KR20110068950A

KR20110068950A - 스파크 플러그

Info

Publication number: KR20110068950A
Application number: KR1020107027744A
Authority: KR
Inventors: 겐지 반; 지로 규노; 아키라 스즈키
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-06-22
Also published as: CN102138260A; JP5171992B2; JP2011181523A; US8253311B2; JP5165751B2; WO2010026940A1; US20110095672A1; EP2323233B1; CN102138260B; KR101215215B1; EP2323233A1; EP2323233A4; JPWO2010026940A1

Abstract

(과제) 접지전극의 절손을 보다 확실하게 억제할 수 있는 스파크 플러그를 제공한다.
(해결과제) 본 발명의 스파크 플러그(100)는 금속 쉘(1)에 고정되는 기단부(4A)와, 기단부(4A)와 일체를 이루며 굴곡된 굴곡부(4B)와, 굴곡부(4B)와 일체를 이루며 중심전극(3)과 함께 불꽃방전 갭(g)을 형성하는 선단부(4C)로 이루어지는 접지전극(4)을 구비하고 있다. 접지전극(4)은 기단부(4A)에서 굴곡부(4B)를 거쳐 선단부(4C)를 향해서 연장되는 심부(41)와, 심부(41)의 외측에 위치하며 기단부(4A)에서 굴곡부(4B)를 거쳐 선단부(4C)까지 연장되는 외피부(43)를 가지고서 구성되어 있다. 심부(41)는 제 1 금속으로서의 하스텔로이 C로 이루어지고, 외피부(43)는 제 2 금속으로서의 인코넬 601로 이루어진다. 하스텔로이 C는 인코넬 601보다 경도가 높다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 스파크 플러그에 관한 것이다.

특허문헌 1에 종래의 스파크 플러그가 개시되어 있다. 이 스파크 플러그는 금속 쉘에 고정되는 기단부와, 기단부와 일체를 이루며 굴곡된 굴곡부와, 굴곡부와 일체를 이루며 중심전극과 함께 불꽃방전 갭을 형성하는 선단부로 이루어지는 접지전극을 구비하고 있다.

접지전극은 기단부에서 굴곡부를 거쳐 선단부를 향해서 연장되는 심부와, 심부의 외측에 위치하며 기단부에서 굴곡부를 거쳐 선단부를 향해서 연장되는 전열부와, 전열부의 외측에 위치하며 기단부에서 굴곡부를 거쳐 선단부까지 연장되는 외피부를 가지고서 구성되어 있다.

심부는 순니켈로 이루어지고, 전열부는 구리로 이루어지고, 외피부는 니켈기 합금으로 이루어진다. 심부의 순니켈은 비커즈 경도(Hv)가 96이고, 비커즈 경도(Hv)가 46인 구리보다 경도가 높다. 전열부의 구리는 열전도율이 0.94㎈/㎝ㆍ초ㆍ℃이고, 니켈기 합금보다 열전도율이 크다. 또, 전열부의 구리는 열팽창률이 17.0×10^-6/℃이고, 열팽창률이 11.5×10^-6/℃인 니켈기 합금이나 열팽창률이 13.3×10^-6/℃인 순니켈보다 열팽창률이 크다. 외피부의 니켈기 합금은 구리나 순니켈보다 내열성 및 내식성이 우수하다.

이와 같은 구성인 종래의 스파크 플러그는 엔진에 탑재되어 고온 조건 하에서 중심전극과 접지전극의 사이에서 방전을 반복한다.

이 때, 상기 스파크 플러그에서는 전열부를 구성하는 구리가 열전도성이 우수하기 때문에, 선단부 측의 열이 전열부에 의해서 기단부 측으로 효과적으로 전달되어 금속 쉘에서 엔진으로 최적하게 방열된다. 즉, 상기 스파크 플러그는 전열부가 열전도성이 우수하기 때문에, 선단부의 온도 상승을 억제하여 우수한 내구성을 발휘할 수 있게 되어 있다.

반면에, 상기 스파크 플러그는 전열부를 구성하는 구리의 열팽창률이 크기 때문에, 접지전극이 고온 조건 하에서 펴지려고 한다. 접지전극이 펴지게 되면, 접지전극과 중심전극의 불꽃방전 갭이 변화되어 특성에 악영향을 일으킨다. 이 때문에, 상기 스파크 플러그는 전열부 및 외피부의 두께를 조정함에 의해서 이와 같은 접지전극의 펴짐을 억제하는 것으로 하고 있다. 또, 심부를 구성하는 순니켈의 경도가 전열부를 구성하는 구리의 경도보다 높은 것에 의한 심부의 보강 효과도 접지전극의 펴짐의 억제에 기여하고 있다고 생각된다.

