KR20120003924A

KR20120003924A - 스파크 플러그

Info

Publication number: KR20120003924A
Application number: KR1020117025746A
Authority: KR
Inventors: 가츠토시 나카야마; 노부아키 사카야나기
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2012-01-11
Also published as: EP2416462B1; EP2416462A1; EP2790281A3; WO2010113433A1; JP2010238498A; CN102349207B; KR101550090B1; EP2416462A4; JP4619443B2; CN102349207A; EP2790281A2; EP2790281B1; US8624473B2; US20120019120A1

Abstract

접지전극과 귀금속 팁의 용접강도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하며, 스파크 플러그는 축선방향으로 관통하는 축구멍을 가지는 절연체와, 축구멍의 선단측에 설치된 중심전극과, 절연체를 유지하는 대략 통형상의 금속 쉘과, 일단이 금속 쉘의 선단부에 부착되고 타단이 중심전극의 선단부와 대향하는 접지전극과, 접지전극의 상기 중심전극의 선단부와 대향하는 면에 형성되어 중심전극과의 사이에 불꽃방전간극을 형성하는 귀금속 팁을 구비한다. 접지전극과 귀금속 팁의 사이의 적어도 일부에는 접지전극과 귀금속 팁이 서로 용융되어 형성된 용융부가 있다. 축선방향에 있어서의 용융부의 두께 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'A'라 한다. 접지전극의 길이방향에 있어서의 용융부의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'B'라 한다. 이 경우에 있어서, 스파크 플러그는 1.5≤B/A의 관계를 만족한다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 스파크 플러그에 관한 것이다.

종래에는 스파크 플러그의 접지전극에 귀금속 팁을 접합하는 방법으로서, 예를 들면 이하의 특허문헌에 개시된 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에 개시된 방법에서는 귀금속 팁을 모두 용융시켜서 접지전극에 접합시키고 있다. 그러나, 이 방법에서는 접지전극과 귀금속 팁의 용접강도를 높일 수는 있지만, 귀금속 팁의 방전면에도 접지전극 모재의 용융성분이 포함되기 때문에, 불꽃 내구성능이 저하된다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2에 개시된 방법에서는 귀금속 팁의 외주부를 용융시켜서 접지전극에 접합시키고 있다. 그러나, 이 방법에서는 접지전극과 귀금속 팁의 중심부와의 용접강도가 약하고, 또 귀금속 팁이나 용융부에 크랙이 발생하여, 결국에는 귀금속 팁의 박리로 이어질 우려가 있다는 문제가 있었다.

또, 접지전극에 귀금속 팁을 접합하는 방법으로서는 저항용접을 사용하는 방법도 알려져 있다. 그러나, 이 방법에서는 접지전극과 귀금속 팁의 경계면에 있어서의 용융부의 층이 얇기 때문에, 또 최근의 엔진의 고출력화에 수반하여 스파크 플러그의 사용 환경도 더욱더 고온인 혹독한 환경으로 되고 있기 때문에, 용접강도를 확보할 수 없어 결국에는 귀금속 팁의 박리로 이어질 우려가 있다는 문제가 있었다.

특허문헌 1 : 일본국 특표 2004-517459호 공보 특허문헌 2 : 미국 특허출원공개 제2007/0103046호 명세서

본 발명은 상기한 종래의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 접지전극과 귀금속 팁의 용접강도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서, 이하의 형태 또는 적용예를 취하는 것이 가능하다.

[적용예 1] 축선방향으로 관통하는 축구멍을 가지는 절연체와; 상기 축구멍의 선단측에 설치된 중심전극과; 상기 절연체를 유지하는 대략 통형상의 금속 쉘과; 일단이 상기 금속 쉘의 선단부에 부착되고 타단이 상기 중심전극의 선단부와 대향하는 접지전극과; 상기 접지전극의 상기 중심전극의 선단부와 대향하는 면에 형성되어 상기 중심전극과의 사이에 불꽃방전간극을 형성하는 귀금속 팁;을 구비하는 스파크 플러그로서, 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 사이의 적어도 일부에는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁이 서로 용융되어 형성된 용융부가 있고, 상기 축선방향에 있어서의 상기 용융부의 두께 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'A'라 하고, 상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 용융부의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'B'라 한 경우에 있어서, 1.5≤B/A의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 2] 적용예 1에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 접지전극의 중심축을 통과하면서 상기 축선방향과 평행한 평면으로 상기 용융부를 절단한 경우에 있어서, 상기 용융부의 두께 중 A/1.3가 되는 부분이 상기 용융부의 용융방향 후단에서부터 B/2의 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 3] 적용예 1 또는 적용예 2에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 귀금속 팁의 길이를 'C'라 한 경우에 있어서, C≤B의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 4] 축선방향으로 관통하는 축구멍을 가지는 절연체와; 상기 축구멍의 선단측에 설치된 중심전극과; 상기 절연체를 유지하는 대략 통형상의 금속 쉘과; 일단이 상기 금속 쉘의 선단부에 부착되고 타단이 상기 중심전극의 측면과 대향하는 접지전극과; 상기 접지전극의 상기 중심전극의 측면과 대향하는 면에 형성되어 상기 중심전극과의 사이에 불꽃방전간극을 형성하는 귀금속 팁;을 구비하는 스파크 플러그로서, 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 사이의 적어도 일부에는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁이 서로 용융되어 형성된 용융부가 있고, 상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 용융부의 두께는 상기 축선방향의 선단측으로 향하여 갈수록 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 5] 적용예 4에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 축선방향에 수직한 방향이고 또한 상기 접지전극의 길이방향에 수직한 방향에 있어서의 상기 용융부의 폭은 상기 축선방향의 선단측으로 향하여 갈수록 넓어지게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 6] 적용예 4 또는 적용예 5에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 용융부의 두께 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'D'라 하고, 상기 축선방향에 있어서의 상기 용융부의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'E'라 한 경우에 있어서, 1.5≤E/D의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 7] 적용예 6에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 접지전극의 중심축을 통과하면서 상기 축선방향과 평행한 평면으로 상기 용융부를 절단한 경우에 있어서, 상기 용융부의 두께 중 D/1.3가 되는 부분이 상기 용융부의 용융방향 후단에서부터 E/2의 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 8] 적용예 4 내지 적용예 7 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 축선방향에 있어서의 상기 용융부의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'E'라 하고, 상기 축선방향에 있어서의 상기 귀금속 팁의 길이를 'F'라 한 경우에 있어서, F≤E의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 9] 적용예 1 내지 적용예 8 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 귀금속 팁은 상기 중심전극과의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 방전면을 가지고 있고, 자신의 적어도 일부가 상기 접지전극에 형성된 홈부분에 매설되어 있고, 상기 홈부분과 상기 귀금속 팁의 사이 중 상기 귀금속 팁의 방전면에 대해서 수직인 부분에서도 상기 홈부분과 상기 귀금속 팁을 접속하는 상기 용융부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 10] 적용예 1 내지 적용예 9 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 귀금속 팁의 상기 중심전극과 대향하는 면에는 상기 용융부가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 11] 적용예 1 내지 적용예 10 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 귀금속 팁의 방전면에서부터 상기 방전면에 가장 접근한 상기 용융부까지의 깊이를 'L1'이라 하고, 상기 귀금속 팁의 방전면에서부터 상기 방전면에서 가장 먼 상기 용융부까지의 깊이를 'L2'라 한 경우에 있어서, L2-L1≤0.3㎜의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 12] 적용예 1 내지 적용예 11 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 용융부에 있어서, 상기 귀금속 팁의 상기 중심전극과 대향하는 면의 반대측에 형성된 용융부의 상기 귀금속 팁과의 경계의 절반 이상은 상기 귀금속 팁의 방전면과 평행한 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 13] 적용예 1 내지 적용예 12 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 용융부는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 경계에 대해서 평행한 방향에서 고에너지 빔이 조사됨에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 14] 적용예 1 내지 적용예 13 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 용융부는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 경계에 대해서 경사진 방향에서 고에너지 빔이 조사됨에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

