KR20120039500A - 스파크 플러그 - Google Patents

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KR20120039500A
KR20120039500A KR1020117006097A KR20117006097A KR20120039500A KR 20120039500 A KR20120039500 A KR 20120039500A KR 1020117006097 A KR1020117006097 A KR 1020117006097A KR 20117006097 A KR20117006097 A KR 20117006097A KR 20120039500 A KR20120039500 A KR 20120039500A
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가츠토시 나카야마
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

귀금속 팁의 분리를 방지하고 마모저항을 강화하며 제조비용의 증가를 억제한다. 스파크 플러그(1)는 중심전극(5) 및 귀금속 팁(31)을 포함한다. 상기 중심전극(5) 및 상기 귀금속 팁(31)은 용융부(35)를 통하여 서로 접합된다. 상기 귀금속 팁(31)과 상기 중심전극(5) 사이의 경계면의 영역은 상기 용융부(35)에 가장 가까운 상기 귀금속 팁(31)의 외표면의 일 부분에서 축선(CL1)에 수직인 상기 귀금속 팁(31)의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정된다. 상기 축선(CL1)을 포함하는 단면에서, 상기 축선(CL1)에서 상기 외표면에 노출되는 상기 용융부(35) 부분의 길이가 A(㎜)이고, 상기 귀금속 팁(31)의 폭이 B(㎜)라고 가정할 때, B/A≤6가 만족된다. 그리고, 상기 축선(CL1)을 따라 길이가 A/1.5인 상기 용융부(35) 부분은 상기 귀금속 팁(31)의 외주로부터 B/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치된다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}
본 발명은 내연엔진 등에 사용하기 위한 스파크 플러그에 관한 것이다.
내연 엔진 등과 같은 연소 장치에 사용하기 위한 스파크 플러그는, 예를 들면, 축방향으로 연장되는 중심전극, 상기 중심전극의 외주 주위에 마련된 절연체, 상기 절연체의 외주에 부착되는 원통형 금속쉘, 및 상기 금속쉘의 말단부에 접합되는 인접 단부를 갖는 접지전극으로 이루어진다. 상기 접지전극은, 상기 접지전극의 말단부가 상기 중심전극의 말단부에 대향되도록, 대략적으로 구부러진 중간부를 갖고 배열됨으로써 상기 중심전극의 말단부와 상기 접지전극의 말단부 사이에 스파크 방전갭이 형성된다. 더욱이, 최근, 상기 중심전극의 말단부 또는 상기 접지전극의 말단부의 스파크 방전갭 형성 부분에 귀금속 팁을 접합함으로써 마모저항을 강화하는 기술이 제안된 바 있다. 이 경우, 상기 귀금속 팁을 구성하는 귀금속 합금은 고가이며, 그러므로, 제조비용의 증가를 억제하기 위하여, 비교적 얇은 귀금속 팁을 사용하는 것이 고려된다.
상기 귀금속 팁 및 상기 중심전극을 서로 접합할 때, YAG 레이저를 사용하는 레이저 용접이 일반적으로 사용된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 즉, 상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 경계부분 외주에 레이저 빔을 간헐적으로 조사하여, 상기 귀금속 팁 및 상기 중심전극을 함께 접합하도록 각 성분을 융합함으로써 용융부를형성한다.
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 제2003-17214호 공보
그러나, 충분한 접합강도를 유지하기 위해서는, 용융부를 더욱 내측으로(축선 측) 삽입하기 위하여 증가된 조사 에너지가 요구된다. 그러나, 상기 YAG 레이저를 사용하는 경우, 상기 외주측 상에서 상기 용융부의 부피가 상대적으로 증가된다. 이러한 이유로, 비교적 얇은 귀금속 팁을 사용하는 경우에는, 상기 용융부의 외주 측이 상기 접지전극과 상기 용융부 사이에 스파크 방전갭을 형성하는 표면(방전표면)에 이르게 되어, 상기 귀금속 팁을 설치함으로써 마모저항을 강화는 작업효과를 충분히 달성할 수 있다.
이와 관련하여, 상기 용융부가 상기 방전표면에 노출됨을 방지하기 위하여 레이저 빔의 조사 에너지를 감소시킴으로써 용융부의 부피를 줄일 것을 고려한바 있다. 그러나, 감소된 용융부는 상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 접합강도 저하를 유발하고, 그러므로 상기 귀금속 팁이 분리될 수 있다.
이러한 문제점들은 상기 귀금속 팁이 상기 중심전극의 말단부에 접합되는 경우뿐만 아니라, 상기 접지전극의 말단부에 돌기가 마련되고 이 돌기에 상기 귀금속 팁이 접합되는 경우에도 유발될 수 있다.
본 발명은 상술한 바의 상황을 고려하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 귀금속 팁의 분리를 방지할 수 있고 마모저항을 강화할 수 있으면서 제조비용의 증가를 억제할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.
이하, 상술한 바의 목적을 달성하기에 적당한 구조를 항목별로 설명한다. 특히, 필요에 따라, 각 구조에 특유의 효과를 추가한다.
제 1 양상
축방향으로 연장되는 로드형상 중심전극; 상기 중심전극의 외주 주위에 마련되는 절연체; 상기 절연체의 외주 주위에 마련되는 금속쉘; 상기 금속쉘의 말단부로부터 연장되는 접지전극; 및 상기 중심전극의 말단부에 접합되며, 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁 사이에 갭을 형성하는 귀금속 팁;으로 이루어지며, 여기에서, 상기 중심전극 및 상기 귀금속 팁은 상기 중심전극의 성분 및 상기 귀금속 팁의 성분으로 융합되는 용융부를 통하여 서로 접합되고; 상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 경계면의 영역은, 상기 용융부에 가장 가까운, 상기 귀금속 팁의 외표면의 일부분에서 축선에 대하여 수직인 상기 귀금속 팁의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정되며; 상기 축선을 포함하는 단면에서, 상기 축선을 따라 상기 용융부의, 상기 외표면에 노출되는 일부분의 길이가 A(㎜)이고, 상기 귀금속 팁의 폭이 B(㎜)라고 가정할 때, A≤0.6 및 B/A≤6가 만족되고; 그리고 상기 축선을 따라 길이가 A/1.5인 상기 용융부의 부분은 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
상기 제 1 양상에 의하면, 상기 용융부의 부피를 감소시킴으로써 마모저항 등을 더욱 강화하기 위한 관점에서, 상기 축선에서의 길이가 A/1.5로 설정되는 상기 용융부의 부분이 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/5만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치되도록, 더욱 바람직하게는, 상기 축선에서의 길이가 A/1.5로 설정되는 상기 용융부의 부분이 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/6만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치되도록, 상기 용융부가 구성되는 것이 바람직하다.
제 2 양상
상기 중심전극은 열전도율에 있어서 상기 중심전극의 외주보다 우수한 재질로 형성되는 방열 촉진부가 내부에 마련되며, 상기 방열 촉진부로부터 상기 용융부까지의 최단거리를 C(㎜)로 가정할 때, C≤2.0가 만족됨을 특징으로 하는 상기 제 1 양상에 의한 스파크 플러그.
제 3 양상
축방향으로 연장되는 로드형상 중심전극; 상기 중심전극의 외주 주위에 마련되는 절연체; 상기 절연체의 외주 주위에 마련되는 금속쉘; 상기 금속쉘의 말단부로부터 연장되는 접지전극; 및 상기 접지전극의 말단부에 마련되는 돌기에 접합되며, 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이에 갭을 형성하는 귀금속 팁;으로 이루어지며, 여기에서, 상기 돌기 및 상기 귀금속 팁은 상기 돌기의 성분 및 상기 귀금속 팁의 성분으로 융합되는 용융부를 통하여 서로 접합되고; 상기 귀금속 팁과 상기 돌기 사이의 경계면의 영역은, 상기 용융부에 가장 가까운, 상기 귀금속 팁의 외표면의 일부분에서 상기 귀금속 팁의 축방향에 대하여 수직인 상기 귀금속 팁의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정되며; 상기 축선을 포함하는 단면에서, 상기 귀금속 팁의 축방향으로 상기 용융부의, 상기 외표면에 노출되는 일부분의 길이가 A(㎜)이고, 상기 귀금속 팁의 폭이 B(㎜)라고 가정할 때, A≤0.6 및 B/A≤6가 만족되고; 그리고
상기 귀금속 팁의 축방향을 따라 길이가 A/1.5인 상기 용융부의 부분은 상기 용융부의 외주로부터 B/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
제 4 양상
A≤0.4가 만족됨을 특징으로 하는, 상기 제 1 양상 내지 제 3 양상 중 어느 하나에 의한 스파크 플러그.
제 5 양상
상기 귀금속 팁의 하나의 축 상에서, 갭을 형성하는, 상기 귀금속 팁의 일 표면으로부터 상기 용융부 또는 상기 경계면의 중심까지의 길이가 D(㎜)라고 가정할 때, 0.1≤D－(A/2)≤0.6이 만족됨을 특징으로 하는 상기 제 1 양상 내지 제 4 양상 중 어느 하나에 의한 스파크 플러그.
제 6 양상
상기 귀금속 팁의 축 상에서, 상기 갭을 형성하는, 상기 귀금속 팁의 일 표면으로부터 상기 용융부 또는 상기 경계면의 중심까지의 길이가 D(㎜)라고 가정할 때, 0.3≤D≤0.5이 만족됨을 특징으로 하는 상기 제 1 양상 내지 제 5 양상 중 어느 하나에 의한 스파크 플러그.
