KR20120088765A - 스파크 플러그 - Google Patents

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KR20120088765A
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다쿠야 시마무라
도모아키 가토
지로 규노
나오미치 미야시타
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/36—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the joint between insulation and body, e.g. using cement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

양호한 파괴 저항을 갖는 절연체를 포함하는 스파크 플러그가 개시된다. 스파크 플러그(1)는 세라믹 절연체(2), 플레이트 패킹(22) 및 금속쉘(3)을 포함한다. 상기 세라믹 절연체(2)는, 그의 외주 표면 상에, 단차부(14), 다리부(13) 및 상기 단차부(14)와 상기 다리부(13) 사이의 곡면부(31)를 갖는다. 상기 금속쉘(3)은, 그의 내주 표면 상에, 테이퍼부(21)를 갖는다. 상기 세라믹 절연체(2)는 상기 테이퍼부(21) 상에 보유되는 상기 단차부(14)로써 상기 플레이트 패킹(22)을 통하여 상기 금속쉘(3) 내에 고정된다. 여기에서, 상기 플레이트 패킹(22)의 내주 가장자리부(IP) 중 50% 이상은 상기 곡면부(31)의 중간부(CP) 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2)의 부분과 접촉된다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}
본 발명은 내연엔진에 사용하기 위한 스파크 플러그에 관한 것이다.
스파크 플러그는 내연엔진(때때로, "엔진"으로도 칭함)에 장착되어 상기 엔진의 연소실 내에서 공기-연료 혼합물을 점화하기 위하여 사용된다. 일반적으로, 상기 스파크 플러그는 축홀을 갖는 절연체, 상기 축홀의 전방측에 삽입되는 중심전극, 상기 축홀의 후방측에 삽입되는 단자전극, 상기 절연체 주위에 둘레방향으로 배열되는 금속쉘 및 상기 중심전극과 상기 접지전극 사이에 방전갭을 구획하도록 상기 금속쉘의 선단부에 접합되는 접지전극을 포함한다. 상기 중심전극에 높은 전압을 인가함에 따라, 상기 중심전극과 상기 접지전극 사이의 방전갭에 스파크 방전이 발생되므로 상기 스파크 방전에 의하여 상기 공기-연료 혼합물이 점화될 수 있다.
상기 금속쉘 내주표면의 테이퍼부 상에 보유되는 상기 절연체의 외주표면의 단차부로써 상기 금속쉘의 개방된 후단부를 방사상 내측으로 크림핑함으로써 상기 금속쉘 내에 상기 절연체가 삽입 및 고정된다.
상기 금속쉘과 상기 절연체 사이를 통하여 상기 공기-연료 혼합물 등이 외부로 누출됨을 방지하기 위하여 상기 금속쉘의 테이퍼부와 상기 절연체의 단차부 사이에는 환형 플레이트 패킹을 배치하는 것이 일반적이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본국 공개특허 2005-190762호 공보
최근의 고-출력 엔진에서는, 절연체가 진동 등에 의하여 보다 큰 충격을 받게 되는 경향이 있는 한 편, 스파크 플러그의 크기 및 직경 감소를 위하여 절연체의 두께를 감소시키고자 하는 수요가 있다. 그러므로, 충격 등으로 인하여 상기 절연체에 가해지는 응력이 증가되더라도, 상기 절연체의 두께를 증가시킴으로써 응력을 견디도록 상기 절연체의 강도를 보장하는 것이 곤란하다. 특히, 상기 절연체에서, 충격 등으로 인한 응력이 상기 단차부와 상기 단차부의 선단으로부터 전방을 향하여 연장되는 다리부 사이의 경계영역에 집중되기 쉽다. 이는 상기 단차부와 상기 다리부 사이의 경계영역에 크랙이 발생될 가능성을 더욱 증가시킨다.
본 발명은 위의 상황을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 절연체의 두께를 증가시킴 없이 플레이트 패킹으로써 상기 절연체의 형상 및 상기 절연체의 접촉상태를 수정함으로써 양호한 파괴 저항을 달성할 수 있는 절연체를 갖는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 상기 목적을 달성하기에 적합한 양상을 아래에 설명한다. 각각의 양상의 구체적인 기능 및 효과 또한 필요에 따라 아래에 설명한다.
양상 1.
스파크 플러그의 축방향으로 연장되는 원통형 절연체; 환형 플레이트 패킹; 및 상기 절연체 주위에 둘레방향으로 배열되는 원통형 금속쉘로 이루어지며, 상기 절연체는 그의 외주표면 상에 형성되며 축방향으로 전방을 향하여 감소되는 외경을 갖는 단차부 및 상기 단차부의 전방에 위치되며 축방향으로 전방을 향하여 연장되는 다리부를 포함하고, 상기 금속쉘은 그의 내주표면 상에 형성되며 축방향으로 전방을 향하여 감소되는 내경을 갖는 테이퍼부를 포함하고, 상기 절연체는 상기 금속쉘의 테이퍼부 상에 보유되는 상기 절연체의 단차부로써 크림핑함으로써 플레이트 패킹을 통하여 상기 금속쉘의 후단부를 상기 금속쉘 내에 고정되고, 상기 절연체는 상기 단차부와 상기 다리부 사이의 위치에서 상기 외주표면 상에 오목한 형상으로 형성되는 곡면부를 더욱 포함하며, 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부의 50% 이상은 그의 원주방향으로 상기 곡면부의 선후단 사이의 중간부의 전방에 위치되는 상기 절연체 부분과 접촉됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
여기에서, "상기 곡면부의 중간부"는 상기 축을 통과하는 단면에서 볼 때 상기 곡면부의 외곽선들 사이의 중간에 위치되는 영역을 의미한다.
양상 2.
양상 1에 있어서, 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부의 전체 둘레는 상기 곡면부의 선후단 사이의 중간부 전방에 위치되는 상기 절연체 부분과 접촉됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
양상 3.
양상 1 또는 2에 있어서, 상기 스파크 플러그는 0.8≤G≤1.4의 관계를 만족하며, 여기에서 G(㎜)는 상기 축을 통과하는 단면에서 상기 곡면부의 곡률 반경임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
상기 곡면구역의 곡률반경이 일정하지 않은 경우, "상기 곡률반경(G)"은, 상기 축을 통과하는 단면에서, 3개의 점: 상기 곡면부의 선후단점 및 상기 곡면부 선후단점의 중간점을 통과하는 가상의 원의 곡률반경을 의미한다.
양상 4.
양상 1 내지 3 중 어느 한 가지에 있어서, 상기 절연체는 상기 단차부의 후방에 위치되며 상기 축방향으로 연장되는 원통형 중간몸체부 및 상기 단차부와 상기 중간몸체부 사이의 위치에서 그의 외주표면 상에 볼록한 형상으로 형성되는 제 2 곡면부를 포함하며; 그리고, 상기 스파크 플러그는 1.0≤G/H≤3.0의 관계를 만족하며, 상기 축을 통과하는 단면에서, G(㎜)는 상기 처음-언급한 곡면부의 곡률 반경이고; 및 H(㎜)는 상기 제 2 곡면부의 곡률 반경임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
상기 제 2 곡면구역의 곡률반경이 일정하지 않은 경우, "상기 곡률반경(H)"은, 상기 축을 통과하는 단면에서, 3개의 점: 상기 제 2 곡면부의 선후단점 및 상기 제 2 곡면부 선후단점의 중간점을 통과하는 가상의 원의 곡률반경을 의미한다.
양상 5.
양상 1 내지 4 중 어느 한 가지에 있어서, 상기 스파크 플러그는 α≥β의 관계를 만족하며, 상기 축을 통과하는 단면에서, α(°)는 상기 단차부의 외곽선 및 상기 축에 수직한 직선에 의하여 형성되는 예각이며; 그리고, β(°)는 상기 테이퍼부의 외곽선 및 상기 축에 수직한 직선에 의하여 형성되는 예각임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
양상 6.
양상 5에 있어서, 상기 스파크 플러그는 α≤β+15(°)의 관계를 만족함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
양상 7.
양상 1 내지 6 중 어느 한 가지에 있어서, 상기 절연체는 상기 단차부의 후방에 위치되며 상기 축방향으로 연장되는 원통형 중간몸체부를 포함하며; 상기 스파크 플러그는 상기 절연체 내에 삽입되며 상기 축방향으로 연장되고 상기 축방향으로 상기 절연체 선단의 전방에 위치되는 선단을 갖는 중심전극을 더욱 포함하며; 그리고, 상기 스파크 플러그는 D/A≤1.00(㎜) 및 (B/A)/L≥0.20(㎜-1)의 관계를 만족하고, 여기에서 A(㎟)는 상기 축방향에 수직인 방향으로 상기 금속쉘의 선단에서 취한 상기 절연체의 단면적이며; B(㎟)는 상기 축방향에 수직인 방향으로 상기 다리부의 후단에서 취한 상기 절연체의 단면적이고; L(㎜)은 상기 축방향으로 상기 중간몸체부와 상기 단차부 사이의 경계영역으로부터 상기 절연체의 선단까지의 길이이며; 그리고 D(㎣)는 상기 중심전극의 선단으로부터 상기 절연체의 선단 후방으로 1㎜의 위치까지 연장되는 상기 중심전극 부분의 용적임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
상기 제 2 곡면부가 상기 중간몸체부와 상기 단차부 사이에 형성되는 경우, "상기 중간몸체부와 상기 단차부 사이의 경계영역"은 축방향으로 전방을 향하여 상기 중간몸체부로부터 연장되는 가상 평면이 상기 축방향으로 후방을 향하여 상기 단차부로부터 연장되는 가상 평면을 교차하는 영역을 의미한다.