[적용예 15] 적용예 1 내지 적용예 14 중 어느 한 적용예에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 용융부는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 경계에 대해서 파이버 레이저 또는 전자 빔이 조사됨에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

또한, 본 발명은 여러 가지 형태로 실현하는 것이 가능하다. 예를 들면, 스파크 플러그의 제조방법 및 제조장치, 제조시스템 등의 형태로 실현할 수 있다.

적용예 1의 스파크 플러그에 의하면, 산화 스케일의 발생을 억제하여 귀금속 팁과 접지전극의 용접강도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

적용예 2의 스파크 플러그에 의하면, 불꽃 소모에 의한 불꽃방전간극(방전갭)의 증가를 억제할 수 있어 스파크 플러그의 내구성을 향상시킬 수 있다.

적용예 3의 스파크 플러그에 의하면, 귀금속 팁과 접지전극의 경계 중 광범위한 부분을 용융부를 통해서 용접할 수 있기 때문에, 귀금속 팁과 접지전극의 용접강도를 높이는 것이 가능하게 된다.

적용예 4의 스파크 플러그에 의하면, 접지전극에 걸리는 응력을 적절히 완화할 수 있기 때문에, 산화 스케일의 발생을 억제하여 귀금속 팁이 접지전극에서 박리되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.

적용예 5의 스파크 플러그에 의하면, 접지전극에 걸리는 응력을 적절히 완화할 수 있기 때문에, 산화 스케일의 발생을 억제하여 귀금속 팁이 접지전극에서 박리되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.

적용예 6의 스파크 플러그에 의하면, 용융부 근방에 산화 스케일이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

적용예 7의 스파크 플러그에 의하면, 불꽃 소모에 의한 불꽃방전간극의 증가를 억제할 수 있어 스파크 플러그의 내구성을 향상시킬 수 있다.

적용예 8의 스파크 플러그에 의하면, 귀금속 팁과 접지전극의 경계 중 광범위한 부분을 용융부를 통해서 용접할 수 있기 때문에, 귀금속 팁과 접지전극의 용접강도를 높이는 것이 가능하게 된다.

적용예 9의 스파크 플러그에 의하면, 귀금속 팁과 접지전극의 사이 중 더욱 광범위한 부분을 용융부를 통해서 용접할 수 있기 때문에, 귀금속 팁과 접지전극의 용접강도를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.

적용예 10의 스파크 플러그에 의하면, 귀금속 팁 쪽이 용융부보다도 내불꽃 소모성이 우수하기 때문에, 내불꽃 소모성을 향상시킬 수 있다.

적용예 11의 스파크 플러그에 의하면, 스파크 플러그의 사용에 수반되는 불꽃방전간극(방전갭)의 증가량을 억제할 수 있으므로, 귀금속 팁의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

적용예 12의 스파크 플러그에 의하면, 귀금속 팁 중 용융되어 있지 않는 부분의 체적이 커지게 되기 때문에, 내불꽃 소모성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

적용예 13의 스파크 플러그에 의하면, 고에너지 빔은 조사 대상을 깊숙한 부분까지 용융시킬 수 있기 때문에, 이와 같은 조사 방향에 의해서도 적절한 형상의 용융부를 형성할 수 있다.

적용예 14의 스파크 플러그에 의하면, 이와 같은 조사 방향에 의해서도 적절한 형상의 용융부를 형성할 수 있다.

적용예 15의 스파크 플러그에 의하면, 고에너지 빔으로서 파이버 레이저 또는 전자 빔을 이용하면, 접지전극과 귀금속 팁의 경계를 깊숙한 부분까지 용융시킬 수 있기 때문에, 접지전극과 귀금속 팁을 강고하게 접합시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100)의 부분 단면도이다.
도 2는 스파크 플러그(100)의 중심전극(20)의 선단부(22) 부근의 확대도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 있어서의 용융부(98)의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 있어서의 용융부(98b)의 단면형상을 나타내는 설명도이다.
도 5는 제 3 실시형태에 있어서의 용융부(98c)의 단면형상을 나타내는 설명도이다.
도 6은 제 4 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100d)의 접지전극(30d)의 선단부(33d) 부근을 나타내는 설명도이다.
도 7은 접지전극(30)의 선단면(31)에서부터의 거리와 접지전극(30)의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 용융부 비율(B/A)과 산화 스케일 발생비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 탁상 불꽃시험 후의 방전갭(G)의 증가량을 나타내는 그래프이다.
도 10은 다른 실시형태에 있어서의 용융부(98e)를 나타내는 설명도이다.
도 11은 다른 실시형태에 있어서의 용융부(98f)를 나타내는 설명도이다.
도 12는 다른 실시형태에 있어서의 용융부(98g)를 나타내는 설명도이다.
도 13은 다른 실시형태에 있어서의 용융부(98h)를 나타내는 설명도이다.
도 14는 다른 실시형태에 있어서의 용융부(98i)를 나타내는 설명도이다.
도 15는 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100j)의 접지전극(30d)의 선단부(33d) 부근을 나타내는 설명도이다.
도 16은 다른 실시형태에 있어서의 용융부(98k)를 나타내는 설명도이다.
도 17은 다른 실시형태에 있어서의 용융부(98l)를 나타내는 설명도이다.

이어서, 본 발명의 스파크 플러그의 실시형태를 이하의 순서로 설명한다.

A. 제 1 실시형태:

B. 제 2 실시형태:

C. 제 3 실시형태:

D. 제 4 실시형태:

E. 전극의 온도에 관한 실험예:

F. 산화 스케일에 관한 실험예:

G. 방전갭(G)의 증가량에 관한 실험예:

H. 그 외의 다른 실시형태:

A. 제 1 실시형태 :

A1. 스파크 플러그의 구조:

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100)의 부분 단면도이다. 또한, 도 1에 있어서, 스파크 플러그(100)의 축선방향(OD)을 도면에 있어서의 상하방향으로 하되, 하측을 스파크 플러그(100)의 선단측, 상측을 스파크 플러그(10)의 후단측으로 하여 설명한다.

스파크 플러그(100)는 절연애자(10)와, 금속 쉘(50)과, 중심전극(20)과, 접지전극(30)과, 금속단자(40)를 구비하고 있다. 중심전극(20)은 절연애자(10) 내에 축선방향(OD)으로 연장된 상태로 유지되어 있다. 절연애자(10)는 절연체로서 기능하고 있으며, 금속 쉘(50)은 상기 절연애자(10)를 유지하고 있다. 금속단자(40)는 절연애자(10)의 후단부에 설치되어 있다. 또한, 중심전극(20)과 접지전극(30)의 구성에 대해서는 도 2에서 상세하게 설명한다.

