KR101873662B1

KR101873662B1 - 스파크 플러그

Info

Publication number: KR101873662B1
Application number: KR1020167015773A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 세가와; 다이스케 스모야마
Original assignee: 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2018-07-02
Also published as: US9948069B2; US20170033539A1; CN105830293A; EP3086422A1; JPWO2015093481A1; CN105830293B; KR20160084468A; WO2015093481A1; JP6017027B2; EP3086422A4

Abstract

스파크 플러그는, 중심 전극과, 중심 전극의 사이에서 갭을 형성하는 접지 전극을 갖는다. 중심 전극과 접지 전극의 적어도 일방은, 축부와, 축부의 일면에 접합되는 전극 칩을 갖는다. 축부는, 동을 포함하는 재료로 형성되는 제 1 심부와, 제 1 심부보다 내식성이 우수한 재료로 형성되고 제 1 심부의 적어도 일부를 피복하는 제 1 외층을 갖는다. 전극 칩은, 귀금속을 포함하는 재료로 형성되고 전극 칩의 외표면을 형성하는 제 2 외층과, 제 2 외층보다 열 전도율이 높은 재료로 형성되고 제 2 외층에 적어도 부분적으로 피복되는 제 2 심부를 갖는다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 개시는, 스파크 플러그에 관한 것이다.

종래부터, 내연 기관에, 스파크 플러그가 이용되고 있다. 스파크 플러그는, 갭을 형성하는 전극을 가지고 있다. 전극으로는, 예를 들어, 전극의 소모를 억제하기 위해서, 귀금속 칩을 갖는 전극이 이용되고 있다. 또한, 중심 전극의 온도 상승을 억제하기 위해서, 동심이 매설된 축에, 귀금속 칩을 접합하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술에 의하면, 귀금속 칩의 온도 상승이 억제되기 때문에, 귀금속 칩의 소모를 억제할 수 있다.

일본 공개특허공보 평5-36462호

그런데, 장기간의 사용에 의해, 귀금속 칩이 소모되는 경우가 있었다. 귀금속 칩이 소모되면, 적절한 방전을 할 수 없게 되는 경우가 있었다. 이와 같은 과제는, 중심 전극에 한정되지 않고, 접지 전극에도 공통되는 과제였다.

본 개시는, 전극의 소모를 억제하는 기술을 개시한다.

본 개시는, 예를 들어, 이하의 적용예를 개시한다.

[적용예 1]

중심 전극과, 상기 중심 전극의 사이에서 갭을 형성하는 접지 전극을 갖는 스파크 플러그로서,

상기 중심 전극과 상기 접지 전극의 적어도 일방은, 축부와, 상기 축부의 일면에 접합된 전극 칩을 갖고,

상기 축부는, 동을 포함하는 재료로 형성되는 제 1 심부와, 상기 제 1 심부보다 내식성이 우수한 재료로 형성되고 상기 제 1 심부의 적어도 일부를 피복하는 제 1 외층을 갖고,

상기 전극 칩은, 귀금속을 포함하는 재료로 형성되고 상기 전극 칩의 외표면을 형성하는 제 2 외층과, 상기 제 2 외층보다 열 전도율이 높은 재료로 형성되고 상기 제 2 외층에 적어도 부분적으로 피복되는 제 2 심부를 갖는, 스파크 플러그.

이 구성에 의하면, 제 2 심부를 통해서 제 2 외층으로부터 축부로 열을 빼낼 수 있기 때문에, 제 2 외층의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이 결과, 제 2 외층의 소모를 억제할 수 있다.

[적용예 2]

적용예 1 에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 제 2 외층은, 백금과, 이리듐과, 로듐과, 루테늄과, 팔라듐과, 금의 6 개의 귀금속의 어느 1 개를 주성분으로서 포함하는 재료, 또는, 상기 6 개의 귀금속의 어느 1 개와 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료로 형성되어 있는, 스파크 플러그.

이 구성에 의하면, 제 2 외층의 소모를, 적절히, 억제할 수 있다.

[적용예 3]

적용예 2 에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 제 2 외층은, 융점이 섭씨 1840 도 이상인 산화물을 함유하는, 스파크 플러그.

이 구성에 의하면, 제 2 외층의 소모를 적절히 억제할 수 있다.

[적용예 4]

적용예 1 내지 3 의 어느 한 항에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 제 1 심부와 상기 제 2 심부가 직접 접합되어 있는, 스파크 플러그.

이 구성에 의하면, 제 1 심부와 제 2 심부를 통하여 제 2 외층의 온도 상승을 적절히 억제할 수 있기 때문에, 제 2 외층의 소모를 억제할 수 있다.

[적용예 5]

적용예 4 에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 제 1 심부와 상기 제 2 심부는, 동일한 재료로 형성되어 있는, 스파크 플러그.

이 구성에 의하면, 제 1 심부와 제 2 심부의 접합을 용이하게 실현할 수 있다.

[적용예 6]

적용예 1 내지 5 의 어느 한 항에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 중심 전극은, 축선 방향으로 연장되는 상기 축부와, 상기 축부의 선단에 접합되는 상기 전극 칩을 갖고,

상기 전극 칩은, 대략 원주 형상을 이루고,

상기 전극 칩의 외경을 외경 D 라고 하고, 상기 제 2 외층 중 상기 제 2 심부의 외주면을 피복하는 부분의 직경 방향의 두께를 두께 s 라고 했을 때에, 상기 두께 s 는, 0.03 ㎜ 이상, 또한, 외경 D/3 이하인, 스파크 플러그.

[적용예 7]

적용예 6 에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 제 2 외층 중 상기 제 2 심부의 선단부를 피복하는 선단 부분의 상기 축선 방향의 두께 t 는, 0.1 ㎜ 이상, 또한, 0.4 ㎜ 이하인, 스파크 플러그.

[적용예 8]

적용예 6 또는 7 에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 축부와 상기 전극 칩은, 레이저 용접을 포함하는 접합 방법에 의해 접합되어 있고,

상기 제 1 심부와 상기 제 2 심부의 접합부의 상기 축선 방향의 범위의 적어도 일부는, 상기 제 1 외층과 상기 제 2 외층이 용융되어 형성된 용융부의 상기 축선 방향의 범위와 겹쳐 있는, 스파크 플러그.

이 구성에 의하면, 축부와 전극 칩의 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술은, 다양한 양태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어, 스파크 플러그, 스파크 플러그를 탑재하는 내연 기관, 스파크 플러그의 제조 방법, 등의 양태로 실현할 수 있다.

도 1 은 실시형태의 스파크 플러그의 일례의 단면도이다.
도 2 는 중심 전극 (20) 의 선단부의 단면도이다.
도 3 은 중심 전극의 다른 실시형태의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 참고예의 중심 전극 (20z) 의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5 는 제 2 두께 (t) 에 대한 제 1 온도 (T1) 와 제 2 온도 (T2) 와 열 전도율 (Tc) 의 관계의 개략을 나타내는 그래프이다.
도 6 은 제 1 두께 (s) 에 대한 제 1 온도 (T1) 와 열 전도율 (Tc) 의 관계의 개략을 나타내는 그래프이다.
도 7 은 점화 시스템 (600) 의 블록도이다.
도 8 은 전극 칩을 갖는 접지 전극의 실시형태를 나타내는 개략도이다.

A. 실시형태 :

A-1. 스파크 플러그의 구성 :

도 1 은, 실시형태의 스파크 플러그의 일례의 단면도이다. 도시된 라인 CL 은, 스파크 플러그 (100) 의 중심축을 나타내고 있다. 도시된 단면은, 중심축 (CL) 을 포함하는 단면이다. 이하, 중심축 (CL) 을 「축선 (CL)」 이라고도 부르고, 중심축 (CL) 과 평행한 방향을 「축선 방향」 이라고도 부른다. 중심축 (CL) 을 중심으로 하는 원의 직경 방향을, 간단히 「직경 방향」 이라고도 부르고, 중심축 (CL) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향을 「둘레 방향」 이라고도 부른다. 중심축 (CL) 과 평행한 방향 중, 도 1 에 있어서의 하방향을 선단 방향 (D1) 이라고 부르고, 상방향을 후단 방향 (D2) 이라고도 부른다. 선단 방향 (D1) 은, 후술하는 단자 금구 (40) 로부터 전극 (20, 30) 을 향하는 방향이다. 또한, 도 1 에 있어서의 선단 방향 (D1) 측을 스파크 플러그 (100) 의 선단측이라고 부르고, 도 1 에 있어서의 후단 방향 (D2) 측을 스파크 플러그 (100) 의 후단측이라고 부른다.

스파크 플러그 (100) 는, 절연체 (10) (이하 「절연 애자 (10)」 라고도 부른다) 와, 중심 전극 (20) 과, 접지 전극 (30) 과, 단자 금구 (40) 와, 주체 금구 (50) 와, 도전성의 제 1 시일부 (60) 와, 저항체 (70) 와, 도전성의 제 2 시일부 (80) 와, 선단측 패킹 (8) 과, 탤크 (9) 와, 제 1 후단측 패킹 (6) 과, 제 2 후단측 패킹 (7) 을 구비하고 있다.

절연체 (10) 는, 중심축 (CL) 을 따라 연장되어 절연체 (10) 를 관통하는 관통공 (12) (이하 「축공 (12)」 이라고도 부른다) 을 갖는 대략 원통상의 부재이다. 절연체 (10) 는, 알루미나를 소성하여 형성되어 있다 (다른 절연 재료도 채용 가능하다). 절연체 (10) 는, 선단측으로부터 후단 방향 (D2) 을 향하여 순서대로 나열되는, 레그부 (13) 와, 제 1 축 외경부 (15) 와, 선단측 동체부 (17) 와, 플랜지부 (19) 와, 제 2 축 외경부 (11) 와, 후단측 동체부 (18) 를 가지고 있다. 제 1 축 외경부 (15) 의 외경은, 후단측으로부터 선단측을 향하여, 서서히 작아진다. 절연체 (10) 의 제 1 축 외경부 (15) 의 근방 (도 1 의 예에서는, 선단측 동체부 (17)) 에는, 후단측으로부터 선단측을 향하여 내경이 서서히 작아지는 축 내경부 (16) 가 형성되어 있다. 제 2 축 외경부 (11) 의 외경은, 선단측으로부터 후단측을 향하여, 서서히 작아진다.

절연체 (10) 의 축공 (12) 의 선단측에는, 중심축 (CL) 을 따라 연장되는 봉상의 중심 전극 (20) 이 삽입되어 있다. 중심 전극 (20) 은, 축부 (200) 와, 축부 (200) 의 선단에 접합된 전극 칩 (300) 을 가지고 있다. 축부 (200) 는, 선단측으로부터 후단 방향 (D2) 을 향하여 순서대로 나열되는, 레그부 (25) 와 플랜지부 (24) 와 헤드부 (23) 를 가지고 있다. 전극 칩 (300) 은, 레그부 (25) 의 선단에, 접합되어 있다. 전극 칩 (300) 과 레그부 (25) 의 선단측의 부분은, 절연체 (10) 의 선단측에서, 축공 (12) 의 밖으로 노출되어 있다. 축부 (200) 의 다른 부분은, 축공 (12) 내에 배치되어 있다. 플랜지부 (24) 의 선단 방향 (D1) 측의 면은, 절연체 (10) 의 축 내경부 (16) 에 의해, 지지되어 있다. 또한, 축부 (200) 는, 외층 (21) (「제 1 외층 (21)」 이라고도 부른다) 과 심부 (22) (「제 1 심부 (22)」 라고도 부른다) 를 가지고 있다. 심부 (22) 의 후단부는, 외층 (21) 으로부터 노출되고, 축부 (200) 의 후단부를 형성한다. 심부 (22) 의 다른 부분은, 외층 (21) 에 의해 피복되어 있다. 단, 심부 (22) 의 전체가, 외층 (21) 에 의해 덮여 있어도 된다.