양상 8.
양상 1 내지 7 중 어느 한 가지에 있어서, 상기 축방향으로 상기 금속쉘 선단의 전방에 위치되는 상기 절연체의 부분이 상기 축에 평행한 가상 평면 상에 투영될 때, 상기 투영부의 면적은 14.0㎟ 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
양상 9.
양상 1 내지 8 중 어느 한 가지에 있어서, 상기 절연체는, 그의 선단부 상에, 일정한 외경의 직선적인 튜브형 형상으로 형성되며 상기 축방향으로 상기 금속쉘 선단의 전방에 위치되는 선단을 갖는 직선부를 포함함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
양상 10.
양상 9에 있어서, 상기 직선부는 상기 축방향으로 상기 금속쉘 선단의 후방에 위치되는 후단을 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
본 발명자들은 절연체의 단차부와 다리부 사이의 경계영역에서 발생되기 쉬운 손상 요인에 대하여 연구하였고, 그 결과, 상기 경계영역의 주된 손상 원인이 크림핑에 의하여 상기 절연체에 가해지는 응력 및 외력, 예를 들면, 충격에 의하여 상기 절연체에 가해지는 응력이 상기 경계영역에 집중된다는 것임을 발견하였다.
양상 1의 스파크 플러그에서는, 상기 단차부 및 상기 다리부 사이에 상기 곡면부가 형성된다. 그러므로, 외력에 의하여 상기 경계영역에 가해지는 응력이 효과적으로 분산될 수 있다.
더욱이, 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부는 양상 1의 스파크 플러그에서 상기 곡면부의 중간영역 전방에 위치되는 상기 절연체 부분과 접촉된다. 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부와 접촉되는 상기 절연체 부분이 크림핑에 의한 응력을 가장 많이 받으므로, 외력에 의한 응력을 가장 많이 받는 상기 절연체 부분(즉, 상기 곡면부의 중간부 및 그의 부근)은 크림핑에 의한 응력을 가장 많이 받는 절연체 부분과 위치가 상이하다. 그러므로, 절연체에 가해지는 응력이 보다 효과적으로 분산될 수 있다. 크림핑에 의하여 상기 절연체에 가해지는 응력 및 외력에 의하여 상기 절연체에 가해지는 응력은 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부 중 50% 이상이 그의 원주방향으로 상기 곡면부의 중간부 전방에 위치되는 절연체 부분과 접촉됨에 따라 상기 둘레방향으로 넓게 분산될 수 있다.
상술한 바와 같이, 양상 1의 스파크 플러그에서는 상기 단차부와 다리부 사이에서 상기 절연체의 경계영역에 가해지는 응력을 매우 효과적으로 분산하는 것이 가능하므로, 절연체의 두께를 증가시킴 없이 절연체의 파괴 저항을 크게 개선하는 것이 가능하다.
양상 2의 스파크 플러그에서는, 크림핑에 의하여 절연체에 가해지는 응력 및 외력에 의하여 절연체에 가해지는 응력이 전체 둘레를 통하여 분산되는 것이 가능하다. 그러므로, 절연체의 파괴저항을 더욱 개선하는 것이 가능하다.
양상 3의 스파크 플러그에서는, 상기 곡면부의 곡률반경(G)이 0.8㎜ 이상의 비교적 큰 값으로 설정된다. 그러므로, 외력에 의하여 상기 곡면부에 가해지는 응력을 보다 효과적으로 분산시킬 수 있고 따라서 절연체의 파괴 저항을 더욱 개선하는 것이 가능하다.
상기 곡률 반경(G)이 너무 클 때에는, 크림핑 동안 상기 금속쉘의 테이퍼부의 변형량이 너무 커서 상기 절연체 내에 파괴가 발생될 수 있다. 그러나, 양상 3의 스파크 플러그에서는 상기 곡면부의 곡률 반경(G)이 1.4㎜ 이하로 설정되며 너무 큰 값으로 설정되지 않는다. 그러므로, 크림핑 동안 상기 테이퍼부의 변형을 제한하는 것이 가능하며 절연체의 파괴를 보다 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
양상 4의 스파크 플러그에서는, 상기 단차부와 상기 중간몸체부 사이에 상기 제 2 곡면부가 형성되며; 상기 제 2 곡면부의 곡률 반경(H)(㎜)은 G/H≤3.0의 관계를 만족시키도록 설정된다. 그러므로, 크림핑에 의하여 상기 곡면부에 가해지는 응력을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 곡면부의 곡률 반경은 1.0≤G/H(즉, H≤G)의 관계를 만족시키도록 설정된다. 이 경우, 응력은 외력에 의하여 보다 작은 곡률 반경의 상기 제 2 곡면부 상에 주로 작용한다. 그러므로, 상기 처음-언급한 곡면부 상에 외력에 의하여 작용하는 응력을 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 양상 4의 스파크 플러그에서는 크림핑에 의하여 상기 곡면부에 가해지는 응력 및 외력에 의하여 상기 곡면부에 가해지는 응력 모두를 감소시킬 수 있고, 따라서 절연체의 파괴 저항을 더욱 개선하는 것이 가능하다.
상기 단차부의 각도(α) 및 상기 테이퍼부의 각도(β)가 α<β의 관계를 만족하도록 설정될 때, 상기 단차부의 방사상 외부 영역은 상기 플레이트 패킹과 접촉된다. 이 경우, 방사상 내측으로 상기 곡면부에 큰 응력을 가하기 위하여 크림핑 동안 상기 곡면부를 상기 중간몸체부에 의하여 가압한다. 또한, 상기 플레이트 패킹이 방사상 내측으로 변형되기 쉽다. 그 결과, 상기 절연체는 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부에 의하여 가압됨에 따라 파괴가 발생될 수 있다.
이점에 있어서, 양상 5의 스파크 플러그에서는 α≥β의 관계를 만족하도록 상기 각도(α 및 β)가 설정된다. 상기 곡면부 상에 방사상 내측으로 가해지는 응력은 충분히 작은 정도로 감소될 수 있다. 더욱이, 상기 플레이트 패킹의 방사상 내향 변형을 확실히 제한할 수 있다. 그러므로, 절연체의 파괴저항을 더욱 개선하는 것이 가능하며 크림핑 동안 절연체의 파괴를 보다 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
절연체의 파괴저항은 상술한 바와 같이 α≥β의 관계를 만족함으로써 개선가능하다. 그러나, 상기 각도(α)가 상기 각도(β) 보다 너무 클 때에는 단지 상기 단차부의 선단부만이 상기 플레이트 패킹에 제공된다. 이 경우에는 상기 단차부와 상기 플레이트 패킹 사이의 불충분한 접촉 면적으로 인하여 밀폐도(hermeticity)의 열화가 발생될 수 있다.
이점에 있어서, 양상 6의 스파크 플러그에서는 α≤β+15의 관계를 만족하도록 상기 각도(α 및 β)가 설정된다. 상기 단차부가 상기 플레이트 패킹과 방사상으로 넓게 접촉되므로, 상기 플레이트 패킹의 밀폐도 개선 효과를 충분히 발휘하는 것이 가능하다.
양상 7의 스파크 플러그에서는, D/A≤1.00(㎜)을 만족함에 따라 상기 중심전극의 선단부의 용적(D)에 대하여 상기 절연체의 선단부의 단면적(A)이 충분히 큰 값으로 설정된다. 이 경우, 상기 절연체의 선단부는 중심전극의 선단부의 중량에 대하여 충분한 강도를 갖는다. 상기 중심전극의 선단부가 충격 등에 의하여 상기 절연체와 충돌하게 되더라도, 상기 절연체 선단부의 파괴를 보다 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
더욱이, 상기 다리부의 후단부 단면적(B)은 상기 세라믹 절연체의 선단부의 단면적(A)(즉, 충격 등에 의하여 상기 다리부의 후단부에 작용될 수 있는 응력에 상응하는 값)이 곱해지고, (B/A)/L≥0.20(즉, B≥0.2?L?A)를 만족함에 따라 0.2의 인수가 더욱 곱해진, 상기 다리부의 길이(L)의 값보다 크거나 이와 같게 설정된다. 다리부의 후단부가 응력에 대하여 충분한 강도를 가지므로, 다리부 후단부의 파괴를 보다 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
양상 8의 스파크 플러그에서는, 상기 금속쉘의 선단으로부터 돌출되는 상기 절연체 부분에 노킹 등에 의하여 작용하는 충격이 충분히 작은 정도로 감소될 수 있다. 그러므로, 절연체의 파괴 저항을 더욱 개선하기 위하여 절연체에 가해지는 응력을 더욱 감소시키는 것이 가능하다.
양상 9의 스파크 플러그에서는, 절연체의 선단부에 직선부가 형성된다. 그러므로, 절연체의 파괴 저항을 더욱 개선하기 위하여 노킹 등에 의하여 절연체의 선단부에 가해지는 충격을 효과적으로 감소시키는 것이 가능하다.
