KR20170085513A

KR20170085513A - 점화 플러그 전극 및 그 제조 방법, 그리고 점화 플러그

Info

Publication number: KR20170085513A
Application number: KR1020177013687A
Authority: KR
Inventors: 데틀레프 하르트만; 데니스 크베스트; 구이도 하니히; 슈테판 누퍼; 도미닉 랑
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-07-24
Also published as: ES2857073T3; WO2016078816A1; DE102014223792A1; EP3221937B1; CN107078471A; CN107078471B; US20170331260A1; EP3221937A1; JP6655077B2; US10008832B2; JP2017536665A

Abstract

본 발명은 증가된 기계적 안정성을 갖는 점화 플러그 전극(10)에 관한 것이다. 점화 플러그 전극(10)은 본체(12)와 이 본체(12) 상에 배치된 귀금속 핀(11)을 포함하며, 본체(12) 및 귀금속 핀(11)은 결합 구역(13)을 통해 서로 결합된다. 결합 구역(13)은 적어도 하나의 제 1 용접 이음매(14)와 하나의 제 2 용접 이음매(15)를 포함한다.

Description

점화 플러그 전극 및 그 제조 방법, 그리고 점화 플러그{SPARK PLUG ELECTRODE, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND SPARK PLUG}

본 발명은 증가된 기계적 내구성을 갖는 점화 플러그 전극, 지속적으로 고성능인 점화 플러그, 그리고 점화 플러그 전극의 제조를 위한 간단하게 구현될 수 있는 방법에 관한 것이다.

우수한 내부식성 및 내침식성을 갖는 점화 플러그 전극들은 통상적인 방식으로 전극 본체 상에 대개 백금 또는 이리듐 기반 합금으로 이루어진 귀금속 핀(noble metal pin)을 용접하는 것을 통해 제조된다. 전극 본체는 비귀금속으로 형성된다. 귀금속 및 비귀금속의 상이한 열 팽창 계수들로 인해, 용접 이음매(weld seam)에서는 점화 플러그 전극의 기계적 안정성과 그에 따른 내구성 및 부하 용량을 감소시키는 기계적 응력들이 발생한다.

따라서 본 발명의 과제는, 증가된 기계적 안정성, 높은 기계적 부하 용량 및 매우 우수한 최대 내구성을 갖는 점화 플러그 전극 및 그 제조 방법, 그리고 점화 플러그를 제공하는 것이다.

독립 청구항에 따르는 본 발명의 점화 플러그 전극은 높은 기계적 부하 용량 및 매우 우수한 최대 내구성을 특징으로 한다. 이는, 본 발명에 따라서, 전극 본체 및 귀금속 핀이 적어도 하나의 제 1 용접 이음매 및 하나의 제 2 용접 이음매를 포함하는 결합 구역에 의해 서로 결합되는 것을 통해 달성된다. 바람직하게 결합 구역은 정확히 하나의 제 1 용접 이음매 및 하나의 제 2 용접 이음매를 포함하며, 바람직하게는 제 1 용접 이음매 및 제 2 용접 이음매는 완전하게 점화 플러그 전극을 통과하여 연장된다. 그에 따라, 본 발명에 따른 점화 플러그 전극에서 바람직하게, 엔진 작동 중에 결합 구역 내에서 발생하는 기계적 응력들은 복수의 영역으로, 즉 귀금속 핀/결합 구역 및 결합 구역/본체의 경계 표면들 또는 결합 표면들, 그리고 제 1 용접 이음매와 제 2 용접 이음매 사이의 경계 표면 또는 결합 표면으로 분배된다. 그에 따라, 점화 플러그 전극의 안정성 및 특히 그 기계적 안정성은 증가되고 성능도 매우 높다.

종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.