제 7 양상
상기 귀금속 팁의 축 상에서, 상기 용융부의 두께가 E(㎜)라고 가정할 때, E > 0.0이 만족됨을 특징으로 하는 상기 제 1 양상 내지 제 6 양상 중 어느 하나에 의한 스파크 플러그.
제 8 양상
상기 축선을 포함하는 단면에서, 상기 귀금속 팁의 중심축에 수직이며 상기 귀금속 팁의 축선 방향으로 상기 용융부의 중심부를 통과하는 직선으로부터 상기 귀금속 팁 측에 위치되는, 상기 용융부 부분의 단면 영역이 X(㎟)이고, 상기 귀금속 팁의 단면 영역이 Y(㎟)라고 가정할 때, 0.025≤X/(X+Y)≤0.50이 만족됨을 특징으로 하는 상기 제 6 양상 또는 제 7 양상에 의한 스파크 플러그.
상기 제 1 양상에 의한 스파크 플러그에 있어서, 상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 경계면의 영역은, 상기 용융부에 가장 가까운, 상기 귀금속 팁의 축선에 대하여 수직인 방향으로 상기 귀금속 팁의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정된다. 달리 말하자면, 상기 용융부가 형성되기 이전에, 상기 용융부는 상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 접촉 영역의 95% 이상의 영역에 걸쳐 형성된다. 따라서, 상기 귀금속 팁은 상기 중심전극에 단단하게 접합되어, 진동 등에 대한 기계적 강도를 강화하게 된다.
더욱이, 상술한 바와 같이, 상기 용융부는 95% 이상의 영역에 걸쳐 형성되며, 상기 축선을 따라 상기 용융부의, 상기 외표면에 노출되는 부분의 길이가 A이고, 상기 귀금속 팁의 폭이 B라고 가정할 때, 상기 용융부는 B/A≤6가 만족되도록 형성된다. 이러한 이유로, 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이의 열팽창 계수의 차이로 인하여 사용 중에 발생되는 응력의 차이는 상기 비교적 큰 영역에 걸쳐 충분한 두께를 갖도록 형성되는 상기 용융부에 의하여 흡수될 수 있으므로, 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이의 크랙(파손) 형성을 방지한다. 그 결과, 기계적 강도가 강화되고 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁간의 접합강도가 충분히 확보되므로, 상기 귀금속 팁의 분리를 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 양상에 의하면, 상기 축선을 따라 길이가 A/1.5인 상기 용융부의 부분은 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치되도록 구성된다. 즉, 상기 용융부는 상기 방사상 외측 부분의 길이가 상기 용융부의 외표면으로부터 내측(축선 측)을 향하여 상기 축선을 따라 비교적 급격히 감소되도록 그리고 상기 축선을 따라 상기 길이의 감소량이 비교적 작도록 형성된다. 따라서, 더욱 내측으로 방사상으로 위치되는 상기 용융부 부분은 비교적 얇게 유지되면서, 상기 용융부는 상기 중심(축선) 측에 도달할 수 있다. 이러한 이유로, 상술한 바와 같이, 상기 용융부가 비교적 큰 영역에 걸쳐 형성되더라도, 상기 용융부의 부피는 비교적 작게 형성될 수 있다. 따라서, 접합 시 용융되는 상기 귀금속 팁의 부분을 감소시키는 것이 가능하며, 그러므로 비교적 얇은 두께를 갖는 귀금속 팁이 사용되더라도, 상기 귀금속 팁(31)은 접합 후 충분한 두께(부피)를 갖는다. 그 결과, 제조비용을 절감하면서 마모저항을 강화는 것이 가능하다.
상기 제 2 양상에 의한 스파크 플러그에 의하면, 상기 용융부로부터 상기 방열 촉진부까지의 최단거리(C)는 2.0㎜ 이하이다. 이러한 이유로, 상기 용융부의 열 및 상기 용융부에 인접한 상기 귀금속 팁의 열을 우수한 열전도율을 갖는 상기 방열 촉진부에 효과적으로 전달할 수 있다. 그 결과, 상기 귀금속 팁의 과열을 신뢰성 있게 방지할 수 있고, 이에 상기 마모저항을 더욱 강화하게 된다.
상기 제 3 양상에 의한 스파크 플러그에 의하면, 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이의 관계에서 발휘된 상기 제 1 양상에 의한 효과는 상기 귀금속 팁을 상기 접지전극의 돌기에 접합한 경우 상기 돌기와 상기 귀금속 팁 사이의 관계에서도 발휘될 수 있다.
상기 제 4 양상에 의한 스파크 플러그에 의하면, 축선을 따라 상기 용융부의 외표면의 길이가 0.4㎜ 이하로 작으므로, 상기 용융부의 부피를 더욱 감소시킬 수 있다. 따라서, 접합 후, 상기 귀금속 팁의 두께를 더욱 보장할 수 있고, 이에 마모저항을 더욱 강화하게 된다.
상기 제 5 양상에 의한 스파크 플러그에 의하면, D-(A/2)가 0.1 이상으로 설정되므로, 상기 귀금속 팁의 두께를 충분히 보장할 수 있고, 이에 마모저항을 더욱 강화하게 된다.
상기 제 6 양상에 의한 스파크 플러그에 의하면, 0.3≤D가 설정되므로, 우수한 마모저항을 갖는 상기 귀금속 팁이 충분한 두께를 갖는다. 한편, D≤0.5가 만족되므로, 상기 귀금속 팁의 부피가 과장됨을 억제할 수 있고, 이에 상기 귀금속 팁의 과열을 신뢰성 있게 방지할 수 있다. 따라서, 이들 효과는 함께 작용하여 마모저항을 더욱 강화한다.
더욱이, D-(A/2)을 0.6㎜ 이하로 설정함으로써 상기 귀금속 팁이 과도하게 두꺼워지는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 사용 중 상기 귀금속 팁의 과열을 보다 신뢰성 있게 방지할 수 있고, 이에 우수한 마모저항을 달성할 수 있다.
상기 제 7 양상에 의한 스파크 플러그에 의하면, 상기 귀금속 팁의 중심축 상에서 상기 용융부의 두께(E)가 0.0㎜보다 커진다. 달리 말하자면, 상기 중심전극(양자택일적으로, 상기 돌기) 및 상기 귀금속 팁 사이의 전체 영역에 걸쳐 상기 용융부가 형성된다. 따라서, 상기 귀금속 팁을 상기 중심전극에 보다 단단히 접합할 수 있고, 상기 중심전극(돌기) 및 상기 귀금속 팁 사이에서 상기 용융부에 의하여 발생되는 응력의 차이를 신뢰성 있게 흡수할 수 있다. 그 결과, 상기 중심전극(돌기) 및 상기 귀금속 팁 사이의 접합강도를 더욱 강화할 수 있고, 상기 귀금속 팁의 분리저항을 더욱 강화할 수 있다.
상기 제 8 양상에 의한 스파크 플러그에 의하면, 상기 귀금속 팁의 부피와 상기 용융부의 부피 사이의 관계에 있어서, 0.025≤X/(X+Y)가 설정되므로(즉, 상기 귀금속 팁의 부피에 대한 상기 용융부의 부피가 충분히 넓다), 상기 귀금속 팁의 접합강도를 더욱 강화할 수 있다. 한편, X/(X+Y)≤0.50가 만족되므로(즉, 상기 귀금속 팁의 부피가 상기 용융부의 부피에 대하여 커지는 것이 방지된다), 상기 귀금속 팁의 과열을 보다 신뢰성 있게 방지하는 것이 가능하며, 이에 마모저항을 더욱 강화할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 의한 스파크 플러그의 구조를 도시하는 부분적인 정단면도
도 2는 제 1 실시예에 의한 스파크 플러그의 말단부의 구조를 도시하는 부분적으로 절취된 확대 정면도
도 3은 제 1 실시예에 의한 용융부 등의 구조를 개략적으로 도시하는 부분적인 확대 단면도
도 4는 제 1 실시예에 의한 용융부 및 귀금속 팁 등의 단면영역을 개략적으로 도시하는 부분적인 확대 단면도
도 5는 제 2 실시예에 의한 스파크 플러그의 구조를 도시하는 부분적인 정단면도
도 6은 제 2 실시예에 의한 스파크 플러그의 말단부의 구조를 도시하는 부분적으로 절취된 확대 정면도
도 7은 제 2 실시예에 의한 용융부 등의 구조를 개략적으로 도시하는 부분적인 확대 단면도
도 8은 제 2 실시예에 의한 용융부 및 귀금속 팁 등의 단면영역을 개략적으로 도시하는 부분적인 확대 단면도
도 9는 경계면비율이 5% 또는 10%인 표본에 대하여 B/A와 산화스케일 비율 사이의 관계를 도시하는 그래프
도 10은 A/1.5의 형성위치와 갭의 증가량 사이의 관계를 도시하는 그래프
도 11은 D-(A/2)의 값과 갭의 증가량 사이의 관계를 도시하는 그래프
도 12는 길이(D)와 갭의 증가량 사이의 관계를 도시하는 그래프
도 13은 X/(X+Y)의 값과 갭의 증가량 사이의 관계를 도시하는 그래프
도 14는 용융부와 방열 촉진부 사이의 최단거리(C) 및 갭의 증가량 사이의 관계를 도시하는 그래프
도 15는 상이한 형상의 용융부를 도시하는 부분적인 확대 단면도
도 16은 또 다른 일 실시예에 의한 중심전극의 말단부의 구조를 도시하는 부분적인 확대 단면도
도 17은 또 다른 일 실시예에 의한 스파크 플러그의 구조를 도시하는 부분적인 확대 정면도
[실시예 1]
이하, 첨부도면을 참조하여 일 실시예를 설명한다. 도 1은 스파크 플러그(1)를 도시하는 부분적으로 절취한 정면도이다. 도 1에서, 상기 스파크 플러그(1)의 축선(CL1)의 방향은 도면에서의 수직방향으로 가정하여, 상기 스파크 플러그(1)의 말단부는 하측이며 그의 후단부는 상측이라는 가정 하에 설명한다.
