KR20110093767A - 스파크 플러그 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

불꽃꺼짐 등의 발생을 억제하여 착화성의 향상을 도모할 수 있는 스파크 플러그 및 그 제조방법을 제공한다. 스파크 플러그의 접지전극(27)에는 중심전극(5)에 대향하는 볼록부(28)가 형성되어 있다. 볼록부(28)의 선단면에는 그 중앙에 귀금속 팁(32)을 구비함과 아울러, 상기 귀금속 팁(32)의 주위에 인접하여 환형상의 용융부(33)와 그 외주측에 환형상의 전극모재면(28a)을 더 구비하고 있다. 그리고, 귀금속 팁(32)을 포함하는 볼록부(28)의 선단과 중심전극(5)의 사이에 불꽃방전 갭(35)이 형성된다.

Description

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

본 발명은 자동차 엔진 등의 내연기관에 사용되는 스파크 플러그 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진 등의 내연기관에 사용되는 스파크 플러그는 중심전극과 접지전극의 사이의 불꽃방전 갭에서 불꽃방전을 일으킴으로써 내연기관의 연소실에 공급되는 혼합기에 점화하는 구성으로 되어 있다.

최근에는 배기가스의 규제에 대한 대응이나 연비 향상의 관점에서 린번 엔진이나, 직분 엔진, 저배기가스 엔진 등의 내연기관의 개발이 적극적으로 행해지고 있다. 이와 같은 내연기관에서는 혼합기에 점화하기 위해서 종래보다도 착화성이 높은 스파크 플러그가 요구된다.

착화성을 높인 스파크 플러그로서는 접지전극 측에 볼록부를 구비한 것이 알려져 있다.

예를 들면, 니켈 합금 등에 의해서 형성되는 접지전극의 전극모재(電極母材)에 대해서 내불꽃 소모성이나 내산화 소모성이 우수한 이리듐 합금이나 백금 합금 등의 귀금속 팁을 용접하여 볼록부를 형성한 것이나, 귀금속 팁 대신에 접지전극의 전극모재 자체를 가공하여 볼록부를 형성한 것 등이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 ： 일본국 특개 2006－286469호 공보

그런데, 내연기관 측에서도 착화성을 향상시키기 위해서 연소실 내에 있어서의 혼합기의 유속을 빠르게 한 고와류(高渦流:high-swirl)의 것이 증가하고 있다. 이러한 내연기관에서는 불꽃방전 갭에서 발생한 불꽃이 빠르게 선회하는 와류에 날려서 실화되는 소위 "불꽃꺼짐(spark blowout)" 등의 문제점이 발생할 우려가 높아지게 된다.

본 발명은 상기한 사정에 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 불꽃꺼짐 등의 발생을 억제하여 착화성의 향상을 도모할 수 있는 스파크 플러그 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

이하, 상기한 과제 등을 해결하는데 적합한 각 구성에 대해서 설명한다. 또한 필요에 따라서는 대응하는 구성에 특유한 작용 효과 등을 부기한다.

＜구성 1＞

본 구성의 스파크 플러그는, 축선방향으로 연장되는 중심전극과, 상기 중심전극을 유지하는 절연체와, 상기 절연체를 유지하는 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 선단부에 자신의 기단부가 접합되며, 굴곡되어 자신의 선단부의 내측면이 상기 중심전극의 선단부를 향하도록 고정되는 접지전극과, 상기 접지전극의 내측면에 접합된 귀금속 팁을 구비하며, 상기 중심전극과 상기 접지전극의 귀금속 팁과의 사이에 불꽃방전간극이 형성되는 스파크 플러그로서,

상기 접지전극의 내측면에는 니켈을 주성분으로 한 상기 접지전극의 전극모재로 이루어지며 또한 상기 축선방향을 따라서 돌출된 기둥형상의 볼록부가 형성되고,

상기 볼록부의 선단면에는 상기 볼록부의 선단면의 면적보다도 단면적이 작은 상기 귀금속 팁이 접합됨과 아울러, 상기 귀금속 팁의 주위의 적어도 일부에 있어서 상기 접지전극의 전극모재로 이루어지는 방전 허용면이 형성되고,

상기 축선방향에 있어서의 상기 중심전극의 방전면에서부터 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면까지의 거리인 상기 불꽃방전간극의 간격이 0.8㎜ 이상이고,

상기 축선방향에 있어서의 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면에서부터 상기 접지전극의 내측면까지의 거리인 상기 접지전극의 귀금속 팁의 돌출치수가 0.5㎜ 이상이고,

상기 축선방향과 직교하는 평면에 상기 중심전극의 방전면과 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면을 투영하였을 때, 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면의 투영상의 영역 밖으로 상기 중심전극의 방전면의 투영상이 벗어나지 않는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 1에 의하면, 접지전극에 형성된 볼록부의 선단면에는 주로 방전면을 구성하는 귀금속 팁이 접합됨과 아울러, 상기 귀금속 팁의 주위에 니켈을 주성분으로 한 전극모재로 이루어지는 방전 허용면이 형성되어 있다.

이것에 의해서, 통상시에는 중심전극과 접지전극의 귀금속 팁과의 사이에서 방전이 일어나는 것에 대해서, 와류 등의 영향에 의해서 불꽃이 날린 경우에는 귀금속 팁의 주위의 방전 허용면(니켈 모재 부분)이 방전면으로서 기능함으로써 방전이 유지된다.

전극모재가 되는 니켈 합금은 귀금속 팁을 구성하는 이리듐이나 백금 등의 귀금속에 비해서 산화되기 쉽다. 이 때문에, 스파크 플러그의 사용중에 연소실 내에서 고온의 분위기에 노출됨으로써 전극모재의 표면에는 산화막이 형성된다. 일반적으로 금속산화물은 이리듐이나 백금 등의 귀금속에 비해서 일함수(work function)가 작아지게 되는 것이므로, 산화막이 형성된 전극모재 부분에서 방전이 일어나는 경우에는 방전이 유지되기 쉽다고 생각된다.

결과로서, 귀금속 팁을 사용하여 전극의 내구성 저하를 억제하면서도 불꽃꺼짐 등의 발생을 억제하여 착화성의 향상을 도모할 수 있다.

다만, 축선방향과 직교하는 평면에 중심전극의 방전면과 접지전극의 귀금속 팁의 방전면을 투영하였을 때, 접지전극의 귀금속 팁의 방전면의 투영상의 영역 밖으로 중심전극의 방전면의 투영상이 벗어나는 구성에서는 방전 허용면(니켈 모재 부분)으로 불꽃이 날리기 쉬워지게 되어 내구성이 저하될 우려가 있다. 즉, 내구성 향상을 위해서 귀금속 팁을 형성하는 의미가 줄어들게 된다.

이것에 대해서, 본 구성 1과 같이 접지전극의 귀금속 팁의 방전면의 투영상의 영역 밖으로 중심전극의 방전면의 투영상이 벗어나지 않는 구성으로 하면, 와류 등의 영향이 없는 상황 하에서는 중심전극과 접지전극의 귀금속 팁과의 사이에서 방전이 일어나고, 와류 등에 의해서 불꽃이 날렸을 때에는 방전 허용면에서 방전이 유지된다. 결과로서, 방전 허용면에 대한 점화를 억제함으로써 내구성의 저하를 억제할 수 있다.