특허문헌 1 : 일본국 특개 평11-185928호 공보

그런데, 스파크 플러그에 있어서는 접지전극에 과대한 힘이 작용했을 경우, 접지전극이 절손(breakage)될 우려가 있다.

이 점에 대해서 상기 종래의 스파크 플러그에서는 전열부보다도 비커즈 경도가 높은 심부를 채용하고 있으나, 심부의 경도가 외피부의 경도보다도 낮아 여전히 접지전극의 절손 문제가 남아 있다.

이 때문에, 접지전극을 대형화하거나 절손되기 어려운 형상으로 하는 대책도 생각할 수 있지만, 근래에는 스파크 플러그의 소경화(小徑化)가 진행됨에 따라서 이것에 수반하여 접지전극의 소형화가 요구되고 있기 때문에, 이와 같은 대책도 곤란하게 되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 실정에 감안하여 이루어진 것으로서, 접지전극의 절손을 보다 확실하게 억제할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것을 해결해야 할 과제로 하고 있다.

본 발명의 스파크 플러그는 금속 쉘에 고정되는 기단부와, 상기 기단부와 일체를 이루며 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부와 일체를 이루며 중심전극과 함께 불꽃방전 갭을 형성하는 선단부로 이루어지는 접지전극을 구비하고,

상기 접지전극은 상기 기단부에서 상기 굴곡부를 거쳐 상기 선단부를 향해서 연장되는 심부와, 상기 심부의 외측에 위치하며 상기 기단부에서 상기 굴곡부를 거쳐 상기 선단부까지 연장되는 외피부를 가지고서 구성되며,

상기 심부는 제 1 금속으로 이루어지고, 상기 외피부는 제 2 금속으로 이루어지는 스파크 플러그에 있어서,

상기 제 1 금속은 상기 제 2 금속보다 경도가 높은 것을 특징으로 한다(청구항 1).

본 발명의 스파크 플러그에서는 심부를 구성하는 제 1 금속의 경도가 외피부를 구성하는 제 2 금속보다도 높기 때문에, 외피부에 과대한 힘이 작용하여 접지전극이 절손될 것 같게 되더라도 심부가 그 힘에 대해서 저항한다.

따라서, 본 발명의 스파크 플러그는 접지전극의 절손을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 이 작용 효과에 대해서, 종래의 보강 효과는 전열부의 금속과의 비교 하에서 심부의 경도를 규정하고 있는 것에 지나지 않는다. 본 발명의 스파크 플러그는 심부를 구성하는 제 1 금속의 경도가 외피부를 구성하는 제 2 금속보다도 높기 때문에, 종래의 보강 효과보다도 현저한 보강 효과를 발휘하며, 접지전극의 절손을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

외피부로서는 일반적으로 Ni-Mn-Si 합금, Ni-Mn-Si-Cr 합금, Ni-Mn-Si-Cr-Al 합금 등의 니켈기 합금, 인코넬{“인코넬(Inconel)”은 등록상표} 600, 인코넬 601 등의 제 2 금속이 채용된다. 이 제 2 금속은 비커즈 경도(Hv)가 100∼170정도이다. 또한, 본 발명의 외피부에는 도금 등의 표면 처리에 의해서 형성되는 박막은 포함되지 않는다.

따라서, 심부로서는 상기 스파크 플러그의 외피부보다 경도가 높은 하스텔로이{“하스텔로이(hastelloy)”는 등록상표} A, 하스텔로이 B, 하스텔로이 C 등 비커즈 경도(Hv)가 170∼210정도의 제 1 금속이 채용된다.

접지전극은, 외피부 내에 존재하며 기단부에서 굴곡부를 거쳐 선단부를 향해서 연장되는 전열부를 가지고서 구성될 수 있다. 그리고, 전열부는 제 1 금속 및 제 2 금속보다 열전도성이 우수한 제 3 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 2). 이 경우, 접지전극의 선단부 측의 열이 전열부에 의해서 기단부 측으로 효과적으로 전달되기 때문에, 우수한 열전도성을 발휘하며, 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

전열부로서는 순구리, 구리 합금, 은 등의 제 3 금속을 채용하는 것이 가능하다.

이와 같이 본 발명은 전열부가 없는 접지전극을 가지는 스파크 플러그에 구체화하여도 좋고, 전열부가 있는 접지전극을 가지는 스파크 플러그에 구체화하여도 좋다. 전열부가 있는 접지전극을 가지는 스파크 플러그에서는 심부가 전열부 내에 위치하여도 좋고, 심부 내에 전열부가 위치하여도 좋고, 심부의 일부가 전열부에서 돌출되어 있어도 좋고, 전열부의 일부가 심부에서 돌출되어 있어도 좋고, 심부와 전열부가 각각 독립하여 존재하고 있어도 좋다.