한 바람직한 개선예에 따라서, 제 1 용접 이음매는 귀금속 핀과 본체 사이에 배치되고, 제 2 용접 이음매는 제 1 용접 이음매와 귀금속 핀 사이에, 또는 제 1 용접 이음매와 본체 사이에 배치된다. 첫 번째 경우에서, 제 1 용접 이음매 내의 귀금속 농도는 제 2 용접 이음매 내의 귀금속 농도보다 더 낮다. 두 번째 경우에서는, 제 1 용접 이음매 내의 귀금속 농도가 제 2 용접 이음매 내의 귀금속 농도보다 더 높다. 두 경우 모두에서, 귀금속 농도는 귀금속 핀에서 본체 쪽으로 갈수록 가파른 곡선 경사도로 감소한다. 귀금속 핀에서 본체 쪽으로 갈수록 귀금속 농도의 급격한 감소는, 상이한 귀금속 함량들을 함유하는 적어도 2개의 용접 이음매를 이용하여 결합 구역을 형성하는 것을 통해 방지된다. 상응하게 형성되는 상이한 귀금속 함량들을 통해 추가 장점이 달성된다. 즉, 재료의 열 팽창 계수가 조사할 영역 내에 존재하는 모든 원소 및 화합물의 열 팽창 계수들의 선형 중첩에 의해 제 1 근사(first approximation)로 형성되기 때문에, 열 팽창 계수도 귀금속 핀으로부터 결합 구역을 경유하여 본체 쪽으로 단계적으로, 다시 말해 실질적으로 균일하게 계속 진행되면서 급격하지 않은 방식으로 변동되기 때문이다. 그에 따라, 스파크 플라스마에서, 결합 구역 내의 기계적 응력, 및 특히 귀금속 핀/결합 구역 및 결합 구역/본체의 경계 표면들 또는 결합 표면들 상의 기계적 응력들은 더 감소된다. 점화 플러그 전극의 안정성은 분명하게 증가되고 성능도 매우 높다.

또한, 점화 플러그 전극을 따라서 급격하게 변동되는 열 팽창 계수들은, 바람직하게는 제 1 용접 이음매 내의 그리고 제 2 용접 이음매 내의 귀금속 비율이 적어도 40질량 퍼센트인 것을 통해 방지될 수 있다. 특히 바람직하게 제 1 용접 이음매 내의 그리고 제 2 용접 이음매 내의 귀금속 비율은 적어도 50질량 퍼센트이고, 상기 비율들은 각각 제 1 용접 이음매 및 제 2 용접 이음매의 총 중량에 대한 것이다.

끊임없이, 다시 말해 이상적으로 연속해서 변동되는 열 팽창 계수들 및 그에 따른 점화 플러그 전극의 특히 적합한 기계적 부하 용량을 고려하여, 결합 구역 내의 귀금속 농도는 점화 플러그 전극의 길이방향(X-X)으로 각각 결합 구역의 100㎛ 길이의 간격마다 최대 40질량 퍼센트만큼, 바람직하게는 최대 25질량 퍼센트만큼 변동되는 것이 특히 바람직하다.

스파크 플라스마의 안정된 생성을 위해 더 바람직하게는 점화 플러그 전극의 길이방향(X-X)으로 귀금속 핀의 길이(L1)는 최대 900㎛이다. 그에 따라, 점화 스파크는 매우 적합하게는 귀금속 핀 상의 중심에서 형성된다. 또한, 점화 플러그 전극의 비용 감소와 관련하여, 귀금속 핀의 길이(L1)는 80㎛ 내지 200㎛인 것이 바람직하다.

또한, 점화 플러그 전극의 안정성은, 바람직하게는 점화 플러그 전극의 길이방향(X-X)으로 결합 구역의 길이(L2)가 50㎛ 내지 700㎛이며, 특히 100㎛ 내지 600㎛인 것을 통해 개선될 수 있다.

결합 구역 내에서 끊임없이 변동되는 열 팽창 계수 및 그에 따른 점화 플러그 전극의 특히 높은 기계적인 내구성은, 바람직하게는 점화 플러그 전극의 길이방향(X-X)으로 제 1 용접 이음매의 길이(L3) 및 제 2 용접 이음매의 길이(L4)가 대략 동일한 크기인 것을 통해 확보된다.

점화 스파크 플라스마의 생성이 매우 적합한 조건에서 점화 플러그 전극의 내부식성 및 내침식성의 개선을 위해, 귀금속은 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 레늄(Re) 및 이 원소들의 합금들에서 선택된다. 비용 감소를 위해, 귀금속, 또는 전술한 귀금속들의 합금에는 니켈이 첨가될 수 있다.