양상 10의 스파크 플러그에서는, 절연체의 파괴 저항을 더욱 개선하기 위하여 절연체의 선단부에 가해지는 충격을 더욱 효과적으로 감소시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스파크 플러그의 정면도로서 부분적으로는 단면도로 도시된다.
도 2는 플레이트 패킹 및 절연체의 단차부 등을 포함하는 스파크 플러그 부분의 확대 단면도이다.
도 3은 상기 절연체의 곡면부의 중간부와 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부 사이의 위치 관계에 대한 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 상기 절연체의 곡면부의 중간부와 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부 사이의 위치 관계에 대한 또 다른 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 상기 절연체의 곡면부의 중간부와 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부 사이의 위치 관계에 대한 또 다른 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 상기 스파크 플러그의 선단부의 확대 단면도이다.
도 7은 가상 평면 상으로 투영되는 상기 스파크 플러그의 투영도이다.
도 8은 상기 절연체 상의 직선부의 형성 위치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 9는 다양한 곡률 반경(G)의 곡면부를 갖는 스파크 플러그 표본에 대한 굽힘 테스트의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 다양한 곡률 반경(G)의 곡면부를 갖는 각각의 스파크 플러그 표본에서 테이퍼부의 변형량을 나타내는 그래프이다.
도 11은 다양한 G/H의 스파크 플러그 표본에 대한 굽힘 테스트의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 다양한 α 및 β의 스파크 플러그 표본에 대한 굽힘 테스트의 결과를 나타내는 그래프이다.
이하 본 발명의 예시적인 일 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 스파크 플러그(1)의 정면도로서 부분적으로는 단면도로 도시된다. 상기 스파크 플러그(1)의 축(CL) 방향은 도 1의 수직방향에 상응하며 도 1에서 상기 스파크 플러그(1)의 전방측 및 후방측은 각각 도 1의 바닥측 및 상부측에 도시됨을 주지한다.
상기 스파크 플러그(1)는 절연체로서의 원통형 세라믹 절연체(2) 및 상기 세라믹 절연체(2)를 그 내부에 지지하는 원통형 금속쉘(3)을 포함한다.
주지된 바와 같이, 상기 세라믹 절연체(2)는 소결 알루미나로 형성된다. 상기 세라믹 절연체(2)는 그의 후방측에 형성되는 후방 몸체부(10), 상기 후방 몸체부(10)의 전방에 형성되며 방사상 외측으로 돌출되는 큰-직경 부분(11), 상기 큰-직경 부분(11)의 전방에 형성되며 상기 큰-직경 부분(11)보다 작은 직경으로 형성되는 중간몸체부(12) 및 상기 중간몸체부(12)의 전방에 형성되며 상기 중간몸체부(12)보다 작은 직경으로 형성되는 다리부(13)를 포함하는 외형을 갖는다. 상기 세라믹 절연체(2)의 큰-직경 부분(11), 중간몸체부(12) 및 다리부(13)의 주요부는 상기 금속쉘(3) 내에 수용된다. 상기 세라믹 절연체(2)는 또한 상기 중간몸체부(12)와 상기 다리부(13) 사이의 위치에서 그의 외주표면 상에 형성되는 단차부(14)를 갖는데, 상기 단차부(14)의 외경은 축(CL1)방향으로 전방을 향하여 감소되도록 형성된다. 상기 세라믹 절연체(2)는 상기 단차부(14)에 의하여 상기 금속쉘(3) 내에 지지된다.
축홀(4)은 상기 축(CL1)방향으로 상기 세라믹 절연체(2)를 관통하여 형성된다. 중심전극(5)은 상기 축홀(4)의 전방측 내에 삽입 및 고정된다. 이러한 중심전극(5)은 니켈(Ni)을 주성분으로서 포함하는 Ni 합금(예를 들면, 인코넬(Inconel) 600(상표명))으로 형성되며 전반적으로 로드 형상(원통형 컬럼 형상)으로 형성된다. 상기 중심전극(5)의 선단은 편평하게 된 선단면을 가지며, 상기 세라믹 절연체(2)의 선단으로부터 돌출된다. 상기 중심전극(5)은 마모 저항의 개선을 위하여 상기 중심전극(5)의 열복사 성능을 증가시키도록 열전도율이 높은 동 또는 동 합금으로 된 내층을 가질 수 있다.
단자전극(6)은 상기 축홀(4)의 후방측 내에 삽입 및 고정되며 상기 세라믹 절연체(2)의 후단으로부터 돌출되는 상기 단자전극(6)의 후단부를 갖는다.
상기 축홀(4) 내에서 상기 중심전극(5)과 상기 단자전극(6) 사이에는 원통형 컬럼-형상 저항요소(7)가 배치되며, 이는 그의 대향 단부에서 도전성 유리밀봉층(8, 9)을 통하여 상기 중심전극(5) 및 상기 단자전극(6)에 전기적으로 각각 접속된다.
상기 금속쉘(3)은 저탄소강과 같은 금속으로 형성되며 원통형 형상으로 형성된다. 상기 금속쉘(3)은, 그의 외주 표면 상에, 연소장치(예를 들면, 내연엔진, 연료전지 처리장치 등) 상에 상기 스파크 플러그(1)를 장착하기 위하여 형성되는 나사부(수 나사부)(15) 및 상기 나사부(15)의 후방에 형성되는 착좌부(16)를 갖는다. 상기 나사부(15)의 후단에서 나사목부(17) 둘레에는 링-형상 개스킷(18)이 끼움된다. 상기 금속쉘(3)은 또한, 그의 후단측에, 상기 연소장치에 상기 스파크 플러그(1)를 장착하기 위하여 렌치와 같은 도구와 결합되도록 육각형 단면으로 형성되는 도구결합부(19) 및 상기 세라믹 절연체(2)를 지지하기 위하여 형성되는 크림프부(20)를 갖는다. 본 실시예에서, 상기 스파크 플러그(1)는 상기 나사부(15)가 비교적 작은 나사산 직경 크기(예를 들면 M12 이하)를 갖는 정도로 소형화된다.
상기 금속쉘(3)은, 그의 외주에, 테이퍼부(21)를 가지며, 이는 상기 테이퍼부(21)의 내경이 축(CL1)방향으로 전방을 향하여 감소되도록 형성된다. 상기 세라믹 절연체(2)는 후방으로부터 전방을 향하여 상기 금속쉘(3) 내에 삽입되며, 상기 금속쉘(3)의 테이퍼부(21) 상에 보유되는 상기 세라믹 절연체(2)의 단차부(14)로써 상기 금속쉘(3)의 개방 후단부를 방사상 내측으로 크림핑함으로써 상기 금속쉘(3) 내에 고정되어, 크림프부(20)을 형성하게 된다. 더욱이, 연소실의 기밀성을 유지하고 상기 금속쉘(3)의 내주표면과 상기 연소실에 노출되는 상기 세라믹 절연체(2) 다리부(13) 사이의 공간을 통하여 연료 가스가 외부로 누출됨을 방지하기 위하여, 상기 스파크 플러그(1)는 상기 세라믹 절연체(2)의 단차부(14)와 상기 금속쉘(3)의 테이퍼부(21) 사이에 지지되는 환형 플레이트 패킹(22)을 갖는다.
크림핑에 의하여 보다 확실한 밀봉을 완성하기 위하여, 상기 금속쉘(3)의 후단부에서 상기 금속쉘(3)과 상기 세라믹 절연체(2) 사이에는 환형 링부재(23 및 34)가 배치되고; 그리고 상기 링부재(23 및 34) 사이에는 활석(25) 분말이 충진된다. 달리 말하자면, 상기 금속쉘(3)은 상기 플레이트 패킹(22), 상기 링부재(23 및 34) 및 상기 활석(25)을 통하여 그 내부에 상기 세라믹 절연체(2)를 지지한다.
접지전극(27)은 상기 금속쉘(3)의 선단부(26)에 연결되고, 상기 접지전극(27)의 말단부가 상기 중심전극(5)의 선단면에 대향하는 측방향 표면을 갖도록 그의 중간부에서 만곡된다. 그러므로, 상기 중심전극(5)의 선단부와 상기 접지전극(27)의 말단부 사이에 방전갭(28)이 구획되어 상기 방전갭(28) 내에서 실질적으로 상기 축방향(CL)을 따라 스파크 방전이 발생된다.
본 실시예에서, 상기 세라믹 절연체(2)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 그의 외주표면에, 상기 단차부(14)와 상기 다리부(13) 사이의 위치에 오목한 형상으로 형성되는 곡면부(31) 및 상기 단차부(14)와 상기 중간몸체부(12) 사이의 위치에 볼록한 형상으로 형성되는 제 2 곡면부(32)를 갖는다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 플레이트 패킹(22)의 내주 가장자리부(IP)의 전체 둘레는 상기 곡면부(31)의 선후단 사이의 중간부(CP) 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2)의 일부와 접촉된다. (도 3은 상기 축(CL1)방향으로 전방측으로부터 본 상기 플레이트 패킹(22) 등의 개략적인 투영도이다.) 즉, 상기 내주 가장자리부(IP)는 상기 중간부(CP) 내에 위치된다.