본 발명의 스파크 플러그에 있어서, 전열부는 심부의 외측에 위치하여 구성될 수 있다(청구항 3). 이와 같이 열전도성이 좋은 전열부를 외피부와 접촉시킴으로써, 심부가 열전도성이 낮은 경우에서도 접지전극의 열전도성을 높일 수 있다.

또, 본 발명의 스파크 플러그에 있어서, 심부는 전열부의 외측에 위치하여 구성될 수 있다(청구항 4). 이와 같이 외피부보다도 경도가 높은 심부를 외피부와 접촉시킴으로써, 청구항 3의 스파크 플러그에 비해서 접지전극의 절손을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

본 발명의 스파크 플러그에 있어서, 접지전극이 연장되는 방향에 직교하는 단면에서 접지전극을 본 경우, 심부는 적어도 굴곡부의 중간에 있어서 중심전극 측으로 편심되어 있는 것이 바람직하다(청구항 5). 이 경우, 적어도 굴곡부의 중간에서는, 접지전극의 단면에 있어서, 중심전극의 반대측에 있어서의 외피부 또는 외피부 및 전열부의 단면적은 중심전극 측의 단면적보다도 크게 되어 있다. 따라서, 본 발명의 스파크 플러그는 외피부 또는 외피부 및 전열부의 중심과 심부의 중심이 일치하는 스파크 플러그와 비교하면, 외피부 또는 외피부 및 전열부와 심부가 열팽창의 차이에 의해서 이른바 바이메탈과 같이 작용한다. 이 때문에, 접지전극이 고온 조건 하에서 펴지려고 하는 경향을 약화시키는 효과도 기대할 수 있다.

제 2 금속은 제 1 금속보다도 1000℃ 이상의 고온 영역에 있어서의 내산화 성능이 좋은 것인 것이 바람직하다(청구항 6). 또, 제 2 금속은 제 1 금속보다도 내불꽃소모 성능이 좋은 것인 것이 바람직하다(청구항 7). 예를 들면, 제 2 금속을 인코넬 601로 하고, 제 1 금속을 하스텔로이 C로 하면, 본 발명의 작용 효과를 가지면서 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 스파크 플러그의 정면도(부분 단면도)이다.
도 2는 실시예 1의 스파크 플러그의 요부 확대 단면도이다.
도 3은 실시예 1의 스파크 플러그에 관한 것으로서 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시예 2의 스파크 플러그에 관한 것으로서 도 3과 같은 단면도이다.
도 5는 실시예 3의 스파크 플러그에 관한 것으로서 도 3과 같은 단면도이다.
도 6은 실시예 4의 스파크 플러그의 요부 확대 단면도이다.
도 7은 실시예 4의 스파크 플러그에 관한 것으로서 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 단면을 나타내는 단면도이다.
도 8은 실시예 5의 스파크 플러그에 관한 것으로서 도 7과 같은 단면도이다.
도 9는 실시예 6의 스파크 플러그에 관한 것으로서 도 7과 같은 단면도이다.
도 10은 시험 1에 관한 것으로서 접지전극의 단면적과 진동 절손 시험(vibration breakage test)의 합격률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 시험 3에 관한 것으로서 A/S와 진동 절손 시험의 합격률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 시험 4에 관한 것으로서 B/S와 접지전극의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체화한 실시예 1∼6을 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시예 1)

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 스파크 플러그(100)는 금속 쉘(1), 절연체(2), 중심전극(3) 및 접지전극(4) 등을 구비하고 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 도면의 하측이 선단측이고, 도면의 상측이 후단측이다.

금속 쉘(1)은 저탄소강 등의 금속에 의해서 원통형상으로 형성되어 있으며, 스파크 플러그(100)의 하우징을 구성함과 아울러 그 외주면에는 나사부(7)와 공구 걸어맞춤부(1e)가 형성되어 있다. 나사부(7)는 스파크 플러그(100)를 도시하지 않은 엔진에 부착하기 위한 것이다. 공구 걸어맞춤부(1e)는 육각형상의 축 단면형상을 가지고 있으며, 금속 쉘(1)을 부착할 때에 스패너나 렌치 등의 공구가 걸어맞춰진다.

