KR20110081957A

KR20110081957A - 스파크 플러그

Info

Publication number: KR20110081957A
Application number: KR1020117006812A
Authority: KR
Inventors: 마이 나카무라; 아키라 스즈키
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-07-15
Also published as: EP2330702A1; CN102165656B; KR101245948B1; WO2010035717A1; US8294347B2; EP2330702A4; CN102165656A; EP2330702B1; JPWO2010035717A1; US20110181168A1; JP5041561B2

Abstract

절연체의 크랙을 방지하면서 금속쉘과 상기 절연체 사이의 기밀성을 보장할 수 있는 스파크 플러그가 제공된다. 선단부를 향하여 내경이 점진적으로 감소되는 상기 금속쉘(11) 상에는 돌출부(30)가 형성되고, 선단부를 향하여 점진적으로 외경이 감소되는 절연체(12) 상에는 단차부(32)가 형성되어 상기 돌출부(30)에 대향되며, 상기 돌출부(30)와 상기 단차부(32) 사이에는 패킹(34)이 배치되는 스파크 플러그가 제공되며, 이는 상기 돌출부(30) 및 상기 단차부(32)가 방사상 내측으로 연장될수록 상기 돌출부(30)와 상기 단차부(32) 사이의 거리가 감소되며, 상기 돌출부(30) 및 상기 단차부(32)에 의하여 형성되는 각도(θ)가 1도 이상 그리고 10도 이하임을 특징으로 한다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연엔진에 사용하기 위한 스파크 플러그에 관한 것이다.

내연 엔진에 사용하기 위한 스파크 플러그에 있어서, 접지전극은 중심전극이 삽입되는 절연부재(절연체)를 지지하는 금속쉘의 연소실측 선단부에 용접되어, 스파크 방전갭을 형성하도록 상기 접지전극의 자유단부가 상기 중심전극의 선단부에 대향된다. 그러면, 중심전극과 접지전극 사이에서 스파크 방전이 발생되고, 이는 상기 양 전극들 사이에 노출되는 공기/연료 혼합물을 점화함으로써, 화염핵(flame kernel)을 형성한다.

금속쉘 및 절연체를 스파크 플러그에 조립함에 있어서, 상기 절연체의 선단부를 후단측으로부터 상기 금속쉘의 선단측을 향하여 상기 금속쉘 내에 삽입하고, 상기 금속쉘의 후단측에서 개구부를 상기 절연체측(상기 금속쉘의 방사상 내측으로)을 향하여 크림핑(crimping)한다. 그리고나서, 상기 금속쉘과 상기 절연체 사이의 기밀성을 보장하기 위하여, 상기 금속쉘과 상기 절연체 사이에 밀봉부재로서의 환형 금속패킹을 위치시킨다 (예를 들면, 특허문헌 1 참조).

도 8은 특허문헌 1에 개시된 스파크 플러그의 밀봉부를 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 선단부를 향하여 점진적으로 감소되는 내경만큼 기울어지는 금속쉘(200)의 내벽 상에는 돌출부(202)가 형성되며, 선단부를 향하여 점진적으로 감소되는 외경만큼 기울어지며 상기 금속쉘(200)의 돌출부(202)에 대향되는 절연체(204)의 외벽 상에는 단차부(206)가 형성된다. 더욱이, 상기 돌출부(202)와 상기 단차부(206) 사이에는 밀봉부재로서의 철 패킹(208)이 장착된다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 제2005-190762호 공보

그러나, 상기 절연체(204)를 상기 금속쉘(200) 내에 조립함에 있어서, 기밀성을 증가시키기 위하여 상기 패킹(208) 내에서 발생되는 잔류응력을 증가시키기 위하여 상기 금속쉘(200)의 후단측에서 개구부를 강하게 크림핑할 때, 상기 패킹(208)이 과도하게 변형되어, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 금속쉘(200)의 돌출부(ledge portion)(202)(부분(A))로부터 내측으로 상기 패킹의 내경부(208)가 스퀴즈됨으로써, 너무 스퀴즈된 상기 부분이 상기 금속쉘(200)의 노즈(nose)부(210)를 압박할 위험을 유발하며 압착 크랙을 발생시킨다. 그리하여, 상기 절연체(204) 내에 크랙이 발생되면, 실화(misfire)의 위험이 유발된다(연소실패로 인한 엔진정지).