외층 (21) 은, 심부 (22) 보다 내식성이 우수한 재료, 즉, 내연 기관의 연소실 내에서 연소 가스에 노출된 경우의 소모가 적은 재료를 사용하여 형성되어 있다. 외층 (21) 의 재료로는, 예를 들어, 니켈 (Ni), 또는, 니켈을 주성분으로서 포함하는 합금 (예를 들어, 인코넬 (「INCONEL」 은, 등록상표)) 이 사용된다. 여기서, 「주성분」 은, 함유율이 가장 높은 성분을 의미하고 있다 (이하, 동일). 함유율로는, 중량 퍼센트로 나타내는 값이, 채용된다. 심부 (22) 는, 외층 (21) 보다 열 전도율이 높은 재료, 예를 들어, 동을 포함하는 재료 (예를 들어, 순동, 또는, 동을 포함하는 합금) 로 형성되어 있다.

절연체 (10) 의 축공 (12) 의 후단측에는, 단자 금구 (40) 가 삽입되어 있다. 단자 금구 (40) 는, 도전 재료 (예를 들어, 저탄소강 등의 금속) 를 사용하여 형성되어 있다. 단자 금구 (40) 는, 후단측으로부터 선단 방향 (D1) 을 향하여 순서대로 나열되는, 캡 장착부 (41) 와, 플랜지부 (42) 와, 레그부 (43) 를 가지고 있다. 캡 장착부 (41) 는, 절연체 (10) 의 후단측에서, 축공 (12) 의 밖으로 노출되어 있다. 레그부 (43) 는, 절연체 (10) 의 축공 (12) 에 삽입되어 있다.

절연체 (10) 의 축공 (12) 내에 있어서, 단자 금구 (40) 와 중심 전극 (20) 사이에는, 전기적인 노이즈를 억제하기 위한, 원주상의 저항체 (70) 가 배치되어 있다. 저항체 (70) 와 중심 전극 (20) 사이에는, 도전성의 제 1 시일부 (60) 가 배치되고, 저항체 (70) 와 단자 금구 (40) 사이에는, 도전성의 제 2 시일부 (80) 가 배치되어 있다. 중심 전극 (20) 과 단자 금구 (40) 는, 저항체 (70) 와 시일부 (60, 80) 를 통하여 전기적으로 접속된다. 시일부 (60, 80) 를 사용하는 것에 의해, 적층되는 부재 (20, 60, 70, 80, 40) 사이의 접촉 저항이 안정되고, 중심 전극 (20) 과 단자 금구 (40) 사이의 전기 저항치를 안정시킬 수 있다. 또한, 저항체 (70) 는, 예를 들어, 주성분인 유리 입자 (예를 들어, B₂O₃-SiO₂ 계의 유리) 와, 세라믹 입자 (예를 들어, TiO₂) 와, 도전성 재료 (예를 들어, Mg) 를 사용하여 형성되어 있다. 시일부 (60, 80) 는, 예를 들어, 저항체 (70) 와 동일한 유리 입자와, 금속 입자 (예를 들어, Cu) 를 사용하여 형성되어 있다.

주체 금구 (50) 는, 중심축 (CL) 을 따라 연장되어 주체 금구 (50) 를 관통하는 관통공 (59) 을 갖는 대략 원통상의 부재이다. 주체 금구 (50) 는, 저탄소강재를 사용하여 형성되어 있다 (다른 도전 재료 (예를 들어, 금속 재료) 도 채용 가능하다). 주체 금구 (50) 의 관통공 (59) 에는, 절연체 (10) 가 삽입되어 있다. 주체 금구 (50) 는, 절연체 (10) 의 외주에 고정되어 있다. 주체 금구 (50) 의 선단측에서는, 절연체 (10) 의 선단 (본 실시형태에서는, 레그부 (13) 의 선단측의 부분) 이, 관통공 (59) 의 밖으로 노출되어 있다. 주체 금구 (50) 의 후단측에서는, 절연체 (10) 의 후단 (본 실시형태에서는, 후단측 동체부 (18) 의 후단측의 부분) 이, 관통공 (59) 의 밖으로 노출되어 있다.

주체 금구 (50) 는, 선단측으로부터 후단측을 향하여 순서대로 나열되는, 동체부 (55) 와, 좌부 (54) 와, 변형부 (58) 와, 공구 계합부 (51) 와, 가체부 (53) 를 가지고 있다. 좌부 (54) 는, 플랜지상의 부분이다. 동체부 (55) 의 외주면에는, 내연 기관 (예를 들어, 가솔린 엔진) 의 장착공에 나합하기 위한 나사부 (52) 가 형성되어 있다. 좌부 (54) 와 나사부 (52) 사이에는, 금속판을 절곡하여 형성된 환상의 개스킷 (5) 이 감입되어 있다.

주체 금구 (50) 는, 변형부 (58) 보다 선단 방향 (D1) 측에 배치된 축 내경부 (56) 를 가지고 있다. 축 내경부 (56) 의 내경은, 후단측으로부터 선단측을 향하여, 서서히 작아진다. 주체 금구 (50) 의 축 내경부 (56) 와, 절연체 (10) 의 제 1 축 외경부 (15) 사이에는, 선단측 패킹 (8) 이 끼워져 있다. 선단측 패킹 (8) 은, 철제이고 O 자 형상의 링이다 (다른 재료 (예를 들어, 동 등의 금속 재료) 도 채용 가능하다).

공구 계합부 (51) 의 형상은, 스파크 플러그 렌치가 계합하는 형상 (예를 들어, 육각주) 이다. 공구 계합부 (51) 의 후단측에는, 가체부 (53) 가 형성되어 있다. 가체부 (53) 는, 절연체 (10) 의 제 2 축 외경부 (11) 보다 후단측에 배치되고, 주체 금구 (50) 의 후단 (즉, 후단 방향 (D2) 측의 끝) 을 형성한다. 가체부 (53) 는, 직경 방향의 내측을 향하여 굴곡되어 있다.

주체 금구 (50) 의 후단측에서는, 주체 금구 (50) 의 내주면과, 절연체 (10) 의 외주면 사이에, 환상의 공간 (SP) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 이 공간 (SP) 은, 주체 금구 (50) 의 가체부 (53) 및 공구 계합부 (51) 와, 절연체 (10) 의 제 2 축 외경부 (11) 및 후단측 동체부 (18) 에 둘러싸인 공간이다. 이 공간 (SP) 내의 후단측에는, 제 1 후단측 패킹 (6) 이 배치되어 있다. 이 공간 (SP) 내의 선단측에는, 제 2 후단측 패킹 (7) 이 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 이들 후단측 패킹 (6, 7) 은, 철제이고 C 자 형상의 링이다 (다른 재료도 채용 가능하다). 공간 (SP) 내에 있어서의 2 개의 후단측 패킹 (6, 7) 사이에는, 탤크 (활석) (9) 의 분말이 충전되어 있다.

스파크 플러그 (100) 의 제조시에는, 가체부 (53) 가 내측으로 절곡되도록 가체된다. 그리고, 가체부 (53) 가 선단 방향 (D1) 측에 압압된다. 이에 의해, 변형부 (58) 가 변형되고, 패킹 (6, 7) 과 탤크 (9) 를 개재하여, 절연체 (10) 가, 주체 금구 (50) 내에서, 선단측을 향하여 압압된다. 선단측 패킹 (8) 은, 제 1 축 외경부 (15) 와 축 내경부 (56) 사이에서 압압되고, 그리고, 주체 금구 (50) 와 절연체 (10) 사이를 시일한다. 이상에 의해, 내연 기관의 연소실 내의 가스가, 주체 금구 (50) 와 절연체 (10) 사이를 통과하여 밖으로 누출되는 것이, 억제된다. 또한, 주체 금구 (50) 가, 절연체 (10) 에, 고정된다.

접지 전극 (30) 은, 주체 금구 (50) 의 선단 (즉, 선단 방향 (D1) 측의 끝) 에 접합되어 있다. 본 실시형태에서는, 접지 전극 (30) 은, 봉상의 전극이다. 접지 전극 (30) 은, 주체 금구 (50) 로부터 선단 방향 (D1) 을 향하여 연장되고, 중심축 (CL) 을 향하여 구부러져, 선단부 (31) 에 이른다. 선단부 (31) 는, 중심 전극 (20) 의 선단면 (315) (선단 방향 (D1) 측의 표면 (315)) 의 사이에서 갭 (g) 을 형성한다. 또한, 접지 전극 (30) 은, 주체 금구 (50) 에, 전기적으로 도통하도록, 접합되어 있다 (예를 들어, 저항 용접). 접지 전극 (30) 은, 접지 전극 (30) 의 표면을 형성하는 모재 (35) 와, 모재 (35) 내에 매설된 심부 (36) 를 가지고 있다. 모재 (35) 는, 예를 들어, 인코넬을 사용하여 형성되어 있다. 심부 (36) 는, 모재 (35) 보다 열 전도율이 높은 재료 (예를 들어, 순동) 를 사용하여 형성되어 있다.

A-2. 중심 전극의 선단부의 구성 :

도 2 는, 중심 전극 (20) 의 선단부의 단면도이다. 도면의 왼쪽부는, 서로 접합되기 전의 축부 (200) 와 전극 칩 (300) 을 나타내고 있다. 도면 중에서는, 축부 (200) 와 전극 칩 (300) 은, 동축 상에 배치되어 있다. 도면의 오른쪽부는, 서로 접합된 축부 (200) 와 전극 칩 (300) 을 나타내고 있다. 어느 단면도, 중심축 (CL) 을 포함하는 단면이다.

먼저, 접합 전의 전극 칩 (300) 의 구성에 대하여, 설명한다. 전극 칩 (300) 은, 중심축 (CL) 을 중심으로 하는 대략 원주 형상을 이루고 있다. 전극 칩 (300) 은, 전극 칩 (300) 의 외표면을 형성하는 제 2 외층 (310) 과, 제 2 외층 (310) 에 부분적으로 피복된 심부 (320) (「제 2 심부 (320)」 라고도 부른다) 를 가지고 있다. 제 2 외층 (310) 은, 귀금속 (예를 들어, 이리듐 (Ir) 이나 백금 (Pt)) 을 포함하는 재료로 형성되어 있다 (이하, 「귀금속층 (310)」 이라고도 부른다). 심부 (320) 는, 귀금속층 (310) 보다 열 전도율이 높은 재료 (예를 들어, 동 (Cu)) 로 형성되어 있다.