절연체(2)는 알루미나 등을 주체로 하는 절연재료에 의해서 구성되는 것으로서, 선단이 돌출되도록 금속 쉘(1)의 내측에 삽입되어 있다. 절연체(2)에는 중심전극(3) 및 단자전극(13)을 삽입하기 위한 관통구멍(6)이 축선방향으로 형성되어 있다. 관통구멍(6)의 선단측에는 중심전극(3)이 삽입ㆍ고정되고, 관통구멍(6)의 후단측에는 단자전극(13)이 삽입ㆍ고정되어 있다. 또, 관통구멍(6) 내에 있어서, 단자전극(13)과 중심전극(3)의 사이에는 저항체(15)가 배치되어 있다. 이 저항체(15)의 양 단부는 도전성 유리 밀봉층(16,17)을 통해서 중심전극(3)과 단자전극(13)에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 저항체(15)는 유리 분말과 도전재료 분말(및 필요에 따라서는 유리 이외의 세라믹 분말)을 혼합하고, 핫프레스 등에 의해서 소결하여 얻어지는 저항체 조성물에 의해서 형성된다.

중심전극(3)은 니켈기 합금 등으로 구성된 원기둥형상의 축체(軸體)이다. 중심전극(3)의 선단은 대략 원뿔형상으로 되어 있으며, 관통구멍(6)의 선단에서 돌출된 상태로 되어 있다.

도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이, 접지전극(4a)은 금속 쉘(1)의 선단측의 개구연부에 용접 등에 의해서 고정되는 기단부(4A)와, 기단부(4A)와 일체를 이루며 원호를 그리면서 대략 직각으로 굴곡된 굴곡부(4B)와, 굴곡부(4B)와 일체를 이루며 중심전극(3)과 대향하는 선단부(4C)로 이루어져 있다. 접지전극(4a)의 선단부(4C)와 중심전극(3)의 사이에는 불꽃방전 갭(g)이 형성되어 있다. 상기 스파크 플러그(100)에 있어서, 접지전극(4a)은 한 변(邊)을 1.1㎜로 구성하고, 다른 한 변을 2.2㎜로 구성하고 있다. 즉, 단면적(S)은 2.42㎟이다. 접지전극(4a)의 단면적(S)을 어느 정도로 해야 하는가에 대해서는 후술하는 시험에 의해서 설명된다.

접지전극(4a)은 2층 구조의 대략 직사각형 단면형상의 축체로서, 기단부(4A)에서 굴곡부(4B)를 거쳐 선단부(4C)를 향해서 연장되는 심부(41)와, 심부(41)의 외측에 위치하며 기단부(4A)에서 굴곡부(4B)를 거쳐 선단부(4C)까지 연장되는 외피부(43)를 가지고 있다. 외피부(43)는 선단부(4C)의 말단까지 연장되어 있다. 한편, 심부(41)는 선단부(4C)에 있어서 중심전극(3)의 축선 근방까지 연장되어 있다. 심부(41)의 선단 위치를 선단부(4C)의 어디까지 연장할 것인가{중심전극(3)의 축선보다도 기단측인지 선단측인지}에 대해서는 열전도성 등의 요구 성능에 따라서 적절하게 조정된다.

심부(41)에는 제 1 금속으로서 고강도 니켈기 합금인 하스텔로이 C가 채용되어 있다. 하스텔로이 C는 비커즈 경도(Hv)가 210이고, 열팽창률이 11.3×10^-6/℃이다.

외피부(43)에는 제 2 금속으로서 니켈기 합금인 인코넬 601이 채용되어 있다. 인코넬 601은 비커즈 경도(Hv)가 170이고, 열팽창률이 11.5×10^-6/℃이다. 인코넬 601은 하스텔로이 C보다도 1000℃ 이상의 고온영역에 있어서의 내산화 성능 및 내불꽃소모 성능이 좋다.

접지전극(4a)이 연장되는 방향에 직교하고 또한 굴곡부(4B)의 중간에 위치하는 단면(도 2의 Ⅲ-Ⅲ 단면)에서 접지전극(4a)을 본 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 심부(41)는 외피부(43)의 중앙에 위치하고 있다. 환언하면, 심부(41)의 도형 중심{무게 중심에 상당한다}(C1)이 외피부(43)의 도형 중심(C3)과 같은 위치에 존재하고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 심부(41)와 외피부(43)의 상대위치 관계는 심부(41)가 연장되는 방향의 전 영역에 걸쳐서 도 3의 단면에 나타내는 상대위치 관계와 같게 되어 있다. 즉, 심부(41)는 굴곡부(4B)의 전 영역에 있어서 외피부(43)의 중심에 위치하고 있다. 또한, 이 경우에 있어서, 접지전극(4a)의 선단부(4C)로 향함에 따라서 심부(41)의 선단이 가늘어지게 되는 형상으로 하여도 좋다.