절연애자(10)는 알루미나 등을 소성하여 형성되며, 축중심에 축선방향(OD)으로 연장되는 축구멍(12)이 형성된 통형상으로 이루어진다. 축선방향(OD)의 대략 중앙에는 외경이 가장 큰 플랜지부(19)가 형성되어 있고, 이것보다 후단측(도 1에서의 상측)에는 후단측 몸통부(18)가 형성되어 있다. 플랜지부(19)보다 선단측(도 1에서의 하측)에는 후단측 몸통부(18)보다도 외경이 작은 선단측 몸통부(17)가 형성되어 있고, 이 선단측 몸통부(17)보다 선단측에는 선단측 몸통부(17)보다도 외경이 작은 다리부(13)가 형성되어 있다. 다리부(13)는 선단측으로 갈수록 그 외경이 점차 작아지게 되어 있으며, 스파크 플러그(100)가 내연기관의 엔진 헤드(200)에 부착되었을 때에는 그 연소실에 노출되게 된다. 다리부(13)와 선단측 몸통부(17)의 사이에는 단차부(15)가 형성되어 있다.

금속 쉘(50)은 저탄소강재로 형성된 원통 형상의 금속 부재이며, 스파크 플러그(100)를 내연기관의 엔진 헤드(200)에 고정한다. 그리고, 금속 쉘(50)은 절연애자(10)를 내부에 유지하고 있으며, 절연애자(10)는 그 후단측 몸통부(18)의 일부에서부터 다리부(13)에 걸친 부위가 금속 쉘(50)에 의해서 에워싸여져 있다.

또한, 금속 쉘(50)은 공구 걸어맞춤부(51)와 부착 나사부(52)를 구비하고 있다. 공구 걸어맞춤부(51)는 스파크 플러그 렌치(도시생략)가 걸어맞춰지는 부위이다. 금속 쉘(50)의 부착 나사부(52)는 나사산이 형성된 부위이며, 내연기관의 상부에 형성된 엔진 헤드(200)의 부착 나사구멍(201)에 나사 결합된다.

금속 쉘(50)의 공구 걸어맞춤부(51)와 부착 나사부(52)의 사이에는 플랜지 형상의 밀봉부(54)가 형성되어 있다. 부착 나사부(52)와 밀봉부(54)의 사이의 나사 목부(59)에는 판체를 구부려서 형성한 환형상의 개스킷(5)이 끼워져 있다. 개스킷(5)은 스파크 플러그(100)를 엔진 헤드(200)에 부착할 때에, 밀봉부(54)의 시트면(55)과 부착 나사구멍(201)의 개구 주연부(205)의 사이에서 눌려져서 변형된다. 이 개스킷(5)의 변형에 의해서 스파크 플러그(100)와 엔진 헤드(200)의 사이가 밀봉되어 부착 나사구멍(201)을 통해서 엔진 내의 기밀(氣密) 누설이 방지된다.

금속 쉘(50)의 공구 걸어맞춤부(51)보다 후단측에는 두께가 얇은 코킹부(53)가 형성되어 있다. 또, 밀봉부(54)와 공구 걸어맞춤부(51)의 사이에는 코킹부(53)와 마찬가지로 두께가 얇은 버클링(buckling)부(58)가 형성되어 있다. 금속 쉘(50)의 공구 걸어맞춤부(51)에서부터 코킹부(53)에 걸친 내주면과 절연애자(10)의 후단측 몸통부(18)의 외주면과의 사이에는 원환형상의 링부재(6,7)가 개재되어 있다. 또한, 양 링부재(6,7)의 사이에는 탤크(활석)(9) 분말이 충전되어 있다. 코킹부(53)가 내측으로 구부려지도록 코킹하면, 절연애자(10)는 링부재(6,7) 및 탤크(9)를 통해서 금속 쉘(50) 내의 선단측으로 향해서 눌러 붙여진다. 이것에 의해서 절연애자(10)의 단차부(15)가 금속 쉘(50)의 내주에 형성된 단차부(56)에 지지됨과 아울러 금속 쉘(50)과 절연애자(10)가 일체가 된다. 이 때, 금속 쉘(50)과 절연애자(10)의 사이의 기밀성은 절연애자(10)의 단차부(15)와 금속 쉘(50)의 단차부(56)의 사이에 개재된 환형상의 시트 패킹(8)에 의해서 유지됨으로써 연소가스의 유출이 방지된다. 버클링부(58)는 코킹시에 가해지는 압축력에 의해서 외측으로 휘어져 변형되도록 구성되어 있으며, 탤크(9)의 압축 스트로크를 받아 금속 쉘(50) 내의 기밀성을 높이고 있다. 또한, 금속 쉘(50)의 단차부(56)보다도 선단측과 절연애자(10)의 사이에는 소정 치수의 간극(CL)이 형성되어 있다.

도 2는 스파크 플러그(100)의 중심전극(20)의 선단부(22) 부근의 확대도이다. 중심전극(20)은 전극 모재(21)의 내부에 심재(25)를 매설한 구조를 가지는 봉형상의 전극이다. 전극 모재(21)는 인코넬(상표명) 600 또는 601 등의 니켈 또는 니켈을 주성분으로 하는 합금으로 형성되어 있다. 심재(25)는 전극 모재(21)보다도 열전도성이 우수한 구리 또는 구리를 주성분으로 하는 합금으로 형성되어 있다. 통상적으로 중심전극(20)은 폐관 형상으로 형성된 전극 모재(21)의 내부에 심재(25)를 채우고, 바닥부 측부터 압출성형을 하여 연장시킴에 의해서 제작된다. 심재(25)는 몸통부분에서는 대략 일정한 외경을 이루지만 선단측에서는 테이퍼부가 형성된다. 또, 중심전극(20)은 축구멍(12) 내에 후단측으로 향해서 길게 설치되며, 밀봉체(4) 및 세라믹 저항(3)(도 1)을 경유하여 금속단자(40)(도 1)에 전기적으로 접속되어 있다. 금속단자(40)에는 고압 케이블(도시생략)이 플러그 캡(도시생략)을 통해서 접속되며, 고전압이 인가된다.

중심전극(20)의 선단부(22)는 절연애자(10)의 선단부(11)보다도 돌출되어 있다. 중심전극(20)의 선단부(22)의 선단에는 중심전극 팁(90)이 접합되어 있다. 중심전극 팁(90)은 축선방향(OD)으로 연장된 대략 원기둥 형상을 이루고 있으며, 내불꽃 소모성을 향상시키기 위해서 고융점의 귀금속에 의해서 형성되어 있다. 중심전극 팁(90)은 예를 들면 이리듐(Ir)이나, Ir을 주성분으로 하고 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 레늄(Re) 중 1종류 혹은 2종류 이상을 첨가한 Ir합금에 의해서 형성된다.

접지전극(30)은 내부식성의 높은 금속으로 형성되며, 예를 들면 인코넬(상표명) 600 또는 601 등의 니켈 합금으로 형성되어 있다. 상기 접지전극(30)의 기단부(32)는 용접에 의해서 금속 쉘(50)의 선단부(57)에 접합되어 있다. 또, 접지전극(30)은 굴곡되어 있으며, 접지전극(30)의 선단부(33)가 중심전극(20)의 선단부(22)와 대향하고 있고, 또한 중심전극 팁(90)의 선단면(92)과도 대향하고 있다.