최적화된 비용 구조의 조건에서 점화 플러그 전극의 기계적 및 물리적 특성들과 관련한 균형 잡힌 특성 스펙트럼은, 바람직하게는 본체가 니켈 함유 합금으로 형성되고 합금에서 니켈의 비율은 합금의 총 중량과 관련하여 적어도 50질량 퍼센트인 것을 통해 확보된다.

또한, 발명에 따라서, 전술한 점화 플러그 전극을 포함하는 점화 플러그도 제안된다. 이 경우, 점화 플러그 전극은 중앙 전극 또는 접지 전극으로서 형성될 수 있다. 또한, 중앙 전극뿐만 아니라 접지 전극도, 경우에 따라서는 제공된 복수의 접지 전극도 본 발명에 따른 점화 플러그 전극에 의해 형성될 수 있다. 본원의 점화 플러그는 스파크 생성이 매우 적합한 조건에서 높은 기계적 내성을 특징으로 한다. 따라서 약 100,000㎞까지의 교환 주기가 달성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따라서, 본체와 귀금속 핀을 포함하는 점화 플러그 전극의 제조 방법도 제안된다. 여기서 주지할 사항은, 상기 방법이 특히 앞에서 기재한 점화 플러그 전극의 제조를 위해 적합하다는 점이다. 본원의 방법은, 간단하게, 즉 높은 기술적 비용 없이, 표준 공정들의 적용하에 구현될 수 있으며, 그리고 적은 비용 지출 조건에서 고성능이면서 기계적으로 지속적으로 안정된 점화 플러그 전극의 제조를 허용한다. 종래의 점화 플러그 전극은 전극 본체 상에 귀금속 핀을 간단히 용접하는 것을 통해 제조되는 반면, 본 발명에 따라서는 적어도 2개의 용접 이음매의 형성이 제공된다. 이 경우, 제 1 용접 이음매는, 귀금속 핀과 점화 플러그 전극의 본체가 결합되게 하는 제 1 용접 공정을 실행하는 것을 통해 형성된다. 그 다음, 제 2 용접 공정이 실행되며, 그럼으로써 제 2 용접 이음매가 형성된다. 제 2 용접 공정은 제 1 용접 이음매와 귀금속 핀 사이의 영역에서, 또는 제 1 용접 이음매와 본체 사이의 영역에서 실행될 수 있다. 제 2 용접 공정이 첫 번째 경우에서처럼 제 1 용접 이음매와 귀금속 사이에서 실행된다면, 제 1 용접 이음매 내의 귀금속 농도는 제 2 용접 이음매 내에서보다 더 낮다. 제 2 용접 공정이 제 1 용접 이음매와 본체 사이에서 실행된다면, 제 1 용접 이음매 내의 귀금속 농도는 제 2 용접 이음매 내에서보다 더 높다. 제 1 용접 이음매 및 제 2 용접 이음매는, 귀금속 핀이 본체와 고정 결합되게 하는 귀금속 핀과 본체 간의 결합 구역을 형성한다. 제 1 용접 공정을 통해, 귀금속 핀 및 본체의 경계 표면 상에서는 각각의 재료들이 용융되고 결합되어 혼합 재료를 형성하며, 이 혼합 재료 내에서 귀금속 핀의 귀금속 비율과, 본체의 재료 비율, 다시 말해 특히 본체의 비귀금속 비율은 대략 동일한 크기이다. 그에 따라 귀금속 핀으로부터 결합 구역을 경유하여 본체 쪽으로 갈수록 귀금속 농도는 급격하게 100질량 퍼센트에서 약 50질량 퍼센트를 경유하여 0질량 퍼센트로 감소한다. 그 결과로서, 열 팽창 계수도 급격하게 변동하는 특성곡선을 갖는데, 그 이유는 열 팽창 계수가, 앞에서 이미 기재한 것처럼, 거의 선형으로, 조사되는 영역을 형성하는 원소들 및 화합물들의 열 팽창 계수들로 구성되기 때문이다. 열 팽창 계수들이 변동되는 곡선 경사도의 기울기는 제 2 용접 이음매 및 경우에 따른 추가 용접 이음매들을 형성하는 것을 통해 감소된다. 달리 말하면, 열 팽창 계수들의 단계적 변동은 완화된다. 따라서 계속 진행되고 그에 따라 대략 거의 연속적인 열 팽창 계수들의 변동이 달성된다. 그 이유는, 제 2 용접 공정을 통해 제 1 용접 이음매의 재료가 다시 용융되며, 그리고 제 1 용접 이음매와 귀금속 핀 간에 용접 공정을 실행하는 것을 통해 귀금속 핀에서 유출되는 추가 귀금속과 합금되거나, 또는 제 1 용접 이음매와 본체 간에 용접 공정을 실행하는 것을 통해서는 본체에서 유출되는 추가 재료와 합금되는 점에 있다. 그에 따라 제 2 용접 이음매 내에서는, 순수 귀금속의 농도와 제 1 용접 이음매의 농도 사이이거나, 또는 본체 재료의 농도와 제 1 용접 이음매의 농도 사이인, 용융된 출발 원소들의 계속 하향 조정되는 혼합 농도가 달성된다. 이 경우, 제 1 용접 과정을 실행하기 위한 것과 동일하지만, 레이저 빔의 정렬이 국소적으로 약간 변동된다는 점에서 차이가 있는 방법 구성이 이용될 수 있다. 그에 따라 기술적 비용은 동일하다. 그러므로 본원의 방법은 시간 비용이 미미하게 증가된 상태에서 경제적으로 실행될 수 있다.