이와 같은 구성인 실시예 1의 스파크 플러그(100)는 도시하지 않은 엔진에 탑재되어 고온 조건 하에서 중심전극(3)과 접지전극(4a)의 사이에서 방전을 반복한다. 실시예 1의 스파크 플러그(100)에서는 심부(41)를 구성하는 하스텔로이 A가 외피부(43)를 구성하는 인코넬 600보다도 경도가 높기 때문에, 외피부(43)에 과대한 힘이 작용하여 접지전극(4a)이 절손될 것 같게 되더라도 심부(41)가 그 힘에 대해서 저항한다.

따라서, 실시예 1의 스파크 플러그(100)는 접지전극(4a)의 절손을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또, 실시예 1의 스파크 플러그(100)와 같이 외피부(43) 내에 심부(41)를 형성하는 경우, 접지전극(4a)의 단면적에 있어서의 심부(41)의 단면적의 비율을 40%∼50%의 범위로 구성함에 의해서 접지전극(4a)의 열전도성을 향상시킬 수 있다.

(실시예 2)

도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 스파크 플러그(200)에서는 실시예 1의 스파크 플러그(100)보다도 접지전극(4b)의 심부(41)를 굵게 하고 있다. 다른 구성은 실시예 1과 같다.

이 스파크 플러그(200)는 심부(41)가 굵기 때문에, 스파크 플러그(100)에 비해서 접지전극(4b)의 절손 억제 효과가 현저하다. 심부(41)를 어느 정도로 굵게 해야 하는가에 대해서는 후술하는 시험에 의해서 설명된다.

(실시예 3)

도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 스파크 플러그(300)에서는 접지전극(4c)의 심부(41)가 외피부(43)에 대해서 중심전극(3) 측으로 편심되어 있다. 환언하면, 심부(41)의 도형 중심(C1)이 외피부(43)의 도형 중심(C3)에 대해서 거리 D1만큼 중심전극(3) 측으로 편심되어 있다. 심부(41)는 굴곡부(4B)의 전 영역에 있어서 중심전극(3) 측으로 편심되어 있다. 즉, 접지전극(4c)의 단면에 있어서, 중심전극(3)의 반대측에 있어서의 외피부(43)의 단면적은 중심전극(3) 측의 단면적보다도 크게 되어 있다. 다른 구성은 실시예 1과 같다.

이 스파크 플러그(300)에 있어서도 심부(41)에 의해서 접지전극(4c)의 절손을 억제할 수 있다. 또, 이 스파크 플러그(300)는 외피부(43)의 도형 중심(C3)과 심부(41)의 도형 중심(C1)이 일치하는 실시예 1의 스파크 플러그(100)와 비교하면, 외피부(43)와 심부(41)가 열팽창의 차이에 의해서 이른바 바이메탈과 같이 작용한다. 이 때문에, 이 스파크 플러그(300)에서는 접지전극(4c)이 고온 조건 하에서 펴지려고 하는 경향을 약화시키는 효과도 기대할 수 있다.

(실시예 4)

도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 4의 스파크 플러그(400)는 접지전극(4d)을 구비하고 있다. 이 접지전극(4d)은 3층 구조의 대략 직사각형 단면형상의 축체로서, 기단부(4A)에서 굴곡부(4B)를 거쳐 선단부(4C)를 향해서 연장되는 심부(41)와, 심부(41)의 외측에 위치하며 기단부(4A)에서 굴곡부(4B)를 거쳐 선단부(4C)를 향해서 연장되는 전열부(42)와, 전열부(42)의 외측에 위치하며 기단부(4A)에서 굴곡부(4B)를 거쳐 선단부(4C)까지 연장되는 외피부(43)를 가지고 있다. 즉, 접지전극(4d)은 외피부(43) 내에 전열부(42)를 가지고 있다. 외피부(43) 내에 있어서 전열부(42)는 심부(41)의 외측에 위치하여 심부(41) 전체를 덮고 있다. 심부(41) 및 전열부(42)의 선단 위치를 선단부(4C)의 어디까지 연장할 것인가{중심전극(3)의 축선보다도 기단측인지 선단측인지}에 대해서는 열방산성 등의 요구 성능에 따라서 적절하게 조정된다.

전열부(42)에는 제 3 금속으로서 구리가 채용되어 있다. 구리는 열전도율이 0.94㎈/㎝ㆍ초ㆍ℃이며, 하스텔로이 C나 인코넬 601보다도 열전도율이 우수하다. 또, 구리는 비커즈 경도(Hv)가 46이며, 접지전극(4d)을 구성하는 금속 중에서 가장 경도가 낮다. 또한, 구리는 열팽창률이 17.0×10^-6/℃이며, 접지전극(4d)을 구성하는 금속 중에서 가장 열팽창률이 크다.