더욱이, 상기 패킹(208)의 외경부가 상기 돌출부(202)의 후단부로부터 후단측(부분(B))을 향하여 스퀴즈되는 양을 말하는 상기 패킹(208) 외경부의 상승량(rising amount)이 증가될 때, 상기 패킹(208) 외경부는 상기 금속쉘(200)과 상기 절연체(204) 사이로 들어가, 압력균열이 발생되는 위험을 초래한다.

본 발명은 설명한 바의 문제점의 관점에서 이루어진 것으로서, 그 목적은 절연체의 크랙을 방지하면서도 금속쉘과 절연체 사이의 기밀성을 보장할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.

상술한 바의 본 발명의 목적은 다음의 구조에 의하여 달성된다.

(1) 원통형 금속쉘;

상기 금속쉘 내에 끼움되며 상기 금속쉘의 선단부로부터 노출되는 선단부를 포함하는 원통형 절연체;

상기 중심전극의 선단부가 상기 절연체의 선단부로부터 노출되도록 상기 절연체 내에 배치되는 중심전극;

접지전극의 일단부에서 상기 금속쉘에 접속되며, 상기 접지전극의 타단부에서 상기 중심전극의 선단부에 대향되도록 배치되어, 상기 접지전극의 타단부와 상기 중심전극의 선단부 사이에 스파크 방전갭을 형성하는 접지전극; 및

상기 금속쉘과 상기 절연체 사이에 기밀밀봉을 형성하기 위하여 상기 금속쉘과 상기 절연체 사이에 장착되는 패킹으로 이루어지며,

여기에서, 상기 금속쉘은 상기 선단부를 향하여 점진적으로 감소되는 내경을 갖는 돌출부가 형성되어 패킹결합평면을 형성하며, 상기 절연체는 상기 선단부를 향하여 점진적으로 감소되는 외경을 갖는 단차부가 형성되어 상기 돌출부에 대향되는 패킹결합평면을 형성하고, 상기 패킹은 상기 돌출부와 상기 단차부 사이에 배치되며,

여기에서 상기 돌출부와 상기 단차부 사이의 거리는 상기 돌출부 및 상기 단차부가 방사상 내측으로 연장될수록 감소되며, 그리고

여기에서 상기 돌출부 및 상기 단차부에 의하여 형성되는 각도는 1도 이상 그리고 10도 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.

(2) (1)에 있어서, 원주방향을 따라 상기 금속쉘의 외주면 상에는 가스밀봉부가 형성되며, 상기 가스밀봉부로부터 상기 금속쉘의 선단면까지의 거리는 25㎜ 이상임을 특징으로 하는 스파크 플러그.

(3). (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 금속쉘 돌출부의 경도는 상기 패킹의 경도보다 큼을 특징으로 하는 스파크 플러그.

(4). (1) 내지 (3)에 있어서, 적어도 상기 금속쉘의 돌출부 및 상기 패킹의 표면들에는 아연도금이 도포됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.

(1)에 설명한 구조에 의하면, 상기 금속쉘의 돌출부와 상기 단차부 사이의 거리는 상기 돌출부 및 상기 단차부가 방사상 내측으로 연장될수록 감소되도록 형성되며, 상기 돌출부 및 상기 단차부에 의하여 형성되는 각도는 1도 이상 및 10도 이하이므로, 상기 패킹에 작용하는 응력은 내측으로 집중되며, 상기 패킹 내에 발생되는 잔류응력은 상기 패킹의 과도한 변형을 억제시키면서 충분히 큰 레벨로 유지될 수 있다. 결과적으로, 상기 패킹의 스퀴즈된 변형량 및 상승 변형량은 기밀성을 보장하면서 억제될 수 있다. 상기 각도가 1도보다 작은 경우에는, 상기 패킹의 변형억제효과가 작고, 이에 상기 패킹의 내경부가 상기 금속쉘 돌출부의 최소직경부보다 더욱 내측으로 스퀴즈되는 양(스퀴즈 변형량)이 증가될 위험이 유발된다는 것을 주지해야 한다. 반대로, 상기 각도가 10도를 초과하는 경우에는, 상기 패킹의 외경부가 상기 절연체 단차부의 후단보다 후단측을 향하여 더욱 후방으로 스퀴즈되는 양(상승 변형량)이 증가될 위험이 유발되어 바람직하지 못하다.