상기 내주 가장자리부(IP)의 전체 둘레가 상기 중간부(CP)의 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분과 반드시 접촉되는 것은 아니다. 상기 내주 가장자리부(IP)의 50% 이상이 그의 원주방향으로 상기 중간부(CP)의 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분과 접촉되는 것으로 충분하다. 예를 들면, 둘레방향으로 상기 내주 가장자리부(IP)의 50%는 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 중간부(CP)의 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분과 접촉될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 둘레방향으로 상기 내주 가장자리부(IP)의 75%는 상기 중간부(CP)의 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분과 접촉될 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(1)는 0.8≤G≤1.4의 관계를 만족하도록 채택되며, 여기에서 G(㎜)는 상기 축(CL1)을 통과하는 단면에서 곡면부(31)의 곡률 반경이다. 상기 스파크 플러그(1)는 1.0≤G/H≤3.0의 관계를 더욱 채택하며, 상기 축(CL1)을 통과하는 단면에서, H(㎜)는 상기 제 2 곡면부(32)의 곡률 반경이다. 본 실시예에서 상기 곡면부(31)의 곡률 반경 및 상기 제 2 곡면부(32)의 곡률 반경은 일정하게 설정된다.
더욱이, 상기 스파크 플러그(1)는 α≥β의 관계뿐만 아니라 α≤β+15의 관계를 만족하도록 채택되며, 상기 축(CL1)을 통과하는 단면에서, α(°)는 상기 단차부(14)의 외곽선 및 상기 축에 수직한 직선(CL1)에 의하여 형성되는 예각이며 β(°)는 상기 테이퍼부(21)의 외곽선 및 상기 축에 수직한 직선(CL1)에 의하여 형성되는 예각이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(1)는 또한 D/A≤1.00(㎜) 및 (B/A)/L≥0.20(㎜-1)의 관계를 만족하도록 채택되며, 여기에서 A(㎟)는 상기 축(CL1)방향에 수직인 방향으로 상기 금속쉘(3)의 선단에서 취한 상기 세라믹 절연체(2)의 단면적이며; B(㎟)는 상기 축(CL1)방향에 수직인 방향으로 상기 다리부(13)의 후단에서 취한 상기 세라믹 절연체(2)의 단면적이고; L(㎜)은 상기 축(CL1)방향으로 상기 중간몸체부(12)와 상기 단차부(14) 사이의 경계영역(즉, 본 실시예에서 상기 제 2 곡면부(32)의 중간부)으로부터 상기 세라믹 절연체(2)의 선단까지의 길이이며; 및 D(㎣)는 상기 중심전극(5)의 선단으로부터 상기 세라믹 절연체(2) 선단의 후방으로 1㎜의 위치까지 연장되는 상기 중심전극(5) 부분의 용적이다(도 6에서 점-해칭선으로 표시됨).
즉, 상기 세라믹 절연체 선단부(2)의 단면적(A)은 D/A≤1.00를 만족함에 따라 상기 중심전극(5) 선단부의 용적에 대하여 충분히 큰 값으로 설정되며; 상기 다리부(13)의 후단부 단면적(B)은 상기 세라믹 절연체(2)의 선단부의 단면적(A)(즉, 충격 등에 의하여 상기 다리부(13)의 후단부에 작용될 수 있는 응력에 상응하는 값)이 곱해지고, (B/A)/L≥0.20(즉, B≥0.2?L?A)를 만족함에 따라 0.2의 인수가 더욱 곱해진, 상기 다리부(13)의 길이(L)의 값보다 크거나 이와 같게 설정된다.
본 실시예에서, 상기 금속쉘(3)의 선단으로부터 상기 세라믹 절연체(2) 선단의 돌출 길이(F)는 상기 세라믹 절연체(2) 선단부의 과열을 방지하기 위하여 5㎜ 이하의 비교적 작은 값으로 설정된다.
상기 축(CL1)방향으로 상기 금속쉘(3)의 선단 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분이 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 축(CL1)에 평행한 가상 평면(VS) 상으로 투영될 때, 상기 투영부(PS)(도 7에서 점-해칭선으로 표시됨)는 14.0㎟ 이하의 비교적 작은 면적을 갖는다.
더욱이, 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 세라믹 절연체(2)의 선단부에 일정한 외경의 직선적인-튜브형 직선부(33)가 형성된다. 상기 직선부(33)의 선단(33A)은 상기 축(CL1)방향으로 상기 금속쉘(3)의 선단 전방에 위치되는 반면, 상기 직선부(33)의 후단(33B)은 상기 축(CL1)방향으로 상기 금속쉘(3)의 선단 후방에 위치된다.
위의-구조로 된 스파크 플러그(1)의 제조 방법을 아래에 설명한다.
우선 금속쉘(3)을 준비한다. 보다 구체적으로, 원통형 컬럼-형상 금속재(철-계 재료, 예를 들면, S17C 또는 S25C 또는 스테인레스강 재료)를 냉간 단조함으로써 반제품 금속쉘 부재를 준비하여 상기 금속재 내에 관통홀을 형성하고 상기 금속재를 일반적인 형상으로 형성하고 나서, 상기 금속재의 외형을 커팅한다.
Ni 합금재의 접지전극(27)은 직선적인 로드 형상으로 마련되어 상기 반제품 금속쉘 부재의 선단면에 저항 용접으로 연결된다. 용접 동안에 버(burr)가 발생될 수 있다. 용접 버(burr)를 제거한 후, 상기 반제품 금속쉘 부재의 소정 면적에 전조(component rolling)에 의하여 나사부(15)를 형성한다. 상기 접지전극(27)이 용접된 결과적인 금속쉘(3)은 아연 도금 또는 니켈 도금 처리되고, 부식 저항의 개선을 위하여 크롬산염 표면 처리로 더욱 처리될 수 있다.
상기 세라믹 절연체(2)는 상기 금속쉘(3)과 따로 성형하여 준비한다. 예를 들면, 알루미나-계 원료 분말로부터 바인더로써 입자화된 성형 재료를 준비하고, 준비된 성형 재료를 원통형 몸체로 고무-프레스 성형하고, 커팅을 통하여 성형 몸체의 외형을 형상화하고, 그리고 나서 상기 성형 몸체를 소결함으로써 세라믹 절연체(2)를 준비하는 것이 가능하다.
상기 중심전극(5) 역시 Ni 합금재를 단조함으로써 준비한다.
더욱이, 상기 환형 플레이트 패킹(22)은 상기 금속쉘(3)의 금속재보다 연성인 연질 강판(soft steel sheet)을 다이-컷팅하고, 그리고 나서, 상기 다이-컷 재료에 침탄 또는 침탄질화 처리를 수행함으로써 준비한다. 여기에서, 상기 플레이트 패킹(22)은 비교적 작은 내경(상기 다리부(13) 후단의 외경만큼 작은)으로 형성된다. 더욱이, 상기 플레이트 패킹(22)은 조립 이전에 실질적으로 플레이트-형상이다.
상기 세라믹 절연체(2), 상기 중심전극(5), 상기 저항요소(7) 및 상기 단자전극(6)은 상기 유리밀봉층(8, 9)에 의하여 함께 고정된다. 일반적으로, 상기 유리밀봉층(8, 9)의 재료는 붕규산 유리를 금속 분말과 혼합함으로써 준비된다. 준비된 재료는 상기 저항요소(7)가 사이에 개재되게 상기 세라믹 절연체(2)의 축홀(4) 내에 충진된다. 후방으로부터 상기 준비된 재료 내에 상기 단자전극(6)이 가압된 채로 상기 충전된 물질이 소결로에서 소결됨으로써 고형화된다. 이 때에, 상기 세라믹 절연체(2)의 후방 몸체부(10) 표면 상에 유약층을 동시에 또는 사전에 형성할 수도 있다.
그 후, 상기 테이퍼부(2) 상에 상기 플레이트 패킹(22)을 위치시키고, 상기 금속쉘(2)의 개방 후단부를 통하여 상기 세라믹 절연체(2)를 삽입하고, 상기 크림프부(22)에 상응하는 형상으로 후퇴된 부분을 갖는 소정의 지그를 사용함으로써 축(CL1)방향으로 전방을 향하여 상기 금속쉘(3)의 후단부를 가압하여, 방사상 내측으로 상기 금속쉘(3)의 후단부를 크림핑함으로써(즉, 상기 크림프부(20)을 형성함으로써), 상기 금속쉘(3) 내에 상기 세라믹 절연체(2)를 고정한다. 이러한 크림핑 공정에 의하여, 상기 플레이트 패킹(22)이 상기 단차부(14) 및 상기 테이퍼부(21)에 부착될 수 있도록 그리고 상기 플레이트 패킹(22)의 전체 내주 가장자리부(IP)가 상기 중간부(CP) 전방에 위치된 상기 세라믹 절연체(2) 부분에 접촉되도록, 상기 실질적으로 플레이트-형상인 플레이트 패킹(22)이 상기 단차부(14) 및 상기 테이퍼부(21)를 따라 쭈그러지고 변형된다.
상기 접지전극(27)은 그의 실질적인 중간부에서 만곡되어, 상기 중심전극(5)과 상기 접지전극(27) 사이에 방전갭(28)을 구획 및 조정한다. 이러한 방식으로, 상기 스파크 플러그(1)가 완성된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 곡면부(31)가 상기 단차부(14)와 상기 다리부(13) 사이에 형성된다. 외력에 의하여 상기 곡면부(31)에 가해지는 응력은 그러므로 효과적으로 분산될 수 있다.