접지전극(4d)이 연장되는 방향에 직교하고 또한 굴곡부(4B)의 중간에 위치하는 단면(도 6의 Ⅶ-Ⅶ 단면)에서 접지전극(4d)을 본 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이 심부(41) 및 전열부(42)는 외피부(43)의 중앙에 위치하고 있다. 환언하면, 심부(41)의 도형 중심(C1) 및 전열부(42)의 도형 중심(C2)이 외피부(43)의 도형 중심(C3)과 같은 위치에 존재하고 있다. 심부(41) 및 전열부(42)와 외피부(43)의 상대위치 관계는 심부(41) 및 전열부(42)가 연장되는 방향의 전 영역에 걸쳐서 도 7의 단면에 나타내는 상대위치 관계와 같게 되어 있다. 즉, 심부(41) 및 전열부(42)는 굴곡부(4B)의 전 영역에 있어서 외피부(43)의 중심에 위치하고 있다. 다른 구성은 실시예 1과 같으며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 구성의 상세한 설명은 생략한다.

이 스파크 플러그(400)에서는 접지전극(4d)의 선단부(4C) 측의 열이 전열부(42)에 의해서 기단부(4A) 측으로 효과적으로 전달되기 때문에, 우수한 열전도성을 발휘할 수 있다. 이 때에, 열전도성이 좋은 전열부(42)를 외피부(43)와 접촉시킴으로써 심부(41)가 열전도성이 낮은 경우에서도 접지전극(4d)의 열전도성을 높일 수 있다. 이 때문에, 선단부(4C)의 온도 상승을 억제하여 우수한 내구성을 발휘할 수 있다. 다른 작용 효과는 실시예 1과 같다.

또, 실시예 4의 스파크 플러그(400)와 같이 외피부(41) 내에 심부(41) 및 전열부(42)를 형성하는 경우, 접지전극(4d)의 단면적에 있어서의 심부(41)의 단면적의 비율을 10%∼15%의 범위로 구성함에 의해서 접지전극(4d)의 열전도성을 향상시킬 수 있다.

(실시예 5)

도 8에 나타낸 바와 같이, 실시예 5의 스파크 플러그(500)에서는 접지전극(4e)의 외피부(43) 내에 있어서 심부(41)는 전열부(42)의 외측에 위치하여 전열부(42) 전체를 덮고 있다. 다른 구성은 실시예 4와 같다. 이 스파크 플러그(500)에 있어서도 실시예 4와 마찬가지로 전열부(42)에 의해서 우수한 열전도성을 발휘할 수 있다. 또, 이 때에, 외피부(43)보다도 경도가 높은 심부(41)를 외피부(43)와 접촉시킴으로써, 실시예 4의 스파크 플러그(400)에 비해서 접지전극(4e)의 절손 억제 효과를 높일 수 있다.

(실시예 6)

도 9에 나타낸 바와 같이, 실시예 6의 스파크 플러그(600)에서는 접지전극(4f)의 심부(41)가 전열부(42) 및 외피부(43)에 대해서 중심전극(3) 측으로 편심되어 있다. 환언하면, 심부(41)의 도형 중심(C1)이 전열부(42)의 도형 중심(C2) 및 외피부(43)의 도형 중심(C3)에 대해서 거리 D1만큼 중심전극(3) 측으로 편심되어 있다. 심부(41)는 굴곡부(4B)의 전 영역에 있어서 중심전극(3) 측으로 편심되어 있다. 즉, 접지전극(4f)의 단면에 있어서, 전열부(42) 및 외피부(43)의 중심전극(3)의 반대측의 단면적은 중심전극(3) 측의 단면적보다 크게 되어 있다. 다른 구성은 실시예 4와 같다.

이 스파크 플러그(600)에 있어서도 심부(41)에 의해서 접지전극(4f)의 절손을 억제할 수 있다. 또, 이 스파크 플러그(600)는 심부(41), 전열부(42) 및 외피부(43)의 각 중심이 일치하는 실시예 4의 스파크 플러그(400)와 비교하면, 외피부(43) 및 전열부(42)와 심부(41)가 열팽창의 차이에 의해서 이른바 바이메탈과 같이 작용한다. 이 때문에, 이 스파크 플러그(600)에서는 접지전극(4f)이 고온 조건 하에서 펴지려고 하는 경향을 약화시키는 효과도 기대할 수 있다. 다른 작용 효과는 실시예 4와 같다.

이상에 있어서, 본 발명을 실시예 1∼6에 입각하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예 1∼6에 제한되는 것이 아니며 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경하여 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 심부(41)의 단면형상은 직사각형에 한정하지 않고 원형, 타원형, 삼각형, 다각형 등이어도 좋다.