(2)에 설정된 구조에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기 가스밀봉부로부터 상기 스파크 플러그의 금속쉘의 선단면까지의 거리가 25㎜ 이상으로 되는, 소위 롱리치 스파크 플러그(long reach spark plug)에서 특히 효과적이다. 즉, 상기 거리가 25㎜ 이상인 스파크 플러그로는, 상기 스파크 플러그가 가열될 때 상기 금속쉘과 상기 절연체 사이의 열팽창 차이로 인하여 기밀성이 감소되므로, 상기 패킹이 더욱 큰 잔류응력을 지지할 수 있도록 상기 패킹이 변형될 필요가 있다. 위의 (2)에 설정된 구조에 의하면, 상기 패킹은 상기 패킹 내경부의 스퀴즈 변형량 및 상기 패킹 외경부의 상승 변형량을 충분히 억제하면서도 큰 잔류응력을 유지할 수 있다.

위의 (3)에 설정된 구조에 의하면, 상기 금속쉘 돌출부의 경도가 상기 패킹의 경도보다 더욱 크기 때문에, 상기 패킹이 상기 금속쉘 돌출부의 표면을 따라 확실하게 변형되며, 이에 상기 금속쉘의 돌출부와 상기 절연체의 단차부 사이의 각도가 변화되는 상황이 유발되지 않는다.

위의 (4)에 설정된 구조에 의하면, 적어도 상기 금속쉘의 돌출부 및 상기 패킹의 표면들에는 아연도금이 도포되며 상기 아연-도금층들 사이의 마찰계수가 크기 때문에, 상기 패킹의 슬라이딩 변형을 억제할 수가 있다. 결과적으로, 상기 패킹 자체의 변형을 억제함으로써 기밀성을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 절연체 내에 크랙을 발생시키게 되는 패킹 내경부의 스퀴즈 변형 및 그의 외경부의 상승 변형을 억제할 수 있고, 패킹 내에 발생되는 잔류응력을 충분히 큰 레벨로 유지할 수 있으므로, 기밀성 보장을 달성할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 단면도
도 2는 패킹의 사시도
도 3은 도 1의 스파크 플러그의 밀봉부에 대한 확대도
도 4는 도 1의 스파크 플러그의 밀봉부에 대한 수정예의 확대도
도 5는 실시예 1에서의 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 6은 실시예 2에서의 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 7은 실시예 3 및 실시예 4에서의 테스트 결과를 나타내는 그래프
도 8은 종래의 스파크 플러그의 밀봉부에 대한 확대도
도 9는 패킹이 변형될 때의 종래의 스파크 플러그의 밀봉부에 대한 확대도

이하, 본 발명에 의한 스파크 플러그의 바람직한 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 단면도이고, 도 2는 패킹의 사시도이며, 도 3은 도 1의 스파크 플러그의 밀봉부에 대한 확대도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 스파크 플러그(10)는 원통형 금속쉘(11), 상기 금속쉘(11) 내에 끼움되며 상기 금속쉘(11)의 선단부(11a)로부터 노출되는 선단부(12a)를 포함하는 원통형 절연체(12), 상기 절연체(12) 내에 배치되어 그의 선단부(13a)가 상기 절연체(12)의 선단부(12a)로부터 노출되도록 하는 중심전극(13), 및 일단부에서 상기 금속쉘(11)의 선단부(11a)에 접속되며, 타단부에서 상기 중심전극(13)의 선단부(13a)에 대향되도록 배치되는 접지전극(14)을 주로 포함한다. 아래의 설명에서, 상기 접지전극(14)이 배치되는 측을 상기 중심전극(13)의 축방향으로 "전방측"으로 칭하며 및 상기 전방측의 대향측을 "후단측"으로 칭한다.