상기 스파크 플러그(1)는 절연체로서 작용하는 원통형 절연체(2), 상기 절연체를 지지하는 원통형 금속쉘(3) 등을 포함한다.
상기 절연체(2)는 주지된 바와 같이 알루미나를 소결하여 형성되며, 그의 외측 세이퍼에서, 그의 후단측에 형성되는 후단측 몸체부(10), 방사방향으로 외측으로 돌출되도록 상기 후단측 몸체부(10)의 말단 측에 형성되는 대경부(11), 상기 대경부(11)보다 작은 직경을 갖도록 상기 대경부(11)의 말단 측에 형성되는 중간몸체부(12) 및 상기 중간몸체부(12)보다 작은 직경을 갖도록 상기 중간몸체부(12)의 말단 측에 형성되는 다리부(13)를 포함한다. 상기 절연체(2)에서, 상기 대경부(11), 상기 중간몸체부(12), 및 상기 다리부(13)의 대부분은 상기 금속쉘(3) 내에 수용된다. 상기 다리부(13)와 상기 중간몸체부(12) 사이의 연결부에는 테이퍼진 단차부(14)가 형성되며 상기 절연체(2)는 상기 단차부(14)에 의하여 상기 금속쉘(3)에 맞물려 조여진다.
또한, 축선(CL1)을 따라 관통방식으로 상기 절연체(2) 내에 축홀(4)이 형성된다. 상기 축홀(4)의 말단측에는 중심전극(5)이 고정되게 삽입된다. 상기 중심전극(5)은 전반적으로 로드 형상(컬럼 형상)을 가지며 상기 절연체(2)의 말단부로부터 돌출된다. 또한, 상기 중심전극(5)은 주성분으로서 니켈(Ni)을 포함하는 Ni 합금으로 형성되는 외층(5B), 및 열전도율에 있어서 상기 Ni 합금보다 우수한 동, 동 합금 또는 순수 니켈로 형성되며 방열 촉진부로서 작용하는 내층(5A)을 포함한다. 또한, 이하에서 상세히 설명되는 용융부(35)에 의하여, 귀금속 합금(예를 들면, 이리듐 합금)으로 형성되는 컬럼형 귀금속 팁(31)이 상기 컬럼형 중심전극(5)의 말단부에 접합된다. 본 실시예에서, 상기 귀금속 팁(31)은 상기 귀금속 팁(31)의 중심축이 상기 축선(CL1)에 일치되도록 상기 중심전극(5)에 접합된다. 더욱이, 상기 귀금속 팁(31)의 외경은 비교적 작은 직경(예를 들면, 0.7㎜)이다.
상기 축홀(4)의 후단측에는 단자전극(6)이 고정되게 삽입되며 상기 절연체(2)의 후단부로부터 돌출된다.
더욱이, 상기 중심전극(5)과 상기 단자전극(6) 사이의 상기 축홀(4) 내에는 컬럼형 저항(7)이 마련된다. 상기 저항(7)의 양단은 상기 중심전극(5) 및 상기 단자전극(6) 각각에 도전성 유리 밀봉층(8,9)에 의하여 전기적으로 접속된다.
더욱이, 상기 금속쉘(3)은 저탄소강과 같은 금속으로써 원통형으로 형성되며, 상기 금속쉘의 외주에는 내연엔진, 연료전지 변환기 등과 같은 연소장치에 상기 스파크 플러그(1)를 장착하기 위한 나사산부(외부 나사산부)(15)가 형성된다. 또한, 상기 나사산부(15)의 후단측 외주에는 착좌부(16)가 형성되며, 상기 나사산부(15)의 후단부에 마련되는 나사목부(17) 주위로는 링형상 개스킷(18)이 끼워맞춤된다. 더욱이, 상기 스파크 플러그(1)를 내연엔진 등에 조임할 때 렌치와 같은 도구와 맞물림하는 데에 사용되며 6각형 단면 프로파일을 갖는 도구결합부(19)가 상기 금속쉘(3)의 후단측에 마련된다. 상기 금속쉘의 후단부에는 상기 절연체(2)를 지지하기 위하여 클램핑부(20)가 마련된다.
또한, 상기 금속쉘(3)의 내주에는 상기 절연체(2)를 맞물림 조임하기 위하여 테이퍼형 단차부(21)가 마련된다. 상기 절연체(2)는 상기 금속쉘(3)의 후단측으로부터 말단측까지 삽입된다. 상기 금속쉘(3)의 후단측에 마련되는 개구부는 방사방향으로 내측으로 클램핑되며, 반면 상기 절연체의 단차부(14)는 상기 금속쉘(3)의 단차부(21)에 맞물림 조임된 상태로 남게된다; 즉, 상기 클램핑부(20)가 형성됨으로써, 상기 절연체(2)를 조임한다. 상기 절연체(2)의 단차부(14)와 상기 금속쉘(3)의 단차부(21) 사이에는 환형 플레이트 패킹(22)이 샌드위치된다. 따라서, 연소실 내의 기밀성을 보장하여, 상기 연소실 내측에 노출되는 상기 절연체(2)의 다리부(13)와 상기 금속쉘(3)의 내주와의 사이의 갭에 도입되는 연료 공기가 외측으로 누출됨을 방지한다.
또한, 클램핑에 의하여 달성되는 밀봉을 증가시키기 위하여, 상기 금속쉘(3)과 상기 금속쉘(3) 후단측의 상기 절연체(2) 사이에 환형 링부재(23,24)를 개재시키고, 상기 링부재(23,24) 사이의 공간에는 활석 분말(활석)(25)을 채운다. 구체적으로, 상기 금속쉘(3)은 상기 플레이트 패킹(22), 상기 링부재(23,24), 및 상기 활석(25)에 의하여 상기 절연체(2)를 지지한다.
또한, 접지전극(27)은 상기 금속쉘(3)의 말단부(26)에 접합된다. 상기 접지전극(27)은 상기 접지전극의 말단면이 상기 중심전극의 말단부(5)에 대향되도록 대략적으로 구부러진 중간부를 갖고 배열된다. 상기 접지전극(27)은 외층(27A) 및 내층(27B)으로 구성되는 2층 구조를 갖는다. 본 실시예에서, 상기 외층(27A)은 Ni 합금{예를 들면, 인코넬(INCONEL) 600 또는 인코넬(INCONEL) 601(양자 모두 등록 상표임)}으로 형성된다. 한편, 상기 내층(27B)은 열전도율에 있어서 상기 Ni 합금보다 우수한 금속인 동 합금 등으로 형성된다.
더욱이, 상기 귀금속 팁(31)의 말단면에 대향되는 상기 접지전극(27)의 말단에는 귀금속 합금(예를 들면, 플라티늄 합금 등)으로 형성되는 컬럼형 귀금속 팁(32)이 접합된다. 상기 귀금속 팁(31)과 상기 귀금속 팁(32) 사이에는 갭으로서 작용하는 스파크 방전갭(33)이 형성되며, 스파크 방전은 실질적으로 상기 축선(CL1)을 따라서 그 방향으로 방출된다.
또한, 본 실시예에서, 상기 용융부(35)는 광섬유 레이저 또는 전자빔을 사용하는 레이저 용접을 통하여 상기 중심전극(5)의 금속성분 및 상기 귀금속 팁(31)의 금속성분을 용접함으로써 형성된다(상기 용융부(35)의 형성 방법은 후술한다). 더욱이, 본 실시예에서, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 중심전극(5) 및 상기 귀금속 팁(31)은 서로 직접적으로 접촉되지 않는다(달리 말하자면, 상기 귀금속 팁(31)과 상기 중심전극(5) 사이에는 경계면이 형성되지 않으며, 상기 용융부(35)를 통하여 서로 접합된다). 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 중심전극(5) 및 상기 귀금속 팁(31)이 서로 직접적으로 접촉하게 되는 경계면(Bo)이 상기 귀금속 팁(31)과 상기 중심전극(5) 사이에 형성되도록 상기 용융부(35)를 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 귀금속 팁(31)과 상기 중심전극(5) 사이의 경계면(Bo)의 영역은 상기 용융부(351)에 가장 가까운 상기 귀금속 팁(31)의 외표면 부분에서 상기 축선(CL1)에 수직인 방향으로 상기 귀금속 팁(31)의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정된다. 달리 말하자면, 상기 용융부(351)가 형성되기 이전에, 상기 용융부(351)는 상기 중심전극(5)과 상기 귀금속 팁(31) 사이의 접촉 영역의 95% 이상의 영역에 걸쳐 형성된다.
도 3으로 다시 돌아가면, 상기 축선(CL1)을 포함하는 단면에서, 상기 축선(CL1)에서 외표면에 노출되는 상기 용융부(35) 부분의 길이가 A1(㎜)이고, 상기 귀금속 팁(31)의 폭(“축선(CL1)에 수직인 방향으로 상기 귀금속 팁(31)의 길이”를 의미함)이 B1(㎜)라고 가정할 때, 상기 용융부(35) 및 상기 귀금속 팁(31)의 크기는 B1/A1≤6가 만족되도록 설정된다.
더욱이, 외표면에 노출되는 상기 용융부(35)의 부분은 상기 길이(A1)가 A1≤0.6을 만족하도록 비교적 작은 크기를 갖는다(소위, 비드의 직경에 상당). 즉, 상기 용융부(35)는 과도하게 크지 않다.