(시험 1)

접지전극(4)의 단면적(S)을 어느 정도로 해야 하는가에 대해서, 다음에 나타내는 시험품 A∼D에 의한 접지전극(4)을 구비한 스파크 플러그를 준비하고, 각 접지전극(4)에 대한 진동 절손 시험을 실시하였다. 이 시험에서는 접지전극(4)을 버너에 의해서 1000℃로 가열한 상태에서 JIS 규격의 B8031-1995에 의거하는 내충격성 시험을 실시하였다. 이것에 의해서 굴곡부(4B)에서의 절손의 발생 상황을 조사하고, n=5인 경우의 합격률(%)을 구하였다. 또한, 온도는 방사 온도계로 측정하였다. 도 10은 접지전극(4)의 단면적(S)과 진동 절손 시험에 있어서의 합격률의 관계를 나타내고 있다.

시험품 A : 인코넬 601만으로 구성된 접지전극(4).

시험품 B : 인코넬 601 및 하스텔로이 C로 구성된 접지전극(4){실시예 1의 접지전극(4a)에 상당}.

시험품 C : 인코넬 601, 하스텔로이 C 및 구리로 구성된 접지전극(4){실시예 5의 접지전극(4e)에 상당}.

시험품 D : 인코넬 601, 하스텔로이 C 및 구리로 구성된 접지전극(4){실시예 4의 접지전극(4d)에 상당}.

도 10에 나타낸 바와 같이, 시험품 A로 구성된 접지전극(4)은 접지전극(4)의 단면적(S)이 4.2㎟ 이상이 되도록 구성하면 합격률이 100%가 되었다. 한편, 시험품 A로 구성된 접지전극(4)은 접지전극(4)의 단면적(S)이 4.2㎟ 미만이 되도록 구성하면 합격률이 저하되었고, 접지전극(4)의 단면적(S)이 2.42㎟ 이하에서는 합격률이 0%가 되었다. 이것에 대해서, 시험품 B∼D로 구성된 접지전극(4a,4e,4d)에서는 접지전극(4a,4e,4d)의 단면적(S)을 2.42㎟로 하여도 합격률이 100%인 것이 도시되어 있다. 또한, 시험품 B, D로 구성된 접지전극(4a,4d)은 접지전극(4a,4d)의 단면적(S)이 1.4㎟가 되도록 구성하여도 합격률을 100%로 유지할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 시험품 C로 구성된 접지전극(4e)에서는 접지전극(4e)의 단면적(S)이 2.5㎟ 미만이 되도록 구성하면 합격률이 저하되었고, 접지전극(4e)의 단면적(S)을 1.4㎟로 한 경우의 합격률이 80%가 되는 것이 확인되었다. 이 시험에 의해서, 외피부(43) 내에 외피부(43)보다도 경도가 높은 금속으로 구성된 심부(41)를 형성함에 의한 접지전극(4)의 보강 효과를 확인할 수 있다.

접지전극(4)의 단면적(S)을 2.5㎟ 이하로 한 경우, 스파크 플러그(100∼600)는 접지전극(4)을 대형화하거나 절손되기 어려운 형상으로 하는 등의 대책이 불가능할 정도로 소경화되게 된다. 이와 같은 스파크 플러그(100∼600)에 있어서, 외피부(43) 내에 심부(41)를 형성함에 의한 접지전극(4)의 보강 효과가 보다 현저하게 된다.

(시험 2)

시험 1에서 사용한 각 시험품 A∼D의 접지전극(4)에 대해서 각 접지전극(4)마다의 열전도성에 관한 시험을 실시하였다. 이 시험에서는 인코넬 601의 내산화 성능의 상한인 1050℃까지 접지전극(4) 전체를 버너로 가열하고, n=5인 경우에 있어서의 각 접지전극(4)의 평균 온도를 구하였다. 이 시험에서는 엔진의 헤드부분을 본뜬 스테인리스제의 블록에 시험품 A∼D의 접지전극(4)을 구비하는 스파크 플러그를 부착하여 시험을 실시하였다. 또, 상기 블록의 내부에는 냉각수의 수로가 형성되어 있어, 스파크 플러그의 실제 사용 상황에 근접하고 있다. 또한, 온도는 방사 온도계로 측정하였다.

이 시험에서는 시험품 A의 접지전극(4)에서는 평균 온도가 1050℃로서 열전도성이 확인되지 않았다. 시험품 B의 접지전극(4a)에서는 평균 온도가 1031℃로서, 시험품 A로 구성된 접지전극(4)에 비해서 약간의 열전도성이 확인되었다. 시험품 C의 접지전극(4e)에서는 평균 온도가 874℃로서, 시험품 A, B의 접지전극(4,4a)에 비해서 매우 우수한 열전도성이 확인되었다. 시험품 D의 접지전극(4d)에서는 평균 온도가 959℃로서, 시험품 C의 접지전극(4e)에는 뒤떨어지지만 시험품 A, B의 접지전극(4,4a)에 비해서 우수한 열전도성이 확인되었다. 이 시험에 의해서 외피부(43) 내에 전열부(42)를 형성함에 의한 접지전극(4)의 열전도성의 향상을 확인할 수 있다.