본 발명에 따른 점화 플러그 전극에 대해 기재한 장점들, 바람직한 효과들 및 개선예들은 본 발명에 따른 점화 플러그뿐만 아니라 점화 플러그 전극의 본 발명에 따른 제조 방법에도 적용된다.

용접 공정이 레이저 용접에 의해 실행된다는 바람직한 개선예를 통해, 국소적으로 의도되는 영역 내에 특히 균일한 용접 이음매가 형성될 수 있다. 특히 연속파 레이저(CW 레이저: Continuous-Wave Laser)의 이용을 통해 균일한 용접 이음매의 형성이 촉진된다.

본원의 방법의 추가의 바람직한 개선예에 따라서, 제 2 용접 공정은, 제 1 용접 이음매 및 귀금속 핀의 결합 표면 또는 경계 표면으로부터 귀금속 핀의 방향으로 5㎛ 내지 50㎛, 특히 10㎛ 내지 30㎛ 이격되어 위치하는 영역 내에서 실행된다. 그 결과, 두꺼운 층 두께 및 우수한 안정성을 갖는 제 2 용접 이음매가 촉진되며, 이는 점화 플러그 전극의 전체 기계적 안정성에 유리하다.

원소들의 농도 기울기의 특히 균일한 변동과 그에 따른 열 팽창 계수들의 특히 균일한 변동은 바람직하게는 레이저 빔이 제 1 용접 공정 및 제 2 용접 공정 동안 용접할 재료들을 완전하게 관통하는 것을 통해 달성된다.

상기 효과는 재차 점화 플러그 전극이 용접 공정들 동안 회전되는 것을 통해 증대될 수 있다. 이에 따라 레이저 빔은 시간 간격마다 용접할 재료들의 동일한 크기의 섹션에 작용한다.

하기에서 본 발명의 실시예들은 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 여기서 동일하거나 기능상 동일한 부품들은 동일한 도면부호들로 표시된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 점화 플러그를 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 점화 플러그 전극을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 점화 플러그 전극의 일부 내 원소 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2의 점화 플러그 전극의 제조 공정 동안의 개략적 단면도이다.

하기에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 점화 플러그(1) 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 점화 플러그 전극(10)이 상세하게 설명된다.

도 1로부터 알 수 있는 것처럼, 점화 플러그(1)는 접지 전극(2)과 중앙 전극(3)을 포함한다. 절연체(4)는, 중앙 전극(3)이 공지된 방식으로 절연체(4)로부터 약간 돌출되는 방식으로 제공된다. 중앙 전극(3)은 귀금속 핀(11)을 포함한다. 절연체(4) 자체는 부분적으로 하우징(5)에 의해 에워싸인다. 도면부호 6은 전기 단자 너트(electrical terminal nut)를 표시한다. 전기 전도성 연결은 전기 단자 너트(6)로부터 단자 볼트(7)(terminal bolt) 및 전기 전도성 연결 부재(8)를 경유하여 중앙 전극(3)까지 제공된다.