상기 금속쉘(11)은 탄소강 등으로 형성되며, 필요에 따라 그의 표면에 아연도금이 도포된다. 상기 금속쉘(11)의 외주면 상에는, 예를 들면, 내연엔진의 실린더 헤드에 상기 스파크 플러그(10)를 장착하는 데에 사용하기 위하여 원주방향으로 장착나사부(15)가 형성된다. 더욱이, 선단부(17a)가 노출된 상태에서 알루미나와 같은 세라믹 하소부재로 형성되는 상기 절연체(12) 내에 축방향으로 형성되는 관통공(16)의 후단측(도면에서 상부) 단부 내에는 금속단자(17)가 삽입되어 고정된다. 선단부(13a)가 노출된 상태에서 상기 관통공(16)의 전방측(도면에서 하부) 단부 내에는 상기 중심전극(13)이 삽입되어 고정된다. 상기 중심전극(13)의 내부에는 동으로 형성되는 코어(13b)가 제공된다.

더욱이, 상기 관통공(16) 내에서 상기 금속단자(17)와 상기 중심전극(3) 사이의 중간부에는 저항기(18)가 배치되며, 상기 저항기(18)의 축방향 양단부에는 도전성 유리밀봉층(19,20)이 배치된다. 즉, 상기 중심전극(13) 및 상기 금속단자(17)는 상기 저항기(18) 및 상기 도전성 유리밀봉층(19,20)을 통하여 함께 전기적으로 접속된다. 이들 도전성 유리밀봉층(19,20) 및 상기 저항기(18)는 도전성 접속층을 형성한다.

상기 금속단자(17) 및 상기 중심전극(13)을 단일의 도전성 유리밀봉층으로 함께 접합하도록 상기 저항기(18)를 생략할 수도 있음을 주지해야 한다.

더욱이, 전방측을 향하여 점진적으로 내경이 감소되는 돌출부(30)는 상기 금속쉘(11)의 내벽에 형성된다. 더욱이, 전방측을 향하여 점진적으로 외경이 감소되는 단차부(32)는 상기 금속쉘(11)의 단차부(30)에 대향되는 상기 절연체(12)의 외벽에 형성된다. 상기 돌출부(30)와 상기 단차부(32) 사이에는 도 2에 나타낸 환형 철(iron) 패킹(34)이 장착된다. 상기 패킹(34)의 표면에는 필요에 따라 아연도금이 도포된다.

상기 금속쉘(11) 후단측에서 개구부가 상기 절연체(12)를 향하여 방사상 내측으로 크림프될 때, 상기 금속쉘(11)의 돌출부(30)를 향하여 가압되는 절연체(12)에 의하여, 상기 패킹(34) 또한 상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 지지되어 변형되고, 상기 변형 패킹(34)이 상기 돌출부(30)와 상기 단차부(32) 사이의 갭을 기밀하게 폐쇄하게 된다.

즉, 상기 금속쉘(11) 나사부(15)의 후단측에는 가스밀봉부(40)가 형성되어 방사상 외측으로 돌출된다. 본 실시예에서 상기 가스밀봉부(40)로부터 상기 금속쉘(11)의 선단면까지의 거리(L)는 25㎜ 이상이다.

상기 중심전극(13)은 원통형 형상으로 우수한 열저항 및 부식저항을 갖는 인코넬(Inconel, 상표명)과 같은 Ni 합금으로 형성된다. 주성분으로서 이리듐을 포함하는 합금으로 형성되는, 원통형 중심전극 측 귀금속 팁(21)은, 예를 들면, 상기 중심전극(13)의 선단부(13a)에 레이저 용접 등에 의하여 고정된다.

상기 접지전극(14)은 프리즘-형 형상으로 우수한 열저항 및 부식저항을 갖는 Ni 합금으로 형성된다. 상기 접지전극(14)의 기부(14a)는 용접에 의하여 상기 금속쉘(11)의 전방측 단부에 고정된다. 상기 접지전극(14)은 그의 길이를 따라 중간부에 구부러짐부(14c)를 가짐으로써 실질적으로 L-형상으로 구부러져서 그의 말단부(타단부)(14b)가 상기 중심전극(13)에 대향된다. 주성분으로서 플라티늄을 포함하는 합금으로 형성되는 원통형 접지전극측 귀금속 팁(22)은, 예를 들면, 상기 중심전극측 귀금속 팁(21)에 대향되는 상기 접지전극(14) 상의 위치에 레이저 용접 등으로 고정된다.