또한, 접지전극(30)의 선단부(33)에는 용융부(98)를 통해서 접지전극 팁(95)이 접합되어 있다. 접지전극 팁(95)의 방전면(96)은 중심전극 팁(90)의 선단면(92)과 대향하고 있으며, 접지전극 팁(95)의 방전면(96)과 중심전극 팁(90)의 선단면(92)의 사이에는 방전갭(G)이 형성되어 있다. 또한, 접지전극 팁(95)은 중심전극 팁(90)과 같은 재료로 형성할 수 있다.

A2. 각 부분의 형상 및 치수 :

도 3(A)는 접지전극(30)의 선단부(33)를 축선방향(OD)을 따르는 방향에서 본 도면이다. 도 3(B)는 도 3(A)에 있어서의 B-B선 단면을 나타내는 도면이다. 도 3(B)에 나타낸 바와 같이 접지전극 팁(95)은 접지전극(30)에 형성된 홈부분(88)에 매설되어 있으며, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 사이의 적어도 일부에는 용융부(98)가 형성되어 있다. 용융부(98)는 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)이 서로 용융되어 형성되어 있으며, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 양측 성분이 포함된다. 따라서, 용융부(98)는 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 중간적인 조성을 가지고 있다. 또한, 실제로는 축선방향(OD)을 따르는 방향에서는 용융부(98)의 대부분이 보이지 않으나, 설명의 편의상 도 3(A)에서도 용융부(98)를 도시하고 있다. 이하에서 나타내는 도면에서도 같다. 또, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 경계에는 파선이 도시되어 있는데{도 3(B)}, 실제로는 용융부(98)가 형성되어 있는 부분에서는 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)이 일체가 되게 용융되어 있어, 경계의 파선은 소멸되어 있다. 이하에서 나타내는 도면에서도 같다.

용융부(98)는 접지전극(30)과 접지전극 팁(95)의 경계에 대해서 거의 평행한 방향(LD)에서 고에너지 빔을 조사함에 의해서 형성할 수 있다. 용융부(98)를 형성하기 위한 고에너지 빔으로서는, 예를 들면 파이버 레이저나 전자 빔을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 파이버 레이저를 사용하면, 접지전극(30)과 접지전극 팁(95)의 경계를 깊숙한 부분까지 용융시킬 수 있기 때문에, 접지전극(30)과 접지전극 팁(95)을 강고하게 접합시킬 수 있다.

여기서, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98)의 두께(Ax)는 접지전극(30)의 선단으로 향하는 방향(TD){이하에서는 '접지전극(30)의 길이방향(TD)'이라고도 한다}을 따라서 점차 두껍게 되어 있는 것이 바람직하다. 그 이유에 대해서 설명한다. 후술하는 바와 같이 접지전극(30)의 온도는, 스파크 플러그(100)의 사용상태에 있어서 접지전극(30)의 선단으로 향하는 방향(TD)을 따라서 점차 높아지게 된다. 그러므로, 접지전극(30)에 걸리는 응력은 선단면(31)에 가까운 부위일수록 커지게 된다. 여기서, 용융부(98)는 접지전극(30)과 접지전극 팁(95)의 중간적인 열팽창율을 가지고 있기 때문에, 접지전극(30)에 걸리는 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 용융부(98)의 두께(Ax)를 접지전극(30)의 선단으로 향하는 방향(TD)을 따라서 점차 두껍게 하면, 접지전극(30)에 걸리는 응력을 적절히 완화할 수 있기 때문에, 산화 스케일의 발생을 억제하여 접지전극 팁(95)이 접지전극(30)에서 박리되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 환언하면, 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98)의 두께(Ax)를, 스파크 플러그(100)의 사용상태에 있어서 접지전극 팁(95)의 온도가 높아지게 되는 개소일수록 두껍게 하는 것이 바람직하다.

마찬가지로, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 접지전극(30)의 선단면(31)에 평행한 방향이고 또한 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에 평행한 방향에 있어서의 용융부(98)의 폭(Wx)은 접지전극(30)의 선단으로 향하는 방향(TD)을 따라서 점차 커지게 되어 있는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기한 용융부(98)의 두께(Ax)를 접지전극(30)의 선단으로 향하는 방향(TD)을 따라서 점차 두껍게 하는 이유와 같다. 이와 같이 하면, 접지전극(30)에 걸리는 응력을 적절히 완화할 수 있기 때문에, 산화 스케일의 발생을 억제하여 접지전극 팁(95)이 접지전극(30)에서 박리되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.

또, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98)의 두께(Ax) 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'A'라 한다. 환언하면, 축선방향(OD)에 있어서의 용융부(98)의 두께(Ax) 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'A'라 한다. 그리고, 접지전극(30)의 선단면(31)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98)의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'B'라 한다. 환언하면, 접지전극(30)의 길이방향(TD)에 있어서의 용융부(98)의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'B'라 한다. 이 경우에 있어서, 스파크 플러그(100)는 다음의 관계식 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.

1.5≤B/A … (1)

상기 관계식 (1)을 만족하도록 용융부(98)를 형성하면, 용융부(98) 근방에 산화 스케일이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 이유에 대해서는 후술한다. 또, "B/A"를 이하에서는 "용융부 비율"이라고도 한다.

또한, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극(30)의 중심축(B-B선)을 통과하면서 축선방향(OD)과 평행한 평면으로 용융부(98)를 절단한 경우에 있어서, 용융부(98)의 두께(Ax) 중 A/1.3가 되는 부분(P)이 용융부(98)의 용융방향 후단(94)에서부터 B/2의 범위에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 용융부(98)의 용융방향 후단(94)에서부터 용융부(98)의 두께(Ax)가 A/1.3가 되는 부분(P)까지의 거리(X)가 B/2 이하가 되는 것이 바람직하다. 용융부(98)를 이와 같은 형상으로 하면, 불꽃 소모에 의한 방전갭(G)의 증가를 억제할 수 있어 스파크 플러그의 내구성을 향상시킬 수 있다. 그 이유는 다음과 같다.

용융부(98)의 두께가 A/1.3가 되는 부분(P)이 B/2보다도 용융방향 선단 측에 있을수록(B/1.4 등), 불꽃 방전에 의해서 접지전극 팁(95)이 소모되었을 때에, 용융부(98)가 방전면에 나타나기 쉽기 때문에, 방전갭(G)이 증가하기 쉽다. 한편, 용융부(98)의 두께가 A/1.3가 되는 부분(P)이 B/2보다도 용융방향 후단(94) 측에 있으면(B/2, B/3), 용융부(98)가 방전면에 나타나기 어렵기 때문에, 방전갭(G)의 증가량을 억제할 수 있다.

또한, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95)은 접지전극(30)에 형성된 홈부분(88)에 매설되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 접지전극(30)의 선단면(31)에 수직한 방향에 있어서의 접지전극 팁(95)의 길이를 'C'라 한다. 환언하면, 접지전극(30)의 길이방향(TD)에 있어서의 접지전극 팁(95)의 길이를 'C'라 한다. 또, 상기한 바와 같이, 접지전극(30)의 선단면(31)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98)의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'B'라 한다. 환언하면, 접지전극(30)의 길이방향(TD)에 있어서의 용융부(98)의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'B'라 한다. 이 경우에 있어서, 스파크 플러그(100)는 다음의 관계식 (2)를 만족하는 것이 바람직하다.