심부 (320) 는, 중심축 (CL) 을 중심으로 하는 대략 원주 형상을 이루고 있다. 귀금속층 (310) 은, 중심축 (CL) 을 중심으로 하는 대략 원통상의 부분인 통부 (313) 와, 중심축 (CL) 을 중심으로 하는 대략 원반 형상의 부분인 선단부 (311) 를 가지고 있다. 통부 (313) 는, 심부 (320) 의 외주면 (323) 을 피복하고 있다. 선단부 (311) 는, 통부 (313) 의 선단측에 접속되어 있고, 심부 (320) 의 선단면 (321) 을 피복하고 있다. 또한, 선단부 (311) 의 선단측의 표면 (315) (즉, 전극 칩 (300) 의 선단면) 은, 스파크 플러그 (100) (도 1) 가 완성된 경우에, 갭 (g) 을 형성한다. 이하, 표면 (315) 을, 「방전면 (315)」 이라고도 부른다. 심부 (320) 의 후단면 (326) 은, 귀금속층 (310) 으로부터 외부에 노출되어 있다. 심부 (320) 의 후단면 (326) 과 귀금속층 (310) 의 후단면 (316) 은, 대략 동일 평면 상에 배치되어 있다.

이와 같은 구성의 전극 칩 (300) 의 제조 방법으로는, 다양한 방법을 채용 가능하다. 예를 들어, 이하의 방법을 채용 가능하다. 귀금속층 (310) 의 재료를, 오목부를 갖는 컵상으로 성형하고, 그 오목부 내에 심부 (320) 의 재료를 배치한다. 그리고, 오목부 내에 심부 (320) 의 재료가 배치된 부재를, 압연에 의해 연장시킨다. 그리고, 연장된 부재 중 잉여 부분을 절단함으로써, 전극 칩 (300) 을 형성한다.

또한, 이하의 방법을 채용해도 된다. 귀금속층 (310) 의 재료를, 원통상으로 성형하고, 그 원통공 내에 심부 (320) 의 재료를 삽입한다. 그리고, 원통공 내에 심부 (320) 의 재료가 배치된 부재를, 압연에 의해 연장시킨다. 다음으로, 연장된 부재를 절단함으로써, 소정 길이의 원주 부재를 취득한다 (통부 (313) 와 심부 (320) 에 대응한다). 그리고, 원주 부재의 일단에, 귀금속층 (310) 의 재료로 형성된 원반 (선단부 (311) 에 대응한다) 을 레이저 용접에 의해 접합함으로써, 전극 칩 (300) 을 형성한다.

또한, 이하의 방법을 채용해도 된다. 귀금속층 (310) 의 재료를, 소성함으로써, 도 2 에 나타내는 형상, 즉, 용기 형상으로, 성형한다. 그리고, 용기 형상의 오목부에, 심부 (320) 의 재료를 배치하고, 소성함으로써, 전극 칩 (300) 을 형성한다. 또한, 이하의 방법을 채용해도 된다. 귀금속층 (310) 의 재료로 오목부를 갖는 용기 형상의 미소성의 성형체를 성형하고, 그 성형체의 오목부에 심부 (320) 의 재료를 배치한다. 그리고, 양자를 동시 소성함으로써, 전극 칩 (300) 을 형성한다.

다음으로, 접합 전의 축부 (200) 의 선단부의 구성에 대하여, 설명한다. 축부 (200) 의 선단부에서는, 심부 (22) 의 전체가, 외층 (21) 에 피복되어 있다. 또한, 축부 (200) 는, 선단 방향 (D1) 을 향하여 외경이 작아지는 축경부 (220) 를, 가지고 있다. 축경부 (220) 의 선단 방향 (D1) 측에는, 선단면 (211) 이 형성되어 있다. 선단면 (211) 상에, 전극 칩 (300) 의 후단면 (316, 326) 이, 접합된다.

도 2 의 오른쪽부에는, 접합된 축부 (200) 와 전극 칩 (300) 이 나타나 있다. 도면 중의 화살표 LZ1 은, 접합 (여기서는, 레이저 용접) 에 이용되는 레이저 광의 개략을 나타내고 있다. 레이저 광 (LZ1) 은, 축부 (200) 와, 축부 (200) 의 선단면 (211) 상에 배치된 전극 칩 (300) 의 경계 (도시 생략) 에, 전체 둘레에 걸쳐, 조사된다. 이와 같은 레이저 광 (LZ1) 의 조사에 의해, 축부 (200) 와 전극 칩 (300) 을 접합하는 용융부 (230) 가 형성된다. 용융부 (230) 는, 용접 시에 용융된 부분이다. 도 2 의 실시형태에서는, 용융부 (230) 는, 축부 (200) 의 외층 (21) 과, 전극 칩 (300) 의 귀금속층 (310) 과 심부 (320) 에, 접촉하고 있다. 용융부 (230) 는, 축부 (200) 의 외층 (21) 과, 전극 칩 (300) 의 귀금속층 (310) 과 심부 (320) 를, 접합한다.

도 3 은, 중심 전극의 다른 실시형태의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2 의 중심 전극 (20) 과의 차이는, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 가, 중심 전극 (20a) 의 심부 (22a) (「제 1 심부 (22a)」 라고도 부른다) 와, 직접 접합되어 있는 점이다. 도 3 의 중심 전극 (20a) 은, 축부 (200a) 와 전극 칩 (300) 을 가지고 있다. 전극 칩 (300) 은, 도 2 의 전극 칩 (300) 과 동일하다. 도 3 의 중심 전극 (20a) 은, 도 2 의 중심 전극 (20) 대신에, 이용 가능하다.

도 3 의 왼쪽부는, 도 2 의 왼쪽부와 마찬가지로, 서로 접합되기 전의 축부 (200a) 와 전극 칩 (300) 을 나타내고 있다. 도 3 의 오른쪽부는, 도 2 의 오른쪽부와 마찬가지로, 서로 접합된 축부 (200a) 와 전극 칩 (300) 을 나타내고 있다. 어느 단면도, 중심축 (CL) 을 포함하는 단면이다.

접합 전의 축부 (200a) 의 외관 형상은, 도 2 의 축부 (200) 의 외관 형상과 대략 동일하다. 또한, 축부 (200a) 의 선단면 (211a) 상에는, 심부 (22a) 가 노출되어 있다. 선단면 (211a) 상에서는, 심부 (22a) 가, 외층 (21a) (「제 1 외층 (21a)」 이라고도 부른다) 에 둘러싸여 있다. 선단면 (211a) 상에, 전극 칩 (300) 의 후단면 (316, 326) 이 배치되는 경우, 전극 칩 (300) 의 귀금속층 (310) 은, 축부 (200a) 의 외층 (21a) 과 접촉하고, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 는, 축부 (200a) 의 심부 (22a) 와 접촉한다.

도 3 의 오른쪽부에는, 접합된 축부 (200a) 와 전극 칩 (300) 이 나타나 있다. 도면 중의 화살표 LZ2 는, 용접에 이용되는 레이저 광의 개략을 나타내고 있다. 레이저 광 (LZ2) 은, 축부 (200a) 와, 축부 (200a) 의 선단면 (211a) 상에 배치된 전극 칩 (300) 의 경계 (도시 생략) 에, 전체 둘레에 걸쳐, 조사된다. 이와 같은 레이저 광 (LZ2) 의 조사에 의해, 축부 (200a) 의 외층 (21a) 과 전극 칩 (300) 의 귀금속층 (310) 을 접합하는 용융부 (230a) 가 형성된다.

또한, 도 3 의 실시형태에서는, 전극 칩 (300) 을 축부 (200a) 에 접합하기 위해서, 레이저 용접에 더하여, 확산 접합도 실시된다. 구체적으로는, 전극 칩 (300) 에 축부 (200a) 를 향하는 하중을 인가한 상태에서, 전극 칩 (300) 과 축부 (200a) 가 가열된다. 이 결과, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 와 축부 (200a) 의 심부 (22a) 가, 직접 접합된다. 도면 중의 접합부 (240) 는, 확산 접합에 의해 형성된 접합부이며, 2 개의 심부 (320, 22a) 를 접합하고 있다. 또한, 레이저 용접 후에 확산 접합을 실시해도 되고, 이 대신에, 확산 접합 후에 레이저 용접을 실시해도 된다.

이와 같이, 접합부 (240) 는, 축부 (200a) 의 심부 (22a) 와 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 를 접합하는 부분이다. 그리고, 용융부 (230a) 는, 축부 (200a) 의 외층 (21a) 과 전극 칩 (300) 의 귀금속층 (310) 이 용융되어 형성된 부분이다. 또한, 축선 방향의 위치에 주목하는 경우, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 접합부 (240) 의 축선 방향의 범위인 제 1 범위 (Ra) 는, 용융부 (230a) 의 축선 방향의 범위인 제 2 범위 (Rb) 와 겹쳐 있다. 다시 말하면, 접합부 (240) 는, 용융부 (230a) 가 형성되어 있는 범위 내에, 형성되어 있다. 또한, 접합부 (240) 의 축선 방향의 제 1 범위 (Ra) 는, 접합부 (240) 의 선단 방향 (D1) 측의 끝으로부터 후단 방향 (D2) 측의 끝까지의 범위이다. 용융부 (230a) 의 축선 방향의 제 2 범위 (Rb) 는, 용융부 (230a) 의 선단 방향 (D1) 측의 끝으로부터 후단 방향 (D2) 측의 끝까지의 범위이다.

만일 제 1 범위 (Ra) 가 제 2 범위 (Rb) 로부터 떨어져 있는 경우, 접합부 (240) 가 용융부 (230a) 로부터 떨어진 위치에 형성될 수 있다. 이 경우, 전극 칩 (300) 을 축부 (200a) 에 접합한 후의 중심 전극 (20a) 의 내부에서, 접합부 (240) 와 용융부 (230a) 사이에, 전극 칩 (300) 과 축부 (200a) 의 미접합의 부분인 간극이 형성될 수 있다 (도시 생략). 이와 같은 간극이 중심 전극 (20a) 의 내부에 형성되면, 간극이 형성되지 않은 경우와 비교하여, 중심 전극 (20a) 의 접합 강도가 낮아질 수 있다. 도 3 의 실시형태와 같이 제 1 범위 (Ra) 가 제 2 범위 (Rb) 와 겹치는 경우에는, 그러한 간극이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 전극 칩 (300) 과 축부 (200a) 의 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 제 1 범위 (Ra) 의 일부가 제 2 범위 (Rb) 의 밖이어도 된다. 일반적으로는, 제 1 범위 (Ra) 의 적어도 일부가 제 2 범위 (Rb) 와 겹쳐 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 중심 전극 (20a) 의 내부에 간극이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 전극 칩 (300) 과 축부 (200a) 의 접합 강도의 저하를 억제할 수 있다. 단, 제 1 범위 (Ra) 의 전체가, 제 2 범위 (Rb) 의 밖이어도 된다.

또한, 도 3 의 실시형태에서는, 접합부 (240) 의 외주측의 가장자리가, 용융부 (230a) 에 접촉하고 있다. 도시를 생략하지만, 접합부 (240) 의 외주측의 가장자리는, 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐, 용융부 (230a) 에 접촉하고 있다. 따라서, 중심 전극 (20a) 의 내부에 상기 서술한 간극이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 전극 칩 (300) 과 축부 (200a) 의 접합 강도의 저하를 더욱 억제할 수 있다. 단, 둘레 방향의 일부의 범위에서, 접합부 (240) 의 가장자리가 용융부 (230a) 로부터 떨어져 있어도 된다. 어느 경우에도, 확산 접합을 이용하지 않고, 레이저 용접만으로, 접합부 (240) 와 용융부 (230a) 를 형성해도 된다.