이러한 구조에 의하여, 상기 중심전극 측 귀금속 팁(21)과 상기 접지전극 측 귀금속 팁(22) 사이에는 스파크 방전갭(g)이 구획된다. 상기 스파크 방전갭(g)의 거리는, 예를 들면, 약 0.9㎜로 설정된다. 그러므로, 상기 접지전극(14)(상기 접지전극측 귀금속 팁(22))과 상기 중심전극(13)(상기 중심전극측 귀금속 팁(21)) 사이에 고전압을 인가함으로써, 상기 스파크 방전갭(g) 내에 전기 스파크가 방전되므로, 본 발명에 의한 스파크 플러그(10)는 엔진의 점화원으로서 기능하게 된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 돌출부(30) 및 상기 단차부(32)는 평행하거나 다소간 경사지지 않게 서로 대향된다. 본 실시예에서, 거리 상기 돌출부(30)와 상기 단차부(32) 사이의 거리는 상기 돌출부(30) 및 상기 단차부가 방사상 내측으로 연장될수록 감소되게 이루어지며, 상기 돌출부(30) 및 상기 단차부(32)에 의하여 형성되는 각도(θ)는 1도 이상 및 10도 이하로 설정된다.

여기에서, 상기 돌출부(30) 및 상기 단차부(32)에 의하여 형성되는 각도(θ)는, 예를 들면, 그의 중심선을 따라 상기 스파크 플러그(10)를 절단함으로써 얻어지는 일 평면을 포함하는 가상평면 상에서, 상기 돌출부(30)로부터 연장되는 가상선 및 상기 단차부(32)로부터 연장되는 가상선에 의하여 형성되는 각도를 측정함으로써 얻을 수 있다.

더욱이, 상기 돌출부(30)와 상기 단차부(32) 사이의 거리가 감소한다는 것은 상기 스파크 플러그(10)의 중심선 및 상기 돌출부(30)로부터 연장되는 가상선에 의하여 형성되는 예각이 상기 스파크 플러그(10)의 중심선 및 상기 가상평면 상에서 상기 단차부(32)로부터 연장되는 가상선에 의하여 형성되는 예각보다 더욱 크다는 것을 의미한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 변형됨에 따라 상기 돌출부(30)가 그의 전체 영역에 걸쳐 편평하지 않은 경우에는, 상기 돌출부(30)의 편평한 부분(30a)으로부터 연장되는 가상선 및 상기 단차부(32)로부터 연장되는 가상선에 의하여 형성되는 각도(θ)가 1도 이상 및 10도 이하로 설정됨을 주지해야 한다.

상기 돌출부(30) 및 상기 단차부(32)에 의하여 형성되는 각도(θ)를 1도 이상 및 10도 이하로 설정함으로써, 상기 금속쉘(11)의 후단측 개구부를 크림핑함으로써 상기 패킹(34)이 변형될 때, 패킹 내경부(34a)가 상기 돌출부(30)의 최소직경부보다 더욱 내측으로 스퀴즈되는 양(스퀴즈 변형량)을 억제할 수 있다. 더욱이, 상기 금속쉘(11)의 후단측 개구부를 크림핑함으로써, 상기 패킹(34)이 변형될 때 상기 단차부(32)보다 후단측을 향하여 더욱 후방으로 위치되는 상기 절연체(12)의 일부분과 상기 금속쉘(11)과의 사이에 구획되는 갭 내로 패킹 외경부(34b)가 도입되는 상승 변형량을 억제할 수 있다.

상기 스퀴즈 변형량 및 상승 변형량이 억제될 수 있는 이유는, 상기 절연체(12)가 상기 금속쉘(11)의 돌출부(30)를 향하여 가압될 때 축방향 힘이 상기 패킹(34)에 작용하더라도, 상기 돌출부(30) 및 상기 단차부(32)를 1도 이상 및 10도 이하의 상기 각도로 기울임으로써, 상기 패킹(34)의 내경부측에 작용하는 응력이 증가될 수 있고, 따라서 상기 패킹의 과도한 변형(34)을 방지하면서도 상기 패킹(34) 내에 발생되는 잔류응력이 충분히 큰 레벨로 증가될 수 있기 때문인 것으로 사료된다.

