을 형성하기 위하여 절단 공정을 수행함으로써, 금속쉘 중간 부재를 얻는다.

그리하여, 상기 접지 전극(27)의 중간 부재가 제작된다. 즉, 상기 접지 전극(27)의 중간 부재는 구부림 이전에 수직의 바-형상 부재이다. 구부림 이전의 상기 접지 전극(27)은, 예를 들면, 다음과 같이 얻어진다.

즉, 상기 내부층(27A)의 금속재로 형성되는 코어재, 및 상기 외부층(27B)의 금속재로 형성되는 바닥부가 있는 원통형 부재를 준비한다(모두 도시 생략됨). 상기 코어재를 상기 바닥이 있는 원통형 부재의 오목부 내로 삽입함으로써, 컵 부재를 형성한다. 다음으로, 상기 2-층 구조를 갖는 상기 컵 부재에 대하여 차가운 온도에서 박막화 공정(thining process)을 수행한다. 차가운 온도에서 수행되는 상기 박막화 공정으로서는, 예를 들면, 다이(die) 등을 이용하는 신선(wire drawing), 자형 다이(female die) 등을 이용하는 압출성형을 예로 들수 있다. 그 후, 스웨이징을 수행함으로써, 직사각형 단면을 가지며 박형화된 바-형상 부재가 형성된다.

이어서, 구부림 및 팁 결합 이전의 상기 접지 전극(27)은 저항 용접에 의하여 상기 금속쉘 중간 부재의 선단면에 결합된다. 더욱이, 상기 저항 용접 동안에는 소위 “시어 드루우프(shear droop)”가 발생되므로, 상기 “시어 드루우프”를 제거하는 작업을 수행한다. 본 예에서는, 상기 스웨이징, 절단, 등을 수행한 이후에, 구부림 이전의 상기 접지 전극(27)을 저항 용접에 의하여 결합한다. 그러나, 상기 절단 공정은 상기 박막화 공정, 상기 바-형상 부재의 상기 금속쉘 중간 부재에 대한 결합 및 상기 스웨이징을 수행한 이후에 수행할 수도 있다. 이러한 경우에, 스웨이징 동안, 상기 금속쉘 중간 부재가 지지되는 상태에서, 그의 선단면에 결합된 상기 바-형상 부재를 상기 선단측으로부터 스웨이저(swager)의 처리 유니트(스웨이징 다이)에 도입한다. 그러므로, 상기 스웨이징 동안 지지부를 보장하기 위하여 상기 바-형상 부재를 의도적으로 길게 설정할 필요가 없다.

그 후, 상기 나사부(15)는 나사 전조(thread rolling)에 의하여 상기 금속쉘 중간 부재의 소정 부분에 형성된다. 따라서, 구부림 이전의 상기 접지 전극(27)이 용접될 상기 금속쉘(3)이 얻어진다. 상기 금속쉘(3)에는 아연 도금 또는 니켈 도금이 수행된다. 부식 저항을 강화하기 위하여, 표면에는 크로메이트 처리(chromate treatment)를 추가로 수행할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 상기 귀금속 팁(32)의 상기 복합체(71)가 얻어진다. 즉, 상기 귀금속 팁(32)이 상기 장착부(51)의 돌출부(54)의 베어링 표면(54a)에 접촉되는 상태에서, 그의 결합 표면 외주를 따라 상기 접합부(42)를 형성하기 위하여 레이저 용접 또는 전자빔 용접을 수행함으로써, 상기 귀금속 팁(32) 및 상기 장착부(51)가 서로 강하게 결합 및 고정된 복합체(71)가 얻어진다.

도 4C에 나타낸 바와 같이, 상기 복합체(71)의 장착부(51)(베이스부(53))는 저항 용접에 의하여 상기 구부림 이전의 접지 전극(27)의 편평한 표면에 결합된다. 보다 신뢰성있는 용접을 위하여, 상기 용접 이전에 용접부에 대하여 도막 제거를 수행하거나, 또는 도금 동안 용접 목표 부분에 대하여 마스킹을 수행한다. 상기 복합체(71)의 용접은 후술되는 조립 이후에 수행할 수도 있다.

