KR101265002B1

KR101265002B1 - 스파크 플러그

Info

Publication number: KR101265002B1
Application number: KR1020117009963A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 가메다; 고헤이 가츠라야
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2013-05-15
Also published as: WO2010038467A1; US8350455B2; CN102171901A; EP2330700A1; EP2330700A4; EP2330700B1; KR20110079709A; JPWO2010038467A1; JP5175930B2; CN102171901B; US20110175515A1

Abstract

본 발명의 목적은 저렴한 비용으로 제작할 수 있고 점화성능 및 내구성 사이에 양립가능성을 보장할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것이다. 본 발명에 의한 스파크 플러그는 중심전극 및 상기 중심전극을 향한 내표면을 갖는 접지전극을 포함하고; 상기 스파크 플러그는 상기 접지전극은 돌기 및 홀을 가지며; 상기 돌기는 0.4㎜ ~ 1㎜의 돌출길이(A)로 상기 내표면으로부터 돌출되고 1.5㎟ ~ 3㎟의 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)을 갖는 제 1 직선부를 가지며; 상기 홀은 상기 접지전극의 외표면에 개구부, 제 2 직선부, 바닥부 및 전환부를 가지며; 상기 개구부는 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(Sl)에 대한 상기 개구부의 돌출된 개구면적(S2)의 비율(S2/S1)이 1.2보다 작지 않도록 형성되고; 그리고, 상기 전환부는 테이퍼부의 형태임을 특징으로 한다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 스파크 플러그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 내연엔진에 사용하기 위한 스파크 플러그에 관한 것이다.

최근 수년 동안, 세계적인 환경 보호의 관점에서 자동차 내연 엔진과 같은 내연 엔진의 낮은 전력소모에 대하여 고심하고 이산화탄소 방출 및 미연가스 방출을 규제할 것에 대한 강한 요구가 있었다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여, 희박 연소 엔진, 직접 분사 엔진 및 저 배기 엔진과 같은 새로운 유형의 내연엔진이 개발되어 왔다. 이들 개발된 내연엔진에서 공기-연료 혼합물의 점화를 위하여 그리고 종래의 내연 엔진에서 공기-연료 혼합물의 효율적인 점화를 위하여, 종래의 것보다 높은 점화성능을 갖는 스파크 플러그가 요구된다.

높은 점화성능을 갖는 스파크 플러그의 한 가지 유형으로서, 중심전극, 상기 중심전극의 선단에 용접되는 귀금속팁, 접지전극, 및 상기 귀금속팁과의 사이에 스파크 방전을 발생시키기 위하여 상기 중심전극을 향하는 상기 접지전극의 선단에 용접되는 귀금속팁을 포함하는 스파크 플러그가 주지되어 있다.

특허문헌 1은 스파크 갭(50)을 사이에 두고 서로 대향되도록 배열되는 중심전극(30) 및 접지전극(40), 그리고 접지전극의 스파크갭 측 표면(43)에 레이저 용접에 의하여 일단이 접합되는 귀금속팁(45)을 포함하는 스파크 플러그를 개시하며, 여기에서 상기 귀금속팁의 타단의 단면적은 0.12㎟ ~ 1.55㎟의 범위 이내로 되고, 여기에서 상기 접지전극으로부터의 상기 귀금속팁 돌기의 길이(L)는 0.3㎜ ~ 1.5㎜의 범위 이내로 되며; 그리고, 상기 귀금속팁이 접합되는 상기 접지전극 표면(43)에 상기 귀금속팁의 원주 표면(45a)을 연결하는 상기 융합부의 외표면(47a)이 0.1㎜ ~ 1.0㎜의 곡률반경(R)으로 오목한 만곡 형상을 갖도록 상기 접지전극 및 상기 귀금속팁이 함께 융합되는 융합부(47)가 형성된다.

상기 각각의 전극의 귀금속팁들은 주성분으로서 백금 및 이리듐과 같은 귀금속을 포함하는 합금으로 형성된다. 이들 합금은 고가이므로, 상기 귀금속팁을 갖는 스파크 플러그는 제조비용이 증가된다는 문제가 있다.

상기 전극이 상기 귀금속팁 대신으로 상기 접지전극 자체를 가공하여 형성한 돌기를 갖는 또 다른 유형의 스파크 플러그 역시 제안된 바 있다. 예를 들면, 상기 접지전극의 대향측을 압출함으로써 상기 접지전극의 일측에 돌기를 형성하는 기술이 제안된다. 보다 구체적으로, 비 특허문헌 1은 다음과 같이 언급한다: "이러한 특징은 도 16에 나타낸 바와 같이 중심전극을 향하여 상부로부터 이를 직접적으로 밀어냄을 가능하게 한다. 이러한 공정을 수행함으로써, 상기 종래의 미세 배선 전극과 비교할 때 보다 저렴한 재료비용 및 보다 단순한 제조로써 새로운 미세 배선부를 달성하였다.", 즉, 압출 공정에 의하여 저렴한 비용으로 상기 접지전극을 제작할 수 있음을 개시한다.

특허문헌 1 : 일본국 특허 제3702838호 공보

비 특허문헌 1 : 신 니시오카(Shin Nishioka), 켄 하나시(Ken Hanashi), 신이치 오카베(Shinichi Okabe), 2008년 4월 14일 SAE 인터내셔널에 의하여 발행된 "SAE 테크니컬 페이퍼 시리즈(SAE TECHNICAL PAPER SERIES) 2008-01-0092", 7쪽의 우측 컬럼 챕터 3

본 발명자들은 상기 접지전극에 돌기, 보다 구체적으로는, 높은 점화성능을 확보하기에 충분한 돌기가 형성될 때에도, 단순히 비 특허문헌 1에 기술된 바의 압출공정을 수행함으로써, 스파크 플러그가 예상과는 반대로 높은 점화성능을 발휘하지 못하며 사용 중 접지전극이나 돌기의 파손 또는 크랙의 발생으로 인하여 및/또는 상기 돌기의 부실한 형성으로 인하여 내구성의 열화를 초래한다는 것을 새롭게 발견하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 저렴한 비용으로 제조가 가능하며 점화성능 및 내구성 사이에 양립가능성을 보장할 수 있는 스파크 플러그를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 접지전극에 대하여 압출 공정을 수행함으로써 돌기 및 홀을 형성하는 것에 대하여 고가의 연구를 수행하였으며, 그 결과, 압출 돌기 및 홀이 점화성능 및 내구성 사이의 양립가능성에 대한 일부 구체적인 조건을 만족하는 것이 중요하다는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견에 기초한다.

달리 말하자면, 본 발명은, 위의 문제점에 대한 해결책으로서: 중심전극; 및 상기 중심전극의 선단을 향하여 구부러져서 그들 사이에 스파크갭이 구획되며 상기 중심전극을 향하는 내표면을 갖는 접지전극으로서: 그의 선단부 상에 압출공정에 의하여 형성되는 돌기 및 홀을 갖는 접지전극;으로 이루어지며; 상기 돌기는 상기 중심전극의 선단을 향하여 상기 내표면으로부터 돌출되고, 상기 내표면으로부터 0.4㎜ ~ 1㎜의 돌출길이(A)를 가지며, 그리고 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서 상기 돌기의 폭이 상기 돌기의 중심축 방향을 따라 균일하게 되도록 형성되는 제 1 직선부로서, 상기 제 1 직선부가 1.5㎟ ~ 3㎟의 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)을 가지며, 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)은 상기 돌기의 중심축에 수직인 평면 상에서 상기 제 1 직선부의 돌출된 면적인 것으로 되는 제 1 직선부를 포함하고; 상기 홀은 상기 내표면에 대향되는 상기 접지전극의 외표면에 개구부를 가지며, 그리고 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서 내벽 표면의 대향측들 사이의 폭이 상기 홀의 중심축 방향을 따라 균일하도록 형성되는 내벽 표면을 갖는 제 2 직선부, 바닥부 및 상기 제 2 직선부 및 상기 바닥부 사이에 연장되는 전환부를 포함하고; 상기 개구부는 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 돌기의 제 1 직선부의 윤곽선이 상기 가상평면 상에 돌출되는 상기 개구부의 윤곽선 내측에 위치되도록, 그리고 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 대한 상기 개구부의 돌출된 개구면적(S2)의 비율(S2/S1)이 1.2보다 작지 않게 되도록 형성되고; 상기 전환부는, 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 제 2 직선부의 윤곽선 단부로부터 상기 바닥부의 윤곽선 단부까지 연장되는 직선 윤곽선을 갖는 테이퍼부의 형태이며; 그리고, 상기 홀은, 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서, 0.1㎜ 이상의 거리(α) 및 0.1㎜ 이상의 거리(b)를 가지며, 여기에서 상기 거리(α)는 상기 바닥부의 윤곽선 및 상기 테이퍼부의 윤곽선의 교차점으로부터 상기 제 2 직선부의 윤곽선의 연장선 및 상기 바닥부의 윤곽선의 연장선의 교차점까지의 거리이며; 상기 거리(b)는 제 2 직선부의 윤곽선 및 상기 테이퍼부의 윤곽선의 교차점으로부터 상기 제 2 직선부의 윤곽선의 연장선 및 상기 바닥부의 윤곽선의 연장선의 교차점까지의 거리임을 특징으로 하는 스파크 플러그를 제공한다.

본 발명은 또한, 위의 문제점에 대한 또 다른 해결책으로서: 중심전극; 및 상기 중심전극의 선단을 향하여 구부러져서 그들 사이에 스파크갭이 구획되며 상기 중심전극을 향하는 내표면을 갖는 접지전극으로서: 그의 선단부 상에 압출공정에 의하여 형성되는 돌기 및 홀을 갖는 접지전극으로 이루어지며; 상기 돌기는 상기 중심전극의 선단을 향하여 상기 내표면으로부터 돌출되고, 상기 내표면으로부터 0.4㎜ ~ 1㎜의 돌출길이(A)를 가지며, 그리고 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서 상기 돌기의 폭이 상기 돌기의 중심축 방향을 따라 균일하게 되도록 형성되는 제 1 직선부로서, 상기 제 1 직선부가 1.5㎟ ~ 3㎟의 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)을 가지며 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)은 상기 돌기의 중심축에 수직인 평면 상에서 상기 제 1 직선부의 돌출된 면적인 것으로 되는 제 1 직선부를 포함하고, 상기 제 1 직선부의 표면 상에 형성되는 적어도 하나의 가장자리를 더욱 포함하며; 상기 홀은 상기 내표면에 대향되는 상기 접지전극의 외표면에 개구부를 가지며; 그리고, 상기 개구부는 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 돌기의 제 1 직선부의 윤곽선이 상기 가상평면 상에 돌출되는 상기 개구부의 윤곽선 내측에 위치되도록, 그리고 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 대한 상기 개구부의 돌출된 개구면적(S2)의 비율(S2/S1)이 1.2보다 작지 않게 되도록 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그를 제공한다.

본 발명에서는, 다음의 구조가 바람직하다.

(1) 상기 돌기의 제 1 직선부는 상기 접지전극의 후단에 더욱 가까운 그의 일측에 위치되는 만곡표면을 갖는다.

(2) 상기 접지전극은, 상기 홀의 중심축에 수직이며 상기 외표면에 평행한 단면에서, 상기 홀 및 상기 접지전극의 윤곽선들의 가장 가까운 부분들 사이에 구획되며 그의 선단측에 위치되는 각각의 최소두께영역을 갖는다.

(3) 상기 접지전극은, 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서, 0.3㎜ 이상의 거리(B) 및 0.4㎜ 이상의 거리(C)를 가지며, 여기에서 상기 거리(B)는 상기 돌기의 중심축을 따라 상기 제 1 직선부의 직선 윤곽선의 가상직선 연장선과 상기 홀의 윤곽선의 교차점으로부터 상기 접지전극의 내표면의 윤곽선에 가장 가까운 상기 제 1 직선부의 직선 윤곽선의 일단 상의 가장 가까운 지점까지의 거리이며; 그리고 상기 거리(C)는 상기 홀의 모서리로부터 상기 바닥부의 윤곽선의 일단에서 상기 모서리에 가장 가까운 지점까지의 거리이다.

(4) 상기 돌기는 상기 내표면 및 상기 제 1 직선부 사이에 위치되며, 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 내표면의 윤곽선으로부터 상기 제 1 직선부의 윤곽선까지 연장되는 만곡된 윤곽선을 갖는 돌기 기부를 포함하며; 그리고, 상기 돌기 기부는 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 돌기 기부의 윤곽선이 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면상으로 돌출되는 상기 개구부의 윤곽선 내측에 위치되도록 상기 제 1 직선부와 상기 내표면 사이에 0.1㎜ ~ 0.3㎜의 곡률반경으로 형성된다.

(5) 상기 돌기 및 상기 홀은 S4 < S1 < S2의 관계를 만족하며, 여기에서 (S1)은 상기 돌출된 제 1 직선부 면적이며; (S2)는 상기 돌출된 개구면적이고; 그리고 (S4)는 상기 홀의 바닥부, 상기 제 1 직선부, 및 상기 홀의 개구부가 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상에 돌출될 때 결정되는 상기 홀의 돌출된 바닥표면 면적이다.

상기 돌기의 용적(V1)에 대한 상기 홀의 용적(V2)의 비율(V2/V1)이 1.2 ~ 2의 범위 이내로 되는 또 하나의 본 발명의 바람직한 구조가 있다.