또한, 상기 축선(CL1)을 포함하는 단면에서, 상기 축선(CL1)을 따라 길이가 A1/1.5 상기 용융부(35) 부분은 상기 귀금속 팁(31)의 외주로부터 B1/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치된다. 즉, 상기 용융부(35)는 상기 용융부(35)의 외표면으로부터 내측(상기 축선(CL1) 측)을 향하여 방사상 외측 부분에서(상기 용용부(35)의 외주 상의 부분과 상기 귀금속 팁(31)의 외주로부터 B1/4만큼 들어간 위치 사이) 상기 축선(CL1)에서의 그의 길이가 비교적 급격하게 감소되도록, 그리고 상기 축선(CL1)에서의 길이 감소량이 상기 방사상 내측에 위치된 부분에서 비교적 작도록 형성된다. 이러한 이유로, 본 실시예에서, 상기 축선(CL1)을 포함하는 단면에서, 상기 용융부(35)와 상기 귀금속 팁(31) 사이의 경계면 및 상기 용융부(35)와 상기 중심전극(5) 사이의 경계면은 상기 용용부(35)의 외주를 향하여 우묵하게 들어간 만곡 형상으로 각각 형성된다.
더욱이, 상기 중심전극(5) 내에 마련된 상기 내층(5A)으로부터 상기 용융부(35)까지의 최단거리를 C1(㎜)으로 가정하면, 상기 중심전극(5) 내의 상기 내층(5A)의 형성 위치는 0<C1≤2.0가 만족되도록 설정된다. 즉, 상기 내층(5A)으로부터 상기 용융부(35)까지의 길이는 비교적 짧다.
또한, 상기 축선(CL1)에서(상기 귀금속 팁(31)의 중심축 상에서), 상기 스파크 방전갭(33)을 형성하는, 상기 귀금속 팁(31)의 표면(말단표면)으로부터 상기 용융부(35)의 중심(CW1)까지의 길이를 D1(㎜)으로 가정하면, 상기 축선(CL1) 방향에서 상기 귀금속 팁(31)의 길이(두께)는 0.1≤D1－(A1/2)≤0.6 및 0.3≤D1≤0.5가 만족되도록 설정된다. 이 경우, 상기 경계면(Bo)이 상기 귀금속 팁(31)과 상기 중심전극(5)의 사이에 형성되면, 상기 길이(D1)는, 상기 축선(CL1)에서(상기 귀금속 팁(31)의 중심축 상에서) 상기 스파크 방전갭(33)을 형성하는, 상기 귀금속 팁(31)의 표면(말단표면)으로부터 상기 경계면(Bo)까지의 길이를 의미한다.
본 실시예에서, 상술한 바와 같이, 상기 중심전극(5) 및 상기 귀금속 팁(31)은 서로 직접적으로 접촉되지 않으므로, 상기 귀금속 팁(31)과 상기 중심전극(5) 사이에는 경계면이 형성되지 않는다. 이러한 이유로, 상기 축선(CL1)에서(상기 귀금속 팁(31)의 중심축 상에서) 상기 용융부(35)의 두께 E1(㎜)는 E1>0.0를 만족한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 축선(CL1)을 포함하는 단면에서, 상기 축선(CL1)에 수직이며 상기 축선(CL1) 방향으로 상기 용융부(35)의 중심부(중심(CW1))를 통과하는 직선(L1)으로부터 상기 귀금속 팁(31) 측에 위치되는, 상기 용융부(35) 부분(도 4에서 대각선으로 나타낸 부분)의 단면 영역이 X1(㎟)이고, 상기 귀금속 팁(31)의 단면 영역(도 4에서 산재된 점들로 나타나낸 부분)이 Y1(㎟)라고 가정할 때, 상기 용융부(35) 및 상기 귀금속 팁(31) 등의 형상은 0.025≤X1/(X1+Y1)≤0.50을 만족한다.
다음으로, 상술한 바와 같은 구조로 되는 상기 스파크 플러그(1)의 제조 방법을 설명한다. 우선, 상기 금속쉘(3)을 사전에 제작한다. 즉, 컬럼형 금속재(예를 들면, 철재 또는 스테인레스재)에 냉각단조 작업을 수행하여 그 내부에 관통공을 형성하고 상기 금속재에 대략적인 형상을 부여한다. 이어서, 상기 금속재에 절단작업을 수행하여 상기 금속재에 소정의 외형을 부여함으로써 금속쉘 중간물을 얻는다.
이어서, Ni 합금으로 형성되는 상기 로드형상 접지전극(27)을 상기 금속쉘 중간물의 말단면에 저항 용접한다. 상기 용접의 결과로 소위 "새깅(sagging)"이 발생되므로, 상기 "새깅"을 제거한다. 이어서, 압연에 의하여 상기 금속쉘 중간물의 소정 영역에 상기 나사산부(15)를 형성한다. 그리하여, 상기 접지전극(27)이 용접된 금속쉘(3)을 얻는다. 상기 접지전극(27)이 용접된 금속쉘(3)에 아연 도금 또는 니켈 도금을 수행한다. 특히, 부식저항을 개선하기 위하여, 상기 표면 상에 크로메이트 처리(chromate treatment)를 수행할 수 있다.
한편, 상기 절연체(2)는 상기 금속쉘(3)로부터 따로 미리 성형한다. 예를 들면, 주성분으로서 알루미나를 포함하며 또한 결합제 등을 포함하는 성형용 분체물질(powdery material)을 사용하여 과립화 기재(granulated base material)를 준비하고, 상기 과립화 기재를 사용하여 고무성형(rubber press molding)을 수행함으로써, 원통형 성형요소를 얻는다. 이렇게 얻어진 성형 요소를 연마하여 다듬는다. 이렇게 다듬어진 요소를 가마(kiln)에 넣어 소결하여, 상기 절연체(2)를 얻는다.
상기 금속쉘(3) 및 상기 절연체(2)와는 별개로, 상기 중심전극(5)을 미리 제작한다. 구체적으로, 방열 특성을 강화하고자, 상기 Ni 합금의 중심에 동합금 등이 마련되는 상기 중심전극(5)을 제작하기 위하여 Ni 합금을 단조한다. 다음으로, 상기 중심전극의 말단부(5)에 상기 귀금속 팁(31)을 레이저 용접한다.
보다 구체적으로, 상기 컬럼형 귀금속 팁(31)의 인접 단면을 상기 중심전극(5)의 말단면(상기 외층(5B))에 적층한 상태에서, 상기 귀금속 팁(31)을 소망하는 프레싱 핀으로 지지하고, 상기 중심전극(5) 등을 회전축으로서의 상기 축선(CL1) 주위로 돌린다. 이때에, 상기 중심전극(5)과 상기 귀금속 팁(31) 사이의 접촉 표면 외주에 광섬유 레이저 또는 전자빔와 같은 고 에너지 레이저 빔을 간헐적으로 조사한다. 그 결과, 원주방향으로 배열되는 다수의 용융영역을 구성하는 상기 용융부(35)를 형성하여, 상기 귀금속 팁(31)을 상기 중심전극의 말단부(5)에 접합한다. 본 실시예에서 상기 레이저 빔의 조사 조건을 구체적으로 설명하자면, 하나의 용융영역을 형성하기 위하여, 소망하는 레이저 소스로부터 300W로 약 5ms 동안 상기 레이저 빔을 조사한다. 이때에, 상기 귀금속 팁(31)의 외경을 형성하는 물질이 상기 귀금속 팁(31) 등을 형성하는 물질과 상이한 경우에는, 상기 레이저 빔의 출력, 조사 시간, 상기 중심전극(5)의 회전 속도, 또는 상기 레이저 빔의 적용 방법(예를 들면, 상기 레이저를 지속파, 단속파(펄스) 등으로 선택할지의 여부)을 적절히 조정함으로써 상술한 바의 구조로 되는 상기 용융부(35)를 형성할 수 있다.
그리고나서, 이렇게 얻어진 상기 절연체(2), 상기 중심전극(5), 상기 저항(7) 및 상기 단자전극(6)을 유리밀봉층(8,9)으로 고정되게 밀봉한다. 상기 유리밀봉층(8,9)은 일반적으로 붕규산 유리 및 금속 분말을 함께 혼합하여 준비한다. 이렇게 준비된 물질을 상기 저항(7)이 샌드위치 되도록 상기 절연체(2)의 축홀(4) 내에 부어 넣고, 이어서 상기 절연체(2)를 상기 가마 내에서 가열하면서 상기 준비된 물질을 상기 단자전극(6)에 의하여 후방으로부터 가압함으로써, 상기 유리밀봉층을 소성 및 경화한다. 이때에, 상기 절연체(2)의 후단측 상에서 유약층을 상기 몸체(10)의 표면에 동시에 소결하거나, 또는 유약층 또한 미리 형성할 수 있다.
이어서, 상술한 바와 같이 제작한 상기 중심전극(5) 및 상기 단자전극(6)을 갖는 절연체(2), 및 상기 접지전극(27)을 갖는 금속쉘(3)을 함께 조립한다. 보다 구체적으로, 상기 금속쉘(3)의 후단측에 비교적 얇게 형성되는 개구부를 상기 방사상 방향에 대하여 내측으로 클램핑한다; 즉, 상기 클램핑부(20)를 형성함으로써, 상기 절연체(2) 및 상기 금속쉘(3)을 함께 조임한다.
다음으로, 도금 제거를 거치는 상기 접지전극의 말단부(27)에 상기 귀금속 팁(32)을 저항 용접 또는 레이저 용접한다. 마지막으로, 상기 접지전극(27)의 중간부분을 상기 중심전극(5) 측을 향하여 구부리고, 상기 귀금속 팁(31,32) 사이의 스파크 크기를 조정하기 위한 가공을 수행하여, 상기 스파크 플러그(1)를 얻는다.