또, 불꽃방전간극의 간격이 0.8㎜를 하회하는 구성이나 접지전극의 귀금속 팁의 돌출치수가 0.5㎜를 하회하는 구성의 스파크 플러그에서는 애당초 불꽃꺼짐 등의 상기한 문제점이 발생하기 어렵다. 따라서, 상기한 본 구성 1의 작용 효과는 불꽃방전간극의 간격이 0.8㎜ 이상이고 또한 귀금속 팁의 돌출치수가 0.5㎜ 이상인 스파크 플러그에 있어서 더 주효하게 된다.

여기서 "주성분"이라는 것은 재료 중에서 가장 질량비가 높은 성분을 가리키는 것이다(이하 같음).

또한, 귀금속 팁을 볼록부에 레이저 용접한 경우에는 귀금속 팁의 주위에 용융부가 형성되는데, 이 용융부는 접지전극의 전극모재와 귀금속 팁이 용합되어 생긴 것이기 때문에, "접지전극의 전극모재로 이루어지는 방전 허용면"에는 포함되지 않는다.

한편, 귀금속 팁을 볼록부에 저항 용접한 경우에는, 이 저항 용접시에 귀금속 팁에 의해서 전극모재의 표면이 눌려서 물러나게 됨으로써 상기 귀금속 팁의 주위에 웰딩 새그(welding sag)가 형성되는데, 이 웰딩 새그는 전극모재와 같은 성분 조성으로 되어 있기 때문에, "접지전극의 전극모재로 이루어지는 방전 허용면"에 포함되는 것으로 하여도 좋다.

＜구성 2＞

본 구성의 스파크 플러그는, 상기 구성 1에 있어서, 상기 방전 허용면의 단부 가장자리에 모따기부를 형성한 것을 특징으로 한다.

모따기부로서는 예를 들면 만곡형상의 R모따기부나 테이퍼형상의 C모따기부 등을 들 수 있다.

상기 구성 2에 의하면, 방전 허용면의 단부 가장자리, 즉 볼록부의 선단면과 측면이 이루는 모서리부에 모따기 가공이 실시되어 모따기부가 형성됨으로써, 모서리부에서의 불꽃꺼짐의 발생을 억제할 수 있다. 결과로서, 상기 구성 1의 작용 효과를 더 높일 수 있다.

＜구성 3＞

본 구성의 스파크 플러그는, 상기 구성 1 또는 구성 2에 있어서, 상기 방전 허용면은 상기 귀금속 팁의 주위 전체에 걸쳐서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성 3에 의하면, 귀금속 팁의 주위 전체에 걸쳐서 방전 허용면이 형성되어 있기 때문에, 와류 등에 의해서 불꽃이 어느 방향으로 날렸을 때에도 확실하게 방전이 유지되게 된다.

＜구성 4＞

본 구성의 스파크 플러그는, 상기 구성 1 내지 구성 3 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 볼록부의 외주와 상기 귀금속 팁의 외주의 최소 거리를 0.1㎜ 이상 0.5㎜ 이하로 한 것을 특징으로 한다.

볼록부의 선단면의 면적보다 귀금속 팁의 단면적을 작게 설정하였다 하더라도, 양자의 외주의 최소 거리가 0.1㎜를 하회하여 방전 허용면의 면적이 작은 경우에는 상기 구성 1의 작용 효과를 얻는 것이 어렵게 될 우려가 있다. 또, 양자의 외주의 최소 거리가 0.5㎜를 상회하여 방전 허용면의 면적이 커지게 되면, 착화성이나 가공성의 저하를 초래할 우려가 있다. 이것을 감안하여 상기 구성 4를 채용함으로써, 이러한 문제점의 발생을 방지함과 아울러 상기 구성 1의 작용 효과가 더 확실하게 나타나게 된다.

＜구성 5＞

본 구성의 스파크 플러그는, 상기 구성 1 내지 구성 4 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 축선방향에 있어서의 상기 볼록부의 선단면으로부터의 상기 귀금속 팁의 돌출치수를 0㎜ 이상 0.2㎜ 이하로 한 것을 특징으로 한다.

귀금속 팁의 돌출치수가 0㎜를 하회하는 경우, 즉 귀금속 팁이 볼록부의 선단면보다도 움푹 들어가 있는 경우에는 중심전극과 귀금속 팁 주위의 방전 허용면의 거리가 중심전극과 귀금속 팁의 거리보다도 작아지게 되기 때문에, 방전 허용면으로 불꽃이 날리기 쉬워지게 되어 내구성이 저하될 우려가 있다. 즉, 내구성 향상을 위해서 귀금속 팁을 형성하는 의미가 줄어들게 된다. 또, 돌출치수가 0.2㎜를 상회하는 정도로 커지게 되면, 종래와 마찬가지로 불꽃꺼짐이 발생할 우려가 높아진다. 이것을 감안하여, 통상시에는 귀금속 팁에서 방전을 하고, 와류 등에 의해서 불꽃이 날린 때에는 방전 허용면에서 방전이 유지되도록 하기 위해서 상기 구성 5로 하는 것이 바람직하다. 이 결과, 상기 구성 1의 작용 효과가 더 확실하게 나타나게 된다.

＜구성 6＞

본 구성의 스파크 플러그는, 상기 구성 1 내지 구성 5 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 축선방향에 대해서 상기 접지전극의 내측면의 반대측에 해당하는 외측면에 있어서, 상기 볼록부에 대응하는 위치에 구멍부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

＜구성 7＞

본 구성의 스파크 플러그의 제조방법은, 축선방향으로 연장되는 중심전극과, 상기 중심전극을 유지하는 절연체와, 상기 절연체를 유지하는 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 선단부에 자신의 기단부가 접합되며, 굴곡되어 자신의 선단부의 내측면이 상기 중심전극의 선단부를 향하도록 고정되는 접지전극과, 상기 접지전극의 내측면에 형성된 기둥형상의 볼록부와, 상기 볼록부의 선단면에 접합된 귀금속 팁을 구비하며, 상기 중심전극과 상기 접지전극의 귀금속 팁 및 상기 볼록부의 선단면과의 사이에 불꽃방전간극이 형성되는 스파크 플러그의 제조방법으로서,

대략 곧은 봉형상으로 형성된 상기 접지전극의 원체(原體, original body)에 대해서 상기 귀금속 팁을 용접하는 용접공정과,

상기 접지전극의 원체 중 적어도 상기 귀금속 팁이 포함되는 범위를 상기 귀금속 팁을 용접한 측의 반대측에서 압출 가공하여 상기 볼록부를 성형하는 압출공정과,

상기 접지전극의 원체를 굴곡 가공하여 상기 귀금속 팁을 포함하는 상기 볼록부의 선단면을 상기 중심전극의 선단부에 면하도록 하여 상기 불꽃방전간극을 형성하는 굴곡공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 구성 7에 의하면, 볼록부를 형성하기 전에 귀금속 팁의 용접을 실시함으로써 용접공정이 비교적 용이하게 된다. 또한, 압출가공에 의해서 볼록부를 형성함으로써 볼록부의 소망하는 돌출량을 확보하기 쉽게 된다.