도 2에는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르는 점화 플러그 전극(10)의 구성이 상세하게 도시되어 있다. 이 경우, 점화 플러그 전극(10)은 접지 전극 또는 중앙 전극으로서 형성될 수 있다. 점화 플러그 전극(10)은, 중앙 전극으로서 형성되는 경우에 전기 전도성 연결 부재와 연결되는 본체(12)를 포함한다. 이 경우, 본체(12)의 저부(foot)는 본체(12)의 나머지 영역에 비해 비대하게 형성되며, 그럼으로써 저부는 점화 플러그(1) 상에 안정되게 고정될 수 있게 된다.

본체(12)는 바람직하게는 니켈 함유 합금으로 형성되며, 합금에서 니켈의 비율은 합금의 총 중량과 관련하여 특히 적어도 50질량 퍼센트이다.

또한, 점화 플러그 전극은 스파크 플라스마의 생성을 위해 이용되는 귀금속 핀(11)을 포함한다. 귀금속 핀(11)은 순수 귀금속으로, 특히 Ir, Rh, Pt, Pd 또는 Re 또는 이 원소들의 합금들로 구성된다. 또한, 귀금속 핀(11)은 앞에서 언급한 원소들의 합금들과 추가 구성성분으로서의 니켈로 형성될 수도 있다. 귀금속 핀(11)은 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 바람직하게는 최대 900㎛, 특히 80㎛ 내지 200㎛의 길이(L1)를 갖는다. 이는 점화 스파크의 안정된 생성을 위해 특히 바람직하다.

귀금속 핀(11)과 본체(12)는 결합 구역(13)에 의해 서로 결합된다. 본 실시예에서, 결합 구역(13)은 2개의 용접 이음매, 즉 본체(12)로 향해 있는 제 1 용접 이음매(14)와 귀금속 핀(11)으로 향해 있는 제 2 용접 이음매(15)로 구성된다. 결합 구역(13)에 의해, 귀금속 핀(11)은 본체(12) 상에 안정되게 배치된다.

결합 구역(13)은 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 10㎛ 내지 700㎛, 특히 100㎛ 내지 600㎛의 길이(L2)를 갖는다. 이렇게 귀금속 핀(11)과 본체(12) 사이에 기계적으로 안정된 결합이 확보된다.

결합 구역(13)에 대한 조사에 따르면, 제 1 용접 이음매(14) 내의 귀금속 농도는 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속 농도보다 더 낮다. 그러나 전체적으로 볼 때, 제 1 용접 이음매(14) 내뿐만 아니라 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속 농도는 귀금속 핀(11) 내에서보다 더 낮지만, 또한 본체(12) 내에서보다는 더 높다. 따라서 점화 플러그 전극(10) 내에는 각각 상이한 농도의 귀금속을 함유하는 4개의 영역이 존재한다. 이 경우, 귀금속 농도는, 귀금속 농도가 각각 사용되는 출발 재료에 따라서 100% 이하인 귀금속 핀(11)으로부터, 제 2 용접 이음매(15) 및 제 1 용접 이음매(14)를 경유하여, 실질적으로 끊임없이, 다시 말해 계속 진행되면서 급격한 변동 없이, 귀금속 농도가 0%인[또는 본체(12)의 각각 사용되는 재료에 따라서 낮은] 본체(12) 쪽으로 갈수록 감소한다.

끊임없이 감소하는 귀금속 농도의 경우, 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 제 1 용접 이음매(14)의 길이(L3) 및 제 2 용접 이음매(15)의 길이(L4)가 대략 동일한 크기인 것이 바람직하다.