한편, 상기 금속쉘(3)뿐만 아니라, 상기 절연체(2)를 성형한다. 예를 들면, 주성분으로서의 알루미나, 바인더, 등을 포함하는 원료 분말을 이용하여 베이스 금속 과립화재를 준비하고, 상기 재료를 이용하여 고무 프레스 형성을 수행하여, 원통형 콤팩트(compact)를 얻는다. 이렇게 얻어진 콤팩트를 형상화하기 위하여 연삭을 수행한다. 그러면, 형상화된 콤팩트를 소성로에 투입하여 소성함으로써, 상기 절연체(2)를 얻게 된다.

상기 중앙 전극(5)은 상기 금속쉘(3) 및 상기 절연체(2)와는 별도로 준비한다. 즉, Ni-계 합금을 단조하고, 열 방출을 강화하기 위하여 그 중심에 구리 코어를 제공한다. 더욱이, 상술한 바의 상기 귀금속 팁(31)은 레이저 용접 등에 의하여 그의 선단부에 결합된다.

상기 중앙 전극(5)에는 상술한 바와 같이 얻어진 상기 귀금속 팁(31)이 결합되고, 상기 단자 전극(6)은 도시 생략한 유리 밀봉에 의하여 상기 절연체(2)의 축홀(4) 내에 밀봉 및 고정된다. 상기 유리 밀봉으로는, 일반적으로, 붕규산 유리 및 금속 분말을 준비하여 혼합하여 사용한다. 상기 중앙 전극(5)이 우선 상기 절연체(2)의 축홀(4)을 통하여 삽입된 상태에서, 이렇게 준비된 밀봉 부재를 상기 절연체(2)의 축홀(4) 내에 주입하고, 그 후측으로부터 상기 단자 전극(6)를 가압하여 상기 소성로 내에서 소성함으로써 굽는다. 이 때에, 상기 절연체(2)의 후단측 생크부의 표면에 유약층을 동시에 소성하거나, 또는 유약층을 미리 형성할 수도 있다.

그러므로, 상술한 바와 같이 제작된 상기 중앙 전극(5) 및 상기 단자 전극(6)을 갖는 상기 절연체(2) 및 상기 수직의 바 형상으로 된 상기 접지 전극(27)을 갖는 상기 금속쉘(3)을 서로 조립한다. 더욱 구체적으로 말하자면, 상기 절연체(2)의 부분들이 원주 방향으로 상기 금속쉘(3)을 둘러싸서 지지되도록, 비교적 박형으로 형성된 상기 금속쉘(3)의 후단부에 냉간 스웨이징 또는 열간 스웨이징을 수행한다.

마지막으로, 상기 중앙 전극(5)(그의 귀금속 팁(31))과 상기 접지 전극(27)(그의 귀금속 팁(32)) 사이에 상기 스파크 방전 갭(33)을 조정하기 위하여 상기 수직의 바 형상을 갖는 상기 접지 전극(27)을 구부린다.

이러한 일련의 공정으로써, 상술한 바의 구조를 갖는 상기 스파크 플러그(1)를 제조한다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 장착부(51)는 상기 접지 전극(27)으로부터 돌출되고 고온에 노출되기가 더욱 쉽다. 상기 접합부(42)와 상기 장착부(51) 사이 계면(도 3에서 실선으로 나타낸 바의 참조 부호(KM) 참조)에서 산화되기 더욱 쉬운 물질과 산소와의 조합으로 인하여 산화막이 형성될 우려가 있다. 이러한 관점에서, 본 실시예에서, 상기 접합부(42) 부근에서의 상기 장착부(51) 입자의 입도는 상기 접지 전극(27) 부근에서의 입자의 입도보다 더욱 크다. 따라서, 상기 접합부(42) 부근의 상기 장착부(51)에서는, 산화되기 더욱 쉬운 물질이 상기 계면(KM)으로 이동 가능한(다수의) 경로가 비교적 작다. 그러므로, 산소가 상기 계면(KM) 내로 침입할 때에도, 상기 산화되기 더욱 쉬운 물질이 상기 장착부(51)의 내부로부터 상기 계면(KM)에 거의 나타나지 않고, 산화막의 형성이 거의 발생되지 않는다. 그 결과, 상기 계면(KM)에서의 안정적인 결합 강도를 장시간 동안 보장할 수 있고, 상기 접지 전극에 대한 상기 귀금속 팁(32)의 박리 저항에 있어서 열화를 억제하게 된다.