도 1은 본 실시형태의 스파크 플러그의 전체를 나타내는 일부 파단 정면도이다.
도 2는 스파크 플러그의 선단부(중심전극 및 접지전극) 부근의 요부를 확대한 일부 파단 확대도이다.
도 3은 접지전극의 볼록부를 중심전극 측에서 축선방향으로 본 모식도이다.
도 4는 접지전극의 볼록부 부근을 나타내는 단면 모식도이다.
도 5는 중심전극 및 접지전극 부근의 요부를 확대한 일부 파단 확대도이다.
도 6은 축선방향과 직교하는 평면에 투영된 중심전극의 귀금속 팁과 접지전극의 귀금속 팁의 투영상을 나타내는 모식도이다.
도 7은 종래에 있어서의 중심전극 및 접지전극 부근의 요부를 확대한 일부 파단 확대도이다.
도 8은 다른 실시형태에 있어서의 접지전극의 볼록부를 중심전극 측에서 축선방향으로 본 모식도이다.
도 9는 다른 실시형태에 있어서의 접지전극의 볼록부 부근을 나타내는 단면 모식도이다.
도 10은 다른 실시형태에 있어서의 접지전극의 볼록부 부근을 나타내는 단면 모식도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 스파크 플러그(1)를 나타내는 일부 파단 정면도이다. 또한, 도 1에서는 스파크 플러그(1)의 축선(C1)방향을 도면에 있어서의 상하방향으로 하되 하측을 스파크 플러그(1)의 선단측으로 하고, 상측을 스파크 플러그(1)의 후단측으로 하여 설명한다.

스파크 플러그(1)는 장척형상을 이루는 절연체로서의 절연애자(2), 이것을 유지하는 통형상의 금속 쉘(3) 등으로 구성되는 것이다.

절연애자(2)에는 축선(C1)을 따라서 축구멍(4)이 관통되게 형성되어 있다. 그리고, 축구멍(4)의 선단부 측에는 중심전극(5)이 삽입·고정되고, 후단부 측에는 단자전극(6)이 삽입·고정되어 있다. 축구멍(4) 내에 있어서의 중심전극(5)과 단자전극(6)의 사이에는 저항체(7)가 배치되어 있으며, 이 저항체(7)의 양 단부는 전도성의 유리밀봉층(8,9)을 통해서 중심전극(5)과 단자전극(6)에 각각 전기적으로 접속되어 있다.

중심전극(5)은 절연애자(2)의 선단에서 돌출된 상태로, 단자전극(6)은 절연애자(2)의 후단에서 돌출된 상태로 각각 고정되어 있다.

한편, 절연애자(2)는 주지된 바와 같이 알루미나 등을 소성하여 형성되어 있으며, 그 외형부에 있어서 축선(C1)방향 대략 중앙부에서 지름방향 외측으로 돌출 형성된 플랜지형상의 큰 지름부(11)와, 상기 큰 지름부(11)보다도 선단측에 있어서 이것보다도 작은 지름으로 형성된 중간 몸통부(12)와, 상기 중간 몸통부(12)보다도 선단측에 있어서 이것보다도 작은 지름으로 형성되며 내연기관(엔진)의 연소실 내에서 노출되는 다리부(13)를 구비하고 있다. 절연애자(2)에 있어서의 큰 지름부(11), 중간 몸통부(12), 다리부(13)를 포함하는 선단측은 통형상으로 형성된 금속 쉘(3)의 내부에 수용되어 있다. 그리고, 중간 몸통부(12)와 다리부(13)의 연접부에는 단차부(14)가 형성되어 있으며, 상기 단차부(14)에 의해서 절연애자(2)가 금속 쉘(3)에 걸려 고정되어 있다.

금속 쉘(3)은 저탄소강 등의 금속에 의해서 통형상으로 형성되어 있으며, 그 외주면에는 스파크 플러그(1)를 엔진 헤드에 부착하기 위한 나사부(숫나사부)(15)가 형성되어 있다. 나사부(15)의 후단측의 외주면에는 시트부(16)가 형성되고, 나사부(15)의 후단의 나사 목부(17)에는 링형상의 개스킷(18)이 끼워져 있다. 또한, 금속 쉘(3)의 후단측에는 금속 쉘(3)을 엔진 헤드에 부착할 때에 렌치 등의 공구를 걸어맞추기 위한 단면 육각형상의 공구 걸어맞춤부(19)가 형성됨과 아울러, 후단부에 있어서 절연애자(2)를 유지하기 위한 코킹부(20)가 형성되어 있다.

또, 금속 쉘(3)의 내주면에는 절연애자(2)를 걸어 고정하기 위한 단차부(21)가 형성되어 있다. 그리고, 절연애자(2)는 금속 쉘(3)의 후단측에서 선단측으로 향해서 삽입되되, 자신의 단차부(14)가 금속 쉘(3)의 단차부(21)에 걸린 상태에서 금속 쉘(3)의 후단측의 개구부를 지름방향 내측으로 코킹함에 의해서, 즉 상기 코킹부(20)를 형성함에 의해서 고정된다. 또한, 절연애자(2)의 단차부(14)와 금속 쉘(3)의 단차부(21)의 사이에는 원환형상의 판 패킹(22)이 개재되어 있다. 이것에 의해서 연소실 내의 기밀성이 유지됨으로써, 연소실 내에서 노출되는 절연애자(2)의 다리부(13)와 금속 쉘(3)의 내주면의 틈새로 흘러 들어가는 연료 공기가 외부로 누출되지 않도록 되어 있다.

또한, 코킹에 의한 밀폐를 더 완전하게 하기 위해서, 금속 쉘(3)의 후단측에 있어서는 금속 쉘(3)과 절연애자(2)의 사이에 환형상의 링부재(23,24)가 개재되고, 이들 링부재(23,24) 사이에는 탤크(활석)(25)의 분말이 충전되어 있다. 즉, 금속 쉘(3)은 판 패킹(22), 링부재(23,24) 및 탤크(25)를 개재하여 절연애자(2)를 유지하고 있다.

금속 쉘(3)의 선단면(26)에는 대략 L자 형상을 이루는 접지전극(27)이 접합되어 있다. 즉, 접지전극(27)은 상기 금속 쉘(3)의 선단면(26)에 대해서 그 기단부가 용접됨과 아울러, 선단측이 굽혀지되 그 내측면이 중심전극(5)의 선단부와 대향하도록 배치되어 있다.

여기서, 중심전극(5) 및 접지전극(27)의 구성에 대해서 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 스파크 플러그(1)의 선단부{중심전극(5) 및 접지전극(27)} 부근의 요부를 확대한 일부 파단 확대도이다.

중심전극(5) 및 접지전극(27)의 전극모재(電極母材)는 니켈을 주성분으로 하는 니켈(Ni) 합금으로 이루어진다. 다만, 중심전극(5)의 내부에는 열전도성을 높이기 위해서 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 전도심(傳導芯)이 매설되어 있다. 이것에 의해서 중심전극(5)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 내층(5A) 및 Ni합금으로 이루어지는 외층(5B)으로 이루어진다.

중심전극(5)은 전체적으로 봉형상을 이룸과 아울러, 그 선단측이 선단으로 향하여 갈수록 지름이 점차 작아지도록 되어 있다. 중심전극(5)의 선단에는 원기둥형상을 이루는 귀금속 팁(31)이 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해서 접합되어 있다.