이상에서 구체적으로 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 상기 귀금속 팁(31)과 상기 중심전극(5) 사이의 경계면 영역을 상기 귀금속 팁(31)의 축선(축선(CL1))에 수직인 방향으로 상기 귀금속 팁(31)의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정한다. 달리 말하자면, 상기 용융부(35)를 형성하기 이전에, 상기 중심전극(5)과 상기 귀금속 팁(31) 사이의 접촉영역의 95% 이상의 영역에 걸쳐 상기 용융부(35)를 형성한다. 따라서, 상기 귀금속 팁(31)을 상기 중심전극(5)에 단단히 접합하여, 진동 등에 대한 기계적 강도 등을 강화한다.
더욱이, 상기 용융부(35)는 95% 이상의 영역에 걸쳐 형성되며, 상기 축선(CL1)에서 상기 외표면에 노출되는 상기 용융부(35) 부분의 길이가 A1(㎜)이고 상기 귀금속 팁(31)의 폭이 B1(㎜)라고 가정하면, 상기 용융부(35)는 B1/A1≤6을 만족하도록 형성된다. 이러한 이유로, 상기 중심전극(5)과 상기 귀금속 팁(31) 사이의 열팽창 계수의 차이로 인하여 사용 중에 발생되는 응력의 차이는 비교적 큰 영역에 걸쳐 충분한 두께를 갖도록 형성되는 상기 용융부(35)에 의하여 흡수될 수 있으므로, 상기 중심전극(5)과 상기 귀금속 팁(31) 사이의 크랙(파손) 형성을 방지한다. 그 결과, 기계적 강도가 강화되고 상기 중심전극(5)과 상기 귀금속 팁(31) 사이의 접합강도가 충분히 확보되므로, 상기 귀금속 팁(31)의 분리를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 상기 용융부의 부피를 감소시킴으로써 마모저항 등을 더욱 강화하기 위한 관점에서, 상기 축선(CL1)을 따라 길이가 A1/1.5인 상기 용융부(35)의 부분이 상기 귀금속 팁(31)의 외주로부터 B1/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치되는 구조로 된다. 따라서, 더욱 내측으로 방사상으로 위치되는 상기 용융부(35) 부분은 비교적 얇게 유지되면서, 상기 용융부(35)는 상기 중심(축선) 측에 도달할 수 있다. 이러한 이유로, 상술한 바와 같이, 상기 용융부(35)가 비교적 큰 영역에 걸쳐 형성되더라도, 상기 용융부(35)의 부피는 비교적 작게 형성될 수 있다. 따라서, 접합 시 용융되는 상기 귀금속 팁(31)의 부분을 감소시키는 것이 가능하며, 그러므로 비교적 얇은 두께를 갖는 귀금속 팁(31)이 사용되더라도, 상기 귀금속 팁(31)은 접합 후 충분한 두께(부피)를 갖는다. 그 결과, 제조비용을 절감하면서 우수한 마모저항을 달성하는 것이 가능하다.
더욱이, 상기 용융부(35)로부터 상기 내층(5A)까지의 최단거리(C1)는 2.0㎜ 이하이므로, 상기 용융부(35)의 열 및 상기 귀금속 팁(31)의 열을 우수한 열전도율을 갖는 상기 내층(5A)에 효과적으로 전달할 수 있다. 그 결과, 상기 귀금속 팁(31)의 과열을 신뢰성 있게 방지할 수 있고, 이에 상기 마모저항을 더욱 강화하게 된다.
또한, 축방향 길이(CL1)에서 상기 용융부(35)의 외표면의 길이가 0.4㎜ 이하로 작으므로, 상기 용융부(35)의 부피를 더욱 감소시킬 수 있다. 따라서, 접합 후, 상기 귀금속 팁(31)의 두께를 더욱 보장할 수 있고, 이에 마모저항을 더욱 강화하게 된다.
더욱이, D1-(A1/2)가 0.1㎜ 이상으로 설정되므로, 상기 귀금속 팁(31)의 두께를 충분히 보장할 수 있고, 이에 마모저항을 더욱 강화하게 된다. 한편, D1-(A1/2)을 0.6㎜ 이하로 설정함으로써 상기 귀금속 팁(31)이 과도하게 두꺼워지는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 상기 귀금속 팁(31)의 과열로 인한 마모저항의 열화를 보다 신뢰성 있게 방지할 수 있다.
또한, 0.3≤D1≤0.5가 설정되므로, 상기 귀금속 팁(31)의 과열을 신뢰성 있게 방지할 수 있어서, 상기 귀금속 팁(31)이 충분한 두께를 갖게 된다. 따라서, 이러한 이유로, 마모저항을 더욱 강화할 수 있다.
상기 귀금속 팁(31)의 중심축 상에서 상기 용융부(35)의 두께(E1)는 0.0㎜보다 커진다. 달리 말하자면, 상기 중심전극(5) 및 상기 귀금속 팁(31) 사이의 전체 영역에 걸쳐 상기 용융부(35)가 형성된다. 따라서, 상기 중심전극(5) 및 상기 귀금속 팁(31) 사이의 접합강도를 더욱 강화할 수 있고, 상기 귀금속 팁(31)의 분리저항을 더욱 강화할 수 있다.
또한, 상기 귀금속 팁(31)의 부피와 상기 용융부(35)의 부피 사이의 관계가 0.025≤X1/(X1+Y1)≤0.50를 만족하도록 설정되므로, 상기 귀금속 팁(31)의 과열을 보다 신뢰성 있게 방지하는 것이 가능하며, 이에 마모저항을 더욱 강화할 수 있다.
[제 2 실시예]
다음으로, 제 2 실시예를, 특히, 제 1 실시예와 제 2 실시예의 차이에 기초하여 설명한다. 제 2 실시예에 있어서, 상기 스파크 플러그(1A)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 실시예에서와 마찬가지로 절연체(2), 금속쉘(3), 중심전극(5), 및 접지전극(37)을 포함하지만, 상기 접지전극의 말단부(37)는 Ni 합금으로 형성되며 상기 중심전극(5) 측을 향하여 돌출되는 돌기(38)에 접합된다. 귀금속 팁(42)은 상기 돌기(38)의 말단부에 용융부(46)를 통하여 접합된다. 접합에 있어서, 상기 귀금속 팁(42)은 상기 귀금속 팁(42)의 중심축이 상기 귀금속 팁의 축선(CL1)에 일치되도록 상기 돌기(38)에 접합된다. 더욱이, 상기 귀금속 팁(42)의 외경은 비교적 작은 직경(예를 들면, 0.7㎜)이다.
상기 용융부(46)는 상기 돌기(38)의 금속 성분(Ni 합금) 및 상기 귀금속 팁(42)의 금속 성분(예를 들면, 플라티늄 합금)을 용합함으로써 형성된다. 더욱이, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 귀금속 팁(42)과 상기 돌기(38) 사이의 경계면의 영역은 상기 용융부(46)에 가장 가까운 상기 귀금속 팁(42)의 외표면 부분에서 상기 귀금속 팁(31)의 축방향에 수직인 방향으로 상기 귀금속 팁(42)의 단면영역에 대하여 5% 이하로 설정된다. 제 2 실시예에서는, 상기 용융부(351)가 상기 귀금속 팁(42)과 상기 돌기(38) 사이의 전체 영역에 걸쳐 형성되므로, 상기 귀금속 팁(42)과 상기 돌기(38) 사이에 경계면이 없다. 즉, 상기 귀금속 팁(42)의 축방향에 대하여 직각을 이루는 상기 귀금속 팁(42)의 단면영역 대 경계면 영역의 비율은 0%로 설정되고, 상기 귀금속 팁(42)의 축 상에서 상기 용융부(46)의 두께(E2)는 0.0㎜보다 크게 설정된다.
상기 귀금속 팁(42)의 축방향에서 외표면에 노출되는 상기 용융부(46) 부분의 길이가 A2(㎜)이고, 상기 귀금속 팁(42)의 폭(“상기 귀금속 팁(42)의 중심축에 수직인 방향으로 상기 귀금속 팁(42)의 길이”를 의미함)이 B2(㎜)라고 가정할 때, 상기 축선(CL1)을 포함하는 단면은 B2/A2≤6을 만족하도록 설정된다. 또한, 상기 귀금속 팁(42)의 축방향을 따라 길이가 A2/1.5인 상기 용융부(46) 부분은 상기 귀금속 팁(46)의 외주로부터 B2/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치된다.
또한, 상기 귀금속 팁(42)의 축에서, 상기 스파크 방전갭(33)을 형성하는 상기 귀금속 팁(42)의 표면으로부터 상기 용융부(46)의 중심(CW2)까지의 길이가 D2(㎜)라고 가정할 때, 상기 길이(D2)는 0.1≤D2－(A2/2)≤0.6 및 0.3≤D2≤0.5를 만족하도록 설정된다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 축선(CL1)을 포함하는 단면에서, 상기 귀금속 팁(42)의 중심축에 수직이며 상기 귀금속 팁(42)의 중심축에서 상기 용융부(46)의 중심부(중심(CW2))를 통과하는 직선(L2)으로부터 상기 귀금속 팁(42) 측에 위치되는, 상기 용융부(46) 부분(도 8에서 대각선으로 나타낸 부분)의 단면 영역이 X2(㎟)이고, 상기 귀금속 팁(42)의 단면 영역(도 8에서 산재된 점들로 나타나낸 부분)이 Y2(㎟)라고 가정할 때, 상기 용융부(46) 및 상기 귀금속 팁(42) 등의 크기는 0.025≤X2/(X2+Y2)≤0.50을 만족한다.