상기 접지 전극(27)에 결합된 상기 장착부(51)측에는, 상기 플랜지부(52)를 갖는 상기 베이스부(53)가 제공된다. 따라서, 결합 영역의 증가 및 더욱 강한 결합을 달성하는 것이 가능하다. 상기 귀금속 팁(32)의 열전달 경로가 넓어지므로, 상기 귀금속 팁(32)의 내구성 개선을 달성하는 것이 가능하다.

상기 장착부(51)에서, 상기 플랜지부(52) 입자의 입도는 상기 돌출부(54) 입자의 입도보다 작다. 따라서, 상기 중앙 전극용 상기 귀금속 팁(31)과 상기 플랜지부(52) 사이에서 스파크 방전이 발생하는 경우에도, 입자 분리는 비교적 작고, 상기 분리로 인한 손상이 최소화될 수 있다.

특히, 상기 돌출부(54) 입자의 입도(A)는 10㎛을 초과하므로, 산화 저항에 있어서 큰 개선을 달성하는 것이 가능하며, 상기 귀금속 팁(32)의 박리 저항에 있어서 열화를 더욱 억제하는 것이 가능하다. 상기 돌출부(54) 입자의 입도(A)는 200㎛ 미만이므로, 상기 입자가 분리됨에 따라 상기 귀금속 팁(32)이 분리되는 상황은 거의 발생되지 않는다.

한편, 상기 플랜지부(52) 입자의 입도(B)는 10㎛ 이하이므로, 비교적 큰 입자가 분리됨에 따라 상기 플랜지부(52)가 소모되는 정도에 있어서도 그 증가를 억제하는 것이 가능하다. 더욱이, 상기 플랜지부(52) 입자의 입도(B)는 0.1㎛ 이상이므로, 가공성에 있어서의 열화를 방지하는 것이 가능하다.

본 실시예에서, 상기 플랜지부(52)의 입자는 편평하고 상기 축(CL1) 방향에 대한 수직 방향으로 배향되므로, 화염이 상술한 바와 같이 상기 플랜지부(52)를 향하여 튀어오르고 입자가 분리되더라도, 상기 축방향(두께 방향)으로 형성되는 홈 및 균열을 최소화하는 것이 가능하다. 그 결과, 상기 장착부(51)에서의 스파크 소모 열화를 억제하는 것이 가능하다.

여기에서, 이러한 장점들을 확인하기 위하여, 다양한 유형의 평가를 위하여 다양한 표본들을 제작하였다. 그 실험 결과를 아래와 같이 설명한다.

우선, 제 1 표본으로서, 상기 접지 전극 부근(상기 플랜지부)에서 상기 장착부의 입자로서 5㎛의 평균 입도를 갖는 표본들 및 상기 귀금속 팁(Pt-10Ni) 부근(즉, 상기 접합부: 돌출부 부근)에서의 입자로서 상이한 평균 입도를 갖는 표본들을 준비하였고, 이들 표본들 각각에 대하여 산화 저항 테스트를 수행하였다. 산화 저항 테스트의 테스트 조건으로서, 950°C에서 2분간 가열하고 1분간 냉각하는 사이클을 하나의 사이클로 칭하여, 상기 테스트를 1000 사이클 동안 수행한다. 1000 사이클 이후, 상기 접합부와 상기 장착부 사이에서 상기 용접 계면에 존재하는 산화막의 비율을 측정하기 위하여 상기 용접 계면의 일 단면(상기 귀금속 팁의 축을 통과하는 일 단면)을 관찰한다. 산화막의 비율은 백분율로 나타낸 값이며, 이는 상기 용접 계면(도 3에서 (KM)에 해당함)에 성분 분석을 수행하여 상기 용접 계면의 전체 길이를 산화가 형성된 영역의 전체 길이로 나누어 구한 값이다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