또, 이것에 대향하는 접지전극(27)의 내측면(27a)에는 상기 귀금속 팁(31)에 대향하여 볼록부(28)가 형성되어 있다. 볼록부(28)는 축선(C1)방향을 따라서 접지전극(27)의 내측면(27a)에서 중심전극(5) 측으로 향해서 돌출되어 있으며, 축선(C1)방향과 직교하는 지름방향(도 2의 좌우방향)을 따르는 단면형상이 거의 원형인 원기둥형상을 이룬다. 볼록부(28)는 후술하는 바와 같이 접지전극(27)의 외측면(27b)에서 압출가공함에 의해서 형성된다. 따라서, 접지전극(27)의 외측면(27b)에는 압출가공시에 형성된 바닥부를 가지는 구멍부(29)가 개구되어 있다.

볼록부(28)의 선단면에는 원기둥형상의 귀금속 팁(32)이 레이저 용접에 의해서 접합되어 있다. 귀금속 팁(32)은 이리듐이나 백금 등의 귀금속을 주성분으로 하는 귀금속 합금에 의해서 형성되어 있다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 귀금속 팁(32)의 단면적은 볼록부(28)의 선단면의 면적보다도 작게 설정되어 있다. 따라서, 볼록부(28)의 선단면은 그 중앙에 귀금속 팁(32)을 구비함과 아울러, 상기 귀금속 팁(32)의 주위에 인접하여 레이저 용접시에 형성된 환형상의 용융부(33)와, 상기 용융부(33)의 외주측에 환형상의 전극모재면(電極母材面)(28a)을 가진 구성으로 되어 있다. 상기 전극모재면(28a)이 본 실시형태에 있어서의 "방전 허용면"을 구성한다. 본 실시형태에 있어서의 전극모재면(28a)은 귀금속 팁(32)의 주위 전체에 걸쳐서 형성되어 있으며, 볼록부(28)의 지름방향에 있어서의 폭(X){볼록부(28)의 외주와 귀금속 팁(32) 및 용융부(33)를 포함하는 구역의 외주의 최소 거리(도 3 참조)}이 0.1㎜ 이상 0.5㎜ 이하가 되도록 설정되어 있다.

또, 도 4에 나타낸 바와 같이, 귀금속 팁(32)은 볼록부(28)의 전극모재면(28a)과 면(面)일치 또는 상기 전극모재면(28a)에서 돌출되도록 접합되어 있다. 본 실시형태에서는 볼록부(28)의 전극모재면(28a)에서부터 귀금속 팁(32)의 방전면{중심전극(5)의 귀금속 팁(31)과 대향하는 면}(32a)까지의 축선(C1)방향에 대한 거리, 즉 귀금속 팁(32)의 돌출치수(Y)가 0㎜ 이상 0.2㎜ 이하가 되도록 설정되어 있다.

상기한 구성 하에서는 중심전극(5)과 볼록부(28)의 사이에 "불꽃방전간극"으로서의 불꽃방전 갭(35)이 형성된다. 그리고, 통상시에는 주로 상기 귀금속 팁(31,32) 사이에서 방전이 일어나는 한편, 와류 등의 영향에 의해서 불꽃이 날린 경우에는 귀금속 팁(32)의 주위의 전극모재면(28a)이 방전면으로서 기능함으로써 방전이 유지되게 된다.

결과로서, 상기한 구성의 스파크 플러그(1)에 의하면, 접지전극(27)의 내구성 저하를 억제하면서도 불꽃꺼짐 등의 발생을 억제할 수 있으며 또한 착화성의 향상을 도모할 수 있다.

이어서, 상기한 바와 같이 구성되어 이루어지는 스파크 플러그(1)의 제조방법에 대해서 설명한다.

우선, 금속 쉘(3)을 미리 가공하여 둔다. 즉, 원기둥형상의 금속 소재(예를 들면, S17C나 S25C라는 철계 소재나 스테인리스 소재)를 냉간 단조 가공에 의해서 관통구멍을 형성하면서 개형(槪形)을 제조한다. 그 후, 절삭 가공을 실시함에 의해서 외형을 조정하여 금속 쉘 중간체를 얻는다.

계속해서, 접지전극(27) 원체(原體, original body)를 제작한다. 더 상세하게는, 우선 Ni합금을 주조·어닐링하여 접지전극(27) 원체를 제작한다. 예를 들면, 진공 용해로를 이용하여 Ni합금의 용탕을 조제하고, 진공 주조 등에 의해서 각 용탕으로부터 주괴(鑄塊)를 조제한 후, 이 주괴를 열간 가공, 와이어 드로잉 가공 등에 의해서 소정의 치수 및 형상으로 가공하여 접지전극(27) 원체를 제작한다.

계속해서, 이와 같이 형성된 접지전극(27) 원체를 금속 쉘 중간체의 선단면에 저항 용접한다. 그 후, 금속 쉘 중간체의 소정 부위에 나사부(15)가 전조에 의해서 형성된다. 이것에 의해서, 접지전극(27) 원체가 용접된 금속 쉘(3)이 얻어진다. 접지전극(27) 원체가 용접된 금속 쉘(3)에는 아연 도금 혹은 니켈 도금 등이 실시된다.

한편, 상기 금속 쉘(3)과는 별도로 절연애자(2)를 성형 가공하여 둔다. 예를 들면, 알루미나를 주체로 하되 바인더 등을 포함하는 원료 분말을 이용하여 성형용 소지 조립물(素地造粒物)을 조제하고, 이것을 이용하여 러버 프레스 성형을 실시함에 의해서 통형상의 성형체가 얻어진다. 얻어진 성형체에 대해서 연삭 가공이 실시되어 정형(整形)된다. 그리고, 정형된 것이 소성로에 투입되어 소성된다. 소성 후, 각종의 연마 가공을 실시함에 의해서 절연애자(2)가 얻어진다.

또, 상기 금속 쉘(3) 및 절연애자(2)와는 별도로 중심전극(5)을 제조하여 둔다. 여기서는 Ni합금으로 이루어지는 외층(5B)이 단조 가공되고, 그 중앙부에는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 내층(5A)이 형성된다. 또한, 그 선단부에는 귀금속 팁(31)이 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해서 접합된다.

그리고, 상기한 바와 같이 하여 얻어진 절연애자(2) 및 중심전극(5)과 저항체(7)와 단자전극(6)이 유리밀봉층(8,9)에 의해서 봉합 고정된다. 유리밀봉층(8,9)으로서는 일반적으로 붕규산 유리와 금속 분말이 혼합되어 조제되고 있으며, 이 조제된 것을 저항체(7)를 사이에 두고서 절연애자(2)의 축구멍(4) 내에 주입한 후, 상기 단자전극(6)을 후방에서 압압한 상태로 한 후 소성로 내에서 구워 굳힌다.

그 후, 상기한 바와 같이 각각 제작된 중심전극(5) 및 단자전극(6)을 구비하는 절연애자(2)와 접지전극(27) 원체를 구비하는 금속 쉘(3)이 조립된다. 더 상세하게는, 비교적 두께가 얇게 형성된 금속 쉘(3)의 후단측의 개구부를 지름방향 내측으로 코킹함에 의해서, 즉 상기 코킹부(20)를 형성함에 의해서 고정된다.

계속해서, 절연애자(2)가 조립된 금속 쉘(3)에 있어서의 접지전극(27) 원체의 소정 부위에 귀금속 팁(32)을 레이저 용접에 의해서 접합한다. 이 공정이 본 실시형태에 있어서의 "용접공정"에 상당한다.