도 4 는, 참고예의 중심 전극 (20z) 의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 중심 전극 (20z) 은, 후술하는 평가 시험에서, 참고예로서 사용된다. 도 2 의 중심 전극 (20) 과의 차이는, 전극 칩 (300) 대신에, 심부가 생략된 전극 칩 (300z) 이 이용되는 점뿐이다. 도 4 의 중심 전극 (20z) 은, 축부 (200) 와 전극 칩 (300z) 을 가지고 있다. 축부 (200) 는, 도 2 의 축부 (200) 와 동일하다.

도 4 의 왼쪽부는, 도 2 의 왼쪽부와 동일하게, 서로 접합되기 전의 축부 (200) 와 전극 칩 (300z) 을 나타내고 있다. 도 4 의 오른쪽부는, 도 2 의 오른쪽부와 마찬가지로, 서로 접합된 축부 (200) 와 전극 칩 (300z) 을 나타내고 있다. 어느 단면도, 중심축 (CL) 을 포함하는 단면이다.

접합 전의 전극 칩 (300z) 의 외관 형상은, 도 2 의 전극 칩 (300) 의 외관 형상과 대략 동일하다. 전극 칩 (300z) 은, 도 2 의 귀금속층 (310) 과 동일한 재료를 사용하여 형성되어 있다. 전극 칩 (300z) 의 후단면 (306z) 은, 축부 (200) 의 선단면 (211) 에 접합된다.

도 4 의 오른쪽부에는, 접합된 축부 (200) 와 전극 칩 (300z) 이 나타나 있다. 도면 중의 화살표 LZ3 은, 용접에 이용되는 레이저 광의 개략을 나타내고 있다. 레이저 광 (LZ3) 은, 축부 (200) 와, 축부 (200) 의 선단면 (211) 상에 배치된 전극 칩 (300z) 의 경계 (도시 생략) 에, 전체 둘레에 걸쳐, 조사된다. 이와 같은 레이저 광 (LZ3) 의 조사에 의해, 축부 (200) 와 전극 칩 (300z) 을 접합하는 용융부 (230z) 가 형성된다. 용융부 (230z) 는, 전극 칩 (300z) 과 축부 (200) 의 외층 (21) 을 접합하고 있다.

도 2 ∼ 도 4 중에는, 전극 칩 (300, 300z) 의 요소의 치수를 나타내는 부호가 나타나 있다. 외경 (D) 은, 전극 칩 (300, 300z) 의 외경을 나타내고 있다. 제 1 두께 (s) 는, 통부 (313) 의 직경 방향의 두께이다. 제 2 두께 (t) 는, 귀금속층 (310) 의 선단부 (311) 의 중심축 (CL) 과 평행한 방향의 두께이다. 전체 길이 (Lt) 는, 전극 칩 (300) 의 중심축 (CL) 과 평행한 방향의 길이이다. 통 길이 (Ls) 는, 귀금속층 (310) 의 통부 (313) 의 중심축 (CL) 과 평행한 방향의 길이이다. 이들 치수는, 전극 칩 (300) 의 소모를 억제하도록 결정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 1 두께 (s) 와 제 2 두께 (t) 는, 이하에 설명하는 관계를 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.

도 5 는, 제 2 두께 (t) 에 대한 제 1 온도 (T1) 와 제 2 온도 (T2) 와 열 전도율 (Tc) 의 관계의 개략을 나타내는 그래프이다. 가로축은, 제 2 두께 (t) 를 나타내고, 세로축은, 파라미터 (T1, T2, Tc) 의 각각의 크기를 나타내고 있다. 제 1 온도 (T1) 는, 방전면 (315) 의 온도이다. 제 2 온도 (T2) 는, 심부 (320) 의 선단면 (321) 의 온도이다. 열 전도율 (Tc) 은, 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200, 200a) 로 열이 이동하는 경우의 열 전도율이다. 전극 칩 (300) 의 전체 길이 (Lt) 가 고정되어 있는 경우, 제 2 두께 (t) 가 클수록, 귀금속층 (310) 이 커지고, 그리고, 심부 (320) 의 길이 (Ls) 가 짧아지기 때문에, 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200, 200a) 로 열이 잘 빠져나가지 않게 되는, 즉, 열 전도율 (Tc) 이 낮아진다. 따라서, 방전이나 연료의 연소에 의해 전극 칩 (300) 의 온도가 상승하는 경우에, 제 2 두께 (t) 가 클수록, 제 1 온도 (T1) 는 높아진다. 도면 중의 제 1 융점 (Tm1) 은, 귀금속층 (310) 의 융점이다. 귀금속층 (310) 의 용융을 억제하기 위해서는, 제 2 두께 (t) 가 작은 것이 바람직하고, 제 2 두께 (t) 가, 제 1 온도 (T1) 가 제 1 융점 (Tm1) 이 되는 두께 (tU) 보다 작은 것이, 특히 바람직하다.

또한, 제 2 두께 (t) 가 작을 수록, 심부 (320) 의 선단면 (321) 은, 방전면 (315) 에 가깝다. 따라서, 제 2 두께 (t) 가 작을 수록, 심부 (320) 의 선단면 (321) 의 제 2 온도 (T2) 가 높아진다. 도면 중의 제 2 융점 (Tm2) 은, 심부 (320) 의 융점이다. 심부 (320) 의 용융을 억제하기 위해서는, 제 2 두께 (t) 가 큰 것이 바람직하고, 제 2 두께 (t) 가, 제 2 온도 (T2) 가 제 2 융점 (Tm2) 이 되는 두께 (tL) 보다 큰 것이, 특히 바람직하다.

도 6 은, 제 1 두께 (s) 에 대한 제 1 온도 (T1) 와 열 전도율 (Tc) 의 관계의 개략을 나타내는 그래프이다. 가로축은, 제 1 두께 (s) 를 나타내고, 세로축은, 파라미터 (T1, Tc) 의 각각의 크기를 나타내고 있다. 전극 칩 (300) 의 외경 (D) 이 고정되어 있는 경우, 제 1 두께 (s) 가 클수록, 심부 (320) 의 외경이 작기 때문에, 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200, 200a) 로 열이 잘 빠져나가지 않게 되는, 즉, 열 전도율 (Tc) 이 낮아진다. 따라서, 방전이나 연료의 연소에 의해 전극 칩 (300) 의 온도가 상승하는 경우에, 제 1 두께 (s) 가 클수록, 제 1 온도 (T1) 는 높아진다. 귀금속층 (310) 의 용융을 억제하기 위해서는, 제 1 두께 (s) 가 작은 것이 바람직하고, 제 1 두께 (s) 가, 제 1 온도 (T1) 가 제 1 융점 (Tm1) 이 되는 두께 (sU) 보다 작은 것이, 특히 바람직하다.

B. 평가 시험 :

B-1. 제 1 평가 시험 :

스파크 플러그의 샘플을 사용한 제 1 평가 시험에서는, 방전을 반복한 경우의 갭 (g) 의 거리의 증가량이 평가되었다. 갭의 거리는, 갭 (g) (도 1) 의 중심축 (CL) 과 평행한 방향의 거리이다. 이하의 표 1 은, 샘플의 구성과, 갭 (g) 의 거리의 증가량과, 평가 결과를 나타내고 있다.

제 1 평가 시험에서는, 중심 전극의 3 개의 구성 (도 2 ∼ 도 4 의 중심 전극 (20, 20a, 20z)) 과, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 3 개의 재료 (동 (Cu) 과 은 (Ag) 과 금(Au)) 의 조합이 서로 상이한 7 개의 샘플이, 평가되었다. 상기의 표 1 에서는, 심부 (320) 의 3 개의 재료에 각각 대응하는 3 개의 표가, 단락지어 나타나 있다. 3 개의 표 사이에서는, 참고예의 중심 전극 (20z) 의 데이터는, 공통이다.

평가 시험에 이용된 7 개의 샘플 사이에서는, 스파크 플러그의 구성 중 중심 전극 이외의 구성은, 공통이며, 도 1 에 나타내는 구성과 동일하였다. 예를 들어, 이하의 구성은, 7 개의 샘플 사이에서 공통이었다.

접지 전극 (30) 의 모재 (35) 의 재료 : 인코넬 600

접지 전극 (30) 의 심부 (36) 의 재료 : 동

축부 (200, 200a) 의 외층 (21, 21a) 의 재료 : 인코넬 600

축부 (200, 200a) 의 심부 (22, 22a) 의 재료 : 동

전극 칩 (300, 300z) 의 외경 (D) : 0.6 ㎜

전극 칩 (300, 300z) 의 전체 길이 (Lt) : 0.8 ㎜

귀금속층 (310), 전극 칩 (300z) 의 재료 : 백금

통부 (313) 의 제 1 두께 (s) (중심 전극 (20, 20a) 만) : 0.2 ㎜

선단부 (311) 의 두께 (t) (중심 전극 (20, 20a) 만) : 0.2 ㎜

갭 (g) 의 거리의 초기값 : 1.05 ㎜

평가 시험은, 이하와 같이 실시되었다. 즉, 1 기압의 공기 중에 스파크 플러그의 샘플을 배치하고, 300 ㎐ 로 100 시간에 걸쳐 방전을 반복하였다. 방전은, 단자 금구 (40) 와 주체 금구 (50) 사이에 방전용의 전압을 인가하는 것에 의해, 실시되었다. 이 방전의 반복을 실시하기 전과 후의 각각의 갭 (g) 의 거리를, 핀 게이지로, 0.01 ㎜ 간격으로, 측정하였다. 그리고, 측정된 거리의 차를, 증가량으로서 산출하였다. 표 1 에서는, A 평가는, 증가량이 0.04 ㎜ 이하인 것을 나타내고, B 평가는, 증가량이 0.04 ㎜ 보다 큰 것을 나타내고 있다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 심부 (320) 를 갖는 중심 전극 (20, 20a) 의 평가 결과 (즉, A 평가) 는, 심부 (320) 를 갖지 않는 중심 전극 (20z) 의 평가 결과 (즉, B 평가) 와 비교하여, 양호하였다. 이 이유는, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 가, 방전에 의해 발생한 열을 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200, 200a) 로 빼내는 것에 의해, 전극 칩 (300) 의 승온을 억제했기 때문인 것으로 추정된다. 또한, 심부 (320) 의 재료에 관계없이, 심부 (320) 를 갖는 중심 전극 (20, 20a) 의 평가 결과는, 양호하였다. 이 이유는, 심부 (320) 의 3 개의 재료 (동, 은, 금) 의 각각의 열 전도율이, 귀금속층 (310) (백금) 의 열 전도율보다 높기 때문인 것으로 추정된다.