본 발명에 의한 스파크 플러그는 그의 선단부 상에 압출공정에 의하여 형성되는 돌기 및 홀을 갖는 접지전극을 포함하며, 다음의 특징적인 구성을 만족한다: 상기 돌기는 상기 접지전극의 내표면으로부터 0.4㎜ ~ 1㎜의 돌출길이(A)를 가지며: 상기 제 1 직선부는 1.5㎟ ~ 3㎟의 단면적(S1)을 가지며; 상기 홀은, 상기 돌기의 돌출방향으로 돌출될 때 상기 개구부 내측에 위치되며 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 대한 상기 개구부의 개구면적(S2)의 면적비율(S2/S1)이 1.2 이상으로 되도록 상기 접지전극의 외표면에 형성되는 개구부를 가지며; 그리고, 상기 홀은 상기 외표면으로부터 후퇴되며, 균일한 원주로 형성되는 제 2 직선부 및 상기 제 2 직선부에 연결되고 0.1㎜ 이상의 완만도(taper rate)로 형성되는 테이퍼부를 포함한다. 양자택일적으로, 본 발명에 의한 스파크 플러그는 상기 홀이 상기 제 2 직선부 및 상기 테이퍼부를 갖는 특징 대신으로 상기 돌기가 상기 제 1 직선부 표면 상에 적어도 하나의 가장자리를 갖는 특징을 만족할 수도 있다.

상기 접지전극이 위의 특징적인 구조를 갖는 본 발명에 의한 스파크 플러그는, 귀금속팁 대신 상기 접지전극 상에 압출공정에 의하여 돌기를 형성하므로, 저렴한 비용으로 제작가능하다. 더욱이, 상기 홀 상의 테이퍼부 형성 또는 상기 돌기 상의 가장자리 형성은 상기 돌기에서 스파크 방전이 용이하게 발생할 수 있도록 하면서, 상기 접지전극에서의 파손 및 크랙 발생은 덜하게 하므로, 높은 점화성능 및 내구성 그리고 낮은 전극 소모를 달성한다. 그러므로, 본 발명에 의한 스파크 플러그가 저렴한 비용의 제작을 가능하게 하며 점화성능 및 내구성 사이에 양립가능성을 보장할 수 있다는 것이 가능하다.

본 발명에서는 다음의 구성이 바람직하다.

본 발명의 이들 바람직한 구조 중 어느 하나에 의하여 보다 높은 점화성능 및 내구성을 확보하는 것이 가능하다.

본 발명의 이러한 또 하나의 바람직한 구조에 의하여 보다 높은 점화성능 및 내구성을 확보하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예로서의 스파크 플러그의 개략도이다, 여기에서 도 l(a)은 본 발명의 일 실시예에 의한 스파크 플러그의 부분적인 단면을 개괄적으로 나타낸 개략도이고; 그리고 도 1(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 스파크 플러그의 실질적인 부분의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 접지전극의 선단부를 나타내는 확대도이다, 여기에서 도 2(a)는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 상기 접지전극 선단부의 확대단면도이고; 그리고 도 2(b)는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서, 상기 접지전극의 돌기의 돌출방향으로 돌출될 때의 상기 접지전극 선단부의 투시도이다.
도 3은 스파크 플러그의 접지전극 선단부의 확대단면도이고, 여기에서 도 3(a)는 도 2(a)에 나타낸 상기 접지전극 선단부의 확대단면도이고; 그리고 도 3(b)는 본 발명의 범위를 벗어나는 접지전극 선단부의 확대단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 상기 접지전극의 테이퍼부를 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 상기 접지전극의 돌기에 대한 수정사항을 나타내는 확대도이다.
도 6은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이다, 여기에서 도 6(a)는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 바람직한 일 실시예에서 상기 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이고; 그리고 도 6(b)는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 상기 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 상기 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이다, 여기에서 도 7(a)는 도 2(a)에 나타낸 상기 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이고; 그리고 도 7(b)는 도 7(a)에 나타낸 홀의 테이퍼부의 확대도이다.
도 8은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에서 또 다른 유형의 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이다.
도 9는 스파크 플러그의 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이다.
도 10은 스파크 플러그의 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이다.
도 11은 실시예 2에서 스파크 플러그의 파괴전압을 측정하기 위한 장치를 나타내는 개략도이다.
도 12는 실시예 2에서 오실로스코프에 의하여 측정한 파형을 나타내는 다이어그램이다.
도 13은 실시예 2의 파괴전압 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 3에서 테스트 표본으로 사용한 스파크 플러그의 돌기를 나타내는 확대도이다.
도 15는 실시예 3의 점화성능 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16은 실시예 4에서 테스트 표본으로 사용한 접지전극을 나타내는 개략도이다.
도 17은 실시예 5의 크랙 발생률 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은 스파크 플러그의 접지전극의 선단부를 나타내는 확대도이다, 여기에서 도 18(a)는 상기 스파크 플러그의 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이고; 그리고 도 18(b)는 접지전극의 돌기의 돌출방향으로 돌출될 때의 상기 스파크 플러그의 접지전극 선단부의 투시도이다.
도 19는 기준예 1 및 기준 비교예 1의 점화성능 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20은 기준예 1 및 기준 비교예 1의 스파크 마모량 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은 기준예 1 및 기준 비교예 1의 크랙 발생률 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22는 기준예 2의 크랙 발생률 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 23은 도 10(b)에 나타낸 상기 접지전극 부분의 확대도이며, 여기에서 도 23(a)는 상기 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이고; 그리고 도 23(b)는 상기 접지전극의 돌기의 돌출방향으로 돌출될 때의 상기 접지전극 선단부의 투시도이다.
도 24는 스파크 플러그의 접지전극의 선단부를 나타내는 확대단면도이다.

본 발명에 의한 스파크 플러그는 중심전극, 및 상기 중심전극의 선단면과 상기 접지전극 사이에 스파크 갭을 구획하기 위하여 구부러지며 상기 중심전극을 향하는 내표면을 갖는 접지전극을 갖는다. 본 발명에서, 상기 스파크 플러그의 구조에는 특별한 제한이 없다. 스파크 플러그가 상기 스파크 갭에서 스파크 방전을 발생하는 구조로 되는 한, 다양한 구조의 스파크 플러그가 가능하다. 접지전극이 상술한 바의 특징을 갖는 본 발명에 의한 스파크 플러그는 저렴한 비용으로 제작될 수 있고 높은 점화성능 및 내구성을 달성할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 스파크 플러그의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명에 의한 스파크 플러그는 스파크 플러그의 접지전극이 상술한 바의 특징을 갖는 한 다음의 실시예들에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예로서 스파크 플러그(1)를 나타낸다. 도 1(a) 및 1(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(1)는 실질적으로 로드 형상인 중심전극(2), 상기 중심전극(2) 주위에 배열되며 실질적으로 실린더 형상인 절연체(3), 상기 절연체(3)를 내부에 지지하는 원통형 금속쉘(4), 및 스파크 갭(G)이 사이에 구획되게 상기 중심전극(2)의 선단면을 향하는 일단 및 상기 금속쉘(4)의 일단에 접합되는 타단을 갖는 접지전극(6)을 갖는다. 이하, 편의상 용어 "전방"은 상기 접지전극(6)이 상기 금속쉘(4) 내에 위치되는 상기 스파크 플러그(1) 측(예를 들면, 도 l(a)의 하측)을 칭하며; 그리고 용어 "후방"은 상기 전방측의 대향측(예를 들면, 도 l(a)의 상측)을 칭한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 금속쉘(4)은 형상이 원통형이어서 상기 절연체(3)가 상기 금속쉘(4) 내에 삽입 및 지지된다. 상기 금속쉘(4)의 전방부 외표면 상에는 내연 엔진(도시생략)의 실린더 헤드에 상기 스파크 플러그(1)를 장착하기 위한 나사부(5)가 형성된다. 상기 금속쉘(4)은 저탄소강과 같은 전도성 강재로 형성가능하다.

상기 절연체(3)는 활석 또는 패킹(도시생략)을 통하여 상기 금속쉘(4) 내에 지지되며, 도 1에 나타낸 바와 같이, 그의 축방향을 따라 상기 중심전극(2)을 내부에 보유하는 축홀을 갖는다. 여기에서, 상기 절연체(3)는 상기 금속쉘(4)의 선단면으로부터 돌출되는 상기 절연체(3)의 선단으로써 상기 금속쉘(4)에 고정된다. 상기 절연체(3)는 알루미나계 소결 세라믹재와 같이 열전도가 어려운 임의의 재료로 형성가능하다.

도 1(b)에 명확히 나타낸 바와 같이, 상기 중심전극(2)은 외부 전극부재(2A), 및 상기 외부 전극부재(2A)의 축부분 내에 동축으로 매설되는 내부 전극부재(2B)를 갖는다. 더욱이, 상기 중심전극(2)은 상기 절연체(3)의 선단면으로부터 돌출되는 상기 중심전극의 선단(2)으로써 상기 절연체(3)의 축홀 내에 고정된다. 상기 중심전극의 선단(2)은 도 1(b)에 명백히 나타낸 바와 같이 전방을 향하여 외경이 점진적으로 감소하는 원추부 및 상기 원추부의 전방측에 연장되며 균일한 외경을 갖는 원통형부를 포함한다. 상기 중심전극(2)은 주지의 재료로 형성가능하다. 예를 들면, 상기 외부 및 내부 전극부재(2A,2B)는 각각 높은 열 및 마모저항을 갖는 Ni계 합금 재료 및 높은 열 전도성 금속재, 예를 들면, 동 또는 은으로 형성가능하다.

상기 접지전극(6)의 종류 및 구조는 상기 접지전극(6)이, 예를 들면, 상기 금속쉘(4)의 단부, 또는 보다 구체적으로, 상기 금속쉘(4)의 단부면에 일단이 접합되며 상기 접지전극(6)의 선단부(13)가 상기 중심전극(2)에 인접하여 위치될 수 있도록 실질적으로 L자 프로파일로 구부러지는 직사각형 컬럼형상을 갖도록 설계된다. 이러한 디자인으로써, 상기 접지전극(6)은 상기 접지전극(6)의 타단이 상기 스파크 갭(G)을 통하여 상기 중심전극(2)을 향하도록 배열될 수 있다. 상기 접지전극(6)이 상기 중심전극(2)보다 높은 온도 조건에 노출된다는 사실을 고려하여, 상기 접지전극(6)은, 예를 들면, 열저항 및 마모저항이 상기 중심전극(2)의 Ni계 합금 재료보다 높은 Ni계 합금 재료로 바람직하게 형성할 수 있다.

위의 구조로 되는 스파크 플러그(1)에서, 상기 접지전극(6)은 다음의 특징적인 구성을 갖는다. 상기 접지전극(6)의 특징 중 하나는 돌기(21) 및 홀(31)이 압출 공정에 의하여 상기 접지전극(6)의 선단부(13) 상에 형성된다는 것이다. 보다 구체적으로, 상기 돌기(21)는 상기 중심전극(2)에 대향되는 상기 접지전극(6)의 내표면(11)으로부터 상기 중심전극의 선단(2)을 향하여 돌출된다; 그리고, 상기 홀(31)은 상기 내표면(11)에 대향되는 상기 접지전극(6)의 외표면(12)에 개구부(51)(도 1(b)에 도시 안 됨)를 갖는다.

상기 돌기(21)는 상기 접지전극(6)의 내표면(11)으로부터 돌출되는 원형 컬럼의 형태이며 도 l(b) 및 도 2(a)에 명백히 나타낸 바와 같이 상기 돌기(21)의 돌출방향에 수직인 단면에서 실질적으로 원형이다. 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 돌기(21)는 상기 돌기(21)의 중심축을 통과하는 단면에서 상기 돌기(21)의 폭이 상기 돌기(21)의 중심축 방향을 따라 균일하게 되도록 형성되는 제 1 직선부(41)를 포함한다. 즉, 상기 돌기(21)는 그의 중심축 방향으로 볼 때 폭이 균일하다. 즉, 본 실시예에서, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그(1)의 중심축 및 상기 접지전극(6)의 중심축을 통과하는 상기 접지전극(6)의 단면에서 볼 때, 상기 돌출방향에 수직인 방향에서의 상기 돌기(21)의 제 1 직선부(41) 폭은 상기 돌기(21)의 중심축 방향으로 균일하다.

상기 스파크 갭(G)은 상기 돌기(21) 및 상기 중심전극(2)의 선단면 사이에 구획되며, 일반적으로 0.3㎜ ~ 1.5㎜로 설정된다. 본 실시예에서, 상기 돌기(21)의 돌출방향은 도 l(b)에 나타낸 바와 같이 상기 돌기(21)의 중심축 방향 및 상기 스파크 플러그(1)의 중심축 방향에 일치한다.

상기 접지전극(6)의 또 다른 특징은 상기 접지전극(6) 내표면(11)으로부터의 상기 돌기(21)의 돌출길이(A)가 0.4㎜ ~ 1㎜의 범위 이내로 된다는 것이다. 만일 상기 돌출길이(A)가 0.4㎜ 미만이면, 점화성능이 열화될 수 있다. 만일 상기 돌출길이(A)가 1㎜를 초과하면, 상기 돌기(21)가 스파크 방전에 의한 마모에 더욱 민감해져서 내구성이 열화될 수 있다. 상기 돌출길이(A)는 점화성능 및 내구성 사이의 양호한 균형을 이루기 위하여 바람직하기로는 0.5㎜ ~ 0.9㎜의 범위, 더욱 바람직하기로는 0.6㎜ ~ 0.8㎜의 범위 이내로 된다.