또한, 귀금속 팁(32)을 레이저 용접할 경우에는, 예를 들면 접지전극(27) 원체의 소정 부위에 귀금속 팁(32)을 미리 저항 용접하여 두고, 이 저항 용접된 귀금속 팁(32)의 주위에 레이저 빔을 조사함에 의해서 귀금속 팁(32)과 접지전극(27) 원체를 레이저 용접한다. 따라서, 귀금속 팁(32)의 주위에는 상기 용접시에 접지전극(27)의 전극모재인 Ni합금과 귀금속 팁(32)의 성분인 귀금속 합금이 용합되어 생기는 용융부(33)가 형성된다.

그리고, 귀금속 팁(32)의 용접 개소를 접지전극(27) 원체의 반대측에서 압출 가공하여 볼록부(28) 및 구멍부(29)를 형성한다. 이 공정이 본 실시형태에 있어서의 "압출공정"에 상당한다.

이와 같은 접지전극(27) 원체를 제작하기 위해서는 구멍부를 형성할 수 있는 펀치를 구비한 공지의 압출 가공기를 이용하는 방법 등을 채용할 수 있다.

압출 가공기로서는 예를 들면, 펀치와, 상기 펀치가 관통하는 관통구멍을 가지는 판형상의 프레스 다이와, 접지전극(27) 원체를 수용하는 홈형상의 수용부 및 이 수용부 내에 형성된 관통구멍을 가지며 상기 프레스 다이가 상면에 배치되는 서포트 다이와, 상기 서포트 다이의 관통구멍에 삽입되는 서포트 핀을 구비한 압출 가공기 등을 들 수 있다.

상기 압출 가공기를 이용하여 접지전극(27) 원체에 대해서 압출 가공를 하기 위해서는, 접지전극(27) 원체를 수용부에 수용한 서포트 다이의 상면에 프레스 다이를 겹쳐놓고서 고정하고, 편치를 프레스 다이의 관통구멍을 통해서 접지전극(27) 원체로 향해서 압압하고, 이것에 의해서 접지전극(27)의 볼록부(28)가 서포트 핀에 의해 서포트되면서 서포트 다이의 관통구멍에서 압출된다. 이 때, 펀치의 형상 및 치수를 조정함에 의해서 구멍부(29)의 형상 및 치수를 조정할 수 있으며, 또 상기 서포트 다이의 관통구멍 및/또는 상기 서포트 핀의 형상 및 치수를 조정함에 의해서 볼록부(28)의 형상 및 치수를 조정할 수 있다.

그리고, 최후로 접지전극(27) 원체를 굴곡시켜서 접지전극(27)을 최종 형상으로 함으로써 불꽃방전 갭(35)을 형성한다. 이 공정이 본 실시형태에 있어서의 "굴곡공정"에 상당한다. 이 때, 중심전극(5)의 선단의 귀금속 팁(31)과 접지전극(27) 측의 귀금속 팁(32)을 포함하는 볼록부(28)의 선단면과의 사이의 갭이 조정된다.

이와 같이 일련의 공정을 거침으로써 상술한 구성을 가지는 스파크 플러그(1)가 제조된다.

이어서, 본 실시형태에 의해서 효력이 나타나는 작용 효과를 확인하기 위해서, 상기한 전극모재면(28a)의 폭(X){이하, 단순히 "전극모재 폭(X)"이라 한다} 및 귀금속 팁(32)의 돌출치수(Y){이하, 단순히 "칩 돌출치수(Y)"라 한다}가 다른 각종 샘플을 각각 1개씩 제작하고, 탁상 불꽃방전시험을 하여 여러 가지 평가를 하였다. 그 시험 결과를 이하에 나타낸다.

또한, 샘플로서는 전극모재 폭(X)을 0㎜, 0.1㎜, 0.2㎜, 0.3㎜, 0.4㎜, 0.5㎜, 0.6㎜, 0.7㎜로 설정한 것을 각각 그룹 A∼H로 하고, 그룹 B∼H에 대해서 칩 돌출치수(Y)를 -0.1㎜{귀금속 팁(32)의 방전면(32a)이 볼록부(28)의 전극모재면(28a)보다도 움푹 들어가 있는 것}, 0㎜, 0.1㎜, 0.2㎜, 0.3㎜, 0.4㎜로 설정한 것을 각각 샘플 1∼6으로 하여 제작하였다.

그리고, 탁상 불꽃방전시험으로서 불꽃점화성능시험 및 불꽃점화위치 확인시험의 2종류의 시험을 하였다.

불꽃점화성능시험에서는 0.4MPa의 대기 분위기로 설정된 챔버 내에 각 샘플을 부착하고, 불꽃방전 갭(35) 사이로 유속 5.0m/sec의 공기 흐름을 부여한 상태에서 각각 100회의 불꽃방전을 하였다. 그리고, 각 샘플에 대해서 불꽃꺼짐(방전의 끊김)의 발생횟수를 비디오 영상 및 방전파형의 측정에 의해서 확인함으로써 불꽃꺼짐 발생률에 대해서 검증하였다. 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

		전극모재 폭(X)
		A(0㎜)	B(0.1㎜)	C(0.2㎜)	D(0.3㎜)	E(0.4㎜)	F(0.5㎜)	G(0.6㎜)	H(0.7㎜)
칩 돌 출 치 수 (Y)	1(-0.1㎜)	× (28%)	◎ (8%)	◎ (6%)	◎ (3%)	◎ (2%)	◎ (0%)	◎ (0%)	◎ (0%)
	2(0㎜)		◎ (9%)	◎ (5%)	◎ (4%)	◎ (4%)	◎ (2%)	◎ (2%)	◎ (3%)
	3(0.1㎜)		◎ (7%)	◎ (5%)	◎ (3%)	◎ (3%)	◎ (0%)	◎ (0%)	◎ (0%)
	4(0.2㎜)		◎ (5%)	◎ (4%)	◎ (3%)	◎ (1%)	◎ (0%)	◎ (0%)	◎ (1%)
	5(0.3㎜)		○ (15%)	○ (15%)	○ (15%)	○ (14%)	○ (11%)	○ (12%)	○ (12%)
	6(0.4㎜)		○ (19%)	○ (18%)	○ (18%)	○ (15%)	○ (14%)	○ (14%)	○ (14%)

표 1에서는 불꽃꺼짐 발생률이 10% 미만에 있는 것을 불꽃점화성능이 특히 우수한 것으로서 "◎"의 평가를 내리고, 불꽃꺼짐 발생률이 10% 이상 20% 미만에 있는 것을 불꽃점화성능이 우수한 것으로서 "○"의 평가를 내리는 것으로 하였다. 한편, 불꽃꺼짐 발생률이 20% 이상인 것에 대해서는 불꽃점화성능에 문제가 있는 것으로서 "×"의 평가를 내리는 것으로 하였다. 다만, 표 1에서 나타내는 평가는 본 시험에 있어서의 상대 평가를 나타내는 것이며, 판정이 불가능한 것("×")이라 하더라도 반드시 제품으로서 사용할 수 없는 것을 나타내는 것은 아니다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 전극모재 폭(X)을 0㎜로 한 그룹 A에 관해서는 불꽃꺼짐 발생률이 28%가 되어 다른 그룹 B∼H에 비해서 극단적으로 불꽃꺼짐 발생률이 높은 것을 알 수 있다. 또한, 전극모재 폭(X)이 0㎜, 즉 귀금속 팁(32)의 주위에 전극모재면(28a)(방전 허용면)을 가지지 않는 그룹 A(도 7 참조)에 관해서는 칩 돌출치수(Y)와 무관하기 때문에, 이 불꽃점화성능시험에서는 귀금속 팁(32)의 두께가 0.3㎜인 샘플{칩 돌출치수(Y)가 0.3㎜인 것에 상당}만을 시험하였다.