다음으로, 상술한 바와 같은 구조로 되는 상기 스파크 플러그(1A)의 제조 방법, 특히, 상기 돌기(38)를 상기 접지전극(37)에 접합하는 방법 및 상기 귀금속 팁(42)을 상기 돌기(38)에 접합하는 방법을 설명한다.
상기 돌기(38)를 상기 접지전극(37)에 접합할 때, 우선, 대략적으로 사다리꼴 형상의 단면을 가지며 Ni 합금으로 형성되는 돌기(38)를 상기 귀금속 팁(42)에 레이저 용접한다. 즉, 상기 귀금속 팁(42)의 단면을 상기 돌기(38)의 일단면 상에 놓은 상태에서, 상기 돌기 및 상기 귀금속 팁을 지지하면서 상기 돌기(38) 등을 회전축으로서의 상기 돌기(38)의 중심축 주위로 돌린다. 이때에, 상기 돌기(38)와 상기 귀금속 팁(42) 사이의 접촉 표면의 외표면 상에 광섬유 레이저 또는 전자 빔과 같은 고 에너지 레이저 빔을 간헐적으로 조사한다. 이 경우, 하나의 용융영역을 형성하기 위하여, 소망하는 레이저 소스로부터 300W로 약 5ms 동안 상기 레이저 빔을 조사한다. 그 결과, 원주방향으로 배열되는 다수의 용융영역을 구성하는 상기 용융부(46)를 형성하여, 상기 귀금속 팁(42)을 상기 돌기(38)에 접합한다. 이때에, 상기 귀금속 팁(42)의 외경을 형성하는 물질이 상기 귀금속 팁(42) 등을 형성하는 물질과 상이한 경우에는, 상기 레이저 빔의 출력, 조사 시간, 상기 돌기(38)의 회전 속도, 또는 상기 레이저 빔의 적용 방법(예를 들면, 상기 레이저를 지속파로서 또는 단속파(펄스) 등으로 선택할지의 여부)을 적절히 조정함으로써 상술한 바의 구조로 되는 상기 용융부(46)를 형성할 수 있다.
이어서, 상기 귀금속 팁(42)이 접합된 상기 돌기(38)를 상기 접지전극(37)에 접합한다. 즉, 상기 돌기(38)를 직선형 로드 형상으로 형성된 상기 접지전극(37)에 세운다. 소망하는 저항용접장치의 용접전극봉(도시 생략)을 상기 돌기(38)의 내부(테이퍼진 부분)에 대하여 가압한 후, 상기 용접전극봉으로부터 상기 돌기(38) 측으로 전기적 전류를 인가한다. 그 결과, 상기 접지전극(37)과 상기 돌기(38) 사이의 접촉부분이 용해되며, 상기 돌기(38)가 상기 접지전극(37)에 저항 용접된다.
이때에, 본 실시예에서는 비록 상기 돌기(38)를 대략적인 사다리꼴 형상 단면으로 도시하였으나, 예를 들면, 일단이 블레이드 형상으로 부풀어진 대략적인 컬럼형 돌기(38)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 저항용접 수행 시, 상기 용접전극봉을 상기 블레이드형상 부분에 대하여 가압함으로써 이에 전기적 전류를 인가하여 상기 돌기(38)를 상기 접지전극(37)에 접합할 수 있다.
상기 제 2 실시예에 의하면, 상기 제 1 실시예에서 상기 중심전극(5)과 상기 귀금속 팁(31) 사이의 관계에서 발휘되는 작업효과는 상기 접지전극(37)의 돌기(38)가 상기 귀금속 팁(42)에 접합되는 경우 상기 돌기(38)와 상기 귀금속 팁(42)의 관계에서도 발휘된다.
[테스트에 의한 검증]
상술한 바의 실시예들에서 발휘된 작업효과를 검증하기 위하여, 상기 귀금속 팁과상기 중심전극 사이의 경계면 대 상기 용융부에 가장 가까운 상기 귀금속 팁의 외표면 부분에서 상기 귀금속 팁의 축방향에 수직인 상기 귀금속 팁의 단면영역에 대한 비율(경계면 비율)을, 상기 중심전극에 대한 상기 귀금속 팁의 용접조건을 변경함으로써 5% 또는 10%로 설정하여 스파크 플러그의 표본들을 제작한다. 상기 스파크 플러그 표본들에 있어서, 상기 귀금속 팁의 폭(B)(㎜) 대 상기 귀금속 팁의 축방향에서, 상기 외표면에 노출된 상기 용융부 부분의 길이(A)(㎜)에 대한 비율(B/A)은 다양하게 변경한다. 상기 표본들 각각을 데스크 버너 테스트에 취한다.
상기 데스크 버너 테스트의 개요는 다음과 같다. 즉, 상기 귀금속 팁의 온도가 900℃에 이를 때까지 2분간 버너에 의하여 상기 표본들을 가열하고 그리고나서 1분간 상기 표본들을 어닐링하는 것으로 1 사이클을 설정한다. 1000 사이클을 수행하고, 1000 사이클이 종료된 이후, 상기 경계면 상에 형성된 산화스케일의 길이 대 상기 용융부, 상기 중심전극 및 상기 귀금속 팁 사이의 경계면의 길이에 대한 비율(산화스케일 비율)을 측정하기 위하여 각 표본들의 단면을 관찰한다. 도 9는 상기 B/A 관계 및 상기 경계면 비율이 5% 또는 10%인 표본들에 대한 산화스케일 비율을 나타낸다. 이 경우, 도 9에서, 경계면 비율을 5%로 설정한 표본들의 테스트 결과는 흑색 원(●)으로 표시하며, 경계면 비율을 10%로 설정한 표본들의 테스트 결과는 엑스표(×)로 표시한다. 더욱이, 0.7㎜의 외경을 갖는 귀금속 팁을 사용한다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 경계면 비율이 10%인 표본들에서는, 산화스케일 비율이 50%를 초과하는 것을 알 수 있고, 그러므로, 중심전극에 대한 귀금속 팁의 접합강도는 충분하지 못하다. 그 이유는 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이의 직접적인 접촉 영역이 비교적 크기 때문이다(달리 말하자면, 상기 용융부의 부피가 비교적 작다). 그러므로, 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이에 발생되는 열응력의 차이를 상기 용융부가 충분히 흡수할 수 없었으며, 따라서 산화스케일의 발생을 충분히 방지하지 못하는 것으로 사료된다.
더욱이, B/A가 6을 초과하는 표본에서는, 산화스케일 비율이 50%를 초과하는 것을 알 수 있다. 그 이유는 상기 용융부가 상기 귀금속 팁에 대하여 비교적 얇기 때문이다. 그러므로, 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이에 발생되는 열응력의 차이를 충분히 흡수하지 못한 것으로 사료된다.
한편, 경계면 비율이 5% 이하이고 B/A<6가 설정되는 표본들에서는, 산화스케일 비율이 50% 적어서, 상기 귀금속 팁이 상기 중심전극에 단단하게 접합되고 이에 상기 귀금속 팁이 상기 중심전극으로부터 분리됨을 신뢰성 있게 방지함으로 알 수 있다.
다음으로, 길이(A)를 0.4㎜ 또는 0.6㎜로 설정한 후, 축선에서 길이가 A/1.5로 설정되는 용융부 부분을 상기 귀금속 팁의 외주로부터 내측으로 각각 B/6, B/5, B/4, B/3 또는 B/2.5의 위치에 형성하여, 스파크 플러그 표본들을 제작한다. 상기 표본들 각각을 데스크 버너 테스트에 취한다.
상기 데스크 버너 테스트의 개요는 다음과 같다. 즉, 상기 표본에 인가되는 전압의 주파수를 60Hz으로 설정한 후(즉, 1분당 3600회의 방전을 수행한 후), 각 표본을 100 시간 동안 방전한다. 100 시간 경과 후, 각 표본의 스파크 방전갭 증가량(갭 증가량)을 측정한다. 도 10은 상기 귀금속 팁의 외주로부터 A1/1.5인 부분의 형성위치(A/1.5의 형성위치)와 상기 갭의 증가량 사이의 관계를 나타낸다. 이 경우, 도 10에서, A를 0.6㎜으로 설정한 표본들의 테스트 결과는 흑색 원(●)으로 표시하며, A를 0.4㎜로 설정한 표본들의 테스트 결과는 흑색 사각형(■)으로 표시한다. 더욱이, 0.7㎜의 외경 및 0.3㎜의 높이(두께)를 갖는 귀금속 팁을 사용한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 축선에서의 길이가 A/1.5로 설정되는 상기 용융부의 형성위치부가 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/4보다 더욱 방사상 외측으로 형성되는 표본에서는(즉, A/1.5의 형성위치가 B/6, B/5 또는 B/4로 설정되는 표본), 갭의 증가량이 0.1㎜보다 작고 우수한 마모저항을 가짐을 알 수 있다. A/1.5의 형성위치가 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측으로 설정됨에 따라, 상기 용융부의 형태가 비교적 얇게 될 수 있으므로 상기 귀금속 팁의 접합 시 상기 귀금속 팁이 과도하게 용해되지 않으며, 따라서 상기 귀금속 팁의 두께를 접합 후에도 충분하게 확보할 수 있는 것으로 사료된다.
더욱이, A가 0.4㎜ 이하로 설정되는 표본은 A가 0.6㎜으로 설정되는 표본보다 더욱 높은 마모저항을 갖는다는 것이 검증된다. A를 0.4㎜ 이하로 설정함에 따라, 상기 귀금속 팁의 두께를 접합 후에도 충분하게 확보할 수 있는 것으로 사료된다.