귀금속 핀(11)에서부터 본체(12)까지 귀금속 농도의 농도 특성곡선으로부터는, 귀금속 핀(11)으로부터 본체(12) 쪽으로 갈수록 열 팽창 계수도, 급격하게 상승하거나 감소하지 않으면서, 실질적으로 연속해서 변동되는 것이 확인된다. 엔진 작동 중에 높은 온도가 점화 플러그 전극(10)에 작용한다면, 상기 높은 온도는 더 양호하게 허용될 수 있다. 경계 표면들(16 ~ 18), 즉 귀금속 핀(11)/제 2 용접 이음매(15)의 경계 표면(16), 제 2 용접 이음매(15)/제 1 용접 이음매(14)의 경계 표면(17), 및 제 1 용접 이음매(14)/본체(12)의 경계 표면(18) 상에는 상대적으로 더 적은 기계적 응력들이 발생한다. 그에 따라 점화 플러그 전극(10)의 유효 수명이 현저히 증가된다.

도 3에는, 도 2의 점화 플러그 전극(10)의 일부 내 원소 분포가 도시되어 있다. 상이한 화학 원소들의 영역들은 상이한 음영으로 도시되어 있다. 수직 파선들은 점화 플러그 전극(10)을 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)을 따르는 그 상이한 영역들로 분할한다. 질량 퍼센트 단위의 원소들의 질량 분포는 ㎛ 단위의 점화 플러그 전극(10)의 길이에 대해 도시되어 있다. 왼쪽 섹션은, 귀금속 핀(11)의 섹션이다. 여기서는, 귀금속 핀(11)의 100질량 퍼센트가 귀금속으로, 즉 Ir 및 Rh로 이루어진 합금으로 구성되는 것을 알 수 있다. 왼쪽 섹션에는 제 2 용접 이음매(15)의 섹션이 이어진다. 여기서는 귀금속들(Ir 및 Rh)의 총 비율을 의미하는 것인 귀금속의 비율은 귀금속 핀(11) 내에서보다 더 낮다. 귀금속의 비율은 100질량 퍼센트에서 약 75질량 퍼센트로 감소하였다. 이 경우, 나머지 25중량 퍼센트는, 결합 구역(13)의 형성 동안 추가되는 니켈의 몫이 된다. 제 2 용접 이음매(15)의 섹션에는 제 1 용접 이음매(14)의 섹션이 이어진다. 여기서 귀금속 농도는 더욱 감소하였다. 이제, 제 1 용접 이음매(14) 내의 귀금속 비율은 약 60질량 퍼센트이다. 나머지 40질량 퍼센트는 니켈의 몫이 된다. 오른쪽 섹션에는 본체(12) 내에서의 원소 분포가 도시되어 있다. 본체(12)는 거의 100질량 퍼센트가 니켈(또는 니켈 함유 합금)로 구성된다. 귀금속 농도는 제 2 용접 이음매(15)로부터 본체(12) 쪽으로 갈수록 더 감소한다.

도면에서 잘 알 수 있듯이, 결합 구역(13) 내의 귀금속 농도는 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 각각 결합 구역(13)의 100㎛ 길이의 간격마다 최대 40질량 퍼센트만큼, 그리고 적어도 최대 15질량 퍼센트만큼 변동된다. 특히 50질량 퍼센트를 상회하는 변동과 함께 원소 농도의 급격한 변동은 존재하지 않는다. 추가 용접 이음매들을 제공하는 것을 통해, 귀금속 농도가 상대적으로 더 강하게 변동하는 영역들에서는 귀금속 농도의 기울기의 추가적인 완화가 달성될 수 있다.

또한, 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 제 1 용접 이음매(14)의 길이(L3) 및 제 2 용접 이음매(15)의 길이(L4)는 대략 동일한 크기인 것도 알 수 있다. 그에 따라, 귀금속의 농도 변동은 특히 균일하다.

도 4에는, 도 2의 점화 플러그 전극(10)의 제조 공정 동안의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 우선, 귀금속 핀(11)이 본체(12) 상에 배치된다. 귀금속 핀(11)과 본체(12) 사이의 결합 표면(20) 상으로는 (h*v)를 통해 상징적으로 표시된 레이저 빔이 조준된다. 이렇게 제 1 용접 공정(A)이 실행된다. 레이저 빔은 결합 표면(20) 내에서 서로 인접하는 귀금속 핀(11) 및 본체(12)의 재료들을 용융하며, 그럼으로써 제 1 용접 이음매(14)가 형성되며, 이 제 1 용접 이음매는 상대적으로 균형 잡힌 혼합 농도로 귀금속 핀(1) 및 본체(12)의 원소들을 함유한다.