또, 그룹 B∼H에 관해서는 샘플 1∼4와 샘플 5, 6을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 칩 돌출치수(Y)가 0.3㎜ 이상인 샘플 5, 6에서는 불꽃꺼짐 발생률이 높아지게 되는 것을 알 수 있다. 이것은 중심전극(5)에서부터 볼록부(28)의 전극모재면(28a)까지의 불꽃방전 갭(35)의 간격이 실질적으로 길어지게 되기 때문이라고 생각된다.

상기 결과를 근거로 하여 판단하면, 전극모재 폭(X)에 관해서는 0.1㎜ 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 칩 돌출치수(Y)에 관해서는 0.2㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 전극모재 폭(X)이 0.6㎜ 이상이 되는 그룹 G, H에서는 각 샘플 1∼6 모두가 불꽃꺼짐 발생률에 있어서 그룹 F의 것과 거의 차이를 볼 수 없는 점에서, 전극모재 폭(X)의 상한에 관해서는 착화성이나 가공성의 저하 등을 고려하여 0.5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 불꽃점화위치 확인시험에서는 0.4MPa의 대기 분위기로 설정된 챔버 내에 각 샘플을 부착하고, 공기 흐름을 부여하지 않는 상태에서 각각 100회의 불꽃방전을 하였다. 그리고, 각 샘플에 대해서 접지전극(27) 측의 불꽃점화위치를 비디오 영상에 의해서 확인함으로써 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)에 대한 점화율에 대해서 검증하였다. 그 평가 결과를 표 2, 표 3, 표 4에 나타낸다. 또한, 표 2, 표 3, 표 4에는 편의상 그룹 B, D, F, H의 샘플 1∼4에 대해서만 나타낸다.

		전극모재 폭(X)
		B(0.1㎜)	D(0.3㎜)	F(0.5㎜)	H(0.7㎜)
칩 돌출치수(Y)	1(-0.1㎜)	3%	5%	10%	12%
	2(0㎜)	78%	89%	95%	98%
	3(0.1㎜)	92%	98%	100%	100%
	4(0.2㎜)	100%	100%	100%	100%

표 2는 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 지름(ø1)을 0.8㎜, 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 지름(ø2)을 0.8㎜로 설정한 샘플의 평가 결과를 나타낸 것이다(도 5 참조).

		전극모재 폭(X)
		B(0.1㎜)	D(0.3㎜)	F(0.5㎜)	H(0.7㎜)
칩 돌출치수(Y)	1(-0.1㎜)	3%	3%	5%	6%
	2(0㎜)	15%	17%	21%	23%
	3(0.1㎜)	18%	22%	26%	27%
	4(0.2㎜)	32%	39%	45%	47%

표 3은 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 지름(ø1)을 0.8㎜, 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 지름(ø2)을 0.7㎜로 설정한 샘플의 평가 결과를 나타낸 것이다.

		전극모재 폭(X)
		B(0.1㎜)	D(0.3㎜)	F(0.5㎜)	H(0.7㎜)
칩 돌출치수(Y)	1(-0.1㎜)	4%	7%	10%	14%
	2(0㎜)	85%	92%	97%	100%
	3(0.1㎜)	92%	98%	100%	100%
	4(0.2㎜)	100%	100%	100%	100%

표 4는 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 지름(ø1)을 0.8㎜, 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 지름(ø2)을 0.9㎜로 설정한 샘플의 평가 결과를 나타낸 것이다.

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 칩 돌출치수(Y)를 -0.1㎜로 설정한 샘플 1에 대해서는 각 그룹 B, D, F, H 모두에 있어서 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)에 대한 점화율이 다른 샘플 2∼4에 비해서 극단적으로 낮다. 즉, 볼록부(28)의 전극모재면(28a)에 대한 점화율이 높다. 이것은 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)이 볼록부(28)의 전극모재면(28a)보다도 움푹 들어가 있는 위치에 있으면, 와류 등의 영향이 없는 상황에서도 중심전극(5){귀금속 팁(31)}과 귀금속 팁(32)의 주위의 전극모재면(28a)과의 거리가 중심전극(5){귀금속 팁(31)}과 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)과의 거리보다도 작게 되기 때문에, 볼록부(28)의 전극모재면(28a)에 불꽃이 날리기 쉬운 상태가 되기 때문이라고 생각된다.

따라서, 접지전극(27)의 전극모재인 Ni합금이 귀금속 팁(32)보다도 내구성이 낮은 것을 고려하면, 칩 돌출치수(Y)를 0㎜ 이상으로 설정하여 내구성의 향상을 도모하는 것이 바람직하다.

표 2와 표 3에 나타낸 결과를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 지름(ø1)보다도 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 지름(ø2)이 작은 경우에는 각 그룹 B, D, F, H의 각 샘플 모두에 있어서 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)에 대한 점화율이 극단적으로 낮다. 즉, 볼록부(28)의 전극모재면(28a)에 대한 점화율이 높다. 이것은 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 방전면(31a)(도 5 참조)과 축선(C1)방향으로 대향하는 볼록부(28)의 전극모재면(28a)의 면적이 많기 때문이라고 생각된다.

한편, 표 2와 표 4에 나타낸 결과를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 지름(ø1)보다도 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 지름(ø2)이 큰 경우에는, 양 귀금속 팁(31,32)의 지름(ø1,ø2)이 동일한 경우와 마찬가지로, 각 그룹 B, D, F, H의 샘플 2, 3, 4 모두에 있어서 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)에 대한 점화율이 높다. 또, 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 지름(ø1)보다도 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 지름(ø2)이 큰 경우와 양 귀금속 팁(31,32)의 지름(ø1,ø2)이 동일한 경우에서는 불꽃꺼짐 발생률에 있어서도 거의 차이를 볼 수 없다.

이상의 결과로부터, 도 6에 나타낸 바와 같이 축선(C1)방향과 직교하는 평면에 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 방전면(31a)과 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)을 투영하였을 때, 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)의 투영상(32x)의 영역 밖으로 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 방전면(31a)의 투영상(31x)이 벗어나지 않는 구성으로 하는 것이 더 바람직한 것임을 알 수 있다.

이어서, 본 실시형태에 의해서 효력이 나타나는 작용 효과를 확인하기 위해서, 비교예로서 도 7에 나타낸 바와 같은 귀금속 팁(32)의 주위에 전극모재면(28a)(방전 허용면)을 가지지 않는 스파크 플러그에 관해서, 접지전극(27)의 내측면(27a)에서부터 귀금속 팁(32)의 방전면(32a)까지의 축선(C1)방향에 대한 거리, 즉 귀금속 팁(32)의 돌출치수(Z){이하, 단순히 "칩 돌출치수(Z)"라 한다} 및 불꽃방전 갭(35)의 간격(G){이하, 단순히 "갭 간격(G)"이라 한다}을 다르게 한 각종 샘플을 각각 1개씩 제작하고, 상기한 불꽃점화성능시험과 같은 조건 하에서 같은 시험을 하여 불꽃꺼짐 발생률에 대해서 검증하였다. 그 평가 결과를 표 5에 나타낸다.