C≤B … (2)

이와 같이 하면, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 경계 중 광범위한 부분을 용융부(98)를 통해서 용접할 수 있기 때문에, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 용접강도를 높이는 것이 가능하게 된다.

그리고, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 용융부(98)는 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에는 형성되어 있지 않는 것이 바람직하다. 환언하면, 접지전극 팁(95)의 중심전극(20)과 대향하는 면{방전면(96)}에는 용융부(98)가 형성되어 있지 않는 것이 바람직하다. 그 이유는 접지전극 팁(95)이 용융부(98)보다도 내불꽃 소모성이 우수하기 때문이다. 따라서, 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에 용융부(98)가 형성되지 않도록 하면, 내불꽃 소모성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에서부터 용융부(98)와 접지전극 팁(95)의 경계 중 방전면(96)에 가장 접근한 부분까지의 깊이를 'L1'이라 한다. 그리고, 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에서부터 용융부(98)와 접지전극 팁(95)의 경계 중 방전면(96)에서 가장 먼 부분까지의 깊이를 'L2'라 한다. 이 경우에 있어서, 스파크 플러그(100)는 다음의 관계식 (3)을 만족하는 것이 바람직하다.

L2-L1≤0.3㎜ … (3)

이와 같이 하면, 스파크 플러그(100)의 사용에 수반되는 방전갭(G)의 증가량을 억제할 수 있어 접지전극 팁(95)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 관계식 (3)과 같이 규정하는 근거에 대해서는 후술한다. 또한, "L2-L1"을 이하에서는 "용융부 고저차(LA)(LA=L2-L1)"라고도 한다.

B. 제 2 실시형태:

도 4는 제 2 실시형태의 스파크 플러그(100b)에 있어서의 용융부(98b)의 단면형상을 나타내는 설명도이다. 접지전극 팁(95)의 적어도 일부는 접지전극(30)에 형성된 홈부분(88)에 매설되어 있고, 용융부(98b)는 접지전극(30)의 홈부분(88)과 접지전극 팁(95)의 사이 중 접지전극 팁(95)의 방전면(96)에 대해서 거의 수직인 부분(97){경계(97)}에서도 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 경계 중 더욱 광범위한 부분을 용융부(98b)를 통해서 용접할 수 있기 때문에, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 용접강도를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.

또한, 이와 같은 형상의 용융부(98b)는 파이버 레이저 또는 전자 빔의 조사시간을 도 3(B)에 나타낸 용융부(98)를 형성하는 경우에 있어서의 조사시간보다도 길게 함에 의해서 형성할 수 있다. 또는, 파이버 레이저 또는 전자 빔의 조사출력을 크게 함에 의해서 용융부(98b)를 형성할 수 있다.

C. 제 3 실시형태:

도 5는 제 3 실시형태의 스파크 플러그(100c)에 있어서의 용융부(98c)의 단면형상을 나타내는 설명도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95)의 중심전극(20)과 대향하는 면(96){방전면(96)}의 반대측에 형성된 용융부(98c)의 접지전극 팁(95)과의 경계(45)의 절반 이상은 접지전극 팁(95)의 방전면(96)과 평행한 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 접지전극 팁(95) 중 파이버 레이저 등에 의해서 용융되어 있지 않는 부분의 체적이 커지게 되기 때문에, 내불꽃 소모성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 이와 같은 형상의 용융부(98c)는 접지전극(30)과 접지전극 팁(95)의 경계에 대해서 경사진 방향(BD)에서 파이버 레이저 또는 전자 빔을 조사함에 의해서 형성할 수 있다.

D. 제 4 실시형태:

도 6(A)는 제 4 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100d)의 접지전극(30d)의 선단부(33d) 부근을 나타내는 설명도이다. 도 6(B)는 접지전극(30d)의 선단부(33d)를 확대하여 나타내는 설명도이다. 도 6(C)은 접지전극 팁(95d)을 방전면(96d)에 대해서 수직한 방향에서 본 도면이다.

본 스파크 플러그(100d)에서는 접지전극(30d)의 선단면(31d)이 중심전극 팁(90)의 측면(93)과 대향하고 있다. 중심전극 팁(90)을 중심전극(20)의 일부라고 한다면, 접지전극(30d)의 선단부(33d)는 중심전극(20)의 측면(93)과 대향하고 있다라고도 말할 수 있다. 즉, 본 스파크 플러그(100d)는 이른바 가로 방전형 플러그이며, 방전방향은 축선방향(OD)에 대해서 수직이다.

도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95d)은 접지전극(30d) 중 중심전극(20)의 측면(93){중심전극 팁(90)의 측면(93)}과 대향하는 면{선단면(31d)}에 형성되어 있으며, 중심전극(20){중심전극 팁(90)}과의 사이에 불꽃방전간극을 형성하고 있다. 그리고, 접지전극(30d)과 접지전극 팁(95d)의 사이의 적어도 일부에는 접지전극(30d)과 접지전극 팁(95d)이 서로 용융되어 형성된 용융부(98d)가 존재하고 있다.

도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95d)의 방전면(96d)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98d)의 두께(Dx)는 스파크 플러그(100d)의 축선방향(OD)을 따라서 점차 두껍게 되어 있는 것이 바람직하다. 환언하면, 접지전극(30d)의 길이방향(TD)에 있어서의 용융부(98d)의 두께(Dx)는 축선방향(OD)의 선단측으로 향하여 갈수록 두껍게 되어 있는 것이 바람직하다. 그 이유는, 가로 방전형 플러그에 있어서의 접지전극(30d)의 선단면(31d) 부근의 온도는 축선방향(OD)을 따라서 점차 높아지게 되어 있기 때문이다. 따라서, 용융부(98d)를 이와 같은 형상으로 하면, 도 3(B)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 마찬가지로, 접지전극(30d)에 걸리는 응력을 적절히 완화할 수 있기 때문에, 산화 스케일의 발생을 억제하고, 접지전극 팁(95d)이 접지전극(30d)에서 박리되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.

마찬가지로, 도 6(C)에 나타낸 바와 같이, 스파크 플러그(100d)의 축선방향(OD)에 수직한 방향이고 또한 접지전극 팁(95d)의 방전면(96d)에 평행한 방향에 있어서의 용융부(98d)의 폭(Wxd)은 스파크 플러그(100d)의 축선방향(OD)을 따라서 점차 넓어지게 되어 있는 것이 바람직하다. 환언하면, 축선방향(OD)에 수직한 방향이고 또한 접지전극(30d)의 길이방향(TD)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98d)의 폭(Wxd)은 축선방향(OD)의 선단측으로 향하여 갈수록 넓어지게 되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 도 3(A)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 마찬가지로, 접지전극(30d)에 걸리는 응력을 적절히 완화할 수 있기 때문에, 산화 스케일의 발생을 억제하고, 접지전극 팁(95d)이 접지전극(30d)에서 박리되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.

또, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95d)의 방전면(96d)에 수직한 방향에 있어서의 용융부(98d)의 두께(Dx) 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'D'라 한다. 환언하면, 접지전극(30d)의 길이방향(TD)에 있어서의 용융부(98d)의 두께(Dx) 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'D'라 한다. 그리고, 스파크 플러그(100d)의 축선방향(OD)에 있어서의 용융부(98d)의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'E'라 한다. 이 경우에 있어서, 스파크 플러그(100d)는 다음의 관계식 (4)를 만족하는 것이 바람직하다.

1.5≤E/D … (4)

이와 같이 하면, 도 3(B)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 마찬가지로, 용융부(98d) 근방에 산화 스케일이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 이유는 도 3(B)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 같으며, 후술한다.

또한, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극(30d)의 중심축을 통과하면서 축선방향(OD)과 평행한 평면으로 용융부(98d)를 절단한 경우에 있어서, 용융부(98d)의 두께(Dx) 중 D/1.3가 되는 부분(Q)이 용융부(98d)의 용융방향 후단(94d)에서부터 E/2의 범위에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 용융부(98d)의 용융방향 후단(94d)에서부터 용융부(98d)의 두께(Dx)가 D/1.3가 되는 부분(Q)까지의 거리(X)가 E/2 이하가 되는 것이 바람직하다. 용융부(98d)를 이와 같은 형상으로 하면, 도 3(B)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 마찬가지로, 불꽃 소모에 의한 방전갭(G)의 증가를 억제할 수 있어 스파크 플러그의 내구성을 향상시킬 수 있다. 그 이유는 도 3(B)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 같다.

또한, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 스파크 플러그(100d)의 축선방향(OD)에 있어서의 접지전극 팁(95d)의 길이를 'F'라 한다. 그리고, 상기한 바와 같이, 축선방향(OD)에 있어서의 용융부(98d)의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'E'라 한다. 이 경우에 있어서, 스파크 플러그(100d)는 다음의 관계식 (5)를 만족하는 것이 바람직하다.

F≤E … (5)

이와 같이 하면, 도 3(B)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 마찬가지로, 접지전극 팁(95d)과 접지전극(30d)의 경계 중 광범위한 부분을 용융부(98d)를 통해서 용접할 수 있기 때문에, 접지전극 팁(95d)과 접지전극(30d)의 용접강도를 높이는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95d)의 방전면(96d)에서부터 용융부(98d)와 접지전극 팁(95d)의 경계 중 방전면(96d)에 가장 접근한 부분까지의 깊이를 'Ld1'이라 한다. 그리고, 접지전극 팁(95d)의 방전면(96d)에서부터 용융부(98d)와 접지전극 팁(95d)의 경계 중 방전면(96d)에서 가장 먼 부분까지의 깊이를 'Ld2'라 한다. 이 경우에 있어서, 스파크 플러그(100d)는 다음의 관계식 (6)을 만족하는 것이 바람직하다.

Ld2-Ld1≤0.3㎜ … (6)

이와 같이 하면, 도 3(B)에서 나타낸 스파크 플러그(100)의 경우와 마찬가지로, 스파크 플러그(100d)의 사용에 수반되는 방전갭(G)의 증가량을 억제할 수 있어 접지전극 팁(95d)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 관계식 (6)과 같이 규정하는 근거에 대해서는 상기 관계식 (3)을 규정한 근거와 같으며, 후술한다.

E. 전극의 온도에 관한 실험예:

도 3에 나타낸 구성의 스파크 플러그에 있어서, "접지전극(30)의 선단면(31)에서부터의 거리"와 "이 거리에 있어서의 접지전극(30)의 온도"의 관계를 조사하는 실험을 실시하였다.

도 7은 "접지전극(30)의 선단면(31)에서부터의 거리"와 "접지전극(30)의 온도"의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 가로축은 접지전극(30)의 선단면(31)에서부터의 거리를 나타내고 있고, 세로축은 상기 거리에 있어서의 접지전극(30)의 온도를 나타내고 있다. 또한, 본 실험예에서는 접지전극(30)의 온도로서, 접지전극 팁(95)이 형성되어 있는 면의 반대측의 면에 있어서의 접지전극(30)의 온도를 측정하였다. 도 7에 의하면, 접지전극(30)의 선단면(31)에 가까울수록 온도는 높고, 선단면(31)에서부터 멀어짐에 따라서 온도는 낮아지게 되어 있는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 도 3(B)에서 나타낸 바와 같이, 접지전극(30)의 온도가 높은 개소일수록 용융부(98)의 두께(Ax)를 두껍게, 즉, 용융부(98)의 두께(Ax)를 접지전극(30)의 선단으로 향하는 방향(TD)을 따라서 점차 두껍게 하면, 접지전극(30)에 걸리는 응력을 적절히 완화할 수 있어 산화 스케일의 발생을 억제할 수 있다. 도 6에 나타내는 스파크 플러그(100d)에서도 상기한 바와 마찬가지로, 용융부(98d)의 두께(Dx)는 축선방향(OD)의 선단측으로 향하여 갈수록 두껍게 되어 있는 것이 바람직하다.

F. 산화 스케일에 관한 실험예:

도 3에 나타낸 구성의 스파크 플러그에 있어서, "용융부 비율(B/A)"과 "산화 스케일 발생비율"의 관계를 조사하기 위해서 냉열(冷熱)시험을 실시하였다. 냉열시험을 실시하면, 용융부(98) 부근에 산화 스케일이 발생한다. 여기서, "산화 스케일 발생비율"이란, 용융부(98)의 길이(B){도 3(B)}에 대한 산화 스케일의 길이의 비율이다.

냉열시험에서는, 우선 접지전극(30)을 버너로 2분간 가열하여 접지전극(30)의 온도를 1100℃까지 상승시켰다. 그 후 버너를 끄고서 접지전극(30)을 1분간 서냉하고, 다시 접지전극(30)을 버너로 2분간 가열하여 접지전극(30)의 온도를 1100℃까지 상승시켰다. 이 사이클을 1000회 반복하고, 용융부(98) 부근에 발생한 산화 스케일의 길이를 반단면(半斷面)에서 계측하였다. 그리고, 계측된 산화 스케일의 길이로부터 산화 스케일 발생비율을 구하였다.

도 8은 용융부 비율(B/A)과 산화 스케일 발생비율의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8의 가로축은 용융부 비율(B/A)을 나타내고 있고, 세로축은 산화 스케일 발생비율을 나타내고 있다. 도 8에 의하면, 용융부 비율(B/A)이 커짐에 따라서 산화 스케일 발생비율이 작아지게 되는 것을 이해할 수 있다. 이것은 용융부 비율(B/A)이 커지게 되면, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 경계면에 차지하는 용융부(98)의 체적이 커지게 되어, 접지전극 팁(95)과 접지전극(30)의 경계면에 산화 스케일이 발생하기 어렵게 되기 때문이라고 생각된다. 그리고, 용융부 비율(B/A)이 1.5 이상이 되면, 산화 스케일 발생비율이 0%가 된다. 따라서, 용융부 비율(B/A)이 1.5 이상이 되도록 용융부(98)를 형성하는 것이 바람직하다. 도 6에 나타내는 스파크 플러그(100d)에서도 상기한 바와 마찬가지로, 용융부 비율(E/D)이 1.5 이상이 되도록 용융부(98d)를 형성하는 것이 바람직하다.