(시험 3)

접지전극(4)이 연장되는 방향에 직교하는 단면에서 접지전극(4)을 본 경우, 접지전극(4)의 단면적(S)과 심부(41)의 단면적(A)의 비율을 어느 정도로 해야 하는가에 대해서 시험을 실시하였다. 진동 절손 시험의 조건을 시험 1과 같게 하고, n=5인 경우의 합격률(%)을 구하였다. 심부(41)는 하스텔로이 C이고, 외피부(43)는 인코넬 601이다. A/S와 진동 절손 시험의 합격률의 관계를 도 11에 나타낸다.

도 11에 나타낸 바와 같이, A/S가 0.04 이하에서는 합격률이 0%가 되었다. 심부(41)가 너무 가늘면, 접지전극(4)의 절손 억제 효과가 없는 것을 나타내고 있다. 한편, A/S가 0.04를 넘으면 합격률이 상승하였다. A/S가 0.04를 넘는 굵기의 심부(41)를 채용하면, 접지전극(4)의 절손 억제 효과가 실용적으로 되는 것을 나타내고 있다. 또, A/S가 0.1 이상이면, 합격률이 100%가 되었다. 이 시험에 의해서 A/S가 0.1 이상이면, 절손 억제 효과를 가지는 스파크 플러그(100)를 안정적으로 양산하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있다.

(시험 4)

접지전극(4)이 연장되는 방향에 직교하는 단면에서 접지전극(4)을 본 경우, 접지전극(4)의 단면적(S)과 전열부(42)의 단면적(B)의 비율을 어느 정도로 해야 하는가에 대해서 시험을 실시하였다. 조건을 시험 2와 같게 하고, n=5인 경우의 접지전극(4)의 온도(℃)를 구하였다. B/S와 접지전극의 온도의 관계를 도 12에 나타낸다.

도 12에 나타낸 바와 같이, B/S가 0.2 미만에서는 온도 변화가 적어 전열부(42)에 의한 열전도 효과가 적다. 전열부(42)가 가늘기 때문이다. 한편, 전열부(42)를 굵게 하여 B/S를 0.2 이상으로 하면, 온도변화가 커지게 되어 열전도 효과가 실용적인 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 스파크 플러그에 이용 가능하다.

1 - 금속 쉘 4A - 기단부
4B - 굴곡부 3 - 중심전극
4,4a,4b,4c,4d,4e,4f - 접지전극 g - 불꽃방전 갭
4C - 선단부 41 - 심부
42 - 전열부 43 - 외피부
100,200,300,400,500,600 - 스파크 플러그

Claims

금속 쉘에 고정되는 기단부와, 상기 기단부와 일체를 이루며 굴곡된 굴곡부와, 상기 굴곡부와 일체를 이루며 중심전극과 함께 불꽃방전 갭을 형성하는 선단부로 이루어지는 접지전극을 구비하고,
상기 접지전극은 상기 기단부에서 상기 굴곡부를 거쳐 상기 선단부를 향해서 연장되는 심부와, 상기 심부의 외측에 위치하며 상기 기단부에서 상기 굴곡부를 거쳐 상기 선단부까지 연장되는 외피부를 가지고서 구성되며,
상기 심부는 제 1 금속으로 이루어지고, 상기 외피부는 제 2 금속으로 이루어지는 스파크 플러그에 있어서,
상기 제 1 금속은 상기 제 2 금속보다 경도가 높고,
상기 접지전극이 연장되는 방향에 직교하는 단면에서 상기 접지전극을 본 경우, 상기 심부는 적어도 상기 굴곡부의 중간에 있어서 상기 중심전극 측으로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1에 있어서,
상기 접지전극은, 상기 외피부 내에 존재하며 상기 기단부에서 상기 굴곡부를 거쳐 상기 선단부를 향해서 연장되는 전열부를 가지고서 구성되고,
상기 전열부는 상기 제 1 금속 및 상기 제 2 금속보다 열전도성이 우수한 제 3 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 2에 있어서,
상기 전열부는 상기 심부의 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 2에 있어서,
상기 심부는 상기 전열부의 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 금속은 상기 제 1 금속보다도 1000℃ 이상의 고온영역에 있어서의 내산화 성능이 좋은 것인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 금속은 상기 제 1 금속보다도 내불꽃소모 성능이 좋은 것인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.