점화 플러그 전극(10)은 용접 공정(A) 동안 화살표(C)의 방향으로 회전되며, 그럼으로써 레이저 빔은 사방에서 결합 표면(20)을 균일하게 조사하게 된다. 이 경우, 레이저 빔은 바람직하게는 CW 레이저에 의해 형성되어, 용접할 재료들을 완전하게 관통한다. 제 1 용접 공정(A)에 의해 제 1 용접 이음매(14)를 형성한 후에, 레이저 빔은 다시 정렬되며, 더 정확하게 말하면 바람직하게는 제 1 용접 이음매(14)와 귀금속 핀(11) 사이의 영역(19)을 향해 정렬된다. 물론 레이저 빔은 제 1 용접 이음매(14)와 본체(12) 사이의 영역으로도 향하게 될 수도 있지만, 이는 귀금속(11)으로부터 제 1 용접 이음매(14) 쪽으로 갈수록 약간 더 강하게 변동되는 귀금속 농도를 야기하며 그로 인해 좀 덜 바람직하다.

레이저 빔은 제 2 용접 공정(B)에서 바람직하게는, 제 1 용접 이음매(14) 및 귀금속 핀(11)의 결합 표면(20)으로부터 높이(h)만큼 귀금속 핀(11)의 방향으로 이격되어 위치하는 영역(19)으로 향하게 된다. 이 경우, 높이(h)는 특히 5㎛ 내지 50㎛, 특히 10㎛ 내지 30㎛이다.

제 2 용접 공정(B)에 의해 용접 이음매(14) 및 귀금속 핀(11)이 용융된다. 원소들의 추가 혼합 농도를 갖는 제 2 용접 이음매(15)가 형성되며, 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속 농도는 귀금속 핀(11)에서 추가 귀금속을 용융하는 것을 통해 제 1 용접 이음매(14) 내의 귀금속 농도보다 더 높다.

귀금속 핀(1)의 길이(L1) 및 본체(12)의 길이는 결합 구역(13)을 위해 감소되었다. 귀금속 농도의 급격한 감소 없이, 귀금속 핀(11)에서 출발하여 결합 구역(13)을 경유하여 본체(12) 쪽으로 갈수록 감소하는 귀금속 농도를 통해, 상기 영역들을 따르는 열 팽창 계수들의 특성곡선은 마찬가지로 급격한 변동 없이 확보된다. 서로 인접하는 영역들의 경계 표면들(16, 17, 18) 상에서의 응력들은 감소된다. 이는 점화 플러그 전극(10)의 기계적 안정성을 증가시킨다.

1: 점화 플러그
2: 접지 전극
3: 중앙 전극
4: 절연체
5: 하우징
6: 전기 단자 너트
7: 단자 볼트
8: 전기 전도성 연결 부재
10: 점화 플러그 전극
11: 귀금속 핀
12: 본체
13: 결합 구역
14: 제 1 용접 이음매
15: 제 2 용접 이음매
16: 경계 표면
17: 경계 표면
18: 경계 표면
19: 제 1 용접 이음매(14)와 귀금속 핀(11) 사이의 영역
20: 연결 표면
A: 제 1 용접 공정
B: 제 2 용접 공정
C: 화살표
h: 높이
L1, L2, L3, L4: 길이
X-X: 점화 플러그 전극(10)의 길이방향