G1. 방전갭(G)의 증가량에 관한 실험예 1:

도 3에 나타낸 구성의 스파크 플러그에 있어서, "용융부 고저차(LA)(=L2-L1)"와 "시험 후의 방전갭(G)의 증가량"의 관계를 조사하기 위해서, 용융부 고저차(LA)가 다른 샘플을 사용하여 탁상 불꽃시험을 실시하였다. 본 실험예에서는 압력 0.4MPa의 대기 분위기 중에서 주파수 60Hz의 방전을 100시간 실시하였다.

도 9(A)는 "용융부 고저차(LA)"와 "시험 후의 방전갭(G)의 증가량"의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9(A)의 가로축은 용융부 고저차(LA)를 나타내고 있고, 세로축은 탁상 불꽃시험을 100시간 실시한 후의 방전갭(G)의 증가량(㎜)을 나타내고 있다. 도 9(A)에 의하면, 용융부 고저차(LA)가 작아질수록 방전갭(G)의 증가량이 작아지게 되어 접지전극 팁(95)의 내구성이 향상되는 것을 이해할 수 있다. 또, 용융부 고저차(LA)를 0.3보다도 작게 하면, 방전갭(G)의 증가량을 0.1㎜로 억제할 수 있어 접지전극 팁(95)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 용융부 고저차(LA)가 0.3㎜ 이하가 되도록 용융부(98)를 형성하는 것이 바람직하다. 도 6에 나타내는 스파크 플러그(100d)에서도 상기한 바와 마찬가지로 용융부 고저차(LA)가 0.3㎜ 이하가 되도록 용융부(98d)를 형성하는 것이 바람직하다.

G2. 방전갭(G)의 증가량에 관한 실험예 2:

도 3에 나타낸 구성의 스파크 플러그에 있어서, "용융부(98)의 두께(Ax)가 A/1.3가 되는 부분(P)의 당해 용융부(98)의 용융방향 후단(94)에서부터의 거리(X)"와 "시험 후의 방전갭(G)의 증가량"의 관계를 조사하기 위해서, 거리(X)가 다른 샘플을 사용하여 탁상 불꽃시험을 실시하였다. 시험 조건은 상기한 용융부 고저차(LA)에 관한 탁상 불꽃시험과 같다.

도 9(B)는 "거리(X)"와 "시험 후의 방전갭(G)의 증가량"의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9(B)의 가로축은 거리(X)를 나타내고 있고, 세로축은 탁상 불꽃시험을 100시간 실시한 후의 방전갭(G)의 증가량(㎜)을 나타내고 있다.

도 9(B)에 의하면, 거리(X)가 작아질수록 방전갭(G)의 증가량이 작아지게 되어 접지전극 팁(95)의 내구성이 향상되는 것을 이해할 수 있다. 또, 거리(X)를 B/2보다도 작게 하면, 즉 용융부(98)의 두께(Ax)가 A/1.3가 되는 부분(P)이 용융부(98)의 용융방향 후단(94)에서부터 B/2의 범위에 형성되어 있으면, 방전갭(G)의 증가량을 0.1㎜로 억제할 수 있어 접지전극 팁(95)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 거리(X)가 B/2 이하가 되도록 용융부(98)를 형성하는 것이 바람직하다. 도 6에 나타내는 스파크 플러그(100d)에서도 상기한 바와 마찬가지로 거리(X)가 E/2 이하가 되도록 용융부(98d)를 형성하는 것이 바람직하다.

H. 그 외의 다른 실시형태:

또한, 본 발명은 상기한 실시예나 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 형태로 실시하는 것이 가능하며, 예를 들면 다음과 같은 실시형태도 가능하다.

도 10은 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100e)의 용융부(98e)를 나타내는 설명도이다. 도 10(A)는 접지전극(30)의 선단부(33)를 축선방향(OD)을 따르는 방향에서 본 도면이고, 도 10(B)는 도 10(A)에 있어서의 B-B선 단면을 나타내는 도면이다. 이하의 도 11 내지 도 14에서도 같다. 도 10에 나타낸 바와 같이 접지전극 팁(95e) 중 거의 절반이 접지전극(30)의 선단면(31)에서 돌출되어 있으며, 이 돌출되어 있는 부분에는 용융부(98e)가 형성되어 있지 않는 것으로 하여도 좋다.

도 11은 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100f)의 용융부(98f)를 나타내는 설명도이다. 도 11에 나타낸 바와 같이 접지전극 팁(95f)의 형상은 원기둥 형상이어도 좋고, 또 접지전극 팁(95f)은 접지전극(30)의 선단면(31)에서 돌출되어 있지 않는 것으로 하여도 좋다.

도 12는 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100g)의 용융부(98g)를 나타내는 설명도이다. 도 12에 나타낸 바와 같이 접지전극 팁(95g)의 형상은 원기둥 형상이어도 좋고, 또 축선방향(OD)을 따르는 방향에서도 파이버 레이저 또는 전자 빔을 조사함에 의해서 접지전극 팁(95g)의 외주부에 용융부(99g)를 형성하는 것으로 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 접지전극 팁(95g)의 용접강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 13은 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100h)의 용융부(98h)를 나타내는 설명도이다. 도 13에 나타낸 바와 같이 축선방향(OD)을 따르는 방향에서도 파이버 레이저 또는 전자 빔을 조사함에 의해서 접지전극 팁(95h)의 외주부에 용융부(99h)를 형성하는 것으로 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 접지전극 팁(95h)의 용접강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 14는 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100i)의 용융부(98i)를 나타내는 설명도이다. 도 14에 나타낸 바와 같이 접지전극 팁(95i)의 형상은 원기둥 형상이어도 좋고, 또 접지전극(30i)에는 홈부분을 형성하지 않고, 접지전극 팁(95i)을 접지전극(30i)의 평면부(34i)에 배치하는 것으로 하여도 좋다.

도 15(A)는 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100j)의 접지전극(30d)의 선단부(33d) 부근을 나타내는 설명도이다. 도 15(B)는 접지전극(30d)의 선단부(33d)를 확대하여 나타내는 설명도이다. 도 15(C)는 접지전극 팁(95j)을 방전면(96j)에 대해서 수직한 방향에서 본 도면이다. 본 스파크 플러그(100j)는 도 6에 나타낸 제 4 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100d)와 마찬가지로 가로 방전형의 스파크 플러그이다. 다만, 본 스파크 플러그(100j)에서는 접지전극 팁(95j)의 형상이 원기둥 형상으로 이루어져 있다. 이와 같이 가로 방전형의 스파크 플러그에 있어서, 접지전극 팁(95j)의 형상은 원기둥 형상이어도 좋다.

도 16은 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100k)의 용융부(98k)를 나타내는 설명도이다. 본 스파크 플러그(100k)는 도 6에 나타낸 제 4 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100d)와 마찬가지로 가로 방전형의 스파크 플러그이다. 다만, 본 스파크 플러그(100k)에서는 접지전극(30k)의 선단부(33k) 부근에 홈부분(35k)이 형성되어 있다. 이와 같이 가로 방전형의 스파크 플러그에 있어서, 접지전극(30k)에 홈부분(35k)이 형성되어 있는 것으로 하여도 좋다. 또, 이 경우에는 접지전극(30k)의 선단면(31k)에 대해서 경사진 방향에서 파이버 레이저 등의 고에너지 빔을 조사함에 의해서 용융부(98k)를 형성하는 것이 바람직하다.