상기 접지전극(6)의 또 다른 특징은 상기 돌출방향에 수직인 상기 제 1 직선부(41)를 통과하는 상기 돌기(21)의 일단면의 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)이 1.5㎟ ~ 3㎟의 범위 이내로 된다는 것이다. 만일 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)이 1.5㎟ 미만이면, 상기 돌기(21)가 스파크 방전에 의한 마모에 더욱 민감해져서 내구성이 열화될 수 있다. 만일 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)이 3㎟를 초과하면, 상기 돌기(21)의 점화성능 개선효과가 실현될 수 없다. 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)은 점화성능 및 내구성 사이의 양호한 균형을 이루기 위하여 바람직하기로는 1.6㎟ ~ 2.5㎟의 범위, 더욱 바람직하기로는 1.6㎟ ~ 2㎟의 범위 이내로 된다.

도 2(a)에 명백히 나타낸 바와 같이, 상기 홀(31)은 상기 접지전극(6)의 외표면(12)으로부터 상기 외표면(12)에 대향되는 상기 내표면(11)을 향하여 후퇴되며 상기 개구부(51)를 통하여 개방된다. 상기 홀(31)은 상기 홀(31)의 중심축 방향에 수직인 단면에서 실질적으로 원형이며 바닥이 있는 원통형 홀(30)의 형태로 된다. 상기 홀(31)의 중심축은 실질적으로 상기 돌기(21)의 중심축에 일치한다. 상기 접지전극(6)의 또 다른 특징은 상기 홀(31)이 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 상기 내표면(11)에 대향되는 상기 외표면(12)에 그의 개구부(51)를 가지며 제 2 직선부(53), 바닥부(66) 및 전환부(67)를 포함한다는 것이다. 상기 개구부(51)는 상기 외표면(12)에 개방되며 상기 외표면(12)과 상기 제 2 직선부(53) 사이의 경계에 의하여 둘러싸이는 영역을 칭한다. 상기 제 2 직선부(53), 상기 바닥부(66) 및 상기 전환부(67)는 나중에 상세히 설명한다.

상기 접지전극(6)의 또 다른 특징은 상기 돌기(21)의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 제 1 직선부(41)의 윤곽선이 상기 돌기(21)의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 개구부(51)의 윤곽선 내측에 위치된다는 것이다. 이러한 특징은 상기 돌기(21)의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 개구부(51) 및 상기 돌기(21)의 투시도인 도 2(b)에 구체적으로 도시된다. 이는, 도 2(b)에서 돌출된 개구부 영역(54)이 돌출된 제 1 직선부 영역(42) 내측에 위치되며, 여기에서 상기 돌출된 개구부 영역(54)은 상기 가상평면 상에서 상기 개구부(51)의 돌출된 윤곽선 내측 영역이고; 그리고 상기 돌출된 제 1 직선부 영역(42)은 상기 가상평면 상에서 상기 돌기(21)의 제 1 직선부(41)의 돌출된 윤곽선 내측 영역임을 의미한다. 상기 돌출된 개구부 영역(54) 및 상기 돌출된 제 1 직선부 영역(42)이 서로 일치한다는 것 또한 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예이다. 상기 가상평면 상에서 돌출되는 영역들 사이에 위의 관계가 만족됨에 따라, 상기 돌기(21) 및/또는 상기 돌기(21)에 인접하는 상기 접지전극(6)의 부분은 상기 압출 공정으로 인한 크랙 또는 부실한 형성을 덜 겪게 되므로, 상기 접지전극(6) 및 상기 돌기(21)는 모두 높은 내구성 및 저렴한 제조 비용을 보장할 수 있다. 귀금속팁 대신으로 상기 돌기(21)를 압출 공정에 의하여 형성할 때에도 높은 점화성능 및 내구성을 달성하는 것이 가능하다.

상기 접지전극(6)의 또 다른 특징은 상기 제 1 직선부의 돌출된 면적(S1)에 대한 상기 개구부(51)의 돌출된 면적(S2)의 비율(S2/S1)이 1.2보다 작지 않다는 것이다. 상기 면적비율(S2/S1)이 1.2 미만일 때에는, 상기 돌기(21) 및/또는 상기 돌기(21)에 인접하는 상기 접지전극(6)의 부분이 상기 압출 공정으로 인한 크랙 또는 부실한 형성을 덜 겪게 되므로, 상기 접지전극(6) 및 상기 돌기(21)는 모두 높은 내구성을 보장할 수 있다. 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1) 및 상기 돌출길이(A)가 위의 구체적인 범위 이내로 되는 한, 상기 면적비율(S2/S1)의 상한선에는 특별한 제한이 없다. 상기 면적비율(S2/S1)의 상한선은 예를 들면 4로 설정가능하다.

도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 직선부(53)는 상기 홀(31)의 중심축을 통과하는 단면에서 상기 내벽 표면의 대향측들 사이의 거리가 상기 홀(31)의 중심축 방향을 따라 균일하도록 형성되는 내벽 표면을 갖는다. 더욱이, 상기 제 2 직선부(53)는 상기 개구부(51)로부터 시작되어 상기 돌기(21)의 중심축을 따라 상기 외표면(12)으로부터 상기 내표면(11)까지의 방향으로 연장된다. 상기 바닥부(66)는 상기 홀(31)의 바닥표면을 구획하며 상기 압출 공정 동안 상기 외표면(12)으로부터 상기 내표면(11)까지의 방향으로 상기 외표면(12)의 일부 부분을 가압함으로써 형성되는 영역을 칭한다. 상기 전환부(65)는 상기 제 2 직선부(53)로부터 상기 바닥부(66)까지 연장되는 영역을 칭한다. 상기 전환부(65)는 그러므로 상기 제 2 직선부 및 상기 바닥부가 상기 접지전극의 중심축을 통과하는 단면에서 서로 직접적으로 교차되는 실시예에서는 존재하지 않는다.

상기 접지전극(6)에서, 상기 홀(31)의 전환부(67)는 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 상기 내표면(11)을 향하여 내경이 점진적으로 감소되는 테이퍼부(55)의 형태로 된다. 즉, 상기 홀(31)에는 상기 개구부(51), 상기 제 2 직선부(53), 상기 테이퍼부(55) 및 상기 바닥부(66)가 제공된다. 상기 전환부(67)의 테이퍼부(55)는, 상기 홀(31)의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 제 2 직선부(53)의 윤곽선 단부로부터 상기 바닥부(66)의 윤곽선 단부까지 연장되는 직선 윤곽선을 갖는다. 본 실시예에서, 상기 테이퍼부(55)는 특정 경사 패턴으로 형성된다. 상기 테이퍼부(55)의 특정 경사패턴에 대해서는 후술한다.

여기에서, 상기 접지전극의 제 2 직선부는 도 3을 참조하여 아래에 더욱 구체적으로 설명한다.

도 3(a)은 도 2(a)의 접지전극(6)을 도시하는 한편, 도 3(b)은 상기 접지전극(6)의 홀(31)의 제 2 직선부(53) 및 테이퍼부(55) 대신으로 홀(32)의 외주 전반에 걸쳐 형성되는 테이퍼부(59)를 갖는 접지전극(7)을 도시한다.

상기 본 발명에 의한 스파크 플러그의 접지전극을 압출 공정에 의하여 제작하는 경우, 상기 홀이 형성되는 상기 접지전극의 외표면 일부를 가압함으로써, 돌기가 상부에 형성되는 상기 접지전극의 내표면 일부가 상기 가압된 부분의 두께에 상응하는 양만큼 압출된다. 여기에서, 상기 돌기를 소망하는 형상으로 높은 치수정확도로써 용이하게 형성하기 위하여, 내부에 상기 홀이 형성되는 상기 가압된 부분의 재료가 상기 돌기 측을 향하여 쉽게 흐르게 되는 것이 바람직하다. 상기 돌기의 선단면 둘레 상에, 즉, 상기 돌기의 선단면 및 외주 표면의 교차점에 형성되는 가장자리가 있을 때, 상기 스파크 플러그는 이러한 상기 돌기의 가장자리에서 스파크 방전을 용이하게 발생할 수 있고, 따라서 높은 점화성능을 보장할 수 있다.

도 3(a)의 접지전극(6) 및 도 3(b)의 접지전극(7)을 압출 공정에 의하여 제작함에 있어서, 상기 가압된 부분의 재료는 상기 홀(32) 외주를 전반적으로 테이퍼링하여 상기 테이퍼부(59)를 형성한 상기 접지전극(7)에서보다 상기 홀(31) 상에 상기 테이퍼부(55) 뿐만 아니라 상기 제 2 직선부(53)도 형성한 상기 접지전극(6)에서 상기 돌기 측을 향하여 더욱 잘 흐르게 된다. 그러므로, 상기 접지전극(7)의 돌기(22)를 형성하는 것보다 상기 접지전극(6)의 돌기(21)를 형성하는 것이 더욱 쉽다. 더욱이, 상기 돌기(21)의 치수정확도가 상기 돌기(22)의 그것보다 높다. 이러한 이유로, 제 2 직선부(53)가 없는 상기 접지전극(7)에 비하여 상기 제 2 직선부(53)가 마련되는 접지전극(6)이 본 발명에 의한 스파크 플러그의 접지전극에 대한 일 실시예로서 더욱 바람직하다.

상기 홀의 종류에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 상기 홀은 상기 홀의 중심축 방향에 수직인 단면이 원형, 타원형 또는 다각형이며 바닥이 있는 원형, 타원형 또는 다각형 컬럼형상의 홀의 형태로 될 수 있다. 상기 홀의 프로파일은 상기 돌기의 그것과 동일하거나 또는 상이하게 될 수 있다. 더욱이, 상기 홀의 중심축은 상기 돌기의 중심축과 일치하거나 또는 일치하지 않을 수 있다.

상기 접지전극(6)의 테이퍼부(55)의 경사 패턴은 아래에 설명한다. 도 4는 상기 접지전극(6)의 테이퍼부(55) 근처를 나타내는 확대도이다. 비록 도 4는 상기 홀(31)의 중심축을 통과하는 상기 접지전극(6)의 단면을 나타내지만, 설명의 편의상 도 4에서 해칭라인은 생략한다. 도 4에는 상기 바닥부(66)의 윤곽선 및 상기 테이퍼부(55)의 윤곽선이 서로 교차하는 모서리(52), 상기 제 2 직선부(53)의 윤곽선 및 상기 바닥부(66)의 윤곽선의 연장선들의 교차점(68), 및 상기 제 2 직선부의 윤곽선 및 상기 테이퍼부의 윤곽선이 서로 교차하는 모서리(56)를 나타낸다. 상기 접지전극(6)에서, 상기 모서리(52)와 상기 교차점(68) 사이의 거리(α)는 0.1㎜ 이상이고; 그리고 상기 모서리(56)와 상기 교차점(68) 사이의 상기 거리(b)는 0.1㎜ 이상이다. 상기 홀(31) 근처에서의 크랙의 발생 및 성장, 그리고 상기 홀(31) 근처에서의 파손의 발생은 상기 거리(α) 및 상기 거리(b) 모두가 0.1㎜ 이상일 때에 방지될 수 있다. 이는 높은 온도 조건 하에서 내구성의 개선을 이끌어낸다.

상기 접지전극은 양자택일적으로 상기 제 2 직선부 및 상기 전환부가 상기 홀 상에 형성된다는 특징 대신으로 적어도 하나의 가장자리가 상기 돌기의 제 1 직선부의 표면 상에 형성된다는 특징을 가질 수 있다.

도 5(a) ~ 도 5(d)는 접지전극(6,6A,10A,10B)을 도시하며, 보다 구체적으로는, 각각 상기 돌기의 선단면을 향한 방향에서 볼 때, 즉, 도 l(b)에서 후방측으로부터 전방측으로의 방향에서 상기 스파크 플러그를 볼 때 상기 접지전극들의 돌기를 나타낸다.

도 5(a)의 접지전극(6)은 도 2의 그것이다. 도 5(b)의 접지전극(6A)은 상기 접지전극(6)의 돌기(21)를 상이한 형상으로 수정한 유형으로 된다. 상기 접지전극(6)의 돌기(21)는 상기 돌기(21)의 중심축에 수직인 평면이 원형인 원형 컬럼형상을 갖는다. 상기 접지전극(6A)은 상기 돌기(21A)의 중심축에 수직인 평면이 타원형인 타원형 컬럼형상의 돌기(21A)를 갖는다.

각각의 상기 돌기(21) 및 상기 돌기(21A)에서, 상기 제 1 직선부의 표면 상에는 가장자리가 형성되지 않는다. 한편, 도 5(c)의 접지전극(10A) 및 도 5(d)의 접지전극(10B)에 있어서는, 상기 제 1 직선부 표면 상에 가장자리가 형성된다. 그러므로, 상기 접지전극(10A,10B)은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예에 적용가능하다.