결과적으로, 상기 패킹 내경부(34a)의 스퀴즈 변형량 및 상기 패킹 외경부(34b)의 상승 변형량을 억제할 수 있고, 따라서 상기 스퀴즈 변형으로부터 기인하는 변형부 및 상기 상승 변형으로부터 기인하는 변형부에 의하여 가압되는 상기 절연체(12)에 의하여 발생될 크랙과 같은 실패의 발생을 방지하면서도 매우 신뢰성있는 기밀성을 달성할 수 있다. 특히, 가스밀봉부(40)로부터 금속쉘(11)의 선단면까지의 길이(L)가 25㎜ 이상인 롱리치 스파크 플러그에서는, 패킹(34)의 기밀성이 감소되는 위험이 있더라도, 이에 상술한 바의 구조를 부여함으로써, 확실한 기밀성을 달성할 수 있다.

상기 패킹(34)의 적절한 변형을 위해서는, 상기 금속쉘(11)의 경도가 바람직하게는 상기 패킹의 경도보다 더욱 크다는 것을 주지해야 한다. 상기 금속쉘의 경도를 상기 패킹(34)의 경도보다 크게 함으로써, 크림핑 시 상기 패킹(34)이 적절히 변형될 뿐만 아니라, 상기 금속쉘(11) 돌출부(30)의 변형이 방지된다.

상기 금속쉘(11)의 표면에 아연도금을 도포하는 경우, 패킹(34)은 바람직하게는 아연도금이 도포되는 표면에 사용된다. 이러한 일이 발생됨에 따라, 상기 패킹(34)이 변형될 때, 상기 금속쉘(11) 및 상기 패킹(34)의 아연도금층들 사이에 작용하는 강한 마찰력에 의하여 상기 패킹의 과도한 변형(34)이 억제된다.

그러므로, 이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 스파크 플러그(10)에 의하면, 상기 패킹(34) 내에 발생되는 잔류응력은 상기 패킹(34)의 스퀴즈 변형량 및 상승 변형량을 억제하면서도 충분히 큰 레벨로 증가될 수 있다. 따라서, 상기 절연체(12)의 크랙을 방지하면서, 상기 금속쉘(11)과 상기 절연체(12) 사이에 높은 기밀성을 얻을 수 있게 된다.

실시예

상술한 바와 같은 구조로 되는 본 발명의 실시예를 설명한다.

다음의 실시예들에서 이루어지는 평가 테스트에서는 상기 실시예에서 설명한 바의 스파크 플러그(10)를 사용한다.

실시예 1

상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 형성되는 각도(θ)를 변경하면서, 상기 스파크 플러그의 내부로부터 가스누출이 없을 때까지 상기 패킹(34)을 크림핑할 때, 상기 패킹(34)의 스퀴즈량을 측정하도록 ISO11565에 기밀성 테스트를 수행하였다. 여기에서, 상기 절연체(12)의 단차부(32) 및 상기 축방향에 대하여 직각인 방향에 의하여 형성되는 각도는 30도로 고정하였다. 수행한 기밀성 테스트의 결과를 도 5에 나타낸다.

도 5에 나타낸 그래프로부터 명백한 바와 같이, 0도 이하의 각도(θ)로써, 상기 스퀴즈량이 0.1㎜보다 크게 되었다. 이러한 스퀴즈량은 상기 절연체(12) 내에 스퀴즈 크랙이 유도되는 위험에 대한 변형량이다. 이와 반대로, 1도 이상의 각도(θ)로써는, 상기 스퀴즈량이 0.02㎜ 이하로 억제되었다. 이 스퀴즈량은 상기 절연체(12) 내에 스퀴즈 크랙이 유도되지 않는 변형값이 아니다.

상술한 바의 사실들로부터 상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 형성되는 1도 이상의 각도(θ)로써, 적절한 기밀성을 유지하면서도 상기 패킹(34)의 스퀴즈량이 상기 허용한도로 억제됨을 알 수 있다.

실시예 2

상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 형성되는 각도(θ)를 변경하면서, 상기 스파크 플러그의 내부로부터 가스누출이 없을 때까지 상기 패킹(34)을 크림핑할 때, 상기 패킹(34)의 스퀴즈량을 측정하도록 ISO11565에 기밀성 테스트를 수행하였다. 여기에서, 상기 절연체(12)의 단차부(32) 및 상기 축방향에 대하여 직각인 방향에 의하여 형성되는 각도는 30도로 고정하였다. 수행한 기밀성 테스트의 결과를 도 6에 나타낸다.