본 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 접합부의 부근(상기 돌출부)에서 상기 장착부 입자의 평균 입도가 상기 접지 전극 부근에서의 상기 장착부 입자의 평균 입도보다 더욱 큰 경우, 산화막의 비율이 20% 이하이고 산화막이 거의 형성되지 않는다는 것이 명백해진다. 반대로, 상기 접합부 부근(돌출부)에서의 입자의 평균 입도가 상기 접지 전극 부근(상기 플랜지부)에서의 입자의 평균 입도보다 더욱 작은 경우, 산화막의 비율은 매우 높다. 이는, 상기 장착부와 상기 접합부 사이의 계면을 향하여 산화되기 더욱 쉬운 물질이 이동할 수 있는 경로(의 수)가 상기 접합부의 부근(상기 돌출부)의 장착부에서 증가되며, 산소가 상기 계면 내로 침입할 때, 비교적 다량의 상기 산화되기 더욱 쉬운 물질이 상기 장착부의 내부로부터 상기 계면에 나타나 산화막을 형성하기 때문인 것으로 생각된다.

도 6에서, 상기 돌출부 내 입자의 평균 입도가 10㎛을 초과하는 경우, 산화막의 비율은 20% 이하이고 산화막은 거의 형성되지 않는다는 것이 명백해진다. 한편, 상기 돌출부 내 입자의 평균 크기가 10㎛ 미만(예를 들면, 8㎛ 이하)일 때, 산화막의 비율은 매우 큰 값을 갖는다. 비록 도 6에는 도시하지 않았으나, 상기 돌출부 내 입자의 평균 입도가 200㎛인 경우, 입자가 분리될 때 발생하는 소실부가 크고 상기 귀금속 팁의 결합에 명백한 어려움이 존재함을 알 수 있었다.

다음으로, 상기 접합부의 부근(상기 돌출부)에서 상기 장착부 입자의 평균 입도가 15㎛인 표본들 및 상기 플랜지부 내 입자에 대하여 상이한 평균 입도를 갖는 표본들을 준비하여, 상기 표본들 각각에 대하여 데스크 스파크 내구성 테스트(desk spark endurance test)를 수행하였다. 즉, 상기 데스크 스파크 내구성 테스트에서, 질소 가스 분위기 하에서 250시간 동안 1초당 100 스파크 방전을 발생하는 테스트를 수행하여 이 테스트 전후로 소모되는 상기 플랜지부의 양(축방향으로 소모되는 상기 플랜지부의 길이)을 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.

본 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 플랜지부 내 입자의 평균 입도가 상기 접합부의 부근(상기 돌출부) 장착부 입자의 평균 입도보다 더욱 작은 경우, 상기 플랜지부의 소모를 억제하는 것이 가능하다. 반대로, 상기 플랜지부 내 입자의 평균 입도가 상기 접합부 부근(상기 돌출부)에서의 입자의 평균 입도보다 더욱 큰 경우, 상기 플랜지부의 소모 정도가 증가됨이 명백해진다. 이는, 튀어오르는 화염의 충격으로 인하여 모든 입자 경계에서 상기 장착부의 플랜지부의 입자가 분리되고, 이러한 입자가 클 때, 그 분리로 인한 소모의 정도가 증가될 가능성이 있기 때문인 것으로 생각된다.

더욱이, 도 7에서, 상기 플랜지부 내 입자의 평균 입도가 10㎛ 이하인 경우, 상기 소모의 정도는 0.01㎛ 이하로 억제될 수 있음이 명백해진다. 반대로, 상기 플랜지부 내 입자의 평균 입도가 10㎛을 초과하는 경우(예를 들면, 12㎛이상인 경우), 상기 플랜지부의 소모 정도는 크게 증가된다. 더욱이, 비록 도 7에는 도시하지 않았으나, 상기 플랜지부에 해당하는 영역에서 입자의 평균 입도가 0.1㎛인 경우에는, 상기 장착부의 형성이 어려워진다.

또한, 이는 상술한 바의 실시예에 한정되지 않으며, 예를 들면, 아래와 같이 구체화될 수도 있다.