더욱이, 상기 플레이트 패킹(22)의 내주 가장자리부(IP)는 상기 곡면부(31)의 중간부(CP) 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분과 접촉된다. 상기 플레이트 패킹(22)의 내주 가장자리부(IP)와 접촉되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분은 크림핑에 의한 응력을 가장 많이 받으므로, 외력에 의한 응력을 가장 많이 받는 상기 세라믹 절연체(2) 부분(즉, 상기 곡면부(31)의 중간부(CP) 및 그의 부근)은 크림핑에 의한 응력을 가장 많이 받는 상기 세라믹 절연체(2)와 위치가 상이하다. 그러므로, 상기 세라믹 절연체(2)에 가해지는 응력이 보다 효과적으로 분산될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 플레이트 패킹(22)의 내주 가장자리부(IC)의 전체 둘레는 상기 곡면부(31)의 중간부(CP) 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분과 접촉된다. 그러므로, 크림핑에 의하여 상기 세라믹 절연체(2)에 가해지는 응력 및 외력에 의하여 상기 세라믹 절연체(2)에 가해지는 응력 모두가 상기 전체 둘레를 통하여 분산될 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는 상기 단차부(14)와 상기 다리부(13) 사이에서 상기 세라믹 절연체(2)의 경계영역에 가해지는 응력을 매우 효과적으로 분산하는 것이 가능하며 상기 세라믹 절연체(2)의 두께를 증가시킴 없이도 상기 세라믹 절연체(2)의 파괴 저항을 크게 개선하는 것이 가능하다. 본 발명은 본 실시예에서와 같이 상기 나사부(15)가 비교적 작은 나사산 직경 크기를 가짐에 따라 상기 세라믹 절연체(2)의 두께를 증가시키는 것이 곤란한 스파크 플러그(1)에서 특히 중요하다.
상기 곡면부(31)의 곡률 반경(G)이 0.8㎜ 이상의 비교적 큰 값으로 설정되므로, 외력에 의하여 상기 곡면부(31)에 가해지는 응력을 보다 효과적으로 분산하는 것이 가능하며 상기 세라믹 절연체(12)의 파괴 저항을 더욱 개선하는 것이 가능하다. 또한, 크림핑 동안 상기 테이퍼부(21)의 변형을 제한할 수 있고 상기 곡면부(31)의 곡률 반경(G)이 1.4㎜ 이하로 형성됨에 따라 상기 세라믹 절연체(2)의 파괴를 보다 확실하게 방지할 수 있다.
상기 제 2 곡면부(32) 또한 상기 단차부(14)와 상기 중간몸체부(12) 사이에 형성되며; 그리고 상기 제 2 곡면부(32)의 곡률 반경(H)(㎜)은 G/H≤3.0을 만족시키도록 설정된다. 그러므로, 크림핑에 의하여 상기 곡면부(31)에 가해지는 응력 및 외력에 의하여 상기 곡면부(31)에 가해지는 응력 모두를 감소시킬 수 있고 상기 세라믹 절연체(2)의 파괴 저항을 더욱 개선할 수 있다.
상기 각도(α 및 β)는 α≥β를 만족시키도록 설정된다. 이 경우, 방사상 내측으로 상기 곡면부(31)에 가해지는 응력은 충분히 작은 정도로 감소될 수 있다. 더욱이, 상기 플레이트 패킹(22)의 방사상 내향 변형을 확실히 제한할 수 있다. 그러므로, 상기 세라믹 절연체(2)의 파괴 저항을 더욱 개선할 수 있고 크림핑 동안 상기 세라믹 절연체(2)의 파괴를 보다 확실하게 방지할 수 있다. 한 편, 상기 각도(α 및 β)는 α≤β+15를 만족시키도록 설정된다. 상기 단차부(14)는 방사상으로 넓게 상기 플레이트 패킹(22)과 접촉되므로, 상기 플레이트 패킹(22)의 기밀성 개선 효과를 충분히 발휘할 수 있다.
D/A≤1.00(㎜)가 만족됨에 따라, 상기 세라믹 절연체(2) 선단부의 단면적(A)이 상기 중심전극(5) 선단부의 용적(D)에 대하여 충분히 큰 값으로 설정된다. 이 경우, 상기 세라믹 절연체(2)의 선단부는 상기 중심전극(5) 선단부의 중량에 대하여 충분한 강도를 갖는다. 그러므로, 상기 세라믹 절연체(2)의 선단부의 파괴를 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, (B/A)/L≥0.20(즉, B≥0.2?L?A)가 만족됨에 따라 상기 다리부(13)의 후단부가 응력에 대하여 충분한 강도를 가지므로 상기 다리부(13) 후단부의 파괴를 보다 확실하게 방지할 수 있다.
상기 투영부(PS)의 면적은 14.0㎟ 이하로 설정되므로, 상기 금속쉘(3)의 선단으로부터 돌출되는 상기 세라믹 절연체(2) 부분에 노킹 등에 의하여 가해지는 충격이 충분히 작은 정도로 감소될 수 있다. 그러므로, 상기 세라믹 절연체(2) 상의 응력을 더욱 감소시킬 수 있고 상기 세라믹 절연체(2)의 파괴 저항을 개선할 수 있다.
더욱이, 상기 세라믹 절연체(2)의 선단부에는 상기 직선부(33)의 후단(33B)이 상기 금속쉘(3)의 선단 후방에 위치되도록 직선부(33)가 형성된다. 그러므로, 상기 세라믹 절연체(2)의 선단부에 가해지는 충격을 더욱 감소시킬 수 있고 상기 세라믹 절연체(2)의 파괴 저항을 더욱 개선할 수 있다.
위 실시예의 기능 및 효과를 입증하기 위하여, 상기 중간부 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체 부분과 상기 플레이트 패킹 내주 가장자리부의 둘레방향 접촉 비율을 0%, 50% 또는 100%로 설정한 다수의 스파크 플러그 표본을 준비하여 그 각각을 굽힘 테스트로 테스트하였다. 여기에서 상기 굽힘 테스트는 다음의 절차대로 수행하였다. 소정의 오토그래프(autograph)를 사용하여, 축방향에 수직한 상이한 3개의 둘레방향으로부터 상기 세라믹 절연체의 선단부에 부하를 인가하였다. 상기 세라믹 절연체에 파괴가 발생할 때의 부하(소위 "파괴하중")를 측정하였다. 각 표본의 파괴하중 측정값 및 평균값을 표 1에 열거한다. 모든 표본에서, 상기 곡면부의 곡률 반경(G)은 0.5㎜로 설정하였고; 상기 제 2 곡면부의 곡률 반경(H)은 0.2㎜로 설정하였으며; 그리고 상기 다리부의 후단부의 외경은 5.3㎜로 설정하였다. 더욱이, 상기 크림프부의 형성 조건(예를 들면, 상기 금속쉘의 후단부에 가해지는 부하)을 제어함으로써 접촉비율을 조정하였다.
접촉비율 파괴하중(N) 평균값(N)
0% 550 560 540 550
50% 700 560 690 650
100% 710 700 690 700
표 1에 나타낸 바와 같이, 접촉비율이 50% 이상이었던 각 표본에서는 양호한 파괴 저항을 보이도록 파괴하중 평균값이 크게 증가되었다. 그 이유는 다음과 같이 추정된다: (1) 상기 단차부와 상기 다리부 사이의 경계영역에 외력에 의하여 가해지는 응력이 하나의 영역에 집중되지 않고 분산되도록 하는 것이 곡면부를 형성함으로써 가능하였다: (2) 상기 곡면부의 중간부 전방에 위치되는 상기 세라믹 부분과 상기 플레이트 패킹의 접촉에 의하여, 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부와 접촉되는 상기 세라믹 절연체 부분이 크림핑에 의한 응력을 가장 많이 받으므로, 외력에 의한 응력을 가장 많이 받는 상기 세라믹 절연체 부분이 크림핑에 의한 응력을 가장 많이 받는 세라믹 절연체 부분과 위치가 상이하게 되어 응력을 보다 효과적으로 분산하는 것이 가능하였다; 그리고, (3) 접촉비율을 50% 이상으로 설정함으로써 넓은 둘레 영역에 걸쳐 위의 항목(2)의 효과를 달성하는 것이 가능하였다.
특히, 100%의 접촉비율을 가졌던 표본이 더 나은 파괴 저항을 가졌다. 그 이유는 외력에 의한 응력을 가장 많이 받는 상기 세라믹 절연체 부분 및 응력을 가장 많이 받는 세라믹 절연체 부분이 전체 둘레에 걸쳐 위치가 상이하기 때문에 상이한 방향으로 외력을 인가하더라도 응력을 확실히 분산시킬 수 있었던 것으로 추정된다.
위의 테스트 결과에 의하여 다음을 알게 되었다: 상기 세라믹 절연체의 파괴 저항을 개선하기 위해서는 둘레방향으로 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부의 50% 이상이 상기 곡면부의 중간부 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체 부분과 접촉되는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 절연체의 파괴 저항을 개선하기 위해서는, 상기 내주 가장자리부의 전체 둘레가 상기 곡면부의 중간부 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체 부분과 접촉되는 것이 특히 바람직하다는 것도 알게 되었다.
곡면부의 곡률 반경(G)(㎜)을 다양한 값으로 설정한 다수의 스파크 플러그 표본을 준비하여 그 각각을 상술한 바와 동일한 굽힘 테스트로 테스트하였다. 상기 테스트는 도 9에 나타낸다. 모든 표본에서, 접촉비율은 100%로 설정하였다. 소정의 오토그래프에 의하여 소정의 일방향으로 부하를 인가하여 파괴하중을 측정하였다.