도 6에 나타낸 그래프로부터 명백한 바와 같이, 10도 이하의 각도(θ)로써, 상기 상승량이 0.01㎜ 이하로 억제된다. 이러한 상승량은 상기 절연체(12) 내에 압력균열이 유도되는 변형량이 아니다. 이와 반대로, 15도 이상의 각도(θ)로써는, 상기 상승량이 약 0.05㎜로 되었다. 이 상승량은 상기 절연체(12) 내에 압력균열이 유도되는 위험에 대한 변형값이다.

상술한 바의 사실들로부터 상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 형성되는 10도 이하의 각도(θ)로써, 상기 패킹(34)의 상승량이 상기 허용한도로 억제됨을 알 수 있다.

또한, 실시예 1의 결과 및 실시예 2의 결과로부터, 상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 형성되는 1도 이상 및 10도 이하 각도(θ)로써, 상기 패킹(34)의 스퀴즈량 및 상승량이 모두 허용한도로 억제됨을 알 수 있다.

실시예 3

상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 형성되는 각도(θ)를 0도 및 5도로 변경시키면서, 상기 스파크 플러그(10)와 마찬가지로 상기 가스밀봉부(40)로부터 상기 금속쉘(11)의 선단면까지의 길이(L)가 25㎜ 이상인 롱리치 스파크 플러그를 사용하여, 상기 패킹(34)의 스퀴즈량 및 상기 스파크 플러그의 내부로부터의 가스누출량을 측정하도록 ISO11565에 기밀성 테스트를 수행하였다. 상기 누출량에 있어서, 각도(θ) = 0도이고, 철 패킹을 사용하며, 상기 스퀴즈량이 0㎜로 되는 표본 스파크 플러그 내부로부터의 가스 누출량을 1로 칭하고, 기타 표본 스파크 플러그로부터의 결과 데이터를 상기 기준 누설량에 대한 비율로 나타낸다. 상기 기밀성 테스트의 결과를 도 7에 나타낸다.

도 7에 나타낸 그래프로부터 명백한 바와 같이, 상기 표본 스파크 플러그의 금속쉘의 후단측 개구부를 그 내부에 설치된 상기 패킹(34)을 변형시키기 위하여 크림핑하여 동일한 기밀성(가스 누출량 비율)을 구할 때, 상기 패킹(34)의 스퀴즈량은 각도(θ)가 5도인 스파크 플러그로써가 각도(θ)가 0도인 스파크 플러그로써보다 작다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 동일한 누출량 비율로써, 각도(θ)가 5도인 스파크 클럽의 데이터가 각도(θ)가 0도인 스파크 클럽의 데이터보다 항상 더욱 좌측으로 위치되며, 이는 전자의 스파크 플러그의 스퀴즈량이 후자의 스파크 플러그에서보다 더욱 작다는 것을 의미한다.

상기 가스밀봉부(40)로부터 상기 금속쉘(11)의 선단면까지의 길이(L)가 25㎜ 이상인 롱리치 스파크 플러그에서, 상기 패킹(34)의 스퀴즈량은 평행이나 다소 기울어지지 않게 서로 대향되는 상기 금속쉘(11)의 돌출부(30) 및 상기 절연체(12)의 단차부(32)에 의하여 감소된다는 것을 이러한 사실들로부터 알 수 있다.

실시예 4

금속쉘(11)로서 아연도금이 표면에 도포되는 금속쉘을 사용하고 패킹(34)으로서 2가지 유형의 철 패킹; 아연도금이 표면에 도포되는 패킹(34) 및 아연도금이 표면에 도포되지 않는 패킹(34)을 사용하여 상기 패킹(34)의 스퀴즈량 및 누출량을 측정하였다. 그 결과는 도 7에 나타낸다.