상기 접지전극(10A)은 돌기(26A)를 가지며; 그리고, 상기 접지전극(10B)은 돌기(26B)를 갖는다. 상기 접지전극(10A)의 돌기(26A)는 상기 돌기(26A)의 돌출방향에 수직인 평면이 직사각형인 직사각형 컬럼형상을 갖는다. 상기 접지전극(10B)의 돌기(26B)는 상기 돌기(26B)의 돌출방향에 수직인 평면이 삼각형인 삼각형 컬럼형상을 갖는다. 상기 가장자리는 각각 상기 제 1 직선부의 표면에 상응하는 직사각형 컬럼형상의 원주 표면 및 삼각형 컬럼형상의 원주 표면 상에 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 돌기(26A)는 상기 제 1 직선부의 표면의 4개 변의 4개 교차점을 따라 형성되는 4개의 가장자리(101A)를 갖는다. 마찬가지로, 상기 돌기(26B)는 상기 제 1 직선부의 표면의 3개 변의 3개 교차점을 따라 형성되는 3개의 가장자리(10B)를 갖는다.

상기 제 1 직선부의 표면 상에 가장자리가 형성되지 않는 돌기, 예를 들면, 상기 중심축에 수직인 단면이 원형인 돌기에 비하면, 상기 제 1 직선부의 표면 상에 상기 가장자리 또는 가장자리들이 형성되는 돌기, 예를 들면, 상기 중심축에 수직인 단면이 다각형인 돌기는 상기 가장자리 또는 가장자리들 상에 보다 높은 전계강도를 발생할 수 있다. 바람직하기로는 전극 소모량을 감소시키고 스파크 방전에 의하여 상기 절연체가 천공될 가능성을 감소시키기 위하여, 보다 높은 전계강도는 파괴전압의 감소를 유발한다. 각각의 상기 접지전극(10A,10B)에서 돌기의 표면 상에 가장자리가 형성됨에 따라, 이들 접지전극(10A,10B)의 사용으로 인하여 파괴전압이 감소될 수 있다. 본 발명에 의한 스파크 플러그에서, 상기 돌기는 상기 제 1 직선부의 표면 상에 적어도 하나의 가장자리를 형성하는 임의의 단면, 예를 들면, 삼각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형 단면과 같은 다각형 단면, 또는 직선 및 예를 들면, 부채꼴 단면과 같이 만곡된 선에 의하여 구획되는 단면으로 형성될 수 있다. 상기 돌기의 단면이 다각형 형상인 경우, 상기 돌기의 중심축은 상기 다각형 형상의 무게중심을 통과하는 선을 칭한다. 더욱이, 제 1 직선부의 표면 상에 가장자리 또는 가장자리들이 형성되는 한, 상기 제 2 직선부가 반드시 상기 홀 상에 형성되지 않아도 된다.

본 발명에 의한 스파크 플러그의 기타 바람직한 특징을 아래에 설명한다.

상술한 바의 특징들에 더하여, 도 2의 접지전극(6) 및 도 3의 접지전극(7)은 각각 후술되는 바와 같이 0.3㎜ 이상의 돌출방향거리(B)를 갖는 것이 바람직하다. 상기 돌출방향거리(B)가 0.3㎜ 이상일 때에는, 압출공정으로 인한 크랙 및 부실한 형성의 발생이 덜하므로, 상기 접지전극(6)의 돌기(21) 및 상기 접지전극(7)의 돌기(22)가 보다 높은 내구성을 보장할 수 있다. 상기 돌출방향 거리(B)의 상한선에는 특별한 제한이 없다. 상기 돌기(21,22)의 용이한 형성을 위한 관점에서, 상기 돌출방향 거리(B)의 상한선은, 예를 들면, 1㎜로 설정될 수 있다. 상기 돌출방향 거리(B)는 특히 바람직하기로는 0.5㎜ ~ 0.8㎜의 범위 이내로 된다.

예를 들면, 도 2(a)에서, 상기 돌출방향 거리(B)는, 상기 돌기(21)의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 돌기(21)의 중심축을 따라 상기 제 1 직선부(41)의 직선 윤곽선의 가상 연장선과 상기 홀(31)의 윤곽선의 교차점(61)으로부터 상기 접지전극(6)의 내표면(11) 윤곽선에 가장 가까운 상기 제 1 직선부(41)의 직선 윤곽선 일단 상에서 가장 가까운 지점(62)까지의 거리를 칭한다. 도 3(a)에서, 상기 돌출방향 거리(B)는, 상기 돌기(22)의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 돌기(22)의 중심축을 따라 상기 제 1 직선부(41)의 직선 윤곽선의 가상 연장선과 상기 홀(32)의 윤곽선의 교차점(63)으로부터 상기 접지전극(7)의 내표면(11) 윤곽선에 가장 가까운 상기 제 1 직선부(41)의 직선 윤곽선 일단 상에서 가장 가까운 지점(64)까지의 거리를 칭한다.

상기 돌출방향 거리(B)는 양자택일적으로 상기 돌출방향을 따라 상기 교차점(61,63)으로부터 상기 제 1 직선부(41)의 외주 상의 지점까지의 최소거리로서 정의될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 돌출방향 거리(B)는 상기 교차점(61) 또는 (63)으로부터 상기 제 1 직선부(41)의 외주 상에서 그리고 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 상기 접지전극(6)의 단면에서, 또는 도 3(a)에 나타낸 바와 같이 상기 접지전극(7)의 단면에서 상기 돌출방향을 따라 상기 내표면 (11) 상에서 가장 가까운 지점(62,64)까지의 거리를 의미하며, 이는 상기 접지전극(6,7)의 두께와 상기 홀(31,32)의 깊이 사이의 차이에 상응한다.

도 2의 접지전극(6)에서, 상기 홀(31)의 모서리(52)와 상기 가장 가까운 지점(62) 사이의 최소 거리(C)는 0.4㎜ 이상의 범위로 되며, 도 3의 접지전극(7)에서, 상기 홀(32)의 모서리(51)와 상기 가장 가까운 지점(64) 사이의 최소 거리(C)는 0.4㎜ 이상의 범위로 되는 것이 더욱 바람직하다.

여기에서, 상기 모서리는 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서 상기 홀의 바닥부의 윤곽선의 일단 상에 위치되는 외표면 및 상기 홀의 표면들 사이에서 2개 평면의 교차점을 칭한다. 상기 최소 거리(C)는 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 가장자리로부터 상기 가장자리에 더욱 가까운 상기 가장 가까운 지점까지의 최소 거리를 칭한다. 상기 홀(31) 상에 상기 테이퍼부(55)가 형성되는 접지전극(6)에서, 상기 홀(31)의 모서리(52)는 상기 홀(31)의 바닥부(66)와 테이퍼부(55) 사이의 경계에 상응한다.

즉, 상기 접지전극(6)에서, 상기 최소 거리(C)는 상기 테이퍼부(55) 및 바닥부(66)가 서로 교차하는 상기 홀(31)의 모서리(52)로부터 상기 스파크 플러그(1)의 중심축 및 상기 접지전극의 중심축을 통과하는 상기 접지전극(6)의 단면에서, 즉, 도 2(a)에 나타낸 상기 접지전극(6)의 단면에서, 상기 모서리(52)에 가장 가까운 상기 가장 가까운 지점(62)까지의 거리를 의미한다.

상기 최소 거리(C)가 0.4㎜ 이상일 때에는, 압출공정으로 인한 크랙 및 부실한 형성의 발생이 덜하므로, 상기 접지전극(6)의 돌기(21) 및 상기 접지전극(7)의 돌기(22)가 보다 높은 내구성을 보장할 수 있다. 상기 최소 거리(C)의 상한선에는 특별한 제한이 없다. 상기 돌출방향 거리(B)의 상한선에는 특별한 제한이 없다. 상기 돌기(21,22)의 용이한 형성을 위한 관점에서, 상기 최소 거리(C)의 상한선은, 예를 들면, 1.5㎜로 설정될 수 있다. 상기 최소 거리(C)는 특히 바람직하기로는 0.6㎜ ~ 0.9㎜의 범위 이내로 된다.

상기 홀의 중심축에 수직이며 상기 외표면에 평행한 상기 접지전극의 단면에서, 상기 홀 및 상기 접지전극의 윤곽선들이 상기 홀 및 상기 접지전극의 윤곽선들의 가장 가까운 부분들 사이에 각각의 최소두께영역을 구획하도록 서로 가깝게 되는 것 또한 본 발명에 의한 스파크 플러그의 바람직한 실시예이다. 이러한 바람직한 실시예에 대해서는 도 6을 참조하여 아래에 상세히 설명한다.

도 6은 스파크 플러그의 접지전극(8,9)을 도시한다. 여기에서 상기 접지전극(8)을 갖는 스파크 플러그는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 바람직한 일 실시예이다. 도 6(a)의 접지전극(8)은, 상기 홀(34)의 중심축에 수직이며 상기 외표면(12)에 평행한 단면에서, 상기 홀(34) 및 상기 접지전극(8)의 윤곽선들의 가장 가까운 부분들 사이에 각각의 최소두께영역(85)을 구획하도록 서로 가깝게 되는 상기 홀(34) 및 상기 접지전극(8)의 윤곽선들을 갖는다. 상기 최소두께영역(85)은 도 6(a)에 나타낸 바와 같이 상기 접지전극(8)의 선단(13)에 더욱 가까이 위치된다. 한편, 도 6(b)의 접지전극(9)에서, 상기 최소두께영역(85)은 상기 접지전극의 선단(13)에보다 후단에 더욱 가까이 위치된다.

도 6(a) 및 도 6(b)에서, 화살표는 가열 중에 상기 접지전극(8,9)의 선단(13)으로부터 후단을 향하는 열전달 방향을 지시한다. 열은 상기 작은 두께부(85)가 후단에 더 가까이 위치되는 도 6(b)의 경우에서보다 상기 작은 두께부(85)가 선단(13)에 더 가까이 위치되는 도 6(a)의 경우에 더욱 원활하게 상기 접지전극 내에 전달된다. 그러므로, 상기 최소두께영역(85)이 상기 접지전극의 선단측에 위치되어, 상기 스파크 플러그 사용 중의 스파크 방전 발생으로 인하여 상기 접지전극이 고온 상태로 될 때에도, 효율적인 열전달에 의하여 상기 접지전극이 너무 높은 온도로 되는 것을 방지할 수 있는 것이 바람직하다. 상기 접지전극의 온도가 너무 높게 오르지 않을 때에는, 상기 접지전극의 조성이 열적으로 열화되는 것이 덜하다. 상기 스파크 플러그는 상기 접지전극이 열열화(thermal deterioration)에 저항력이 있으므로 양호한 내구성을 확보할 수 있다.

상기 크랙 및 파손의 발생은 도 2의 접지전극(7)에 테이퍼부(55)를 형성함으로써 효과적으로 방지될 수 있다. 상기 테이퍼부(55)의 이러한 크랙/파손 방지효과는 도 7를 참조하여 아래에 설명한다.

도 7(a)는 도 2(a)의 접지전극(6)에 대한 도면이고; 그리고 도 7(b)는 상기 접지전극(6)의 테이퍼부(55) 근처를 나타내는 확대도이다. 도 7(a)에서, 점선은 상기 홀(31)과 동일한 최소 거리(C)를 갖는 홀의 윤곽선을 나타낸다. 보다 구체적으로, 상기 홀의 최소 거리(C1)는 도 7(b)에서 점선으로 지시한 바와 같이 테이퍼부가 없는 홀의 최소 거리(C2)와 동일한 값으로 설정된다. 도 7(b)에서, 상기 홀의 돌출방향 거리(B1)는 상기 점선으로 나타낸 바와 같이 테이퍼부가 없는 홀의 돌출방향 거리(B2)보다 크다. 즉, 상기 돌출방향 거리(B)는 상기 홀의 최소 거리(C)가 동일할 때 상기 홀 상에 테이퍼부를 형성함으로써 증가될 수 있다. 상기 스파크 플러그의 접지전극은 상술한 바와 같이 상기 접지전극의 돌기에 크랙 및 파손의 발생을 덜하게 하기 위하여 큰 돌출방향 거리(B)를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 스파크 플러그에서는 상기 접지전극의 후단에 더욱 가까운 상기 제 1 직선부의 일측에 만곡표면을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 접지전극의 후단은, 도 l(b)의 경우, 상기 금속쉘에 접합되는 상기 접지전극(6)의 영역을 칭한다. 즉, 상기 접지전극의 후단은 도 l(b)에서 상기 접지전극(6)의 좌측에 위치되며, 도 2, 도 3 및 도 5 각각에서도 상기 접지전극의 좌측에 위치된다. 여기에서, 후단에 대향되는 상기 접지전극의 영역은 상기 접지전극의 선단부에 해당한다.

보다 구체적으로, 도 5(a)의 접지전극(6) 및 도 5(b)의 접지전극(6A)은 각각의 이들 접지전극의 후단에 더욱 가까운 상기 돌기 측에, 즉, 도면에서 상기 돌기의 좌측에, 만곡표면을 가지므로 바람직하다. 상기 돌기의 외주 전체가 만곡된 접지전극에 비하면, 상기 돌기의 외주에 가장자리 또는 가장자리들이 형성되는 접지전극은 상기 스파크 플러그로 하여금 상기 돌기에서, 특히 상기 돌기 외주 상의 상기 가장자리 또는 가장자리들에서 스파크 방전을 용이하게 발생할 수 있도록 하는 것을 가능하며, 따라서 보다 높은 점화성능을 확보할 수 있게 한다. 더욱이, 본 발명에 의한 스파크 플러그는 상기 접지전극의 후단에 더욱 가까운 상기 돌기의 측보다 상기 접지전극의 선단에 더욱 가까운 상기 돌기의 측에 집중적으로 전압을 인가함으로써 스파크 방전을 발생시키는 경우에 보다 높은 점화성능을 달성할 수 있다. 상기 돌기가 상기 접지전극의 후단에 더욱 가까운 그의 측부에 만곡표면을 가지며, 상기 접지전극의 선단에 더욱 가까운 그의 측부에 적어도 하나의 가장자리를 갖는, 즉, 상기 만곡표면 및 가장자리 또는 가장자리들 모두가 상기 돌기의 외주 상에 형성되는 접지전극은 도 5(a)의 접지전극(6) 및 도 5(b)의 접지전극보다 더욱 바람직한 실시예이다.