또한, 도 2 의 중심 전극 (20) 을 사용하는 경우보다, 도 3 의 중심 전극 (20a) 을 사용하는 경우가, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 작은 경향이 있었다. 이 이유는, 이하와 같이 추정된다. 즉, 외층 (21) 의 성분 (니켈, 철, 크롬, 알루미늄 등) 을 포함하는 부분 (예를 들어, 도 2 의 용융부 (230)) 은, 심부 (320, 22) 와 비교하여, 열 전도율이 낮다. 도 3 의 중심 전극 (20a) 에서는, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 는, 외층 (21) 의 성분을 포함하는 부분을 개재하지 않고, 축부 (200a) 의 심부 (22a) 에 직접 접합되어 있다. 따라서, 심부 (320) 는, 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200a) 로 적절히 열을 빼낼 수 있다. 이 결과, 도 3 의 중심 전극 (20a) 을 사용하는 것에 의해, 갭 (g) 의 거리의 증가량을 작게 할 수 있는 것으로 추정된다.

또한, 중심 전극 (20a) 을 사용하는 경우, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 재료가, 축부 (200a) 의 심부 (22a) 의 재료와 동일한 동인 샘플에서는, 다른 샘플과 비교하여, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 작았다. 이 이유는, 동일한 재료를 사용하는 것에 의해 2 개의 심부 (320, 22a) 를 적절히 접합할 수 있고, 이 결과, 전극 칩 (300) 의 승온을, 적절히, 억제할 수 있었기 때문인 것으로 추정된다.

B-2. 제 2 평가 시험 :

스파크 플러그의 샘플을 사용한 제 2 평가 시험에서는, 스파크 플러그의 샘플이 장착된 내연 기관을 운전한 경우의 갭 (g) 의 거리의 증가량이 평가되었다. 이하의 표 2 는, 샘플의 구성과, 갭의 거리의 증가량과, 평가 결과를 나타내고 있다.

제 2 평가 시험에서는, 제 1 평가 시험에서 평가된 7 개의 샘플과 각각 동일한 구성의 7 개의 샘플이, 평가되었다. 상기의 표 2 에서는, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 3 개의 재료에 각각 대응하는 3 개의 표가, 단락지어 나타나 있다. 3 개의 표 사이에서는, 참고예의 중심 전극 (20z) 의 데이터는, 공통이다.

평가 시험은, 이하와 같이 실시되었다. 즉, 내연 기관으로는, 직렬 4 기통, 배기량 2000 ㏄ 의 것이 이용되었다. 그리고, 5600 rpm 의 회전 속도에서의 운전을 20 시간에 걸쳐 계속하였다. 이 운전을 실시하기 전과 후의 각각의 갭 (g) 의 거리를, 핀 게이지로 측정하였다. 그리고, 측정된 거리의 차를, 증가량으로서 산출하였다. 표 2 에서는, A 평가는, 증가량이 0.3 ㎜ 이하인 것을 나타내고, B 평가는, 증가량이 0.3 ㎜ 보다 큰 것을 나타내고 있다.

표 2 에 나타내는 바와 같이, 심부 (320) 를 갖는 중심 전극 (20, 20a) 의 평가 결과 (즉, A 평가) 는, 심부 (320) 를 갖지 않는 중심 전극 (20z) 의 평가 결과 (즉, B 평가) 와 비교하여, 양호하였다. 이 이유는, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 가, 연소에 의해 발생한 열을 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200, 200a) 로 빼내는 것에 의해, 전극 칩 (300) 의 승온을 억제했기 때문인 것으로 추정된다. 또한, 심부 (320) 의 재료에 관계없이, 심부 (320) 를 갖는 중심 전극 (20, 20a) 의 평가 결과는, 양호하였다. 이 이유는, 심부 (320) 의 3 개의 재료 (동, 은, 금) 의 각각의 열 전도율이, 귀금속층 (310) (백금) 의 열 전도율보다 높기 때문인 것으로 추정된다.

또한, 도 2 의 중심 전극 (20) 을 사용하는 경우보다, 도 3 의 중심 전극 (20a) 을 사용하는 경우가, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 작은 경향이 있었다. 이 이유는, 도 3 의 중심 전극 (20a) 에서는, 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 가 축부 (200a) 의 심부 (22a) 에 직접 접합되어 있기 때문에, 심부 (320) 는, 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200a) 로 적절히 열을 빼낼 수 있기 때문인 것으로 추정된다.

B-3. 제 3 평가 시험 :

스파크 플러그의 샘플을 사용한 제 3 평가 시험에서는, 제 2 두께 (t) 와, 방전을 반복한 경우의 갭 (g) 의 거리의 증가량과, 방전면 (315) 의 백금의 농도의 관계가 평가되었다. 이하의 표 3 은, 심부 (320) 의 재료와, 제 2 두께 (t) 와, 갭의 거리의 증가량과, 방전면 (315) 의 백금(Pt) 의 농도와, 평가 결과의 관계를 나타내고 있다.

제 3 평가 시험에서는, 중심 전극으로서, 도 2 의 중심 전극 (20) 이 이용되었다. 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 재료로는, 3 개의 재료 (동 (Cu) 과 은 (Ag) 과 금 (Au)) 가 평가되었다. 상기의 표 3 에서는, 3 개의 재료에 각각 대응하는 3 개의 표가, 단락지어 나타나 있다. 제 2 두께 (t) 로는, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6 (㎜) 의 5 개의 값이, 각 재료별로, 평가되었다. 이와 같이, 제 3 평가 시험에서는, 15 개의 샘플이, 평가되었다.

15 개의 샘플의 각각의 접지 전극 (30) (도 1) 중 갭 (g) 을 형성하는 부분에는, 백금으로 형성된 귀금속 칩이 형성되어 있다 (도시 생략). 또한, 15 개의 샘플 사이에서는, 스파크 플러그의 구성 중 중심 전극 이외의 구성은, 공통이며, 도 1 에 나타내는 구성과 동일하였다. 중심 전극 (20), 나아가, 스파크 플러그의 구성은, 제 2 두께 (t) 가 상이한 점과, 접지 전극 (30) 에 귀금속 칩이 추가되어 있는 점을 제외하고, 제 1 평가 시험에서 평가된 샘플의 구성과 동일하였다. 예를 들어, 이하의 구성은, 15 개의 샘플 사이에서 공통이었다.

접지 전극 (30) 의 모재 (35) 의 재료 : 인코넬 600

접지 전극 (30) 의 심부 (36) 의 재료 : 동

축부 (200) 의 외층 (21) 의 재료 : 인코넬 600

축부 (200) 의 심부 (22) 의 재료 : 동

전극 칩 (300) 의 외경 (D) : 0.6 ㎜

전극 칩 (300) 의 전체 길이 (Lt) : 0.8 ㎜

귀금속층 (310) 의 재료 : 백금

통부 (313) 의 제 1 두께 (s) : 0.2 ㎜

갭 (g) 의 거리의 초기값 : 1.05 ㎜

평가 시험의 내용은, 제 1 평가 시험과 동일하다. 즉, 1 기압의 공기 중에 스파크 플러그의 샘플을 배치하고, 300 ㎐ 로 100 시간에 걸쳐 방전을 반복하였다. 갭 (g) 의 거리의 증가량은, 방전의 반복을 실시하기 전과 후의 각각의 갭 (g) 의 거리의 차이다 (단위는 ㎜). 백금의 농도는, 방전의 반복을 실시한 후의 방전면 (315) 에 있어서의 백금의 농도이다 (단위는, 아토믹 퍼센트). 백금의 농도는, EPMA (Electron Probe Micro Analyser) 의 WDS (Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer) 를 사용하여, 측정되었다. 통상적으로는, 방전면 (315) 에 있어서의 백금의 농도는, 100 at％ 이다. 그러나, 심부 (320) 가 용융된 경우에는, 용융된 심부 (320) 의 성분 (여기서는, 동) 이 방전면 (315) 으로 이동하는 것에 의해, 방전면 (315) 에서의 백금의 농도가 저하할 수 있다. 표 3 에서는, A 평가는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 0.04 ㎜ 이하이고, 또한, 백금의 농도가 90 at％ 이상인 것을 나타내고 있다. B 평가는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 0.04 ㎜ 보다 크거나, 또는, 백금의 농도가 90 at％ 미만인 것을, 나타내고 있다.

표 3 에 나타내는 바와 같이, 제 2 두께 (t) 가 클수록, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 컸다. 이 이유는, 도 5 에서 설명한 바와 같이, 제 2 두께 (t) 가 클수록, 방전면 (315) 의 제 1 온도 (T1) 가, 방전에 의해 발생한 열에 의해 높아지기 때문인 것으로, 추정된다.

또한, 제 2 두께 (t) 가 작은 경우에, 백금의 농도가 낮아졌다. 이 이유는, 도 5 에서 설명한 바와 같이, 제 2 두께 (t) 가 작은 경우에 심부 (320) 가 용융되었기 때문인 것으로 추정된다.

또한, A 평가가 얻어진 제 2 두께 (t) 는, 0.1, 0.2, 0.4 (㎜) 였다. 이들 값 중 임의의 값을, 제 2 두께 (t) 의 바람직한 범위 (하한 이상, 상한 이하의 범위) 의 하한으로서 채용 가능하다. 또한, 이들 값 중 하한 이상의 임의의 값을, 상한으로서 채용 가능하다. 예를 들어, 제 2 두께 (t) 의 바람직한 범위로는, 0.1 ㎜ 이상, 또한, 0.4 ㎜ 이하의 범위를 채용 가능하다.

B-4. 제 4 평가 시험 :

스파크 플러그의 샘플을 사용한 제 4 평가 시험에서는, 제 1 두께 (s) 와, 방전을 반복한 경우의 갭 (g) 의 거리의 증가량의 관계가 평가되었다. 이하의 표 4 는, 심부 (320) 의 재료와, 제 1 두께 (s) 와, 갭 (g) 의 거리의 증가량과, 평가 결과의 관계를 나타내고 있다.

제 4 평가 시험에서는, 중심 전극으로서, 도 2 의 중심 전극 (20) 이 이용되었다. 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 재료로는, 3 개의 재료 (동 (Cu) 과 은 (Ag) 과 금 (Au)) 이 평가되었다. 상기의 표 4 에서는, 3 개의 재료에 각각 대응하는 3 개의 표가, 단락지어 나타나 있다. 제 1 두께 (s) 로는, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2, 0.25 (㎜) 의 6 개의 값이, 각 재료별로, 평가되었다. 이와 같이, 제 4 평가 시험에서는, 18 개의 샘플이, 평가되었다.

18 개의 샘플의 접지 전극 (30) (도 1) 에는, 갭 (g) 을 형성하는 부분에 백금으로 형성된 귀금속 칩이 형성되어 있다 (도시 생략). 또한, 18 개의 샘플 사이에서는, 스파크 플러그의 구성 중 중심 전극 이외의 구성은, 공통이며, 도 1 에 나타내는 구성과 동일하였다. 중심 전극 (20), 나아가, 스파크 플러그의 구성은, 제 1 두께 (s) 가 상이한 점과 접지 전극 (30) 에 귀금속 칩이 추가되어 있는 점을 제외하고, 제 1 평가 시험에서 평가된 샘플의 구성과 동일하였다. 예를 들어, 이하의 구성은, 18 개의 샘플 사이에서 공통이었다.