샘플로서는 갭 간격(G)을 0.6㎜, 0.7㎜, 0.8㎜, 0.9㎜, 1.1㎜로 설정한 것을 각각 그룹 J∼N으로 하고, 상기 각 그룹마다 칩 돌출치수(Z)를 0.3㎜, 0.4㎜, 0.5㎜, 0.6㎜, 0.8㎜로 설정한 것을 각각 샘플 1∼5로 하여 제작하였다. 또한, 각 샘플 모두에 있어서는 중심전극(5)의 귀금속 팁(31)의 지름(ø1)이 0.8㎜, 접지전극(27)의 귀금속 팁(32)의 지름(ø2)이 0.8㎜로 설정되어 있다.

		갭 간격(G)
		J(0.6㎜)	K(0.7㎜)	L(0.8㎜)	M(0.9㎜)	N(1.1㎜)
칩 돌출치수(Z)	1(0.3㎜)	○ (0%)	○ (0%)	○ (9%)	○ (12%)	○ (15%)
	2(0.4㎜)	○ (2%)	○ (4%)	○ (12%)	○ (14%)	○ (17%)
	3(0.5㎜)	○ (5%)	○ (8%)	× (20%)	× (21%)	× (28%)
	4(0.6㎜)	○ (7%)	○ (9%)	× (20%)	× (24%)	× (29%)
	5(0.8㎜)	○ (7%)	○ (10%)	× (22%)	× (28%)	× (36%)

표 5에서는 불꽃꺼짐 발생률이 20% 미만에 있는 것을 불꽃점화성능이 우수한 것으로서 "○"의 평가를 내리는 것으로 하였다. 한편, 불꽃꺼짐 발생률이 20% 이상인 것에 대해서는 불꽃점화성능에 문제가 있는 것으로서 "×"의 평가를 내리는 것으로 하였다. 다만, 표 5에서 나타내는 평가는 본 시험에 있어서의 상대 평가를 나타내는 것이며, 판정이 불가능한 것("×")이라 하더라도 반드시 제품으로서 사용할 수 없는 것을 나타내는 것은 아니다.

표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 갭 간격(G)을 0.6㎜, 0.7㎜로 한 그룹 J, K에 관해서는 칩 돌출치수(Z)가 다른 모든 샘플 1∼5에 있어서 불꽃꺼짐 발생률이 20% 미만이 되어, 다른 그룹 L, M, N에 비해서 불꽃꺼짐 발생률이 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 갭 간격(G)이 0.8㎜를 하회하는 구성에서는 애당초 불꽃꺼짐 등이 발생하기 어려운 것임을 알 수 있다.

또, 그룹 L, M, N에 관해서는 샘플 1, 2와 샘플 3∼5를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 샘플 1, 2에서는 불꽃꺼짐 발생률이 20% 미만이 되어 칩 돌출치수(Z)가 0.5㎜ 이상인 샘플 3∼5에 비해서 불꽃꺼짐 발생률이 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 칩 돌출치수(Z)가 0.5㎜를 하회하는 구성에서는 애당초 불꽃꺼짐 등이 발생하기 어려운 것임을 알 수 있다.

상기 결과를 근거로 하여 판단하면, 갭 간격(G)이 0.8㎜ 이상이고 또한 칩 돌출치수(Z)가 0.5㎜ 이상이 되는 것에서는 불꽃꺼짐 등이 발생하는 상황으로 되기 쉽다고 생각되기 때문에, 상술하여 온 본 실시형태의 여러 가지 작용 효과가 더 주효하게 된다.

또한, 상기한 실시형태의 기재 내용에 한정하지 않고, 예를 들면 다음과 같이 실시하여도 좋다.

(a) 상기한 실시형태에서는 볼록부(28)의 전극모재면(28a)의 폭(X)이 0.1㎜ 이상 0.5㎜ 이하가 되도록 설정되어 있으나, 이것에 한정하지 않고 적어도 귀금속 팁(32)의 단면적이 볼록부(28)의 선단면의 면적보다도 작게 설정되고, 볼록부(28)의 선단면에 의해서 귀금속 팁(32)의 주위에 전극모재면(28a)이 형성되는 구성으로 되어 있으면 좋다. 다만, 상기한 검증 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 전극모재면(28a)의 폭(X)이 0.1㎜ 이상 0.5㎜ 이하가 되는 것이 더 바람직하다.

(b) 상기한 실시형태에서는 귀금속 팁(32)의 돌출치수(Y)가 0㎜ 이상 0.2㎜ 이하가 되도록 설정되어 있으나, 돌출치수(Y)는 이것에 한정되는 것이 아니다. 다만, 상기한 검증 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 돌출치수(Y)가 0㎜ 이상 0.2㎜ 이하가 되는 것이 더 바람직하다.

(c) 상기한 실시형태에 있어서의 귀금속 팁(31,32)은 이리듐 합금이나 백금 합금에 의해서 형성되어 있으나, 이것에 한정하지 않고 다른 귀금속을 주성분으로 하는 귀금속 합금에 의해서 형성된 것이어도 좋다. 또, 중심전극(5) 측의 귀금속 팁(31)이 생략된 구성으로 하여도 좋으나, 내구성 향상의 면에서 본다면 중심전극(5) 측에도 귀금속 팁(31)을 구비하는 것이 바람직하다.

(d) 상기한 실시형태에서는 귀금속 팁(32)을 레이저 용접에 의해서 접지전극(27)에 접합하고 있으나, 이것에 한정하지 않고 저항 용접 등 다른 방법에 의해서 접합하는 구성으로 하여도 좋다. 저항 용접의 경우에는 용융부(33)가 형성되지 않기 때문에, 귀금속 팁(32)을 제외한 대부분이 전극모재면(28a)이 된다.

(e) 볼록부(28)나 귀금속 팁(32)으로서는 상기한 실시형태의 원형상(원기둥형상이나 단면 원형 칩)의 것에 한정하지 않고, 다른 형상의 것 예를 들면 다각형상(다각 기둥형상이나 단면 다각형 칩)의 것을 채용하여도 좋다. 예를 들면, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 접지전극(27)의 선단부에 이 접지전극(27)의 선단면을 따라서 축선(C1)방향(도 9의 상하방향)으로 돌출되는 사각 기둥형상의 볼록부(28)를 형성함과 아울러, 상기 볼록부(28)의 선단면(도 9의 상측)에 있어서 축선(C1)방향과 직교하는 방향(도 8, 도 9의 좌우방향)을 따르는 단면 형상이 사각형상(직사각형상)이 되는 귀금속 팁(32)을 접지전극(27)의 선단면을 따라서 형성한 구성으로 하여도 좋다.

(f) 상기한 실시형태에서는 전극모재면(28a)이 귀금속 팁(32)의 주위 전체에 걸쳐서 형성되어 있으나, 이것에 한정하지 않고 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 귀금속 팁(32)의 주위의 적어도 일부에 전극모재면(28a)이 형성된 구성으로 하여도 좋다. 다만, 귀금속 팁(32)의 주위 전체에 걸쳐서 전극모재면(28a)이 형성되어 있는 것이 와류 등에 의해서 불꽃이 어느 방향으로 날렸을 때에도 확실하게 방전이 유지되게 되기 때문에 더 바람직하다.