상기 곡면부의 곡률 반경(G)이 0.8㎜ 이상이었던 각각의 표본은 도 9에 나타낸 바와 같이 보다 나은 파괴저항을 가졌다. 그 이유는 상기 곡률 반경(G)을 비교적 큰 값으로 설정함으로써 외력에 의하여 상기 곡면부에 가해지는 응력을 보다 효과적으로 분산하는 것이 가능하였기 때문인 것으로 추정된다.
다음으로, 상기 곡률 반경(G)(㎜)을 다양한 값으로 설정한 다수의 세라믹 절연체 표본을 준비하였고, 상기 세라믹 절연체를 크림핑에 의하여 상기 금속쉘에 고정한 후 그 각각을 상기 테이퍼부의 변형량에 대하여 테스트하였다. 상기 곡률 반경(G)과 상기 테이퍼부의 변형량의 관계는 도 10에 나타낸다. 상기 테이퍼부의 변형량은 크림핑 이전의 상기 테이퍼부에 대하여 크림핑 이후 축방향을 따른 상기 테이퍼부의 변형량을 칭하며, 상기 금속쉘의 단면 관찰에 의하여 결정하였다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 곡률 반경(G)을 1.4㎜ 이하로 설정함으로서, 상기 세라믹 절연체의 파괴 방지를 위하여 크림핑 동안 상기 테이퍼부의 변형을 효과적으로 제한하는 것이 가능하였다.
위의 테스트 결과에 의하면, 상기 세라믹 절연체의 파괴저항을 더욱 개선하고 상기 테이퍼부의 변형을 제한하기 위해서는, 상기 곡면부의 곡률 반경(G)을 0.8 내지 1.4㎜로 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알게 되었다.
상기 곡면부의 곡률 반경(G)을 0.8㎜, 1.0㎜ 또는 1.2㎜로 설정하고 상기 제 2 곡면부의 상기 곡률 반경(H)(㎜)을 다양한 값으로 설정함으로써 상기 값(G/H)을 변화시킨 다수의 스파크 플러그 표본을 준비하고 그 각각을 굽힘 테스트로 테스트하였다. 상기 테스트 결과는 도 11에 나타낸다. 도 11에서, 곡률 반경(G)이 0.8㎜이었던 표본의 테스트 결과는 원으로 표시되고; 곡률 반경(G)이 1.0㎜이었던 표본의 테스트 결과는 삼각형으로 표시되며; 그리고 곡률 반경(G)이 1.2㎜이었던 표본의 테스트 결과는 정사각형으로 표시된다. 모든 표본에서, 상기 접촉비율은 100%로 설정하였고; 상기 다리부의 후단부의 외경은 5.3㎜로 설정하였다. 상기 테스트에서 소정의 오토그래프에 의하여 소정의 일방향으로 부하를 인가하여 파괴하중을 측정하였다.
1.0≤G/H≤3.0의 관계가 만족되는 각각의 표본은 도 11에 나타낸 바와 같이 보다 나은 파괴 저항을 가졌다. 그 이유는 다음과 같이 추정된다: G/H≤3.0을 만족함으로써 크림핑에 의하여 상기 곡면부 상에 가해지는 응력을 감소시키는 것이 가능하였고; 그리고, 1.0≤G/H(즉, H≤G)을 만족함으로써 외력에 의한 응력을 상기 제 2 곡면부에 확실히 가하는 것이 가능하여 외력에 의하여 상기 곡면부에 가해지는 응력을 감소시키는 것이 가능하였다.
위의 테스트 결과에 의하면 상기 세라믹 절연체의 파괴 저항을 더욱 개선하기 위하여 1.0≤G/H≤3.0의 관계를 만족하도록 곡률 반경(G) 및 (H)를 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알게 되었다.
상기 세라믹 절연체의 단차부의 각도(α)를 변화시키고 상기 테이퍼부의 각도(β)를 30°로 설정함으로써 상기 값 α-β(°)을 변화시킨 다수의 스파크 플러그 표본을 준비하여 그 각각을 상술한 바와 동일한 굽힘 테스트 및 JIS B 8031에 의한 기밀성 테스트로써 테스트하였다.
여기에서 상기 기밀성 테스트는 다음의 절차대로 수행하였다. 다양한 α-β(°)의 스파크 플러그 표본, 각각의 α-β(°)에 대하여 10개의 표본을 준비하였다. 각각의 표본을 소정의 챔버 내에 위치시켜 150℃의 온도로 30분 동안 유지하였다. 그 후, 상기 표본의 선단부에 1.5 MPa의 공기압을 가하였다. 상기 세라믹 절연체와 상기 금속쉘 사이를 통한 공기 누출의 발생 또는 비-발생을 확인하였다. 상기 10개의 표본 중에서, 공기 누출이 발생된 표본의 수(소위 "누출 표본 개수")를 측정하였다. 상기 10개의 표본 전체에서 공기 누출이 없었을 때, 기밀성이 양호한 것으로 평가하였고 "○"로 표시하였다. 한 편, 누출 표본 개수가 1 내지 5이었을 때, 기밀성이 다소 빈약한 것으로 평가하였고 "△"로 표시하였다.
더욱이, 다양한 각도(α)의 세라믹 절연체를 크림핑 테스트로 테스트하였다. 여기에서 상기 크림핑 테스트는 다음의 절차대로 수행하였다. 다양한 각도(α)의 세라믹 절연체, 각각의 각도(α)에 대하여 10개의 표본을 준비하였다. 각각의 세라믹 절연체를 테이퍼부의 각도(β)가 30°로 설정된 금속쉘에 크림핑에 의하여 고정하였다. 크림핑 후 상기 세라믹 절연체 내의 파괴 발생 또는 비-발생을 확인하였다. 상기 10개의 표본 중에서, 상기 세라믹 절연체에 파괴가 발생된 표본의 수(소위 "파괴 표본 개수")를 측정하였다. 평가 결과, 상기 10개의 표본 전체에서 파괴 발생이 없었을 때, 평가결과 "○"를 부여하였고, 한 편, 파괴 표본 개수가 1 내지 5이었을 때, 평가결과 "△"를 부여하였다.
상기 굽힘 테스트의 테스트 결과는 도 12에 나타낸다. 상기 기밀성 테스트의 테스트 결과 및 상기 크림핑 테스트의 테스트 결과는 표 2에 나타낸다. 모든 표본에서, 접촉비율은 100%로 설정하였고; 상기 곡면부의 곡률 반경(G)은 0.8㎜로 설정하였으며; 그리고 상기 제 2 곡면부의 곡률 반경(H)은 0.4㎜로 설정하였다.
각도α(°) α-β(°) 기밀성 테스트 평가결과 크림핑 테스트 평가결과
20 -10 ○ △
25 -5 ○ △
30 0 ○ ○
35 5 ○ ○
40 10 ○ ○
45 15 ○ ○
50 20 △ ○
55 25 △ ○
도 12 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 파괴하중은 α-β가 나머지 표본에서보다 작은 값(negative value)(즉 α<β)으로 설정된 표본에서 더욱 낮았다. 더욱이, 이들 표본에서는 세라믹 절연체에 크림핑에 의한 파괴가 발생되기 쉬웠다. 그 이유는 다음과 같이 추정된다: 크림핑 동안 상기 곡면부가 상기 중간몸체부에 의하여 가압되므로 상기 곡면부 상에 방사상 내측으로 큰 응력이 가해졌고; 상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부가 방사상 내측으로 용이하게 변형되었다.
더욱이, α-β가 15°더욱 크게 설정된(즉, α>β+15) 표본에서는 기밀성이 다소 열악하였다. 그 이유는 상기 단차부의 선단부만이 상기 플레이트 패킹과 접촉되었으므로 상기 단차부와 상기 플레이트 패킹 사이의 접촉 면적이 충분히 확보되지 않았기 때문인 것으로 추정된다.
반대로, α≥β의 관계가 만족된 각각의 표본은 보다 나은 파괴 저항을 가졌고; α≤β+15의 관계가 만족된 각각의 표본은 양호한 기밀성을 가졌다.
그러므로, 위의 테스트 결과에 의하면, 상기 세라믹 절연체의 파괴 저항을 더욱 개선하기 위하여 α≥β의 관계를 만족하도록 각도(α 및 β)를 설정하는 것이 바람직함을 알게 되었다.
또한, 양호한 기밀성을 확보하기 위하여 α≤β+15의 관계를 만족하도록 각도(α 및 β)를 설정하는 것이 바람직함을 알게 되었다.