도 8(a)는 본 발명에 의한 스파크 플러그의 접지전극에 대한 또 하나의 실시예로서 접지전극(10E)을 도시한다. 상기 접지전극(10E)은 상기 접지전극(6)과 동일한 특징을 갖는다. 상기 접지전극(10E)을 갖는 스파크 플러그는 상기 접지전극 구조를 제외하고 상기 스파크 플러그와 기본적으로 구조적으로 동일하다. 상기 접지전극(6) 및 상기 접지전극(10E)은 돌기 기부(43)의 존재여부에 있어서 서로 상이하다.

도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 접지전극(10E)은 상기 돌기 기부(43)가, 상기 돌기(23)의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 내표면(11)의 윤곽선으로부터 상기 제 1 직선부(41)의 윤곽선까지 연장되는 만곡된 윤곽선을 갖도록 상기 내표면(11)과 상기 제 1 직선부(41A) 사이에 형성되는 돌기 기부(43)를 포함한다. 상기 돌기 기부(43)와 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면(23) 상으로 돌출되는 상기 내표면(11) 사이의 경계 윤곽선은 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면(23) 상으로 돌출되는 상기 개구부(51)의 윤곽선 내측에 위치된다. 이는, 상기 홀(31) 및 상기 돌기(23)가 상기 돌기(23)의 돌출방향으로 돌출될 때, 상기 돌기(23)의 돌기 기부(43)의 돌출 영역이 상기 홀(31)의 개구부(51)의 돌출된 개구영역 내측에 위치됨을 의미한다. 상기 돌출된 베이스부 영역이 상기 돌출된 개구부 영역 내측에 위치되는 실시예는 상기 돌출된 개구부 영역 및 상기 돌출된 베이스부 영역이 서로 일치하는 경우를 포함한다. 상기 접지전극(10E)의 내표면(11) 상의 상기 돌기 기부(43)의 기부면적(S3)은 그러므로 상기 홀(31)의 개구면적(S2)보다 작거나 이와 동일하다. 더욱이, 상기 돌기 기부(43)는 상기 제 1 직선부(41A)와 상기 내표면(11) 사이에 0.1㎜ ~ 0.3㎜의 곡률반경을 갖는다. 상기 접지전극(10E)이 위의 특징들을 가지므로, 저렴한 비용으로 상기 접지전극(10E)을 제작하는 것이 가능하며 상기 귀금속팁 대신으로 압출 공정에 의하여 상기 돌기(23)를 형성하더라도 높은 점화성능 및 내구성을 달성하는 것이 가능하다.

도 8(b)은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 접지전극에 대한 또 다른 실시예로서 접지전극(10F)을 도시한다. 상기 접지전극(10F)은 상기 접지전극(6)과 동일한 특징을 갖는다. 상기 접지전극(10F)을 갖는 스파크 플러그는 상기 접지전극 구조를 제외하고는 상기 스파크 플러그(1)와 기본적으로 구조적으로 동일하다. 상기 접지전극(6) 및 상기 접지전극(10)은 상기 홀의 단면 형상에 있어서 서로 상이하다.

도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 접지전극(10F)은 압출공정에 의하여 형성되는 돌기(21) 및 홀(33)을 갖는다. 상기 홀(33)은 상기 홀(33)이 상기 홀(33)의 축방향에 대하여 수직인 단면이 원형인 실질적으로 구형상을 갖는다는 것을 제외하고는 상기 홀(31,25)과 동일한 방식으로 형성된다. 즉, 상기 홀(33)은 상기 외표면(12)에 형성되는 개구부(51)를 가지므로, 상기 홀(33)이 상기 돌기(21)의 돌출방향으로 돌출될 때, 상기 접지전극(6)의 경우와 마찬가지로 상기 돌기(21)의 제 1 직선부(41)가 상기 개구부(33) 내측에 위치된다. 상기 접지전극(10F)이 위의 특징들을 가지므로, 상기 귀금속팁 대신으로 압출 공정에 의하여 상기 돌기(21)가 형성되더라도, 상기 접지전극(10F)을 저렴한 비용으로 제작하고 높은 점화성능 및 내구성을 달성하는 것이 가능하다.

각각의 상기 접지전극(10E,10F)은 상기 접지전극(6)의 경우와 마찬가지로 0.3㎜ 이상의 돌출방향 거리(B) 및 0.4㎜ 이상의 최소 거리(C)를 갖는다. 여기에서, 상기 접지전극(10F)의 최소 거리(C)는, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 스파크 플러그의 중심축 및 상기 접지전극(10F)의 중심축을 통과하는 상기 접지전극(10F)의 단면에서, 상기 돌기(21)에 가장 가까이 위치되는 상기 홀(33)의 모서리, 즉, 상기 개구부(51)의 개방된 가장자리 상의 홀(33)의 모서리(56)로부터 상기 가장 가까운 지점(62)까지의 거리를 칭한다. 그러므로, 상기 접지전극(10E,10F)은 보다 높은 점화성능 및 내구성을 달성할 수 있다.

S4 < S1 < S2의 관계를 만족하는 것 또한 본 발명에 의한 스파크 플러그(10)의 바람직한 특징이다, 여기에서, 상기 홀의 바닥부, 상기 제 1 직선부 및 상기 홀의 개구부가 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출될 때 결정되는 바, (S1)는 돌출된 제 1 직선부 면적이며; (S2)는 개구면적이고; 그리고 (S4)는 상기 홀의 돌출된 바닥표면 면적이다. 이러한 관계를 만족함에 따라, 압출공정으로 인한 크랙 및 부실한 형성의 발생이 덜하게 되므로, 상기 접지전극 및 상기 돌기에 보다 높은 내구성을 보장할 수 있다.

도 2의 접지전극(6), 도 3의 접지전극(7), 도 5의 접지전극(6A,10A,10B), 도 6의 접지전극(8,9), 및 도 8의 접지전극(10E,10F)은 각각 상기 홀의 돌출된 바닥표면 면적(S4), 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1) 및 상기 개구면적(S2)이 S4 < S1 < S2의 관계를 만족할 것이 요구된다. 상기 접지전극(6)에서, 상기 돌출된 제 1 직선부 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)은 상술한 바와 같이 상기 돌기(21)의 돌출방향에 수직인 상기 제 1 직선부(41) 단면의 단면적을 칭한다. 상기 홀(31)의 바닥표면 및 개구부(51) 및 상기 제 1 직선부(41)는 상기 중심축을 공유하므로, 상기 돌기(21)의 돌출방향으로 돌출될 때, 상기 홀(31)의 바닥표면 및 개구부(51) 및 상기 제 1 직선부(41)의 돌출된 영역은 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 상기 접지전극(6)에서 서로 동축이다. 각각의 이들 접지전극(6,7,6A,10A,10B,8,9,10E,10F)은 위의 관계를 만족하므로, 압출공정으로 인한 크랙 및 부실한 형성의 발생이 덜하게 되므로, 상기 접지전극 및 상기 돌기는 보다 높은 내구성을 보장할 수 있다.

상기 돌기의 용적(V1)에 대한 상기 홀의 용적(V2)의 비율(V2/V1)이 1.2 ~ 2의 범위 이내로 된다는 것 또한 본 발명에 의한 스파크 플러그의 또 다른 바람직한 특징이다. 상기 용적 비율이 위의 수치 범위 이내로 될 때, 보다 높은 점화성능 및 내구성을 달성하는 것이 가능하다.

도 2의 접지전극(6), 도 3의 접지전극(7), 도 5의 접지전극(6A,10A,10B), 도 6의 접지전극(8,9), 및 도 8의 접지전극(10E,10F)은 각각 상기 돌기의 용적(V1)에 대한 상기 홀의 용적(V2)의 비율(V2/V1)이 1.2 ~ 2의 범위 이내로 될 것이 요구된다. 각각의 이들 접지전극(6,7,6A,10A,10B,8,9,10E,10F)은 위의 용적 비율을 만족함으로써 보다 높은 점화성능 및 내구성을 확보할 수 있다.

본 발명에 의한 스파크 플러그는 다음의 과정에 의하여 제작가능하다. 우선, 주조 및 어닐링(annealing)에 의하여 Ni계 합금 등의 와이어 또는 로드 재료를 준비한다. 예를 들면, 용융 Ni계 합금을 진공로에 의하여 준비하여 진공주조에 의하여 주조잉곳으로 형성한다. 열간가공 및 신선 등에 의하여 상기 주조잉곳을 소망하는 형상 및 치수의 와이어 또는 로드 재료로 형성한다. 상기 와이어 또는 로드재의 일단부에 압출공정에 의하여 돌기 및 홀을 형성한다. 이로써, 접지전극 베이스몸체를 얻는다.

예를 들면, 소망하는 홀을 형성하는 펀치를 사용하여, 상기 접지전극(6)의 외표면이 될 상기 와이어 또는 로드 재료의 일측에 대하여 실질적으로 수직으로 상기 펀치를 가압하고, 상기 와이어 또는 로드 재료의 나머지 대향측으로부터 상기 접지전극(6)용 돌기를 압출함으로써, 상기 접지전극을 제작하기 위하여 상기 접지전극 베이스몸체에 돌기 및 홀을 형성하는 것이 실현가능하다. 상술한 바의 방식으로 상기 접지전극 베이스몸체를 형성하기 위하여, 비 특허문헌 1에 기재된 기술 및 펀치 등을 갖는 주지의 압출기계를 사용하는 기술을 사용할 수 있다. 상기 접지전극 베이스몸체를 적절히 형성하기 위한 압출기계의 일 예로는 펀치, 상기 펀치가 통과하는 관통홀을 갖는 판형상 프레스다이, 상기 와이어 또는 로드 재료를 수용하는 홈형상 수용부 및 상기 수용부 내에 형성되며 상기 프레스다이가 상기 수용다이의 상부 표면 상에 위치되도록 채택되는 관통홀을 갖는 수용다이, 및 상기 수용다이의 관통홀 내에 삽입되는 수용핀을 포함하는 것이 있다. 이러한 압출 기계에 의하여 상기 접지전극 베이스몸체를 형성하는 경우, 상기 프레스다이는 상기 수용부 내에 수용되는 상기 와이어 또는 로드 재료로써 상기 수용다이의 상부 표면 상에 위치되어 이에 고정된다. 그러면, 상기 펀치가 상기 프레스다이의 관통홀을 통하여 상기 와이어 또는 로드 재료 상에 가압되고, 이에 상기 수용핀에 의하여 상기 돌기를 수용하면서 상기 수용다이의 관통홀로부터 상기 접지전극(6)을 위한 돌기를 압출하게 된다. 이 때에, 상기 홀의 형상 및 치수는 상기 펀치의 형상 및 치수를 조절함으로써 조정가능하다. 상기 돌기의 형상 및 치수는 또한 상기 수용다이의 관통홀의 형상 및 치수 및/또는 상기 수용핀의 형상 및 치수를 조절함으로써 조정가능하다. 이러한 방식으로, 상기 와이어 또는 로드 재료로부터 압출되는 돌기를 그 상부에 수용 및 보유하기 위하여, 상기 수용핀이 상기 펀치와의 사이에 약간의 거리를 두고 상기 펀치에 대향되도록 상기 와이어 또는 로드 재료 아래에 상기 수용핀 등을 배열함으로써 상기 돌기를 압출하는 것이 바람직하다. 이어서, 소성가공 공정에 의하여 소망하는 형상으로 형성된 상기 금속쉘(4)의 단부에 상기 접지전극 베이스몸체의 타단부를 용접 등에 의하여 접합한다.

상기 중심전극(2)은 상술한 바의 재료로 컬럼형상 내부 전극부재(2B) 및 컵형상 외부 전극부재(2A)를 각각 성형하고, 상기 내부 전극부재(2B)를 상기 외부 전극부재(2A) 내에 삽입하며, 이들 전극부재에 압출 공정과 같은 소성가공 공정을 수행함으로써 형성한다. 상기 세라믹 절연체(3)는 세라믹재를 소정의 형상으로 소결함으로써 형성한다. 그리고나서, 상기 중심전극(2)을 주지의 기술로 상기 절연체(3) 내에 고정한다. 그 결과의 상기 절연체(3) 하위부품을 상기 접지전극 베이스몸체가 접합된 상기 금속쉘(4)에 고정한다. 이어서, 상기 돌기가 상기 중심전극의 선단(2)을 향하도록 상기 접지전극 베이스몸체의 선단부를 상기 중심전극(2)을 향하여 구부림으로써 상기 접지전극(6)을 완성한다. 이러한 방식으로, 본 발명에 의한 스파크 플러그를 제작할 수 있다.

본 발명에 의한 스파크 플러그는 가솔린 엔진과 같은 내연엔진의 점화플러그로서 사용되며, 상기 실린더 헤드의 나사홀에 상기 나사부(5)를 나사결합 함으로써, 상기 내연엔진의 실린더 헤드(도시생략) 상의 소정 위치에 고정되며, 이는 상기 엔진 내에서 그 내부에 연소실을 구획한다). 본 발명에 의한 스파크 플러그는 어떠한 유형의 내연 엔진에도 적용가능하며, 특히, 저렴한 비용의 내연 엔진 및 높은 점화성능의 내연 엔진에 적절히 사용가능하다.