(a) 본 실시예에서, 상기 장착부(51)는, 디스크 형상으로 되고 외주에 플랜지부가 제공되는 베이스부(53), 및 일 단면에서 볼록한 형상을 가지도록 상기 베이스부(53)로부터 돌출되는 컬럼 형상의 돌출부(54)를 갖는다. 그러나, 상기 제 1 구성의 일 실시예에서, 또 다른 형상의 장착부를 이용할 수도 있다. 예를 들면, 단순한 컬럼 형상을 갖는 받침대(pedestal)를 이용할 수도 있다.

(b) 본 실시예에서는, 상기 내부층(27A)과 상기 장착부(51) 사이에 외부층(27B)이 존재하는 경우가 구체화된다. 그러나, 상기 외부층(27B)이 이들 사이에 위치되지 않는 경우를 구체화하는 것도 가능하다. 이러한 경우에, 상기 장착부(51)는 상기 내부층(27A)에 접촉되고, 및 상기 내부층(27A)과 상기 귀금속 팁(32) 사이의 거리를 감소시킬 수 있으므로, 열전달의 개선을 달성하게 된다.

(c) 본 실시예에서는, 상기 접합부(42)의 일 측부 및 타 측부가 서로 연결되지 않는 일 단면을 도시하지만, 이들을 서로 연결시킬 수도 있다.

(d) 본 실시예에서는, 상기 중앙 전극용 귀금속 팁(31)의 선단면이 상기 접지 전극용 귀금속 팁(32)의 선단부 내표면에 대향되지만, 도 8에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 상기 복합체(71)가 상기 접지 전극(27)의 선단면(27s)에 결합되고 상기 접지 전극용 귀금속 팁(32)의 선단면이 상기 중앙 전극(5) 또는 상기 중앙 전극용 귀금속 팁(31)의 일측 둘레 표면에 대향되는 유형(소위 횡단 방전 유형)을 채택할 수도 있다.

(e) 본 실시예에서는, 상기 접지 전극(27)이 상기 금속쉘(3) 선단부(26)의 선단면에 결합되는 경우가 구체화되지만, 상기 접지 전극을 형성하기 위하여 상기 금속쉘의 일부분(상기 금속쉘에 미리 용접되는 선단 금속 성분의 일 부분)이 절단되는 경우를 적용할 수도 있다(예를 들면, 일본국 특허공개공보 제2006-236906호 등). 더욱이, 상기 접지 전극(27)은 상기 금속쉘(3) 선단부(26)의 측표면에 결합될 수도 있다.

1 - 스파크 플러그 2 - 절연체
3 - 금속쉘 5 - 중앙 전극
27 - 접지 전극 31 - 귀금속 팁(중앙 전극용)
32 - 귀금속 팁(접지 전극용) 33 - 스파크 방전 갭
42 - 접합부 51 - 장착부
52 - 플랜지부 53 - 베이스부
54 - 돌출부 54a - 베어링 표면
71 - 복합체 CL1 - 축
CL2 - 축(장착부의)

Claims (7)

1. 축(CL1) 방향으로 연장되는 바 형상을 갖는 중앙 전극(5);
   실질적으로 원통형 형상을 가지며 상기 중앙 전극(5)의 외주에 제공되는 절연체(2);
   상기 절연체(2)의 외주에 제공되는 튜브형 금속쉘(3); 및
   금속쉘(3)에 결합된 베이스 단부 및 상기 중앙 전극(5)의 선단부에 대향되게 배치되는 선단부를 갖는 접지 전극(27)으로 이루어지며,
   여기에서, 접지 전극 귀금속 팁(32)은 상기 중앙 전극(5)의 선단부 또는 상기 중앙 전극(5)의 선단에 결합되는 중앙 전극 귀금속 팁(31)에 대향되는 일 위치에서 상기 접지 전극(27)의 선단부에 결합되고,
   스파크 방전 갭(33)은 상기 중앙 전극(5)의 선단부 또는 상기 중앙 전극 귀금속 팁(31)의 선단부와 상기 접지 전극 귀금속 팁(32)의 선단부와의 사이에 형성되며,
   상기 접지 전극 귀금속 팁(32)은 함께 접합되는 상기 두 부재의 금속에 레이저 용접 또는 전자빔 용접을 수행함으로써 형성되는 접합부(42)를 통하여 상기 접지 전극(27)과 동일한 성분을 포함하는 장착부(51)의 베어링 표면에 결합되고,
   상기 장착부(51)는 상기 접지 전극(27)에 결합되며, 그리고
   상기 접합부(42) 부근 장착부(51) 입자의 입도는 상기 접지 전극 부근(27)에서의 그의 입자의 입도보다 더욱 큼을 특징으로 하는 내연 엔진용 스파크 플러그(1).
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 장착부(51)는:
   일단 표면이 상기 접지 전극(27)에 결합된 디스크 형상 베이스부(53); 및
   베이스부(53)의 타단 표면으로부터 돌출되고, 상기 베이스부(53)보다 작은 직경의 컬럼 형상을 가지며, 상기 접지 전극 귀금속 팁(32)이 이에 결합되는 돌출부(54)를 포함하며,
   상기 돌출부(54)로부터 외주 방향으로 돌출되는 상기 베이스부(53)의 일 부분은 플랜지부(52)이고, 그리고
   상기 플랜지부(52) 입자의 입도는 상기 돌출부(54) 입자의 입도보다 작음을 특징으로 하는 내연 엔진용 스파크 플러그.
   