(g) 상기한 실시형태에 한정하지 않고, 도 10에 나타낸 바와 같이 전극모재면(28a)의 단부 가장자리에 모따기 가공을 실시하여 모따기부(28b)를 형성한 구성으로 하여도 좋다. 또, 도 10에서는 모따기부(28b)로서 만곡형상의 R모따기부가 예시되어 있으나, 이것에 한정하지 않고 테이퍼형상의 C모따기부 등을 채용하여도 좋다.

여기서, 전극모재 폭(X) 및 칩 돌출치수(Y)를 다르게 한 상기 그룹 A∼H의 샘플 1∼6에 관해서, 각각 전극모재면(28a)의 단부 가장자리에 모따기부(28b)를 형성한 경우의 불꽃꺼짐 발생률과 모따기부(28b)를 형성하지 않은 경우의 불꽃꺼짐 발생률에 대해서 비교 검증한다. 각 샘플에 대해서 상기한 실시형태의 불꽃점화성능시험과 같은 조건 하에서 같은 시험을 한 결과를 이하의 표 6에 나타낸다.

모따기부	칩 돌출치수(Y)	전극모재 폭(X)
		B(0.1㎜)	D(0.3㎜)	F(0.5㎜)	G(0.6㎜)	H(0.7㎜)
있음	4(0.2㎜)	◎ (1%)	◎ (0%)	◎ (0%)	◎ (0%)	◎ (0%)
	5(0.3㎜)	◎ (7%)	◎ (5%)	◎ (3%)	◎ (0%)	◎ (0%)
	6(0.4㎜)	◎ (10%)	◎ (8%)	◎ (7%)	◎ (4%)	◎ (4%)
없음	4(0.2㎜)	◎ (5%)	◎ (3%)	◎ (0%)	◎ (0%)	◎ (1%)
	5(0.3㎜)	○ (15%)	○ (15%)	○ (11%)	○ (12%)	○ (12%)
	6(0.4㎜)	○ (19%)	○ (18%)	○ (14%)	○ (14%)	○ (14%)

표 6에서는 불꽃꺼짐 발생률이 10% 미만에 있는 것을 불꽃점화성능이 특히 우수한 것으로서 "◎"의 평가를 내리고, 불꽃꺼짐 발생률이 10% 이상 20% 미만에 있는 것을 불꽃점화성능이 우수한 것으로서 "○"의 평가를 내리는 것으로 하였다. 또한, 표 6에는 편의상 그룹 B, D, F, G, H의 샘플 4∼6에 대해서만 나타낸다.

표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 샘플에 있어서 전극모재면(28a)의 단부 가장자리에 모따기부(28b)를 형성한 경우가 형성하지 않은 경우보다도 불꽃꺼짐 발생률을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 이것은 모따기부(28b)가 형성됨에 의해서 점화 가능한 방전 허용면의 면적이 실질적으로 증가하기 때문이라고 생각된다.

1 - 스파크 플러그 2 - 절연애자
3 - 금속 쉘 5 - 중심전극
27 - 접지전극 28 - 볼록부
28a - 전극모재면 29 - 구멍부
31,32 - 귀금속 팁 33 - 용융부
35 - 불꽃방전 갭 C1 - 축선
X - 전극모재 폭 Y - 칩 돌출치수

Claims (7)

1. 축선방향으로 연장되는 중심전극과, 상기 중심전극을 유지하는 절연체와, 상기 절연체를 유지하는 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 선단부에 자신의 기단부가 접합되며, 굴곡되어 자신의 선단부의 내측면이 상기 중심전극의 선단부를 향하도록 고정되는 접지전극과, 상기 접지전극의 내측면에 접합된 귀금속 팁을 구비하며, 상기 중심전극과 상기 접지전극의 귀금속 팁과의 사이에 불꽃방전간극이 형성되는 스파크 플러그로서,
   상기 접지전극의 내측면에는 니켈을 주성분으로 한 상기 접지전극의 전극모재로 이루어지며 또한 상기 축선방향을 따라서 돌출된 기둥형상의 볼록부가 형성되고,
   상기 볼록부의 선단면에는 상기 볼록부의 선단면의 면적보다도 단면적이 작은 상기 귀금속 팁이 접합됨과 아울러, 상기 귀금속 팁의 주위의 적어도 일부에 있어서 상기 접지전극의 전극모재로 이루어지는 방전 허용면이 형성되고,
   상기 축선방향에 있어서의 상기 중심전극의 방전면에서부터 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면까지의 거리인 상기 불꽃방전간극의 간격이 0.8㎜ 이상이고,
   상기 축선방향에 있어서의 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면에서부터 상기 접지전극의 내측면까지의 거리인 상기 접지전극의 귀금속 팁의 돌출치수가 0.5㎜ 이상이고,
   상기 축선방향과 직교하는 평면에 상기 중심전극의 방전면과 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면을 투영하였을 때, 상기 접지전극의 귀금속 팁의 방전면의 투영상의 영역 밖으로 상기 중심전극의 방전면의 투영상이 벗어나지 않는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 방전 허용면의 단부 가장자리에 모따기부를 형성한 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 방전 허용면은 상기 귀금속 팁의 주위 전체에 걸쳐서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 볼록부의 외주와 상기 귀금속 팁의 외주의 최소 거리를 0.1㎜ 이상 0.5㎜ 이하로 한 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축선방향에 있어서의 상기 볼록부의 선단면으로부터의 상기 귀금속 팁의 돌출치수를 0㎜ 이상 0.2㎜ 이하로 한 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축선방향에 대해서 상기 접지전극의 내측면의 반대측에 해당하는 외측면에 있어서, 상기 볼록부에 대응하는 위치에 구멍부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
7. 축선방향으로 연장되는 중심전극과, 상기 중심전극을 유지하는 절연체와, 상기 절연체를 유지하는 금속 쉘과, 상기 금속 쉘의 선단부에 자신의 기단부가 접합되며, 굴곡되어 자신의 선단부의 내측면이 상기 중심전극의 선단부를 향하도록 고정되는 접지전극과, 상기 접지전극의 내측면에 형성된 기둥형상의 볼록부와, 상기 볼록부의 선단면에 접합된 귀금속 팁을 구비하며, 상기 중심전극과 상기 접지전극의 귀금속 팁 및 상기 볼록부의 선단면과의 사이에 불꽃방전간극이 형성되는 스파크 플러그의 제조방법으로서,
   대략 곧은 봉형상으로 형성된 상기 접지전극의 원체(原體)에 대해서 상기 귀금속 팁을 용접하는 용접공정과,
   상기 접지전극의 원체 중 적어도 상기 귀금속 팁이 포함되는 범위를 상기 귀금속 팁을 용접한 측의 반대측에서 압출가공하여 상기 볼록부를 성형하는 압출공정과,
   상기 접지전극의 원체를 굴곡 가공하여 상기 귀금속 팁을 포함하는 상기 볼록부의 선단면을 상기 중심전극의 선단부에 면하도록 하여 상기 불꽃방전간극을 형성하는 굴곡공정을 구비한 것을 특징으로 하는 스파크 플러그의 제조방법.

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