본 발명에서, 상기 스파크 플러그는 상기 중심전극의 선단에 고정되는 귀금속팁을 가질 수도 있다. 이러한 귀금속팁은 적절히 조정된 치수로 일반적으로 컬럼형상으로 형성되며 레이저 용접 또는 전기저항 용접과 같은 임의의 적당한 용접기술에 의하여 상기 중심전극에 융합된다. 상기 귀금속팁의 재료로서는, Pt, Pt 합금, Ir 및 Ir 합금과 같은 귀금속을 사용할 수 있다.

실시예

<실시예 1>

용융 Ni계 합금을 통상의 진공로에 의하여 준비하여 진공주조에 의하여 주조잉곳으로 형성하였다. 상기 주조잉곳을 열간가공 및 신선(wire drawing)하여, 1.3 × 2.7(㎜)의 단면치수를 갖는 직사각형 컬럼형상의 와이어재를 얻었다. 이어서, 상기 와이어재의 일단부를 원형 컬럼 형상 펀치에 의하여 압출하여 도 9(a)에 나타낸 바와 같이 상기 와이어재의 일단부 상에 원형 컬럼 형상 돌기(21) 및 바닥이 있는 원형 실린더 형상 홀(31)을 형성하였다. 이로써, 접지전극 베이스몸체를 제작하였다. 여기에서, 상기 돌기가 형성되지 않은 내표면 부분과 상기 홀이 형성되지 않은 외표면 부분(간혹 "외부 두께"로 칭함) 사이의 거리가 1.5㎜이고 상기 홀의 용적이 2.9㎤으로 되도록 상기 접지전극 베이스몸체를 조정하였다.

다음으로, 원형 컬럼 형상 내부 전극부재(2B) 및 컵 형상의 외부 전극부재(2A)를 각각 동 및 Ni 합금으로 형성하였다. 상기 내부 전극부재(2B)를 상기 외부 전극부재(2A) 내에 삽입하였다. 그리고는, 상기 내부 및 외부 전극부재(2B,2A)를 압출 공정과 같은 소성가공 공정에 취하여, 4㎜의 직경을 갖는 중심전극(2)을 얻었다. 또한, 소성가공 공정에 의하여 소망하는 형상 및 치수로 저탄소강의 금속쉘(4)을 형성하였다. 상기 접지전극 베이스몸체를 그의 타단부에서 상기 금속쉘(4)의 단부면에 접합하였다. 더욱이, 알루미나계 세라믹재를 소정형상으로 소결하여 절연체(3)를 형성하였다. 상기 중심전극(2)을 상기 절연체(3) 내에 고정하였다. 상기 절연체(3)의 결과 하위부품을 상기 접지전극 베이스몸체가 접합되어 있는 상기 금속쉘(4)에 고정하였다. 이어서, 상기 돌기가 상기 중심전극의 선단(2)을 향하도록 상기 접지전극 베이스몸체의 선단부를 상기 중심전극(2)을 향하여 구부림으로써 접지전극(6)을 완성하였다. 위에서와 동일한 방식으로 스파크 플러그의 표본을 제작하였다.

위에서 제작된 스파크 플러그의 접지전극 형상을 도 10(a) ~ 도 10(d)에 나타낸다. 도 10(a)에 나타낸 접지전극(6)은 도 2(a)에 나타낸 접지전극(6)과 동일하였다. 도 10(b)에 나타낸 접지전극(71)은 상기 접지전극(6)의 테이퍼부를 만곡표면 설계로 수정한 유형으로 되었다. 도 10(c)에 나타낸 접지전극(10C)은 상기 접지전극의 홀 상에 테이퍼부를 형성하지 않았음을 제외하고는 상기 접지전극(6)과 동일하였다. 도 10(d)에 나타낸 접지전극(71)은 도 3(b)에 나타낸 접지전극(71)과 동일하였다.

[돌기 형성에 대한 평가]

상기 돌기가 정확히 형성되었는지에 대한 평가가 이루어졌다. 여기에서, 상기 돌기 선단면의 둘레가장자리부의 곡률 반경(R)이 R ≥ 0.05일 때, 상기 돌기가 정확히 형성되지 않았고 따라서 치수정확도가 낮다고 평가하였다. 보다 구체적으로, 상기 돌기의 선단면(21A)의 둘레 가장자리부(E) 상에, 즉, 도 9(b)의 접지전극(6B)의 경우 상기 제 1 직선부(41B)의 외주 및 상기 돌기(21A)의 선단면의 교차점 영역(E) 상에 아무런 가장자리가 없을 때, 상기 돌기의 형성이 정확하지 않았다고 평가하였다. 여기에서, 상기 둘레 가장자리의 곡률 반경(R)은 프로젝터에 의하여 측정하였다. 상기 평가 결과는 표 1에 나타낸다. 표 1에서, 부호 "×"는 R ≥ 0.5의 조건을 만족한 표본을 나타내며; 그리고 부호 "○"는 R ≥ 0.5의 조건을 만족하지 못한 표본을 가리킨다.

[크랙 발생률]

상기 접지전극의 돌기 근처에서 및 상기 접지전극의 홀 바닥에서 크랙의 존재를 검사하기 위하여, 각 유형의 상기 스파크 플러그의 표본 20개를 시각적으로 확인하였다. 상기 20개의 스파크 플러그 표본 중 어느 것에든 적어도 하나의 크랙이 있었을 때에는 크랙이 발생한 것으로 평가하였다. 상기 평가 결과는 표 1에 나타낸다. 표 1에서, 부호 "×"는 상기 표본 중 임의의 것에 크랙이 발생하였음을 나타내며; 부호 "○"는 상기 표본들에 크랙이 전혀 발생하지 않았음을 나타낸다.

[가열 진동 테스트]

상기 제작된 스파크 플러그들 중에서, 도 10(a) ~ 도 10(c)에 나타낸 유형의 스파크 플러그를 각각 열 및 진동에 대한 내구성에 대하여 테스트하였다. 여기에서, 상기 표본은: 상기 표본의 외부 크기가 1.5㎜ × 2.8㎜이고; 상기 홀이 평면도에서 원형이며 1㎜의 깊이 및 1.7㎜의 직경으로 형성되고; 그리고 상기 돌기가 평면도에서 원형이며 1.5㎜의 직경 및 0.7㎜의 돌출길이로 형성되도록 설계하였다. 도 10(a)의 접지전극(6)에서, 도 4에 정의된 바와 같이 그리고 그의 설명에서와 같이 상기 테이퍼부 거리(α) 및 거리(b) 각각은 0.1㎜이었다. 더욱이, 도 10(b)의 접지전극(71)에서 상기 홀의 만곡표면의 곡률 반경은 0.1㎜이었다. 상기 테스트 과정은 다음과 같다. 각각의 상기 스파크 플러그 표본를 지그에 장착하여 버너로 가열하면서 진동시켰다. 상기 표본을 5㎜의 진동 폭, 40Hz의 진동 주파수, 28G의 가속도 및 1000 ℃의 외부 환경 온도의 진동조건 하에 유지하였다. 그 후, 상기 표본의 상태를 가시적으로 점검하였다. 상기 테스트 결과는 표 1에 나타낸다. 표 1에서, 부호 "○"는 외관결함이 전혀 없었음을 나타내며; 부호 "△"는 상기 홀의 근처 및 상기 홀의 바닥에서 크랙이 발생하였음을 나타내고; 그리고 부호 "×"는 실질적으로 상기 홀의 중심 홀에 평행한 상기 접지전극의 선단부 근처에 파손이 발생하였음을 나타낸다.

표본	돌기	크랙발생	내구성
a	○	○	○
b	○	○	△
c	○	×	×
d	×	○	-

표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 홀이 상기 제 2 직선부 및 상기 테이퍼부를 모두 가졌을 때에 크랙 및 파손의 발생이 방지되었다. 상기 크랙 및 파손의 발생을 방지함으로써 절연파괴를 피할 수 있고, 그 결과, 상기 스파크 플러그의 내구성을 확보할 수 있다. 상기 테이퍼부가 상기 홀의 원주표면 전체에 제공되었을 때에는, 상기 돌기를 정확히 형성하는 것이 어려워 상기 돌기의 치수정확도가 열화되었다. 높은 치수정확도의 돌기를 갖는 스파크 플러그는 상기 돌기로 인한 스파크 방전 발생의 저해가 덜하므로 양호한 점화성능을 달성할 수 있다는 것이 가능하다.

<실시예 2>

실시예 1에서와 마찬가지 방식으로 스파크 플러그를 제작하였다. 여기에서는, 2종의 스파크 플러그 표본을 제작하였다; 그 중 한 가지는 도 5(a)에 나타낸 바와 같이 돌기(21)가 그의 축방향에 수직인 단면이 원형인 접지전극(6)을 가지며, 나머지 한 가지는 돌기(26A)가 그의 축방향에 수직인 단면이 직사각형이어서 도 5(c)에 나타낸 바와 같이 상기 돌기의 제 1 직선부 표면 상에 가장자리가 형성된 접지전극(10A)을 가졌다.

[파괴전압]

도 11의 측정장치를 사용하여 상기 접지전극(6,10A)의 파괴전압을 측정하였다. 도 11의 측정장치에서, 상기 접지전극이 상부에 위치된 상기 스파크 플러그(P)의 일단부를 챔버(S1) 내에 삽입하여 밀봉하였고; 상기 스파크 플러그(P)의 타단부를 점화코일(S2)에 연결하였다. 더욱이, 전압 프로브(83)(테크트로닉스 제펜, 엘티디.(Tektronix Japan, Ltd.) 제조) 및 오실로스코프(테크트로닉스 제펜, 엘티디.(Tektronix Japan, Ltd.) 제조)를 상기 스파크 플러그에 연결하여 상기 스파크 플러그 상의 전압을 측정하였다. 여기에서, 상기 스파크 플러그 표본의 치수는: 상기 스파크 갭(G)이 1.1rnm이고; 상기 돌기의 돌기 길이(A)가 0.7㎜이며; 그리고 상기 돌기의 선단면 면적이 1.7㎟로 되도록 설계하였다.

도 12는 상기 오실로스코프(84)에 의하여 측정한 파형을 나타낸다. 도 12에서, 상기 측정 값의 큰 하락 지점은 상기 챔버(S1) 내에서 스파크 방전이 개시된 방전개시점(X)에 해당한다; 상기 측정값이 그의 기준값으로 회복되는 지점은 상기 챔버(S1) 내에서 스파크 방전이 종료된 방전종료점(Y)에 해당한다. 도 12에 나타낸 오실로스코프(82)의 파형에 있어서 파괴전압은 상기 방전개시점(X)에서의 스파크 플러그의 전압(Z)으로서 결정된다. 도 13은 상기 파괴전압 측정 결과를 그래프 형식으로 나타낸다. 도 13에서, 용어 "원형"은 상기 접지전극(6)의 돌기가 원형이었음을 의미하며; 용어 "직사각형"은 상기 접지전극(10A)의 돌기가 직사각형이었음을 의미한다.

도 13으로부터 명백한 바와 같이, 상기 돌기의 제 1 직선부 표면에 가장자리가 형성된 둥근 전극(10A)은 상기 접지전극(6)의 것에 비하여 비교적 낮은 파괴전압을 가졌다. 그러므로, 상기 스파크 플러그의 파괴전압을 감소시킴으로써 스파크 방전에 의한 전극 소모량의 감소 및 절연체의 천공 가능성 감소가 가능하다.

<실시예 3>

실시예 1에서와 마찬가지 방식으로 스파크 플러그를 제작하였다. 여기에서는, 2종의 스파크 플러그 표본을 제작하였다; 그 중 한 가지는 도 14(a)에 나타낸 바와 같이 상기 접지전극의 후단에 더욱 가까운 상기 돌기(26C)의 측에 만곡표면이 형성되고 상기 접지전극의 돌출선단에 더욱 가까운 상기 돌기(26C)의 측에 2개의 가장자리(101C,101D)가 형성된 접지전극(10D)을 가지며, 나머지 한 가지는 돌기(21)가 그의 축방향에 수직인 단면이 원형인 접지전극(6)을 가졌다. 상기 스파크 플러그 표본은 상기 돌기의 선단면 면적이 1.5㎟으로 되도록 설계하였다.