상기 두 가지 테스트 결과를 함께 고려해볼 때, 마모저항 및 접합강도 모두를 강화하기 위해서는, 상기 경계면 비율을 5% 이하로 설정하고, A≤0.6 및 B/A≤6을 만족하도록 하며, 상기 축선에서의 길이가 A/1.5로 설정되는 상기 용융부 부분의 형성위치를 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/4보다 더욱 방사상 외측으로 형성하는 것이 바람직하다.
더욱이, 마모저항을 더욱 강화하기 위해서는, A가 0.4㎜ 이하로 설정되도록 상기 용융부를 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 용융부의 길이(A)를 0.4㎜로 설정한 후, 상기 스파크 방전갭을 형성하는 상기 귀금속 팁의 표면으로부터 상기 용융부의 중심까지의 길이(D)를 변경하여, D-(A/2)의 다양하게 변경된 값을 갖는 스파크 플러그의 표본을 제작한다. 상기 표본들 각각을 마모저항을 평가하기 위한 테스트에 취한다.
이 경우, 상기 마모저항평가 테스트의 개요는 다음과 같다. 즉, 2000cc의 변위용적(displacement volume)을 갖는 V4 엔진에 제작된 표본을 부착한 후에, 상기 중심전극 말단부의 목표유지온도는 800℃이고, 상기 엔진은 전개상태(full open state)(엔진 속도=5000rpm)로 100 시간 동안 구동한다. 100 시간 경과 후, 각 표본의 스파크 방전갭의 증가량(갭의 증가량)을 측정한다. 도 11은 D-(A/2) 값과 상기 갭 증가량 사이의 관계를 나타낸다. 이 경우, 0.7㎜의 외경을 갖는 귀금속 팁을 사용한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, D-(A/2)가 0.1㎜ 미만인 표본, 즉, 상기 용융부로부터 상기 귀금속 팁의 말단면(방전표면)까지의 길이가 비교적 짧은 표본에 대하여, 상기 갭의 증가량이 0.1㎜를 초과하여, 마모저항이 다소 낮아짐을 검증한다. 상기 귀금속 팁의 부피가 감소되므로, 상기 용융부가 비교적 초기 단계에서 상기 방전표면에 노출되는 것으로 사료된다. D-(A/2)가 0.6㎜를 초과하는 표본, 즉, 상기 용융부로부터 상기 귀금속 팁의 말단면까지의 길이가 비교적 긴 표본에 대하여, 마모저항이 다소 낮아짐을 검증한다. 상기 귀금속 팁의 부피가 너무 증가되므로, 상기 귀금속 팁의 열을 인출하는 것이 곤란하여 상기 귀금속 팁이 과열되는 것으로 사료된다.
한편, 0.1㎜≤D－(A/2)≤0.6㎜를 만족하는 표본에서는, 상기 갭의 증가량이 0.1㎜ 미만이어서, 매우 우수한 마모저항을 갖는다는 것을 알 수 있다. 특히, 0.2㎜≤D－(A/2)≤0.5㎜를 만족하는 표본에서는, 상기 갭의 증가량이 더욱 감소하여, 보다 더 우수한 마모저항이 달성된다는 것을 검증한다. 따라서, 마모저항을 더욱 강화하기 위해서는, 바람직하게는 상기 용융부 등을 0.1㎜≤D－(A/2)≤0.6㎜를 만족하도록 형성하며, 더욱 바람직하게는, 상기 용융부 등이 0.2㎜≤D－(A/2)≤0.5㎜를 만족하도록 형성한다.
다음으로, 상이한 높이(두께)를 갖는 다수의 귀금속 팁을 사용하여 다양하게 변경된 길이(D)를 갖는 스파크 플러그의 표본을 제작한 후, 상기 표본들 각각을 상술한 바의 내구성을 평가하기 위한 테스트에 취한다. 도 12는 상기 길이(D)와 갭의 증가량 사이의 관계를 나타낸다. 이 경우, 상기 귀금속 팁은 0.7㎜의 외경을 가지며, 상기 용융부가 0.4㎜의 길이(A)를 가질 수 있도록 상기 귀금속 팁의 용접을 수행한다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 0.3㎜≤D≤0.5㎜를 만족하는 표면에서는, 0.08㎜의 순으로 갭의 증가량이 감소되어, 우수한 마모저항을 달성한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 마모저항을 더욱 강화하기 위해서는, 상기 길이(D)가 상기 귀금속 팁 등의 두께를 설정하여 0.3㎜≤D≤0.5㎜를 만족하도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 귀금속 팁의 용접조건을 다양하게 변경함으로써 상기 귀금속 팁의 축 상에서 상기 용융부의 두께(E)가 0㎜, 0.05㎜ 또는 0.10㎜인 다수의 스파크 플러그를 제작한 후, 상기 표본들 각각을 상술한 바의 데스크 버너 테스트에 취한다. 형성된 산화스케일의 길이를 측정한다. 그 결과, 산화스케일의 비율이 30% 이하이면, 상기 표본은 우수한 접합강도를 가지며, 그러므로 이를 "◎"으로 평가한다. 산화스케일의 비율이 30% 이상 그리고 50% 이하이면, 상기 표본은 충분한 접합강도를 가지며, 그러므로 이를 "○"로 평가한다. 표 1은 상기 용융부의 두께(E) 및 상기 평가를 나타낸다. 이 경우, 상기 용융부가 0㎜의 두께(E)를 갖는 표본은 상기 용융부가 상기 귀금속 팁의 축 상에 존재하지 않음을 의미한다(여기에서, 경계면 비율은 5% 이하로 설정됨). 더욱이, 0.7㎜의 외경을 갖는 귀금속 팁을 사용한다. 또한, 상기 귀금속 팁은 상기 용융부가 0.4㎜의 길이(A)를 갖도록 용접한다.
용융부의 두께(E)(㎜) 평가
0 ○
0.05 ◎
0.10 ◎
표 1에 나타낸 바와 같이, 비록 상기 표본들 각각이 우수한 접합강도를 갖더라도, 특히, 상기 용융부가 0.05㎜ 또는 0.10㎜의 두께(E)를 갖는(즉, 상기 용융부가 상기 귀금속 팁의 축 상에 존재함) 표본은 매우 우수한 접합강도를 갖는다는 것을 검증한다. 따라서, 접합강도를 더욱 강화하기 위해서는, 상기 용융부가 상기 귀금속 팁의 축 상에 남도록 하는 것이 바람직하다(E>0.0㎜). 달리 말하자면, 상기 용융부를 상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 전체 영역에 걸쳐 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 용융부의 길이(A)가 0.05㎜ 내지 0.4㎜로 되도록 용접조건을 다양하게 변경함으로써, 축선을 포함하는 단면에서, 상기 귀금속 팁의 중심축(축선)에 수직이며 상기 축선방향으로 상기 용융부의 중심부를 통과하는 직선으로부터 상기 귀금속 팁 측에 위치되는, 상기 용융부 부분의 단면 영역(X)(㎟) 및 상기 귀금속 팁의 단면 영역(Y)(㎟)을 변경함으로써 스파크 플러그 표본을 제작하여, 상기 표본들 각각을 상술한 바의 데스크 스파크 테스트 및 상술한 바의 데스크 버너 테스트에 취한다. 상기 데스크 버너 테스트에서, 상술한 바의 평가방법에서와 마찬가지로, 산화스케일의 비율이 30% 이하이면, 상기 표본을 "◎"로 평가하고, 산화스케일의 비율이 30% 초과 그리고 50% 이하이면, 상기 표본을 "○"로 평가한다. 도 13은 상기 데스크 스파크 테스트에서 X/(X+Y)의 값과 갭의 증가량 사이의 관계를 나타내며, 표 2는 X/(X+Y)의 값 및 상기 데스크 버너 테스트에서의 평가를 나타낸다. 이 경우, 상기 귀금속 팁은 외경이 0.7㎜인 것을 사용한다.
X/(X+Y) 평가
0.02 ○
0.025 ◎
0.10 ◎
0.45 ◎
0.50 ◎
도 13에 나타낸 바와 같이, X/(X+Y)≤0.50의 표본은 우수한 마모저항을 갖는다는 것을 검증한다. 그 이유는 상기 귀금속 팁이 충분한 부피를 가지며, 그러므로, 방전에 따라 소모될 수도 있는 상기 귀금속 팁의 부피가 증가되기 때문인 것으로 사료된다. 더욱이, 0.025≤X/(X+Y)의 표본은 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이에 매우 우수한 마모저항을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상기 용융부가 충분한 부피를 가지며, 그러므로, 상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 열응력 차이가 보다 신뢰성 있게 흡수될 수 있음으로 사료된다.
따라서, 마모저항 및 접합강도를 더욱 강화하기 위해서는, 0.025≤X/(X+Y)≤0.50을 만족하도록 상기 귀금속 팁 및 용융부의 형상, 및 용접조건을 설정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 중심전극에 마련되는 내층(방열 촉진부)으로부터 상기 용융부까지의 최단거리(C)(㎜)를 다양하게 변경함으로써 스파크 플러그의 표본을 제작하여, 상기 표본들 각각을 내구성 평가 테스트에 취하였다. 도 14는 상기 최단거리(C)와 갭의 증가량 사이의 관계를 나타낸다. 이 경우, 상기 내층은 Ni 합금으로 형성되는 상기 중심전극의 외층보다 열전도율이 우수한 금속(예를 들면, 동, 동 합금 등)으로 형성된다. 더욱이, 용접 이전에, 0.7㎜의 외경 및 0.25㎜의 높이를 갖는 귀금속 팁을 사용한다. 또한, 상기 중심전극 및 상기 귀금속 팁은 상기 용융부의 길이(A)가 0.4㎜로 되도록 서로 접합된다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 최단거리(C)가 2.0㎜을 초과하는 표본의 경우, 갭의 증가량이 급격히 증가됨을 알 수 있다. 우수한 열흡수력(heat attraction)을 갖는 상기 내층과, 상기 용융부 및 상기 귀금속 팁 사이의 길이는 비교적 증가되고, 그러므로, 상기 용융부 및 상기 귀금속 팁의 열 흡수가 곤란하여, 상기 귀금속 팁이 과열되는 것으로 사료된다.