접지 전극 (30) 의 모재 (35) 의 재료 : 인코넬 600

접지 전극 (30) 의 심부 (36) 의 재료 : 동

축부 (200) 의 외층 (21) 의 재료 : 인코넬 600

축부 (200) 의 심부 (22) 의 재료 : 동

전극 칩 (300) 의 외경 (D) : 0.6 ㎜

전극 칩 (300) 의 전체 길이 (Lt) : 0.8 ㎜

귀금속층 (310), 전극 칩 (300z) 의 재료 : 백금

선단부 (311) 의 두께 (t) : 0.2 ㎜

갭 (g) 의 거리의 초기값 : 1.05 ㎜

평가 시험의 내용은, 제 1 평가 시험과 동일하다. 즉, 1 기압의 공기 중에 스파크 플러그의 샘플을 배치하고, 300 ㎐ 로 100 시간에 걸쳐 방전을 반복하였다. 갭 (g) 의 거리의 증가량은, 방전의 반복을 실시하기 전과 후의 각각의 갭 (g) 의 거리의 차이다 (단위는 ㎜). 표 4 에서는, A 평가는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 0.04 ㎜ 이하인 것을 나타내고 있다. B 평가는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 0.04 ㎜ 보다 큰 것을 나타내고 있다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 두께 (s) 가 클수록, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 컸다. 이 이유는, 도 6 에서 설명한 바와 같이, 제 1 두께 (s) 가 클수록, 방전면 (315) 의 제 1 온도 (T1) 가, 방전에 의해 발생한 열에 의해 높아지기 때문인 것으로, 추정된다.

또한, A 평가가 얻어진 제 1 두께 (s) 는, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2 (㎜) 였다. 이들 값 중 임의의 값을, 제 1 두께 (s) 의 바람직한 범위 (하한 이상, 상한 이하의 범위) 의 하한으로서 채용 가능하다. 또한, 이들 값 중 하한 이상의 임의의 값을, 상한으로서 채용 가능하다. 예를 들어, 제 1 두께 (s) 로는, 0.02 ㎜ 이상의 값을 채용 가능하다. 또한, 제 1 두께 (s) 로는, 0.2 ㎜ 이하의 값을 채용 가능하다.

또한, 귀금속층 (310) 의 온도는, 귀금속층 (310) 에 대한 심부 (320) 의 크기가 작을 수록, 높아지기 쉽다. 예를 들어, 귀금속층 (310) 의 온도는, 전극 칩 (300) 의 외경 (D) 에 대한 제 1 두께 (s) 가 클수록, 높아지기 쉽다. 따라서, 제 4 평가 시험으로부터 얻어지는 제 1 두께 (s) 의 바람직한 범위를, 외경 (D) 에 대한 제 1 두께 (s) 의 비율을 사용하여 규정할 수 있다. 예를 들어, 제 4 평가 시험에서는, 외경 (D) 은, 0.6 ㎜ 이다. 따라서, A 평가가 얻어진 제 1 두께 (s) 의 외경 (D) 에 대한 비율은, 1/30, 1/20, 1/12, 1/6, 1/3 이다. 이들 값 중 임의의 값을, 제 1 두께 (s) 의 바람직한 범위 (하한 이상, 상한 이하의 범위) 의 하한으로서 채용 가능하다. 또한, 이들 값 중 하한 이상의 임의의 값을, 상한으로서 채용 가능하다. 예를 들어, 제 1 두께 (s) 로는, 외경 (D) 의 1/30 이상의 값을 채용 가능하다. 또한, 제 1 두께 (s) 로는, 외경 (D) 의 1/3 이하의 값을 채용 가능하다.

B-5. 제 5 평가 시험 :

스파크 플러그의 샘플을 사용한 제 5 평가 시험에서는, 외경 (D) 과, 제 1 두께 (s) 와, 방전을 반복한 경우의 갭 (g) 의 거리의 증가량의 관계가 평가되었다. 이하의 표 5 는, 심부 (320) 의 재료와, 외경 (D) 과, 제 1 두께 (s) 와, 갭 (g) 의 거리의 증가량과, 증가량의 임계치와, 평가 결과의 관계를 나타내고 있다.

제 5 평가 시험에서는, 중심 전극으로서, 도 2 의 중심 전극 (20) 이 이용되었다. 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 재료로는, 3 개의 재료 (동 (Cu) 과 은 (Ag) 과 금 (Au)) 가 평가되었다. 상기의 표 5 에서는, 3 개의 재료에 각각 대응하는 3 개의 표가, 단락지어 나타나 있다. 외경 (D) 로는, 0.3, 0.6, 0.9, 1.8, 3.6 (㎜) 의 5 개의 값이, 각 재료별로, 평가되었다. 제 1 두께 (s) 로는, 외경 (D) 의 1/3 의 값과, 그것보다 큰 값의 2 개의 값이, 각 외경 (D) 별로 평가되었다. 임계치는, 갭 (g) 의 거리의 증가량의 평가 기준이다. 임계치는, 외경 (D) 에 따라, 미리 결정되어 있다 (외경 (D) 이 클수록, 임계치가 큰 경향이 있다). 이와 같이, 제 5 평가 시험에서는, 30 개의 샘플이, 평가되었다.

30 개의 샘플의 각각의 접지 전극 (30) (도 1) 의 갭 (g) 을 형성하는 부분에는, 백금으로 형성된 귀금속 칩이 형성되어 있다 (도시 생략). 또한, 30 개의 샘플 사이에서는, 스파크 플러그의 구성 중 중심 전극 이외의 구성은, 공통이며, 도 1 에 나타내는 구성과 동일하였다. 중심 전극 (20), 나아가, 스파크 플러그의 구성은, 외경 (D) 과 제 1 두께 (s) 가 상이한 점과, 접지 전극 (30) 에 귀금속 칩이 추가되어 있는 점을 제외하고, 제 1 평가 시험에서 평가된 샘플의 구성과 동일하였다. 예를 들어, 이하의 구성은, 30 개의 샘플 사이에서 공통이었다.

접지 전극 (30) 의 모재 (35) 의 재료 : 인코넬 600

접지 전극 (30) 의 심부 (36) 의 재료 : 동

축부 (200) 의 외층 (21) 의 재료 : 인코넬 600

축부 (200) 의 심부 (22) 의 재료 : 동

전극 칩 (300) 의 전체 길이 (Lt) : 0.8 ㎜

귀금속층 (310) 의 재료 : 백금

선단부 (311) 의 두께 (t) : 0.2 ㎜

갭 (g) 의 거리의 초기값 : 1.05 ㎜

평가 시험의 내용은, 제 1 평가 시험과 동일하다. 즉, 1 기압의 공기 중에 스파크 플러그의 샘플을 배치하고, 300 ㎐ 로 방전을 반복하였다. 방전을 반복하는 시간은, 외경 (D) 이 0.3, 0.6, 0.9 ㎜ 인 경우에는 100 시간이고, 외경 (D) 이 1.8 ㎜ 인 경우에는 200 시간이고, 외경 (D) 이 3.6 ㎜ 인 경우에는 800 시간이었다. 갭 (g) 의 거리의 증가량은, 방전의 반복을 실시하기 전과 후의 각각의 갭 (g) 의 거리의 차이다 (단위는 ㎜). A 평가는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 임계치 이하인 것을 나타내고 있다. B 평가는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 임계치보다 큰 것을 나타내고 있다.

표 5 에 나타내는 바와 같이, 외경 (D) 이 클수록, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 작았다. 이 이유는, 외경 (D) 이 클수록, 귀금속층 (310) 의 체적이 크기 때문에, 귀금속층 (310) 의 승온이 억제되기 때문인 것으로, 추정된다.

또한, 외경 (D) 이 동일한 경우, 제 1 두께 (s) 가 클수록, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 컸다. 이 이유는, 도 6 에서 설명한 바와 같이, 제 1 두께 (s) 가 클수록, 방전면 (315) 의 제 1 온도 (T1) 가, 방전에 의해 발생한 열에 의해 높아지기 때문인 것으로, 추정된다.

또한, 표 5 에 나타내는 바와 같이, 0.6 ㎜ 이상의 다양한 외경 (D) 에 있어서, 제 1 두께 (s) 가 외경 (D) 의 1/3 의 값인 경우에는, 평가 결과가 양호하였다. 구체적으로는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 0.04 ㎜ 이하였다. 또한, 외경 (D) 이 0.3 ㎜ 인 경우에는, 갭 (g) 의 거리의 증가량이 0.04 ㎜ 를 초과하였다. 그러나, 제 1 두께 (s) 가 외경 (D) 의 1/3 의 값인 경우에는, 증가량을 0.10 ㎜ 이하로 억제할 수 있었다. 이와 같이, 제 4 평가 시험에서 검토한 제 1 두께 (s) 의 바람직한 범위는, 다양한 외경 (D) 에 적용 가능하다.

또한, 제 1 두께 (s) 를 외경 (D) 의 1/3 의 값으로 작게 하는 것에 의해 평가 결과가 향상된 외경 (D) 은, 0.3, 0.6, 0.9, 1.8, 3.6 (㎜) 이었다. 따라서, 이들 값 중 임의의 값을, 외경 (D) 의 바람직한 범위 (하한 이상, 상한 이하의 범위) 의 하한으로서 채용 가능하다. 또한, 이들 값 중 하한 이상의 임의의 값을, 상한으로서 채용 가능하다. 예를 들어, 외경 (D) 으로는, 0.3 ㎜ 이상의 값을 채용 가능하다. 또한, 외경 (D) 으로는, 3.6 ㎜ 이하의 값을 채용 가능하다.

B-6. 제 6 평가 시험 :

제 6 평가 시험에서는, 전극 칩 (300) 의 샘플을 사용하여, 두께 (s) 와, 냉열 사이클에서 기인하는 전극 칩 (300) 의 크랙의 유무의 관계가 평가되었다. 이하의 표 6 은, 심부 (320) 의 재료와, 제 1 두께 (s) 와, 크랙의 유무와, 평가 결과의 관계를 나타내고 있다.

전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 재료로는, 3 개의 재료 (동 (Cu) 과 은 (Ag) 과 금 (Au)) 가 평가되었다. 상기의 표 6 에서는, 3 개의 재료에 각각 대응하는 3 개의 표가, 단락지어 나타나 있다. 제 1 두께 (s) 로는, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2 (㎜) 의 5 개의 값이, 각 재료별로, 평가되었다. 이와 같이, 제 6 평가 시험에서는, 15 개의 샘플이, 평가되었다. 또한, 이하의 구성은, 15 개의 샘플 사이에서 공통이었다.

전극 칩 (300, 300z) 의 외경 (D) : 0.6 ㎜

전극 칩 (300, 300z) 의 전체 길이 (Lt) : 0.8 ㎜

귀금속층 (310) 의 재료 : 백금

선단부 (311) 의 두께 (t) : 0.2 ㎜

제 6 평가 시험에서는, 전극 칩 (300) (도 2) 의 샘플의 후단면 (316, 326) 에, 인코넬 600 의 판이, 축부 (200) 와 동일하게, 용접되었다. 그리고, 질소를 충전한 챔버 내에 샘플을 배치하고, 샘플을 가열하는 처리와, 가열을 완화하여 샘플을 냉각시키는 처리의 사이클을 반복하였다. 1 회의 사이클에서는, 가열 처리는, 1 분간 실시되고, 냉각 처리는, 1 분간 실시되었다. 가열 처리에서는, 전극 칩 (300) 의 온도는, 섭씨 1100 도로 상승하고, 냉각 처리에서는, 전극 칩 (300) 의 온도는, 섭씨 200 도로 저하하였다. 이와 같은 가열과 냉각의 사이클을, 1000 회 반복하였다. 그리고, 1000 회의 반복 후에, 전극 칩 (300) 을 관찰하여, 전극 칩 (300) 에 크랙이 발생했는지 여부를 확인하였다. 예를 들어, 가열시의 심부 (320) 의 팽창에 의해, 귀금속층 (310) 에 크랙이 발생할 수 있다. 표 6 에서는, A 평가는, 크랙이 발생하지 않은 것을 나타내고, B 평가는, 크랙이 발생한 것을 나타내고 있다.