도 7로부터 명백한 바와 같이, 상기 표본 스파크 플러그의 금속쉘의 후단측 개구부를 그 내부에 설치된 상기 패킹(34)을 변형시키기 위하여 크림핑하여 동일한 기밀성(가스 누출량 비율)을 구할 때, 아연도금이 도포되는 패킹(34)의 스퀴즈량은 아연도금이 도포되지 않는 패킹(34)에서보다 더욱 작다. 예를 들면, 동일한 누출량 비율로써, 아연도금이 도포되는 패킹(34)의 데이터가 아연도금이 도포되지 않는 패킹(34)의 데이터보다 항상 더욱 좌측으로 위치되며, 이는 전자의 패킹의 스퀴즈량이 후자의 패킹에서보다 더욱 작다는 것을 의미한다.

상기 금속쉘(11)의 표면에 아연도금을 도포하는 경우에는, 상기 패킹(34)의 스퀴즈량이 상기 패킹(34)의 표면에도 아연도금을 도포함에 의하여 감소된다는 것을 이러한 사실들로부터 알 수 있다. 결과적으로, 아연도금이 도포되는 금속쉘(11)로써는, 아연도금이 도포되는 패킹(34)을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며 필요에 따라 수정 또는 개선될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스밀봉부(40)로부터 상기 금속쉘(11)의 선단까지의 길이(L)가 25㎜ 이상인 롱리치 스파크 플러그에 대해서는 상기 실시예가 특히 효과적이지만, 상기 가스밀봉부(40)로부터 상기 금속쉘(11)의 선단면까지의 길이(L)가 25㎜ 미만인 스파크 플러그에 본 발명을 적용하더라도 본 발명은 효과적이다.

본 발명은 구체적인 실시예들을 참조하여 구체적으로 설명되었으나, 본 발명의 요지 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 상기 실시예에 다양한 변경 및 수정을 가할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

본 특허 출원은 2008년 9월 24일자로 출원한 일본국 특허출원 제2008-243699호에 기초하며, 그의 내용은 이에 참증으로서 결부된다.

10 - 스파크 플러그 11 - 금속쉘
11a - 금속쉘의 선단부 12 - 절연체
12a - 절연체의 선단부 13 - 중심전극
13a - 중심전극의 선단부 14 - 접지전극
14b - 접지전극의 말단부 22 - 접촉전극 측 귀금속 팁
30 - 돌출부 32 - 단차부
34a - 패킹 내경부 34b - 패킹 외경부
40 - 가스밀봉부 g - 스파크 방전갭

Claims

원통형 금속쉘;
상기 금속쉘 내에 끼움되며 상기 금속쉘의 선단부로부터 노출되는 선단부를 포함하는 원통형 절연체;
상기 중심전극의 선단부가 상기 절연체의 선단부로부터 노출되도록 상기 절연체 내에 배치되는 중심전극;
접지전극의 일단부에서 상기 금속쉘에 접속되며, 상기 접지전극의 타단부에서 상기 중심전극의 선단부에 대향되도록 배치되어, 상기 접지전극의 타단부와 상기 중심전극의 선단부 사이에 스파크 방전갭을 형성하는 접지전극; 및
상기 금속쉘과 상기 절연체 사이에 기밀밀봉을 형성하기 위하여 상기 금속쉘과 상기 절연체 사이에 장착되는 패킹으로 이루어지며,
여기에서, 상기 금속쉘은 상기 선단부를 향하여 점진적으로 감소되는 내경을 갖는 돌출부가 형성되어 패킹 결합평면을 형성하며, 상기 절연체는 상기 선단부를 향하여 점진적으로 감소되는 외경을 갖는 단차부가 형성되어 상기 돌출부에 대향되는 패킹 결합평면을 형성하고, 상기 패킹은 상기 돌출부와 상기 단차부 사이에 배치되며,
여기에서 상기 돌출부와 상기 단차부 사이의 거리는 상기 돌출부 및 상기 단차부가 방사상 내측으로 연장될수록 감소되며, 그리고
여기에서 상기 돌출부 및 상기 단차부에 의하여 형성되는 각도는 1도 이상 그리고 10도 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1에 있어서, 원주방향을 따라 상기 금속쉘의 외주면 상에는 가스밀봉부가 형성되며, 상기 가스밀봉부로부터 상기 금속쉘의 선단면까지의 거리는 25㎜ 이상임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 금속쉘 돌출부의 경도는 상기 패킹의 경도보다 큼을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 금속쉘의 돌출부 및 상기 패킹의 표면들에는 아연도금이 도포됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.