도 17은 다른 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(100l)의 용융부(98l)를 나타내는 설명도이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 접지전극 팁(95l)의 축선방향(OD)에 있어서의 길이를 축선방향(OD)에 수직한 방향에 있어서의 길이와 같거나 또는 그 이상으로 하는 것으로 하여도 좋다. 또, 접지전극(30l)에는 홈부분을 형성하지 않고, 접지전극 팁(95l)을 접지전극(30l)의 평면부(34l)에 배치하는 것으로 하여도 좋다.

3 - 세라믹 저항 4 - 밀봉체
5 - 개스킷 6 - 링부재
8 - 시트 패킹 9 - 탤크
10 - 절연애자 11 - 선단부
12 - 축구멍 13 - 다리부
15 - 단차부 17 - 선단측 몸통부
18 - 후단측 몸통부 19 - 플랜지부
20 - 중심전극 21 - 전극 모재
22 - 선단부 25 - 심재
30 - 접지전극 30d - 접지전극
30i - 접지전극 30k - 접지전극
30l - 접지전극 31 - 선단면
31d - 선단면 31k - 선단면
32 - 기단부 33 - 선단부
33d - 선단부 33k - 선단부
34i - 평면부 34l - 평면부
35k - 홈부분 40 - 금속단자
45 - 경계 50 - 금속 쉘
51 - 공구 걸어맞춤부 52 - 부착 나사부
53 - 코킹부 54 - 밀봉부
55 - 시트면 56 - 단차부
57 - 선단부 58 - 버클링부
59 - 나사 목부 88 - 홈부분
90 - 중심전극 팁 92 - 선단면
93 - 측면 94 - 용융방향 후단
94d - 용융방향 후단 95 - 접지전극 팁
95d - 접지전극 팁 95e - 접지전극 팁
95f - 접지전극 팁 95g - 접지전극 팁
95h - 접지전극 팁 95i - 접지전극 팁
95j - 접지전극 팁 95k - 접지전극 팁
95l - 접지전극 팁 96- 방전면
96d - 방전면 96j - 방전면
97 - 경계 98 - 용융부
98b - 용융부 98c - 용융부
98d - 용융부 98e - 용융부
98f - 용융부 98g - 용융부
98h - 용융부 98i - 용융부
98k - 용융부 98l - 용융부
99g - 용융부 99h - 용융부
100 - 스파크 플러그 100b - 스파크 플러그
100c - 스파크 플러그 100d - 스파크 플러그
100e - 스파크 플러그 100f - 스파크 플러그
100g - 스파크 플러그 100h - 스파크 플러그
100i - 스파크 플러그 100j - 스파크 플러그
100k - 스파크 플러그 100l - 스파크 플러그
200 - 엔진 헤드 201 - 부착 나사구멍
205 - 개구 주연부

Claims

축선방향으로 관통하는 축구멍을 가지는 절연체와; 상기 축구멍의 선단측에 설치된 중심전극과; 상기 절연체를 유지하는 대략 통형상의 금속 쉘과; 일단이 상기 금속 쉘의 선단부에 부착되고 타단이 상기 중심전극의 선단부와 대향하는 접지전극과; 상기 접지전극의 상기 중심전극의 선단부와 대향하는 면에 형성되어 상기 중심전극과의 사이에 불꽃방전간극을 형성하는 귀금속 팁;을 구비하는 스파크 플러그로서,
상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 사이의 적어도 일부에는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁이 서로 용융되어 형성된 용융부가 있고,
상기 축선방향에 있어서의 상기 용융부의 두께 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'A'라 하고, 상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 용융부의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'B'라 한 경우에 있어서, 1.5≤B/A의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1에 있어서,
상기 접지전극의 중심축을 통과하면서 상기 축선방향과 평행한 평면으로 상기 용융부를 절단한 경우에 있어서, 상기 용융부의 두께 중 A/1.3가 되는 부분이 상기 용융부의 용융방향 후단에서부터 B/2의 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 귀금속 팁의 길이를 'C'라 한 경우에 있어서, C≤B의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
축선방향으로 관통하는 축구멍을 가지는 절연체와; 상기 축구멍의 선단측에 설치된 중심전극과; 상기 절연체를 유지하는 대략 통형상의 금속 쉘과; 일단이 상기 금속 쉘의 선단부에 부착되고 타단이 상기 중심전극의 측면과 대향하는 접지전극과; 상기 접지전극의 상기 중심전극의 측면과 대향하는 면에 형성되어 상기 중심전극과의 사이에 불꽃방전간극을 형성하는 귀금속 팁;을 구비하는 스파크 플러그로서,
상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 사이의 적어도 일부에는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁이 서로 용융되어 형성된 용융부가 있고,
상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 용융부의 두께는 상기 축선방향의 선단측으로 향하여 갈수록 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 4에 있어서,
상기 축선방향에 수직한 방향이고 또한 상기 접지전극의 길이방향에 수직한 방향에 있어서의 상기 용융부의 폭은 상기 축선방향의 선단측으로 향하여 갈수록 넓어지게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 접지전극의 길이방향에 있어서의 상기 용융부의 두께 중 가장 두꺼운 부분의 두께를 'D'라 하고, 상기 축선방향에 있어서의 상기 용융부의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'E'라 한 경우에 있어서, 1.5≤E/D의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 6에 있어서,
상기 접지전극의 중심축을 통과하면서 상기 축선방향과 평행한 평면으로 상기 용융부를 절단한 경우에 있어서, 상기 용융부의 두께 중 D/1.3가 되는 부분이 상기 용융부의 용융방향 후단에서부터 E/2의 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축선방향에 있어서의 상기 용융부의 길이 중 가장 긴 부분의 길이를 'E'라 하고, 상기 축선방향에 있어서의 상기 귀금속 팁의 길이를 'F'라 한 경우에 있어서, F≤E의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 귀금속 팁은 상기 중심전극과의 사이에서 불꽃방전간극을 형성하는 방전면을 가지고 있고, 자신의 적어도 일부가 상기 접지전극에 형성된 홈부분에 매설되어 있고, 상기 홈부분과 상기 귀금속 팁의 사이 중 상기 귀금속 팁의 방전면에 대해서 수직인 부분에서도 상기 홈부분과 상기 귀금속 팁을 접속하는 상기 용융부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 귀금속 팁의 상기 중심전극과 대향하는 면에는 상기 용융부가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 귀금속 팁의 방전면에서부터 상기 방전면에 가장 접근한 상기 용융부까지의 깊이를 'L1'이라 하고, 상기 귀금속 팁의 방전면에서부터 상기 방전면에서 가장 먼 상기 용융부까지의 깊이를 'L2'라 한 경우에 있어서, L2-L1≤0.3㎜의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융부에 있어서, 상기 귀금속 팁의 상기 중심전극과 대향하는 면의 반대측에 형성된 용융부의 상기 귀금속 팁과의 경계의 절반 이상은 상기 귀금속 팁의 방전면과 평행한 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융부는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 경계에 대해서 평행한 방향에서 고에너지 빔이 조사됨에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융부는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 경계에 대해서 경사진 방향에서 고에너지 빔이 조사됨에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융부는 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁의 경계에 대해서 파이버 레이저 또는 전자 빔이 조사됨에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.