표 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 두께 (s) 가 작은 경우에, 크랙이 발생하였다. 이 이유는, 제 1 두께 (s) 가 작은 경우에는, 귀금속층 (310) 이, 심부 (320) 의 팽창에 견딜 수 없었기 때문인 것으로 추정된다.

또한, A 평가가 얻어진 제 1 두께 (s) 는, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2 (㎜) 였다. 이들 값 중 임의의 값을, 제 1 두께 (s) 의 바람직한 범위 (하한 이상, 상한 이하의 범위) 의 하한으로서 채용 가능하다. 또한, 이들 값 중 하한 이상의 임의의 값을, 상한으로서 채용 가능하다. 예를 들어, 제 1 두께 (s) 로는, 0.03 ㎜ 이상의 값을 채용 가능하다. 또한, 제 1 두께 (s) 로는, 0.2 ㎜ 이하의 값을 채용 가능하다.

또한, 제 1 두께 (s) 의 바람직한 범위를, 제 4 평가 시험과 제 6 평가 시험을 조합하는 것에 의해, 결정 가능하다. 예를 들어, 제 1 두께 (s) 로는, 0.03 ㎜ 이상, 0.2 ㎜ 이하의 값을 채용 가능하다.

B-7. 제 7 평가 시험 :

도 7 은, 제 7 평가 시험에 이용된 점화 시스템 (600) 의 블록도이다. 이 점화 시스템 (600) 은, 고주파 전력을 스파크 플러그의 갭에 공급하여 고주파 플라즈마를 생성함으로써, 혼합기에 착화한다. 이와 같은 점화 시스템 (600) 에서 이용되는 스파크 플러그는, 고주파 플라즈마 플러그라고도 불린다. 고주파 플라즈마 플러그로는, 도 1, 도 2, 도 3 에서 설명한 스파크 플러그 (100) 를 채용 가능하다. 이하, 스파크 플러그 (100) 가 점화 시스템 (600) 에 접속되어 있는 것으로 하여, 점화 시스템 (600) 의 설명을 실시한다. 또한, 평가 시험에서는, 스파크 플러그 (100) 대신에, 후술하는 스파크 플러그의 샘플이 이용되었다.

점화 시스템 (600) 은, 스파크 플러그 (100) 와, 방전용 전원 (641) 과, 고주파 전원 (651) 과, 혼합 회로 (661) 와, 임피던스 매칭 회로 (671) 와, 제어 장치 (681) 를 구비하고 있다. 방전용 전원 (641) 은, 스파크 플러그 (100) 에 대하여 고전압을 인가하여, 스파크 플러그 (100) 의 갭 (g) 에서 불꽃 방전을 발생시킨다. 방전용 전원 (641) 은, 배터리 (645) 와, 점화 코일 (642) 과, 이그나이터 (647) 를 구비하고 있다. 점화 코일 (642) 은, 코어 (646) 와, 코어 (646) 에 감긴 1 차 코일 (643) 과, 코어 (646) 에 감기고 1 차 코일 (643) 보다 감긴 수가 많은 2 차 코일 (644) 을 구비하고 있다. 1 차 코일 (643) 의 일단은 배터리 (645) 에 접속되고, 1 차 코일 (643) 의 타단은 이그나이터 (647) 에 접속되어 있다. 2 차 코일 (644) 의 일단은, 1 차 코일 (643) 의 배터리 (645) 측의 끝에 접속되고, 2 차 코일 (644) 의 타단은, 혼합 회로 (661) 를 통하여, 스파크 플러그 (100) 의 단자 금구 (40) 에 접속되어 있다.

이그나이터 (647) 는, 이른바 스위치 소자이며, 예를 들어, 트랜지스터를 포함하는 전기 회로이다. 이그나이터 (647) 는, 제어 장치 (681) 로부터의 제어 신호에 따라, 1 차 코일 (643) 과 어스 사이의 도통을 온 오프 제어한다. 이그나이터 (647) 가, 도통을 온으로 하면, 배터리 (645) 로부터 1 차 코일 (643) 에 전류가 흘러, 코어 (646) 의 주위에 자계가 형성된다. 그 후, 이그나이터 (647) 가, 도통을 오프로 하면, 1 차 코일 (643) 을 흐르는 전류가 차단되어, 자계가 변화한다. 이 결과, 1 차 코일 (643) 에는, 자기 유도에 의해, 전압이 발생하고, 2 차 코일 (644) 에는, 상호 유도에 의해, 보다 높은 전압이 발생한다 (예를 들어, 5 ㎸ 내지 30 ㎸). 이 고전압 (즉, 전기 에너지) 이, 2 차 코일 (644) 로부터 혼합 회로 (661) 를 통하여 스파크 플러그 (100) 의 갭 (g) 에 공급되어, 갭 (g) 에서 불꽃 방전이 발생한다.

고주파 전원 (651) 은, 스파크 플러그 (100) 에 대하여 비교적 고주파수 (예를 들어, 50 ㎑ ∼ 100 ㎒) 의 전력 (본 실시형태에서는, 교류 전력) 을 공급한다. 고주파 전원 (651) 과 혼합 회로 (661) 사이에는 임피던스 매칭 회로 (671) 가 형성되어 있다. 임피던스 매칭 회로 (671) 는, 고주파 전원 (651) 측의 출력 임피던스와 혼합 회로 (661) 측의 입력 임피던스를 정합하도록 구성되어 있다.

혼합 회로 (661) 는, 방전용 전원 (641) 과 고주파 전원 (651) 의 일방으로부터 타방으로 전류가 흐르는 것을 억제하면서, 방전용 전원 (641) 으로부터의 출력 전력과 고주파 전원 (651) 으로부터의 출력 전력의 쌍방을 스파크 플러그 (100) 에 공급한다. 혼합 회로 (661) 는, 방전용 전원 (641) 과 스파크 플러그 (100) 를 접속하는 코일 (662) 과, 임피던스 매칭 회로 (671) 와 스파크 플러그 (100) 를 접속하는 콘덴서 (663) 를 구비하고 있다. 코일 (662) 은, 방전용 전원 (641) 으로부터의 비교적 저주파수의 전류가 흐르는 것을 허용하고, 고주파 전원 (651) 으로부터의 비교적 고주파수의 전류가 흐르는 것을 억제한다. 콘덴서 (663) 는, 고주파 전원 (651) 으로부터의 비교적 고주파수의 전류가 흐르는 것을 허용하고, 방전용 전원 (641) 으로부터의 비교적 저주파수의 전류가 흐르는 것을 억제한다. 또한, 2 차 코일 (644) 을 코일 (662) 대신으로서 이용하고, 코일 (662) 을 생략해도 된다.

도 7 의 점화 시스템 (600) 에서는, 방전용 전원 (641) 으로부터의 전력에 의해 갭 (g) 에 있어서 발생한 불꽃에, 고주파 전원 (651) 으로부터의 고주파 전력이 공급됨으로써, 고주파 플라즈마가 발생한다. 제어 장치 (681) 는, 방전용 전원 (641) 으로부터 스파크 플러그 (100) 에 전력이 공급되는 타이밍과, 고주파 전원 (651) 으로부터 스파크 플러그 (100) 에 전력이 공급되는 타이밍을 제어한다. 제어 장치 (681) 로는, 예를 들어, 프로세서와 메모리를 갖는 컴퓨터를 채용 가능하다.

스파크 플러그의 샘플을 사용한 제 7 평가 시험에서는, 도 7 의 점화 시스템 (600) 을 사용하여 방전을 반복한 경우의 중심 전극 (20) (도 2) 의 전극 칩 (300) 의 소모 체적이 평가되었다. 샘플의 전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 은, 귀금속에 산화물을 첨가한 재료로 형성되어 있다 (주성분은, 귀금속이다). 이하의 표 7 은, 첨가된 산화물의 조성과, 산화물의 융점과, 소모 체적과, 평가 결과를 나타내고 있다.

제 7 평가 시험에서는, 제 2 외층 (310) 에 첨가된 산화물의 조성이 서로 상이한 5 개의 샘플이, 평가되었다. 5 개의 샘플 사이에서는, 스파크 플러그의 구성 중 산화물의 조성 이외의 구성은, 공통이었다. 구체적으로는, 중심 전극의 구성으로는, 도 2 의 구성을 채용하였다. 접지 전극으로는, 도 1 의 접지 전극 (30) 과 동일한 구성의 봉상의 부분 (「축부 (30)」 라고 부른다) 에 전극 칩을 용접하여 얻어지는 부재를 채용하였다 (도시 생략). 접지 전극의 전극 칩은, 중심 전극 (20) 의 전극 칩 (300) 의 선단면 (315) 으로부터 선단 방향 (D1) 측으로 떨어진 위치이고, 축부 (30) 의 후단 방향 (D2) 측의 표면 중 축선 (CL) 과 교차하는 위치에, 고정되었다. 방전용의 갭은, 중심 전극 (20) 의 전극 칩 (300) 과 접지 전극의 전극 칩에 의해 형성되었다. 또한, 저항체 (70) (도 1) 와 제 2 시일부 (80) 는 생략되었다. 이 대신에, 제 1 시일부 (60) 가, 관통공 (12) 내에서, 중심 전극 (20) 과 단자 금구 (40) 를 접속하였다 (단자 금구 (40) 의 레그부 (43) 는, 중심 전극 (20) 을 향하여 연장되었다). 스파크 플러그의 샘플의 다른 부분의 구성은, 도 1 에 나타내는 구성과 동일하였다. 예를 들어, 이하의 구성은, 5 개의 샘플 사이에서 공통이었다.