[점화성능 테스트]

각각의 위에서 제작된 스파크 플러그를 6기통, 2000cc 가솔린 엔진에 장착하고 -550㎜Hg의 흡기압력, 750rpm의 속도 및 14.5의 공기/연료 비율(A/F)의 조건 하에서 상기 엔진을 시동/공회전시켜 상기 스파크 플러그를 테스트하였다. 공회전 동안, 도시 평균 유효압력(indicate mean effective pressure)은 상기 엔진의 연소압력으로부터 결정하였다. 500개의 도시평균 유효압력 결정 결과의 평균값 및 표준편차로부터 다음의 식에 의하여 연소변동률을 계산하였다: 연소변동률 = (표준편차 / 평균값) × 100(%). 그리고 나서, 20%의 연소변동률에서 엔진의 점화 타이밍을 전진한계(Advance limit)(℃A)로서 결정하였다. 도 15는 상기 결정 결과를 그래프 형식으로 나타낸다. 도 15에서, 용어 "원형 + 직사각형"은 상기 스파크 플러그가 도 14(a)의 접지전극(10D)을 가졌음을 의미하며; 그리고 용어 "원형"은 상기 스파크 플러그가 도 14(b)의 접지전극(6)을 가졌음을 의미한다. 상기 전진한계(℃A)의 값이 클수록, 상기 스파크 플러그의 점화성능이 더욱 높다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 돌기의 외주에 만곡표면만이 형성된 경우에 비하여, 상기 접지전극의 선단에 더욱 가까운 상기 돌기의 측에서 상기 돌기의 외주 및 상기 가장자리 상에 만곡표면이 형성된 경우에는, 상기 접지전극의 선단에 더욱 가까운 상기 돌기의 측에서 스파크 방전이 용이하게 발생될 수 있다. 상기 접지전극의 선단에 더욱 가까운 상기 돌기의 측에서 스파크 방전이 발생될 때 화염성장에 방해가 덜하므로 스파크 플러그의 점화성능을 개선하는 것이 가능하다.

<실시예 4>

실시예 1에서와 마찬가지 방식으로 스파크 플러그를 제작하였다. 여기에서는, 2종의 스파크 플러그 표본을 제작하였다; 그 중 한 가지는 도 6의 접지전극(8)을 가지며, 나머지 한 가지는 도 6의 접지전극(9)을 가졌다. 상기 스파크 플러그 표본은 상기 돌기의 선단면 면적이 1.5㎟으로 되도록 설계하였다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 도 6에 나타낸 접지전극(9)의 홀(35)의 치수(c), (d), (e), (f) 각각을 다음과 같이 조정하였다: (c) = 1.7㎜, (d) = 1.7㎜, (e) = 1.5㎜ 및 (f) = 1㎜. 상기 접지전극(9)의 홀(35)의 각각의 치수는 상기 치수(c) 및 (f)의 값을 상호교환한 것을 제외하고는 상기 접지전극(9)의 것들과 동일하였다. 더욱이, 각각의 상기 접지전극(8,9)은 비록 도 16에는 도시하지 않았으나 평면도에서 직사각형이며 1.3㎜ × 1.3㎜의 치수 및 0.7㎜의 돌기 길이로 형성되는 돌기를 가졌다.

[가열 테스트]

상기 최소두께영역의 위치에 따라 상기 접지전극을 가열하는 동안 온도상승의 차이에 대하여 각각의 상기 스파크 플러그를 테스트하였다. 상기 스파크 플러그를 수랭식 챔버에 장착하고 도 16에 나타낸 상기 접지전극(9)의 측정영역(g)의 온도가 1000℃에서 안정될 때까지 약 5분간 버너로 상기 접지전극(9)을 가열하여 상기 테스트를 수행하였다. 상기 접지전극(8)의 측정영역(g)의 온도 또한 동일한 가열조건 하에서 상기 접지전극(8)을 가열하여 측정하였다.

상기 온도 측정으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 접지전극(9)은 1000°C의 온도에 도달한 반면 상기 접지전극(8)은 단지 980°C의 온도에 도달하였다. 달리 말하자면, 상기 최소두께영역이 상기 접지전극의 후단측보다 상기 접지전극의 선단측에 위치될 때에 상기 접지전극의 온도가 상승되기 더욱 어렵다. 이는 상기 접지전극이 열화됨을 방지하는 것이 가능하여 스파크 플러그의 열저항을 확보하는 것이 가능함을 나타낸다.

도 14(a)의 접지전극(10D) 및 도 14(b)의 접지전극(6) 각각에 있어서 상기 홀 및 상기 외표면의 윤곽선들의 가장 가까운 부분들 사이에 최소두께영역이 있더라도, 상기 접지전극(10D)의 선단으로부터 후단까지 열이 더 잘 전달되었다. 상기 접지전극(10D,6)의 최소두께영역이 동일한 치수를 가졌더라도, 상기 접지전극(6)의 최소두께영역은 상기 접지전극의 선단으로부터 후단까지의 열전달에 방해를 받은 반면; 상기 접지전극(10D)의 최소두께영역은 열흐름 방향에 평행하게 형성되었으므로 상기 접지전극의 선단으로부터 후단까지의 열전달에 방해를 덜 받았다.

<실시예 5>

도 2에 나타낸 바와 같이 돌기 및 홀 형상의 접지전극 베이스몸체 각각은 실시예 1에서와 동일한 방식으로 기본적으로 압출공정을 수행함으로써 제작하였다. 이들 접지전극 베이스몸체를 사용함으로써, 각각의 상기 스파크 플러그에서 상술한 돌출방향 길이(B)가 0.3㎜ 이상이고 및 상술한 최소 거리(C)가 0.4㎜ 이상으로 하여 실시예 1에서와 마찬가지 방식으로 다수의 스파크 플러그 표본을 제작하였다.

[열사이클 저항 테스트]

크랙이 전혀 존재하지 않았던 각각의 제작된 스파크 플러그를 6기통, 2000cc 가솔린 엔진에 장착하고, 5000rpm에서 1분간의 엔진 작동 및 1분간의 엔진 공회전을 교대로 반복하여 1시간 동안의 열사이클에 취하였다. 그 후, 상기 접지전극의 돌기 근처에서 크랙의 존재를 검사하기 위하여 상기 스파크 플러그를 상기 가솔린 엔진으로부터 분리하여 시각적으로 점검하였다. 다음의 식에 의하여 크랙의 발생률을 결정하였다: 크랙 발생률 = (크랙이 발생된 표본의 수 / 표본의 수) × 100(%). 상기 결정 결과는 도 17에 나타낸다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 상기 홀의 돌출된 바닥표면 면적(S4), 상기 제 1 직선부의 돌출된 면적(S1) 및 상기 개구부의 돌출된 면적(S2)이 S4 < S1 < S2의 관계를 만족하였을 때, 위의 가속 테스트 동안 상기 접지전극에는 크랙이 전혀 발생되지 않았다. 그러므로, 이는 상기 접지전극이 S4 < S1 < S2의 관계를 만족함으로써 보다 높은 저항을 달성할 수 있다는 것이 가능함을 나타낸다.

다음은 본 발명에 의한 스파크 플러그의 일 실시예와의 비교를 위한 기준예이다. 여기에서 상기 접지전극은 상기 중심전극의 선단과 상기 중심전극을 향하는 상기 접지전극의 내표면 사이에 스파크 갭을 귀획하도록 구부러지며 다음의 특징을 만족한다: 상기 접지전극은 그의 선단부에 압출 공정에 의하여 형성되는 돌기 및 홀을 가진다; 상기 돌기는 상기 내표면으로부터 0.4㎜ ~ 1㎜의 돌출길이(A)만큼 상기 내표면으로부터 상기 중심전극의 선단을 향하여 돌출되며, 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서 상기 돌기의 폭이 상기 돌기의 중심축 방향을 따라 균일하도록 그리고 상기 제 1 직선부가 1.5㎟ ~ 3㎟의 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)을 가지며 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)은 상기 돌기의 중심축에 수직인 평면 상에서 상기 제 1 직선부의 돌출된 영역인 것으로 형성되는 제 1 직선부를 포함한다; 그리고, 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 돌기의 제 1 직선부의 윤곽선이 상기 가상평면 상에 돌출된 상기 개구부의 윤곽선 내측에 위치되도록 그리고 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 대한 상기 개구부의 돌출된 개구면적(S2)의 비율(S2/S1)이 1.2보다 작지 않도록, 상기 홀은 상기 내표면에 대향되는 상기 접지전극의 외표면에 형성되는 개구부를 갖는다.

<기준예 1 및 기준 비교예 1>

용융 Ni계 합금을 통상의 진공로에 의하여 준비하여 진공주조에 의하여 주조잉곳으로 형성하였다. 상기 주조잉곳을 열간가공 및 신선하여, 1.3 × 2.7(㎜)의 단면치수를 갖는 직사각형 컬럼형상의 와이어재를 얻었다. 이어서, 상기 와이어재의 일단부를 원형 컬럼 형상 펀치에 의하여 압출하여 도18에 나타낸 바와 같이 상기 와이어재의 일단부 상에 원형 컬럼 형상 돌기 및 바닥이 있는 원형 실린더 형상 홀을 형성하였다. 이러한 방식으로, 접지전극 베이스몸체의 표본을 제작하였다. 여기에서, 상기 돌기의 돌출길이(A) 및 돌출된 제 1 직선부 면적(S1) 및 돌기 및 홀의 면적비율(S2/S1)은 도 19에 나타낸 값으로 조절하였다. 보다 구체적으로, 상기 돌기의 단면적(Sl)은 1.3, 1.5, 2.5, 3.0 또는 3.5㎟으로 조정하였고, 상기 돌기의 돌출길이(A)는 0.2, 0.3, 0.4, 0.7, 0.8, 1.0 또는 1.2㎜로 조정하였으며; 그리고 상기 돌기 및 홀의 면적비율(S2/S1)은 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 또는 1.3으로 조정하였다.

다음으로, 18(b)에 나타낸 바와 같이 원형 컬럼 형상 내부 전극부재(2B) 및 컵 형상의 외부 전극부재(2A)를 각각 동 및 Ni 합금으로 형성하였다. 상기 내부 전극부재(2B)를 상기 외부 전극부재(2A) 내에 삽입하였다. 그리고는, 상기 내부 및 외부 전극부재(2B,2A)를 압출 공정과 같은 소성가공 공정에 취하여, 4㎜의 직경을 갖는 중심전극(2)을 얻었다. 또한, 소성가공 공정에 의하여 소망하는 형상 및 치수로 저탄소강의 금속쉘(4)을 형성하였다. 상기 접지전극 베이스몸체를 그의 타단부에서 상기 금속쉘(4)의 단부면에 접합하였다. 더욱이, 알루미나계 세라믹재를 소정형상으로 소결하여 절연체(3)를 형성하였다. 상기 중심전극(2)을 상기 절연체(3) 내에 고정하였다. 상기 절연체(3)의 결과 하위부품을 상기 접지전극 베이스몸체가 접합되어 있는 상기 금속쉘(4)에 고정하였다. 이어서, 상기 돌기가 상기 중심전극의 선단(2)을 향하도록 상기 접지전극 베이스몸체의 선단부를 상기 중심전극(2)을 향하여 구부림으로써 접지전극(10C)을 완성하였다. 위에서와 동일한 방식으로 스파크 플러그의 표본을 제작하였다. 도 18의 접지전극(10C)은 상기 홀(36)을 제외하고는 구조적으로 상기 접지전극(6)과 동일하였다.

[점화성능 테스트]

위에서와 동일한 방식으로 점화성능에 대하여 각각의 상기 스파크 플러그를 테스트하였다. 도 19는 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 의하여 그 테스트 결과를 나타낸다.

[스파크 마모저항 테스트]

각각의 상기 스파크 플러그를 6기통, 2000cc 가솔린 엔진에 장착하고, 상기 가솔린 엔진을 전속력(full throttle)으로 5000rpm의 엔진 회전속도로 작동시켜 테스트를 수행하였다. 그 후, 상기 스파크 플러그를 상기 가솔린 엔진으로부터 분리하였다. 상기 스파크 플러그의 스파크 갭 증가량("갭 증가량"으로 칭함)을 측정하였다. 도 20은 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 의한 상기 측정결과를 나타낸다.

[크랙 발생률]

상기 접지전극의 돌기 근처에서 크랙의 존재를 검사하기 위하여, 각 유형의 상기 스파크 플러그의 표본 20개를 시각적으로 확인하였다. 다음의 식에 의하여 각 면적비율(S2/S1)에 대하여 크랙 발생률을 결정하였다: 크랙 발생률 = (크랙의 수/ 20) × 100(%). 도 21은 면적비율(S2/S1)에 의한 결정 결과를 나타낸다. 상기 면적비율(S2/S1)이 1.2 미만이었을 때 상기 돌기가 깎이는 경우가 발생했다.

도 19 ~ 도 21은 상기 접지전극의 접지전극이 종래의 Ni계 합금 압출에 의하여 형성되는 경우에도, 상기 스파크 플러그의 접지전극이 위의 특징들을 갖는 한 상기 스파크 플러그가 점화성능 및 내구성 사이에 양립가능성을 보장할 수 있음이 나타낸다.

<기준예 2>

압출공정 동안 펀치의 압출량을 변화시키면서 도 18에 나타낸 바와 같이 각각의 상기 접지전극 베이스몸체 상에 상기 펀치에 의하여 돌기 및 홈을 형성함으로써 접지전극 베이스몸체 각 유형의 10개의 표본을 제작하였다. 제작된 상기 접지전극 베이스몸체에서, 상기 돌출길이(A), 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1) 및 상기 면적비율(S2/S1)을 본 발명 범위 이내로 조절하였다; 상기 돌출방향 거리(B)는 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5㎜로 조절하였고; 그리고, 상기 최소 거리(C)는 0.2, 0.3, 0.35 또는 0.4㎜로 조절하였다. 이들 접지전극부재를 사용하여, 기준예 1에서와 마찬가지 방식으로 스파크 플러그 각 유형에 대한 10개의 표본을 제작하였다.

상기 접지전극의 돌기 근처에서 크랙의 존재를 검사하기 위하여, 제작된 상기 스파크 플러그를 시각적으로 확인하였다. 다음의 식에 의하여 상기 스파크 플러그의 각 유형에 대한 크랙 발생률을 결정하였다: 크랙 발생률 = (크랙의 수/ 10) × 100(%). 도 21은 최소 거리(C)에 의한 결정 결과를 나타낸다.