한편, 상기 최단거리(C)가 2.0㎜ 이하인 표본의 경우, 상기 갭의 증가량은 0.1㎜ 미만이어서, 매우 우수한 마모저항을 달성함을 알 수 있다. 상기 용융부 및 상기 귀금속 팁의 열이 상기 내층으로 효과적으로 전달되며, 그러므로, 상기 귀금속 팁의 과열이 신뢰성 있게 방지되는 것으로 사료된다.
따라서, 마모저항을 더욱 강화하기 위해서는, 상기 중심전극의 내측에 우수한 열전도율을 갖는 부분(방열 촉진부)을 마련하고 상기 방열 촉진부와 상기 용융부 사이의 최단거리(C)를 2.0㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 실시예들에 대한 설명에 한정되지 않으며, 예를 들면, 다음과 같이 실행될 수 있다. 과정상, 아래에 제공되지 않은 바의 본 발명에 대한 다른 예의 적용 또는 수정도 가능하다.
(a) 상기 실시예에서, 상기 중심전극의 말단부(5)는 컬럼형 형상으로 형성되지만, 상기 중심전극(5)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 따라서, 도 16에 나타낸 바와 같이, 상기 중심전극의 말단부(51)는 상기 축선(CL1)의 방향에서 상기 말단을 향하여 테이퍼질 수 있다.
(b) 상기 실시예에서는 거의 상기 축선(CL1)을 따라서 그 방향으로 상기 스파크 방전갭(33)에서 스파크 방전이 수행되는 스파크 플러그(1,1A)의 유형이 개시되지만, 본 발명의 기술적 사상을 적용할 수 있는 스파크 플러그의 유형은 이에 한정되지 않는다. 따라서, 도 17에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 상기 축선(CL1)에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 스파크 방전을 수행할 수 있는 유형의 스파크 플러그(1B)에 적용할 수 있고, 여기에서 상기 귀금속 팁(52)은 상기 접지전극의 말단부(47)에 마련된 상기 돌기(38)에 상기 용융부(56)를 통하여 접합된다. 더욱이, 본 발명의 기술적 사상은 상기 축선(CL1)에 대하여 경사진 방향으로 상기 스파크 방전을 수행할 수 있는 유형의 스파크 플러그에 적용할 수 있다.
(c) 상기 제 2 실시예에서는 분리된 돌기(38)가 상기 접지전극의 말단부(37)에 마련되지만, 상기 접지전극 등을 형성함으로써 상기 접지전극 및 상기 돌기를 일체로 마련할 수도 있다.
(d) 상기 실시예들에서, 상기 용융부(35)와 상기 귀금속 팁(31) 사이의 경계면 및 상기 용융부(35)와 상기 중심전극(5) 사이의 경계면은 그 각각이 상기 용융부(35)의 외주를 향하여 볼록하게 되도록 만곡되지만, 상기 용융부(35)의 단면 형상은 이에 한정되지 않는다.
(e) 상기 실시예들에서는 상기 축선(CL1)이 상기 귀금속 팁(31,42)의 중심축에 일치되는 구조로 되지만, 상기 귀금속 팁(31,42)의 중심을 상기 축선(CL1)으로부터 이동시킨 상태에서 상기 귀금속 팁(31,42)을 상기 중심전극(5) 및 상기 돌기(38)에 접합할 수도 있다.
(f) 상기 실시예들에서는 상기 접지전극(27) 등이 상기 금속쉘(3)의 말단부(26)에 접합되는 경우가 예시되지만, 본 발명은 또한 상기 금속쉘의 일부분을 깍아내도록 상기 접지전극을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다(또는 상기 금속쉘에 미리 용접되는 끼움팁의 일부분)(예를 들면, 일본국 공개특허 제2006-236906호 공보 참조).
(g) 상기 실시예들에서는 상기 도구결합부(19)가 육각형 단면형상으로 마련되지만, 상기 도구결합부(23)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 도구결합부는 Bi-HEX(수정된 12-점) 형상 [ISO22977:2005(E)] 등을 가질 수도 있다.
1,1A,1B - 스파크 플러그 2 - 절연체(절연애자)
3 - 금속쉘 5 - 중심전극
5A - 내층(방열 촉진부) 27,37,47 - 접지전극
31,42,52 - 귀금속 팁 33 - 스파크 방전갭(갭)
35,46,56 - 용융부 38,48 - 돌기
Bo - 경계면 CL1 - 축선
CW1,CW2 - 중심(용융부의)

Claims (8)

  1. 축방향으로 연장되는 로드형상 중심전극;
    상기 중심전극의 외주 주위에 마련되는 절연체;
    상기 절연체의 외주 주위에 마련되는 금속쉘;
    상기 금속쉘의 말단부로부터 연장되는 접지전극; 및
    상기 중심전극의 말단부에 접합되며, 상기 접지전극과 상기 귀금속 팁 사이에 갭을 형성하는 귀금속 팁;으로 이루어지며
    여기에서, 상기 중심전극 및 상기 귀금속 팁은 상기 중심전극의 성분 및 상기 귀금속 팁의 성분으로 융합되는 용융부를 통하여 서로 접합되고;
    상기 귀금속 팁과 상기 중심전극 사이의 경계면의 영역은, 상기 용융부에 가장 가까운, 상기 귀금속 팁의 외표면의 일부분에서 축선에 대하여 수직인 상기 귀금속 팁의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정되며;
    상기 축선을 포함하는 단면에서, 상기 축선을 따라 상기 용융부의, 상기 외표면에 노출되는 일부분의 길이가 A(㎜)이고, 상기 귀금속 팁의 폭이 B(㎜)라고 가정할 때, A≤0.6 및 B/A≤6가 만족되고; 그리고
    상기 축선을 따라 길이가 A/1.5인 상기 용융부의 부분은 상기 귀금속 팁의 외주로부터 B/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심전극은 상기 중심전극의 외주보다 열전도율이 우수한 재질로 형성되는 방열 촉진부가 내부에 마련되며, 상기 방열 촉진부로부터 상기 용융부까지의 최단거리를(C)(㎜)로 가정할 때, C≤2.0가 만족됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  3. 축방향으로 연장되는 로드형상 중심전극;
    상기 중심전극의 외주 주위에 마련되는 절연체;
    상기 절연체의 외주 주위에 마련되는 금속쉘;
    상기 금속쉘의 말단부로부터 연장되는 접지전극; 및
    상기 접지전극의 말단부에 마련되는 돌기에 접합되며, 상기 중심전극과 상기 귀금속 팁 사이에 갭을 형성하는 귀금속 팁;으로 이루어지며
    여기에서, 상기 돌기 및 상기 귀금속 팁은 상기 돌기의 성분 및 상기 귀금속 팁의 성분으로 융합되는 용융부를 통하여 서로 접합되고;
    상기 귀금속 팁과 상기 돌기 사이의 경계면의 영역은, 상기 용융부에 가장 가까운, 상기 귀금속 팁의 외표면의 일부분에서 상기 귀금속 팁의 축방향에 대하여 수직인 상기 귀금속 팁의 단면 영역에 대하여 5% 이하로 설정되며;
    상기 축선을 포함하는 단면에서, 상기 귀금속 팁의 축방향으로 상기 용융부의, 상기 외표면에 노출되는 일부분의 길이가 A(㎜)이고, 상기 귀금속 팁의 폭이 B(㎜)라고 가정할 때, A≤0.6 및 B/A≤6가 만족되고; 그리고
    상기 귀금속 팁의 축방향을 따라 길이가 A/1.5인 상기 용융부의 부분은 상기 용융부의 외주로부터 B/4만큼 들어간 위치보다 더욱 방사상 외측에 위치됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    A≤0.4가 만족됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 귀금속 팁의 하나의 축 상에서, 갭을 형성하는, 상기 귀금속 팁의 일 표면으로부터 상기 용융부 또는 상기 경계면의 중심까지의 길이가 D(㎜)라고 가정할 때,
    0.1≤D－(A/2)≤0.6이 만족됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 귀금속 팁의 축 상에서, 상기 갭을 형성하는, 상기 귀금속 팁의 일 표면으로부터 상기 용융부 또는 상기 경계면의 중심까지의 길이가 D(㎜)라고 가정할 때,
    0.3≤D≤0.5이 만족됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 귀금속 팁의 축 상에서, 상기 용융부의 두께가 E(㎜)라고 가정할 때,
    E > 0.0이 만족됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서,
    상기 축선을 포함하는 단면에서, 상기 귀금속 팁의 중심축에 수직이며 상기 귀금속 팁의 축선 방향으로 상기 용융부의 중심부를 통과하는 직선으로부터 상기 귀금속 팁 측에 위치되는, 상기 용융부 부분의 단면 영역이 X(㎟)이고, 상기 귀금속 팁의 단면 영역이 Y(㎟)라고 가정할 때, 0.025≤X/(X+Y)≤0.50이 만족됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
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