3. 축(CL1) 방향으로 연장되는 바 형상을 갖는 중앙 전극(5);
   실질적으로 원통형 형상을 가지며 상기 중앙 전극(5)의 외주에 제공되는 절연체(2);
   상기 절연체(2)의 외주에 제공되는 튜브형 금속쉘(3); 및
   금속쉘(3)에 결합된 베이스 단부 및 상기 중앙 전극(5)의 선단부에 대향되게 배치되는 선단부를 갖는 접지 전극(27)으로 이루어지며,
   여기에서, 접지 전극 귀금속 팁(32)은 상기 중앙 전극(5)의 선단부 또는 상기 중앙 전극(5)의 선단에 결합되는 중앙 전극 귀금속 팁(31)에 대향되는 일 위치에서 상기 접지 전극(27)의 선단부에 결합되고,
   스파크 방전 갭(33)은 상기 중앙 전극(5)의 선단부 또는 상기 중앙 전극 귀금속 팁(31)의 선단부와 상기 접지 전극 귀금속 팁(32)의 선단부와의 사이에 형성되며,
   상기 접지 전극 귀금속 팁(32)은 함께 접합되는 상기 두 부재의 금속에 레이저 용접 또는 전자빔 용접을 수행함으로써 형성되는 접합부(42)를 통하여 상기 접지 전극(27)과 동일한 성분을 포함하는 장착부(51)의 베어링 표면에 결합되고,
   상기 장착부(51)는 상기 접지 전극(27)에 결합되며,
   상기 장착부(51)는:
   일단 표면이 상기 접지 전극(27)에 결합된 디스크 형상 베이스부(53); 및
   베이스부(53)의 타단 표면으로부터 돌출되고, 상기 베이스부(53)보다 작은 직경의 컬럼 형상을 가지며, 상기 접지 전극 귀금속 팁(32)이 이에 결합되는 돌출부(54)를 포함하며,
   상기 돌출부(54)로부터 외주 방향으로 돌출되는 상기 베이스부(53)의 일 부분은 플랜지부(52)이고, 그리고
   상기 플랜지부(52) 입자의 입도는 상기 돌출부(54) 입자의 입도보다 작음을 특징으로 하는 내연 엔진용 스파크 플러그.
   
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   A>10, 및 B≤10 가 만족되며,
   여기에서, A(㎛)는 상기 돌출부(54) 입자의 입도를 나타내며, B(㎛)는 상기 플랜지부(52) 입자의 입도를 나타냄을 특징으로 하는 내연 엔진용 스파크 플러그.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   10<A≤200, 및 0.1≤B≤10가 만족됨을 특징으로 하는 내연 엔진용 스파크 플러그.
   
6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플랜지부(52)의 입자는 편평하며 상기 장착부(51)의 축방향에 대한 수직 방향으로 배향됨을 특징으로 하는 내연 엔진용 스파크 플러그.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 장착부(51)는 상기 접지 전극(27)의 주성분과 동일한 금속을 주로 포함함을 특징으로 하는 내연 엔진용 스파크 플러그.

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