도 22는 상기 접지전극에서 크랙 발생률(%)을 더욱 감소시켜 상기 접지전극의 돌출길이 거리(B) 및 최소 거리(C)를 위의 구체적인 범위 이내로 조절함으로써 상기 접지전극이 보다 높은 내구성을 가질 수 있다는 것이 가능함을 나타낸다.

<기준예 3>

기준예 1에서와 마찬가지 방식으로 상기 개구면적(S2), 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1) 및 상기 돌출길이(A)를 변화시킴으로써 상기 홀의 용적 및 상기 돌기의 용적을 조정하여 상이한 용적 비율(V2/V1)로 접지전극 베이스몸체를 제작하였다. 상기 돌기 근처에서의 크랙 발생을 검사하기 위하여 상기 제작된 각각의 접지전극 베이스몸체를 시각적으로 확인하였다. 그 결과, 상기 용적 비율(V2/V1)이 1.2 미만이었을 때, 상기 돌기의 팁단부 상부 또는 주위에 0.05㎜ 이상의 곡률반경로 만곡표면이 형성된 경우가 있었다. 상기 돌기의 팁단부 상부 또는 주위에 이러한 만곡표면이 형성된 스파크 플러그는 접지전극 상에 만곡표면이 없는 스파크 플러그의 것 보다 다소 높은 스파크 방전전압을 갖는다고 추정된다. 한편, 상기 용적 비율(V2/V1)이 2.0를 초과하였을 때, 상기 돌기보다는 상기 접지전극 베이스몸체 선단측의 다소간의 변형으로 인하여 상기 돌기 근처에 미세한 크랙이 발행한 경우가 있었다. 상기 접지전극에 이러한 미세한 크랙이 있는 스파크 전극은 접지전극에 크랙이 전혀 없는 스파크 플러그보다 내구성이 다소간 더 낮다고 추정된다. 그러므로, 상기 스파크 플러그의 접지전극의 용적비율(V2/V1)이 위의 구체적인 범위 이내로 될 때, 상기 스파크 플러그가 보다 높은 점화성능 및 내구성을 달성할 수 있다는 것이 가능함을 나타낸다.

또 하나의 기준예로서, 도 10(b)의 접지전극(71)을 도 23을 참조하여 아래에 설명한다. 상기 접지전극(71) 및 상기 접지전극(6)은 상기 전환부의 형태가 서로 상이하다. 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 접지전극(6)의 전환부(67)는 상기 테이퍼부(55)의 형태로 된다. 반대로, 상기 접지전극(71)의 전환부는 도 23에 나타낸 바와 같이 만곡표면부의 형태이다. 상기 접지전극(71)은 만곡표면부(57)가 마련된 홀(37)을 갖는다는 것을 제외하고는 상기 접지전극(6)과 구조적으로 유사하며, 도면에서 동일한 부품 및 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다; 그리고 상기 접지전극(6)에서와 동일한 참조번호로 지정되는 상기 접지전극(71)의 돌기(21) 등에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.

상기 접지전극(71)의 만곡표면부(57)는, 상기 홀(37)의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 제 2 직선부(58) 및 상기 바닥부(66A) 윤곽선들 사이에 연장되는 만곡된 윤곽선을 갖는 영역을 칭한다. 더욱이, 상기 돌출된 제 1 직선부 영역(42)은 상기 돌출된 개구부 영역(54) 내에 위치된다. 그러므로, 제조단계에서 압출공정으로 인하여 상기 접지전극(71)에는 크랙 및 부실한 형성이 발생되는 것이 덜하고 상기 접지전극(71)이 높은 점화성능 및 내구성을 확보할 수 있다는 것이 가능하다.

또 다른 하나의 기준예로서, 접지전극(10G)을 도 24에 나타낸다. 상기 접지전극(10G)은 홀(37) 및 돌기 기부(43)가 마련되는 돌기(23)를 갖는다. 상기 접지전극(10G)의 홀(37)은 도 23의 접지전극(10E)의 것과 동일하다; 그리고, 상기 돌기(23) 및 돌기 기부(43)는 도 8(a)의 접지전극(10E)의 것들과 동일하다. 그러므로, 상기 돌기 기부(43)는 상술한 바와 같이 상기 제 1 직선부(41A)와 상기 내표면(11) 사이에 0.1㎜ ~ 0.3㎜의 곡률반경으로 형성된다. 상기 접지전극(10G)은 위의 특징들을 가지므로, 상기 스파크 플러그를 저렴한 비용으로 생산할 수 있고 이러한 접지전극(10G)의 사용으로 인하여 높은 점화성능 및 내구성을 달성할 수 있다는 것이 가능하다.

상기 접지전극(6)의 경우에서와 같이, 상기 접지전극(71,10G)은 0.4㎜ ~ 1㎜의 돌출길이(A) 및 1.5㎟ ~ 3㎟의 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)을 가지며, 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 대한 상기 개구부(51)의 돌출된 개구면적(S2)의 면적비율(S2/S1)이 1.2 이상으로 되도록 형성된다. 상기 접지전극(71,10G)은 또한 0.3㎜ 이상의 거리(B) 및 0.4㎜ 이상의 거리(C)를 갖는다. 더욱이, 상기 접지전극(71,10G)은: 상기 돌기(37)의 돌출된 바닥표면 면적(S4), 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S2), 및 상기 돌출된 개구면적(S2)이 S4 < S1 <S2의 관계를 만족하도록; 그리고, 상기 돌기의 용적(V1)에 대한 상기 홀(37)의 용적(V2)의 비율(V2/V1)이 1.2 ~ 2의 범위 이내로 되도록 형성된다. 각각의 상기 접지전극(71,10G)이 위의 특징들을 가지므로, 위에 설명한 기준예 1 ~ 기준예 3의 경우에서와 같이 종래의 스파크 플러그에 비하여 상기 스파크 플러그는 상기 접지전극(71,10G)을 사용함으로써 보다 높은 점화성능 및 내구성을 달성할 수 있다는 것이 가능하다.

1 - 스파크 플러그 2 - 중심전극
2A - 외부 전극부재 2B - 내부 전극부재
3 - 절연체 4 - 금속쉘
5 - 나사부
6,6A,6B,7,71,8,9,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G - 접지전극
11 - 내표면 12 - 외표면
13 - 선단부
21,21A,22,23,24,25,26,26A,26B,26C - 돌기 21,32,33,34,35,36,37 - 홀
41,41A,41B - 제 1 직선부 42 - 돌출된 제 1 직선부 영역
43 - 돌기 기부 51,51A - 개구부
52,56,65 - 가장자리 53,58 - 제 2 직선부
54 - 돌출된 개구영역 55,59 - 테이퍼부
57 - 만곡표면부 61,63,63A - 교차점
62,64 - 가장 가까운 지점 66,66A - 바닥부
67 - 전환부 81 - 챔버
82 - 점화코일 83 - 전압 프로브
84 - 오실로스코프 101A,101B,101C - 가장자리
B1,B2 - 돌출방향 거리 C1,C2 - 최소 거리
E - 둘레 가장자리부 G - 스파크 갭
P - 스파크 플러그 X - 방전개시점
Y - 방전종료점 Z - 파괴전압
a,b - 거리 c,d,e,f - 치수
g - 온도 측정영역

Claims

중심전극; 및
접지전극으로서, 상기 중심전극의 선단과 상기 중심전극을 향하는 상기 접지전극의 내표면 사이에 스파크갭을 구획하도록 구부러진 접지전극으로 이루어지며;
여기에서 상기 접지전극은 그의 선단부 상에 압출공정에 의하여 형성되는 돌기 및 홀을 가지며;
여기에서, 상기 돌기는 상기 중심전극의 선단을 향하여 상기 접지전극의 내표면으로부터 0.4㎜ ~ 1㎜의 돌출길이(A)만큼 돌출되며, 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서 상기 돌기의 폭이 상기 돌기의 중심축 방향을 따라 균일하게 되도록 그리고 1.5㎟ ~ 3㎟의 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)을 가지도록 형성되는 제 1 직선부를 포함하고, 여기에서 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)은 상기 돌기의 중심축에 수직인 평면 상에서 상기 제 1 직선부의 돌출된 면적이며; 그리고
여기에서, 상기 홀은 상기 내표면에 대향되는 상기 접지전극의 외표면에 개구부를 가지며, 상기 개구부는 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 돌기의 제 1 직선부의 윤곽선이 상기 가상평면 상에 돌출되는 상기 개구부의 윤곽선 내측에 위치되도록, 그리고 상기 돌출된 제 1 직선부 면적(S1)에 대한 상기 개구부의 돌출된 개구면적(S2)의 비율(S2/S1)이 1.2보다 작지 않게 되도록 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1에 있어서, 상기 홀은 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서 내벽 표면의 대향측들 사이의 폭이 상기 홀의 중심축 방향을 따라 균일하도록 형성되는 상기 내벽 표면을 갖는 제 2 직선부, 바닥부 및 상기 제 2 직선부와 상기 바닥부 사이에 연장되는 전환부를 포함하고;
여기에서, 상기 전환부는, 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 제 2 직선부의 윤곽선 단부로부터 상기 바닥부의 윤곽선 단부까지 연장되는 직선 윤곽선을 갖는 테이퍼부의 형태이며; 그리고
여기에서, 상기 홀은, 상기 홀의 중심축을 통과하는 단면에서, 0.1㎜ 이상의 거리(α) 및 0.1㎜ 이상의 거리(b)를 가지며, 여기에서 상기 거리(α)는 상기 바닥부의 윤곽선 및 상기 테이퍼부의 윤곽선의 교차점으로부터 상기 제 2 직선부의 윤곽선의 연장선 및 상기 바닥부의 윤곽선의 연장선의 교차점까지의 거리이며; 상기 거리(b)는 제 2 직선부의 윤곽선 및 상기 테이퍼부의 윤곽선의 교차점으로부터 상기 제 2 직선부의 윤곽선의 연장선 및 상기 바닥부의 윤곽선의 연장선의 교차점까지의 거리임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1에 있어서, 상기 돌기는 상기 제 1 직선부의 일표면 상에 형성되는 적어도 하나의 가장자리를 포함함을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기의 제 1 직선부는 상기 접지전극의 후단에 더욱 가까운 그의 일측에 위치되는 만곡표면을 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접지전극은, 상기 홀의 중심축에 수직이며 상기 외표면에 평행한 단면에서, 상기 홀 및 상기 접지전극의 윤곽선 부분들 사이에 구획되며 그의 선단측에 위치되는 각각의 최소두께영역을 가짐을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 2에 있어서, 상기 접지전극은, 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서, 0.3㎜ 이상의 거리(B) 및 0.4㎜ 이상의 거리(C)를 가지며, 여기에서 상기 거리(B)는 상기 돌기의 중심축을 따라 상기 제 1 직선부의 직선 윤곽선의 가상직선 연장선 및 상기 홀의 윤곽선의 교차점으로부터 상기 접지전극의 내표면의 윤곽선에 가장 가까운 상기 제 1 직선부의 직선 윤곽선의 일단 상의 가장 가까운 지점까지의 거리이며; 그리고 상기 거리(C)는 상기 바닥부의 윤곽선의 일단에서 상기 홀의 모서리로부터 상기 모서리에 더 가까운 가장 가까운 지점까지의 거리임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기는 상기 내표면과 상기 제 1 직선부 사이에 위치되며, 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서, 상기 내표면의 윤곽선으로부터 상기 제 1 직선부의 윤곽선까지 연장되는 만곡된 윤곽선을 갖는 돌기기부를 포함하며; 그리고, 상기 돌기기부는 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 돌기기부의 윤곽선이 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상으로 돌출되는 상기 개구부의 윤곽선 내측에 위치되도록 상기 제 1 직선부와 상기 내표면 사이에 0.1㎜ ~ 0.3㎜의 곡률반경으로 형성됨을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기 및 상기 홀은 S4 < S1 < S2의 관계를 만족하며, 여기에서 (S1)은 상기 돌출된 제 1 직선부 면적이며; (S2)는 상기 돌출된 개구면적이고; 그리고 (S4)는 상기 홀의 바닥부, 상기 제 1 직선부, 및 상기 홀의 개구부가 상기 돌기의 돌출방향에 수직인 가상평면 상에 돌출될 때 결정되는 상기 홀의 돌출된 바닥표면 면적임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기의 용적(V1)에 대한 상기 홀의 용적(V2)의 비율(V2/V1)이 1.2 ~ 2임을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접지전극은, 상기 돌기의 중심축을 통과하는 단면에서, 0.3㎜ 이상의 거리(B) 및 0.4㎜ 이상의 거리(C)를 가지며, 여기에서 상기 거리(B)는 상기 돌기의 중심축을 따라 상기 제 1 직선부의 직선 윤곽선의 가상직선 연장선 및 상기 홀의 윤곽선의 교차점으로부터 상기 접지전극의 내표면의 윤곽선에 가장 가까운 상기 제 1 직선부의 직선 윤곽선의 일단 상의 가장 가까운 지점까지의 거리이며; 그리고 상기 거리(C)는 바닥부의 윤곽선의 일단에서 상기 홀의 모서리로부터 상기 모서리에 더 가까운 가장 가까운 지점까지의 거리임을 특징으로 하는 스파크 플러그.