Claims

본체(12)와, 상기 본체(12) 상에 배치되는 귀금속 핀(11)을 포함하는 점화 플러그 전극에 있어서,
- 상기 본체(12) 및 상기 귀금속 핀(11)은 결합 구역(13)에 의해 서로 연결되며,
- 상기 결합 구역(13)은 적어도 하나의 제 1 용접 이음매(14)와 하나의 제 2 용접 이음매(15)를 포함하는, 점화 플러그 전극.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 용접 이음매(14)는 상기 귀금속 핀(11)과 상기 본체(12) 사이에 배치되고,
- 상기 제 2 용접 이음매(15)는 상기 제 1 용접 이음매(14)와 상기 귀금속 핀(11) 사이에 배치되며, 상기 제 1 용접 이음매(14) 내의 귀금속 농도는 상기 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속 농도보다 더 낮거나, 또는
- 상기 제 2 용접 이음매(15)는 상기 제 1 용접 이음매(14)와 상기 본체(12) 사이에 배치되며, 상기 제 1 용접 이음매(14) 내의 귀금속 농도는 상기 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속 농도보다 더 높은 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 용접 이음매(14) 내의 그리고 상기 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속의 비율은, 상기 제 1 용접 이음매(14) 및 상기 제 2 용접 이음매(15)의 총 중량과 관련하여 적어도 40질량 퍼센트, 특히 적어도 50질량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합 구역(13) 내의 귀금속 농도는 상기 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 각각 상기 결합 구역(13)의 100㎛ 길이의 간격마다 최대 40질량 퍼센트만큼, 바람직하게는 최대 25질량 퍼센트만큼 변동되는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 상기 귀금속 핀(11)의 길이(L1)는 최대 900㎛이고, 특히 80㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 상기 결합 구역(13)의 길이(L2)는 50㎛ 내지 700㎛이고, 특히 100㎛ 내지 600㎛인 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 플러그 전극(10)의 길이방향(X-X)으로 상기 제 1 용접 이음매(14)의 길이(L3) 및 제 2 용접 이음매(15)의 길이(L4)는 대략 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 귀금속은 Ir, Rh, Pt, Pd, Re, 상기 원소들의 합금들, 및 니켈을 함유한 상기 원소들의 합금들에서 선택되는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체(12)는 니켈 함유 합금으로 형성되며, 상기 합금에서 니켈의 비율은, 상기 합금의 총 중량과 관련하여, 특히 적어도 50질량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 점화 플러그 전극(10)을 포함하는 점화 플러그.
본체(12) 및 귀금속 핀(11)을 포함하는 점화 플러그 전극(10)의 제조 방법으로서,
- 제 1 용접 이음매(14)를 형성하면서 상기 점화 플러그 전극(10)의 상기 귀금속 핀(11)과 상기 본체(12)를 결합하기 위한 제 1 용접 공정(A)을 실행하는 단계와;
- 제 2 용접 이음매(15)를 형성하면서 상기 제 1 용접 이음매(14)와 상기 귀금속 핀(11) 사이의 영역(19)에서 제 2 용접 공정(B)을 실행하는 단계로서, 상기 제 1 용접 이음매(14) 내의 귀금속 농도는 상기 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속 농도보다 더 낮게 하는, 상기 단계; 또는 제 2 용접 이음매(15)를 형성하면서 상기 제 1 용접 이음매(14)와 상기 본체(12) 사이의 영역에서 제 2 용접 공정(B)을 실행하는 단계로서, 상기 제 1 용접 이음매(14) 내의 귀금속 농도는 상기 제 2 용접 이음매(15) 내의 귀금속 농도보다 더 높게 하는, 상기 단계를 포함하고,
상기 제 1 용접 이음매(14) 및 상기 제 2 용접 이음매(15)는 상기 귀금속 핀(11) 및 상기 본체(12)의 결합 구역(13)을 형성하는, 점화 플러그 전극의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 용접 공정은 레이저 용접에 의해, 특히 CW 레이저로 실행되는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극의 제조 방법.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 용접 공정(B)은, 상기 제 1 용접 이음매(14) 및 상기 귀금속 핀(11)의 결합 표면(16)으로부터 상기 귀금속 핀(11)의 방향으로 5㎛ 내지 50㎛, 특히 10㎛ 내지 30㎛ 이격되어 위치하는 영역(19)에서 실행되는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극의 제조 방법.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 빔은 상기 제 1 용접 공정(A) 및 상기 제 2 용접 공정(B) 동안 용접할 재료들을 완전하게 관통하는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극의 제조 방법.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 플러그 전극(10)은 상기 용접 공정들(A, B) 동안 회전되는 것을 특징으로 하는 점화 플러그 전극의 제조 방법.