다음으로, 상기 축방향에 수직인 방향으로 상기 금속쉘의 선단에서 취한 세라믹 절연체의 단면적(A)(㎟)("선단 단면적"이라 칭함), 상기 축방향에 수직인 방향으로 상기 다리부의 후단에서 취한 세라믹 절연체의 단면적(B)(㎟)("후단 단면적"이라 칭함), 상기 축방향으로 상기 중간몸체부와 상기 단차부의 경계영역으로부터 상기 세라믹 절연체의 선단까지의 길이(L)(㎜)("다리 길이"라 칭함), 및 상기 중심전극의 선단으로부터 상기 세라믹 절연체의 선단 후방으로 1㎜의 위치까지의 상기 중심전극 부분의 용적("전극 선단 용적"이라 칭함)을 변화시키기 위하여 상기 세라믹 절연체 및 상기 중심전극의 크기를 조정한 스파크 플러그 표본, A, B, L 및 D의 각각의 조합에 대하여 10개의 표본을 준비하고 그 각각을 충격 저항 테스트로 테스트하였다. 여기에서 상기 충격 저항 테스트는 다음의 절차대로 수행하였다. 각각의 표본을 L-형상 부시에 고정하였다. 22㎜의 진동 진폭 및 1분당 400회의 비율 조건 하에서 JIS B 8031 섹션 7.4에 의한 충격 테스트기에 의하여 상기 표본의 선단부에 충격을 가하였다. 3 시간 경과 후, 상기 다리부의 선후단부에서 크랙의 발생 또는 비-발생을 확인하였다. 다리부에서 크랙이 발생된 표본의 수(소위 "크랙 표본 개수")를 측정하였다.
상기 10개의 표본 전체에서 크랙의 발생이 없었을 때, 충격저항이 양호한 것으로 평가하였고 "○"로 표시하였다. 한 편, 크랙 표본 개수가 1 내지 5이었을 때, 충격 저항이 다소 빈약한 것으로 평가하였고 "△"로 표시하였다.
상기 테스트 결과는 표 3에 나타낸다. 상기 평가는 다리부의 선후단부에 대하여 따로 이루어졌다. 모든 표본에서, 접촉비율은 100%로 설정하였고; 상기 곡면부의 곡률 반경(G)은 1.0㎜로 설정하였으며; 그리고 상기 제 2 곡면부의 곡률 반경(H)은 0.4㎜로 설정하였다.
다리길이(L)
(㎜)		 선단단면적(A)
(㎟)		 후단단면적(B)
(㎟)		 전극선단용적(D)
(㎣)		 D/A
(㎜)		 (B/A)/L
(㎜-1)		 평가결과
선단부 후단부
20 9.48 21.14 3.40 0.36 0.11 ○ △
20 8.19 21.14 7.60 0.93 0.13 ○ △
20 6.97 21.14 7.60 1.09 0.15 △ △
20 5.80 21.14 7.60 1.31 0.18 △ △
20 4.70 21.14 7.60 1.62 0.22 △ ○
20 6.38 21.14 7.60 1.19 0.17 △ △
20 7.09 21.85 7.60 1.07 0.15 △ △
20 7.73 22.50 7.60 0.98 0.15 ○ △
20 8.90 21.85 3.80 0.43 0.12 ○ △
20 8.19 21.14 7.60 0.93 0.13 ○ △
20 8.19 21.14 8.36 1.02 0.13 △ △
20 6.38 22.97 5.70 0.89 0.18 ○ △
20 6.38 24.85 5.70 0.89 0.19 ○ △
20 6.38 26.80 5.70 0.89 0.21 ○ ○
15 9.48 21.14 3.40 0.36 0.15 ○ △
15 8.19 21.14 7.60 0.93 0.17 ○ △
15 6.97 21.14 7.60 1.09 0.20 △ ○
15 5.80 21.14 7.60 1.31 0.24 △ ○
15 4.70 21.14 7.60 1.62 0.30 △ ○
15 6.38 21.14 7.60 1.19 0.22 △ ○
15 7.09 21.85 7.60 1.07 0.21 △ ○
15 7.73 22.50 7.60 0.98 0.19 ○ △
15 8.90 21.85 3.80 0.43 0.16 ○ △
15 8.19 21.14 7.60 0.93 0.17 ○ △
15 8.19 21.14 8.36 1.02 0.17 △ △
15 6.38 22.97 5.70 0.89 0.24 ○ ○
15 6.38 24.85 5.70 0.89 0.26 ○ ○
15 6.38 26.80 5.70 0.89 0.28 ○ ○
10 9.48 21.14 3.40 0.36 0.22 ○ ○
10 8.19 21.14 7.60 0.93 0.26 ○ ○
10 6.97 21.14 7.60 1.09 0.30 △ ○
10 5.80 21.14 7.60 1.31 0.36 △ ○
10 4.70 21.14 7.60 1.62 0.45 △ ○
10 6.38 21.14 7.60 1.19 0.33 △ ○
10 7.09 21.85 7.60 1.07 0.31 △ ○
10 7.73 22.50 7.60 0.98 0.29 ○ ○
10 8.90 21.85 3.80 0.43 0.25 ○ ○
10 8.19 21.14 7.60 0.93 0.26 ○ ○
10 8.19 21.14 8.36 1.02 0.26 △ ○
10 6.38 22.97 5.70 0.89 0.36 ○ ○
10 6.38 24.85 5.70 0.89 0.39 ○ ○
10 6.38 26.80 5.70 0.89 0.42 ○ ○
표 3에 나타낸 바와 같이, D/A가 1.00 이하로 설정된 표본에서는 상기 다리부의 선단부에서 크랙을 효과적으로 방지하는 것이 가능하였다. 그 이유는, 비록 충격 적용에 의한 상기 중심전극의 선단부와 상기 세라믹 절연체와의 충돌로 인하여 상기 세라믹 절연체의 선단부에 크랙이 발생되었으나, D/A≤1.00의 관계를 만족함으로써 상기 중심전극의 선단부의 용적(중량)에 대하여 충분한 강도가 상기 세라믹 절연체의 선단부에 제공되었기 때문인 것으로 추정된다.
(B/A)/L가 0.20 이상으로 설정된 표본에서는 상기 다리부의 후단부에서 크랙을 방지하는 것 또한 가능하였다. 그 이유는, 비록 상기 다리부의 후단부에 충격에 의하여 가해지는 응력이 상기 세라믹 절연체 선단부의 다리 길이(L) 및 중량에 비례하였으나, (B/A)/L≥0.20의 관계를 만족함으로써 상기 중심전극의 선단부의 응력에 대하여 충분한 강도가 상기 다리부의 후단부에 제공되었기 때문인 것으로 추정된다.
위의 테스트 결과에 의하면, 상기 다리부의 선후단부 양측에서 크랙을 방지하고 상기 세라믹 절연체의 파괴 저항을 크게 개선하기 위해서는 D/A=1.0(㎜) 및 (B/A)/L≥0.20(㎜-1)의 관계를 만족하는 것이 바람직함을 알게 되었다.
상기 축방향으로 상기 금속쉘의 선단 전방에 위치되는 상기 세라믹 절연체 부분이 상기 축에 수평한 가상 평면상으로 투영될 때, 상기 세라믹 절연체 선단 돌출 길이(F)(㎜) 및 상기 세라믹 절연체의 선단부의 외경을 변경함으로써 투영부의 면적(소위 "투영 면적")이 변화되는 스파크 플러그 표본, 각각의 투영 면적에 대한 10개의 표본을 준비하고 그 각각을 노킹 테스트로 테스트하였다.
여기에서 상기 노킹 테스트는 다음의 절차대로 수행하였다. 각각의 표본을 소정의 엔진에 장착하였다. 노킹을 유발하도록 상기 엔진을 작동시켰다. 노킹 발생에 있어서, 상기 세라믹 절연체의 선단부에 충격을 인가하였다. 상기 세라믹 절연체에서 크랙의 발생 또는 비-발생을 확인하였다. 상기 세라믹 절연체에서 크랙이 발생된 표본의 수(소위 "크랙 표본 개수")를 측정하였다. 상기 10개의 표본 전체에서 크랙 발생이 없을 때 충격저항이 매우 양호한 것으로 평가하였고 "☆"로 표시하였다. 상기 크랙 표본 개수가 1 내지 3이었을 때, 충격 저항이 양호한 것으로 평가하였고 "◎"로 표시하였다. 크랙 표본 개수가 4 내지 5이었을 때 충격저항이 만족스러운 것으로 평가하였고 "○"로 표시하였다. 크랙 표본 개수가 6 내지 9이었을 때, 충격 저항이 빈약한 것으로 평가하였고 "△"로 표시하였다. 상기 노킹 테스트의 테스트 결과는 표 4에 나타낸다. 상기 세라믹 절연체의 선단부의 외경은 표본 1 내지 16에서 전방을 향하여 감소된 반면, 일정한 외경의 직선적인 부분은 표본 17 내지 21에서 상기 세라믹 절연체의 선단부 상에 형성되었다. 표본 17 내지 21에서, 상기 축방향으로 상기 금속쉘의 선단으로부터 상기 직선부의 후단까지의 거리(X)는 상기 금속쉘의 선단에 대하여 축방향으로 전방측을 마이너스측으로서 간주하여 다양한 값으로 설정하였다(즉, 상기 거리(X)의 음의 값은 상기 직선적인 부분의 후단이 축방향으로 상기 금속쉘 선단의 후방에 위치되었음을 의미한다).
No. 돌출길이(F)(㎜) 선단외경(㎜) 투영면적(㎟) 직선부의 존재 거리(X)(㎜) 평가결과
1 1.0 4.0 4.0 부재 - ○
2 2.0 3.7 7.4 부재 - ○
3 2.0 4.0 8.0 부재 - ○
4 3.0 3.7 11.1 부재 - ○
5 3.0 4.0 12.0 부재 - ○
6 3.0 4.7 14.0 부재 - ○
7 4.0 3.5 14.0 부재 - ○
8 5.0 2.8 14.0 부재 - ○
9 6.0 2.3 14.0 부재 - ○
10 4.0 3.7 14.8 부재 - △
12 4.0 4.0 16.0 부재 - △
13 5.0 3.7 18.5 부재 - △
14 5.0 4.0 20.0 부재 - △
15 6.0 3.7 22.2 부재 - △
16 6.0 4.0 24.0 부재 - △
17 2.0 3.7 7.4 존재 0㎜ ◎
18 2.0 3.7 7.4 존재 -0.5㎜ ☆
19 2.0 3.7 7.4 존재 -1㎜ ☆
20 2.0 3.7 7.4 존재 -2㎜ ☆
21 2.0 3.7 7.4 존재 -3㎜ ☆
표 4에 나타낸 바와 같이, 상기 투영 면적이 14.0 ㎟ 이하이었던 각각의 표본은 충분한 충격 저항을 가졌다. 그 이유는, 상기 금속쉘의 선단으로부터 돌출되는 상기 세라믹 절연체 부분이 노킹에 의한 충격에 가해졌더라도, 상기 세라믹 절연체에 가해지는 충격을 감소시키는 것이 가능하였고 따라서 상기 투영 면적을 비교적 작은 값으로 설정함으로써 상기 다리부의 후단부에 가해지는 응력을 감소시키는 것이 가능하였기 때문인 것으로 추정된다.
더욱이, 상기 직선부가 상기 세라믹 절연체의 선단부에 형성된 각각의 표본(즉, 표본 17 내지 21)은 더 나은 충격 저항을 가졌다. 특히, 상기 직선부의 후단이 상기 축방향으로 상기 금속쉘의 선단의 후방에 위치된 표본에서는 충격 저항이 매우 양호하였다.
위의 테스트 결과에 의하면, 상기 세라믹 절연체의 파괴저항을 더욱 개선하기 위해서는, 상기 투영 면적이 14.0 ㎟ 이하로 되도록 상기 세라믹 절연체 등을 채택하는 것이 바람직함을 알게 되었다. 또한, 상기 세라믹 절연체의 파괴저항을 더욱 개선하기 위해서는, 상기 직선부가 상기 세라믹 절연체의 선단부에 형성되는 것이 바람직하며 상기 직선부의 후단이 상기 금속쉘 선단의 후방에 위치되는 것이 특히 바람직함을 알게 되었다.
본 발명은 상술한 바의 실시예에 한정되지 않으며 다음과 같이 구체화될 수 있다. 아래에 나타낸 것 이외의 임의의 응용 및 수정도 가능함은 물론이다.
(a) 위의 실시예에서 상기 곡면부(31)의 곡률 반경(G) 및 상기 제 2 곡면부(32)의 곡률 반경(H)은 일정하지만 반드시 일정해야하는 것은 아니다. 상기 곡률 반경(G, H)을 단계적으로 또는 지속적으로 변경하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 곡률 반경(G)(곡률 반경(H))은 3개의 점: 상기 곡면부(31)(제 2 곡면부(32))의 선후단점 및 상기 축(CL1)을 통과하는 단면에서 상기 곡면부(31)(제 2 곡면부(32))의 선후단점의 중간점을 통과하는 가상의 원의 곡률 반경을 의미한다.
(b) 비록 위의 실시예에서는 상기 방전갭(28)이 상기 중심전극(5)과 상기 접지전극(27) 사이에 구획되지만, 상기 중심전극(5) 및 상기 접지전극(27) 중 적어도 하나에 귀금속 합금(예를 들면, 백금 합금 또는 이리듐 합금)으로 된 귀금속 팁을 고정하여 상기 전극 중 하나의 귀금속팁과 나머지 전극 사이에 또는 각 전극의 귀금속팁 사이에 방전갭을 구획하는 것도 가능하다.
(c) 위의 실시예에서, 상기 접지전극(27)은 상기 금속쉘(3)의 선단부(26)에 연결된다. 양자택일적으로, 상기 금속쉘의 일부(또는 상기 금속쉘에 미리 연결된 선단 금속부의 부분)를 컷팅함으로써 상기 접지전극을 형성하는 것도 가능하다(예를 들면, 일본 특허출원 공개공보 제 2006-236906 호 참조).
(d) 비록 위의 실시예에서 상기 도구결합부(19)는 단면이 6각형인 것이나, 상기 도구결합부(19)의 형상은 이러한 6각형 단면 형상에 한정되지 않는다. 상기 도구결합부(19)는 양자택일적으로 Bi-HEX 형상(변형된 12각형 형상)(ISO 22977: 2005(E)에 의하여) 등으로 형성될 수도 있다.
1 : 스파크 플러그 2 : 세라믹 저항(절연체)
3 : 금속쉘 5 : 중심전극
12 : 중간몸체부 13 : 다리부
14 : 단차부 21 : 테이퍼부
22 : 플레이트 패킹 31 : 곡면부
32 : 제 2 곡면부 33 : 직선부
CL1 : 축 CP : 중간부
IP : 내주 가장자리부

Claims (10)

  1. 스파크 플러그의 축방향으로 연장되는 원통형 절연체;
    환형 플레이트 패킹; 및
    상기 절연체 주위에 둘레방향으로 배열되는 원통형 금속쉘로 이루어지며,
    상기 절연체는 그의 외주표면 상에 형성되며 축방향으로 전방을 향하여 감소되는 외경을 갖는 단차부 및 상기 단차부의 전방에 위치되며 축방향으로 전방을 향하여 연장되는 다리부를 포함하고,
    상기 금속쉘은 그의 내주표면 상에 형성되며 축방향으로 전방을 향하여 감소되는 내경을 갖는 테이퍼부를 포함하고,
    상기 절연체는 상기 금속쉘의 테이퍼부 상에 보유되는 상기 절연체의 단차부로써 플레이트 패킹을 통하여 상기 금속쉘의 후단부를 크림핑함으로써 상기 금속쉘 내에 고정되고,
    상기 절연체는 상기 단차부와 상기 다리부 사이의 위치에서 그의 외주표면 상에 오목한 형상으로 형성되는 곡면부를 더욱 포함하며,
    상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부의 50% 이상은 그의 원주방향으로, 상기 곡면부의 선후단 사이의 중간부의 전방에 위치되는 상기 절연체 부분과 접촉됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트 패킹의 내주 가장자리부의 전체 둘레는 상기 곡면부의 선후단 사이의 중간부의 전방에 위치되는 상기 절연체 부분과 접촉됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 스파크 플러그는 0.8≤G≤1.4의 관계를 만족하며, 여기에서 G(㎜)는 상기 축을 통과하는 단면에서 상기 곡면부의 곡률 반경임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 절연체는 상기 단차부의 후방에 위치되며 상기 축방향으로 연장되는 원통형 중간몸체부 및 상기 단차부 및 상기 중간몸체부 사이의 위치에서 그의 외주표면 상에 볼록한 형상으로 형성되는 제 2 곡면부를 포함하며; 그리고, 상기 스파크 플러그는 1.0≤G/H≤3.0의 관계를 만족하며, 상기 축을 통과하는 단면에서, G(㎜)는 상기 처음-언급한 곡면부의 곡률 반경이고; 및 H(㎜)는 상기 제 2 곡면부의 곡률 반경임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스파크 플러그는 α≥β의 관계를 만족하며, 상기 축을 통과하는 단면에서, α(°)는 상기 단차부의 외곽선 및 상기 축에 수직한 직선에 의하여 형성되는 예각이며; 그리고, β(°)는 상기 테이퍼부의 외곽선 및 상기 축에 수직한 직선에 의하여 형성되는 예각임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스파크 플러그는 α≤β+15(°)의 관계를 만족함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 단차부의 후방에 위치되며 상기 축방향으로 연장되는 원통형 중간몸체부를 포함하며; 상기 스파크 플러그는 상기 절연체 내에 삽입되며 상기 축방향으로 연장되고 상기 축방향으로 상기 절연체 선단의 전방에 위치되는 선단을 갖는 중심전극을 더욱 포함하며; 그리고, 상기 스파크 플러그는 D/A≤1.00(㎜) 및 (B/A)/L≥0.20(㎜-1)의 관계를 만족하고, 여기에서 A(㎟)는 상기 축방향에 수직인 방향으로 상기 금속쉘의 선단에서 취한 상기 절연체의 단면적이며; B(㎟)는 상기 축방향에 수직인 방향으로 상기 다리부의 후단에서 취한 상기 절연체의 단면적이고; L(㎜) 은 상기 축방향으로 상기 중간몸체부와 상기 단차부 사이의 경계영역으로부터 상기 절연체의 선단까지의 길이이며; 및 D(㎣)는 상기 중심전극의 선단으로부터 상기 절연체의 선단 후방으로 1㎜의 위치까지 연장되는 상기 중심전극 부분의 용적임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향으로 상기 금속쉘 선단의 전방에 위치되는 상기 절연체의 부분이 상기 축에 평행한 가상 평면 상에 투영될 때, 상기 투영부의 면적은 14.0㎟ 이하임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연체는, 그의 선단부 상에, 일정한 외경의 직선적인 튜브형 형상으로 형성되며 상기 축방향으로 상기 금속쉘 선단의 전방에 위치되는 선단을 갖는 직선부를 포함함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 직선부는 상기 축방향으로 상기 금속쉘 선단의 후방에 위치되는 후단을 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
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