접지 전극의 모재 (35) 의 재료 : 인코넬 600

접지 전극의 심부 (36) 의 재료 : 동

접지 전극의 전극 칩의 재료 : 백금

축부 (200) 의 외층 (21) 의 재료 : 인코넬 600

축부 (200) 의 심부 (22) 의 재료 : 동

전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 의 재료 : 이리듐 ＋ 산화물

제 2 외층 (310) 의 재료에 대한 산화물의 첨가량 : 7.2 체적％ (vol％)

전극 칩 (300) 의 제 2 심부 (320) 의 재료 : 동

전극 칩 (300) 의 외경 (D) : 1.6 ㎜

전극 칩 (300) 의 전체 길이 (Lt) : 3.0 ㎜

통부 (313) 의 제 1 두께 (s) : 0.2 ㎜

선단부 (311) 의 제 2 두께 (t) : 0.2 ㎜

갭 (g) 의 거리의 초기값 : 0.8 ㎜

평가 시험은, 이하와 같이 실시되었다. 즉, 0.4 ㎫ 의 질소 중에 스파크 플러그의 샘플을 배치하고, 도 7 의 점화 시스템 (600) 을 사용하여, 30 ㎐ 로 10 시간에 걸쳐 방전을 반복하였다. 배터리 (645) 의 전압은, 12 V 였다. 또한, 고주파 전원 (651) 에 의한 교류 전력의 주파수는, 13 ㎒ 였다. 방전은, 단자 금구 (40) 와 주체 금구 (50) 사이에 방전용의 전압을 인가함으로써, 실시되었다. 이 방전의 반복을 실시하는 것에 의해 전극 칩 (300) 이 소모된다. 표 7 의 소모 체적은, 소모에 의한 전극 칩 (300) 의 체적의 감소량이다. 소모 체적은, 이하와 같이 산출되었다. 시험 전의 전극 칩 (300) 의 외형상과, 시험 후의 전극 칩 (300) 의 외형상을, X 선 CT 스캔에 의해 특정한다. 그리고, 특정된 2 개의 외형상의 체적의 차분을, 소모 체적으로서 산출하였다. 표 7 에서는, A 평가는, 소모 체적이 0.35 ㎣ 이하인 것을 나타내고, B 평가는, 소모 체적이 0.35 ㎣ 를 초과한 것을 나타내고 있다.

표 7 에 나타내는 바와 같이, 5 개의 샘플의 각각의 산화물은, Sm₂O₃, La₂O₃, Nd₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃ 였다. 이들 산화물의 융점은, 2325, 2315, 2270, 1840, 1566 (섭씨의 온도) 이었다. 그리고, 산화물의 융점이 높을수록, 소모 체적이 작았다. 이와 같이, 전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 이 산화물을 포함하는 것에 의해, 제 2 외층 (310), 나아가, 전극 칩 (300) 의 소모를 억제할 수 있었다. 이와 같이, 전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 은, 표 7 에 나타내는 5 개의 산화물의 적어도 1 개를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 표 7 의 융점과 소모 체적이 나타내는 바와 같이, 산화물의 융점이 높을수록, 소모를 억제할 수 있었다. 이 이유는, 이하와 같이 추정된다. 방전에 의해 발생하는 열에 의해 제 2 외층 (310) 의 온도는 상승한다. 제 2 외층 (310) 의 온도 상승에 의해, 산화물이 용융될 수 있다. 산화물이 용융되면, 산화물이 흘러 이동하는 것에 의해, 산화물이 첨가되어 있지 않은 경우와 마찬가지로 귀금속이 소모될 수 있다. 여기서, 산화물의 융점이 높은 경우에는, 융점이 낮은 경우와 비교하여, 산화물이 잘 용융되지 않는다. 따라서, 산화물의 융점이 높을수록, 제 2 외층 (310) (나아가, 전극 칩 (300)) 의 소모를 억제할 수 있다.

표 7 에 나타내는 바와 같이, 융점이 섭씨 1566 도인 산화물 (여기서는, Fe₂O₃) 을 첨가하는 경우, 소모 체적은, 0.61 ㎣ 였다. 융점이 섭씨 1840 도인 산화물 (여기서는, TiO₂) 을 첨가하는 경우, 소모 체적은, 0.35 ㎣ 였다. 이들 2 개의 산화물 사이에서 융점이 높아지도록 산화물을 변경함으로써, 소모 체적을 40 ％ 이상이나 저감시킬 수 있었다 ((0.61 - 0.35)/0.61 = 0.426). 그리고, 산화물의 융점이 섭씨 1840 도보다 높은 경우에는, 소모 체적을 더욱 저감시킬 수 있었다. 이와 같이, 전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 이, 융점이 섭씨 1840 도 이상인 산화물을 포함하는 것에 의해, 전극 칩 (300) 의 소모를 대폭 억제할 수 있었다. 구체적으로는, 제 2 외층 (310) 은, Sm₂O₃, La₂O₃, Nd₂O₃, TiO₂ 의 적어도 1 개를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 표 7 에 나타내는 바와 같이, 다양한 산화물이, 전극 칩 (300) 의 소모를 억제할 수 있었다. 일반적으로는, 제 7 평가 시험에서 평가된 산화물 대신에, 다른 산화물을 채용하는 경우에도, 전극 칩 (300) 의 소모를 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 특히, 표 7 에 나타내는 바와 같이, 다양한 금속 산화물이, 전극 칩 (300) 의 소모를 억제할 수 있었다. 따라서, 제 7 평가 시험에서 평가된 금속 산화물에 한정되지 않고, 다른 다양한 금속 산화물이, 전극 칩 (300) 의 소모를 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 어느 경우에도, 산화물의 융점이 높은 경우에는, 산화물의 융점이 낮은 경우와 비교하여, 전극 칩 (300) 의 소모를 억제할 수 있는 것으로 추정된다.

또한, 소모 체적이 0.35 ㎣ 이하인 A 평가가 얻어진 융점은, 2325, 2315, 2270, 1840 (섭씨의 온도) 이었다. 이들 4 개의 값 중 임의의 값을, 전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 에 포함되는 산화물의 융점의 바람직한 범위 (하한 이상, 상한 이하의 범위) 의 하한으로서 채용 가능하다. 예를 들어, 산화물의 융점의 바람직한 범위로서, 섭씨 1840 도 이상의 범위를 채용해도 된다. 또한, 상기의 4 개의 값 중 하한 이상의 임의의 값을, 상한으로서 채용 가능하다. 예를 들어, 융점의 바람직한 범위로는, 섭씨 2325 도 이하의 범위를 채용해도 된다. 또한, 융점이 더욱 높은 경우에도, 산화물의 첨가에 의해 전극 칩 (300) 의 소모를 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 예를 들어, 실용적인 산화물로는, 융점이 섭씨 3000 도 이하인 산화물을 채용해도 된다.

또한, 산화물을 포함하는 제 2 외층 (310) 을 갖는 전극 칩 (300) 에 있어서, 제 1 두께 (s) (도 2) 가, 상기의 바람직한 범위 내인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제 2 외층 (310) 의 소모를 적절히 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 또한, 제 2 두께 (t) 가, 상기의 바람직한 범위 내인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제 2 외층 (310) 의 소모를 적절히 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 단, 제 1 두께 (s) 와 제 2 두께 (t) 의 적어도 일방이, 대응하는 바람직한 범위의 밖이어도 된다.

C. 변형예 :

(1) 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 재료로는, 동과 은과 금에 한정하지 않고, 제 2 외층 (310) 과 비교하여 열 전도율이 높은 다양한 재료를 채용 가능하다. 예를 들어, 순 니켈을 채용 가능하다. 어느 경우에도, 제 2 외층 (310) 보다 열 전도율이 높은 재료로 심부 (320) 를 형성함으로써, 제 2 외층 (310) 의 승온 (즉, 소모) 을 억제할 수 있다. 따라서, 동과 은과 금에 한정하지 않고 제 2 외층 (310) 보다 열 전도율이 높은 재료를 심부 (320) 의 재료로서 사용하는 경우에, 제 1 두께 (s) 의 상기 서술한 바람직한 범위를 적용할 수 있는 것으로 추정된다.

또한, 전극 칩 (300) 으로부터 축부 (200, 200a) 로의 열의 이동의 용이함은, 제 1 두께 (s) 와, 외경 (D) 에 대한 제 1 두께 (s) 의 비율에 따라 크게 변화하는 것으로 추정된다. 따라서, 제 1 두께 (s) 의 상기의 바람직한 범위는, 제 1 두께 (s) 와, 외경 (D) 에 대한 제 1 두께 (s) 의 비율과, 이외의 구성에 관계없이, 적용 가능한 것으로 추정된다. 예를 들어, 외경 (D) 과, 전체 길이 (Lt) 와, 제 2 외층 (310) 의 재료와, 심부 (320) 의 재료와, 제 2 두께 (t) 의 적어도 1 개가 상기의 전극 칩 (300) 의 샘플과는 상이한 경우에도, 제 1 두께 (s) 의 상기의 바람직한 범위를 적용할 수 있는 것으로 추정된다.

(2) 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 가 제 2 외층 (310) 으로부터 열을 받는 경우의 심부 (320) 의 온도는, 심부 (320) 의 선단면 (321) 과 제 2 외층 (310) 의 방전면 (315) 사이의 거리, 즉, 제 2 두께 (t) 에 따라 크게 변화하는 것으로 추정된다. 따라서, 제 2 두께 (t) 의 상기의 바람직한 범위는, 제 2 두께 (t) 이외의 구성에 관계없이, 적용 가능한 것으로 추정된다. 예를 들어, 외경 (D) 과, 전체 길이 (Lt) 와, 제 2 외층 (310) 의 재료와, 심부 (320) 의 재료와, 제 1 두께 (s) 의 적어도 1 개가 상기의 전극 칩 (300) 의 샘플과 상이한 경우에도, 제 2 두께 (t) 의 상기의 바람직한 범위를 적용할 수 있는 것으로 추정된다.

(3) 상기 서술한 바와 같이, 전극 칩 (300) 의 소모는, 제 1 두께 (s) 와, 외경 (D) 에 대한 제 1 두께 (s) 의 비율과, 제 2 두께 (t) 로부터 큰 영향을 받는다. 따라서, 외경 (D) 의 상기의 바람직한 범위는, 제 1 두께 (s) 와, 외경 (D) 에 대한 제 1 두께 (s) 의 비율과, 제 2 두께 (t) 와, 이외의 구성에 관계없이, 적용 가능한 것으로 추정된다. 예를 들어, 전체 길이 (Lt) 와, 제 2 외층 (310) 의 재료와, 심부 (320) 의 재료의 적어도 1 개가 상기의 전극 칩 (300) 의 샘플과 상이한 경우에도, 외경 (D) 의 상기의 바람직한 범위를 적용할 수 있는 것으로 추정된다. 특히, 제 1 두께 (s) 와, 외경 (D) 에 대한 제 1 두께 (s) 의 비율과, 제 2 두께 (t) 의 각각이, 상기의 바람직한 범위 내에 있는 경우에는, 외경 (D) 의 상기의 바람직한 범위를 적절히 적용할 수 있는 것으로 추정된다.

(4) 전극 칩 (300) 의 심부 (320) 의 형상으로는, 중심축 (CL) 을 중심으로 하는 대략 원주 형상에 한정하지 않고, 다양한 형상을 채용 가능하다. 예를 들어, 상기 각 실시형태에서는, 심부 (320) 의 선단면 (321) 이 중심축 (CL) 과 수직인 평면이지만, 심부 (320) 의 선단면이 만곡되어 있어도 된다. 어느 경우에도, 심부 (320) 의 표면 중, 심부 (320) 의 선단 방향 (D1) 측으로부터 후단 방향 (D2) 을 향하여 심부 (320) 를 관찰한 경우에 관찰될 수 있는 부분을, 심부 (320) 의 선단면으로서 채용 가능하다. 그리고, 심부 (320) 중 선단면을 형성하는 부분을 선단부로서 채용 가능하다. 또한, 제 2 외층 (310) 중 심부 (320) 의 선단부를 피복하는 선단 부분의 축선 방향의 두께 (t) 로는, 심부 (320) 의 선단면과, 제 2 외층 (310) 의 선단측의 부분의 외표면 사이의 중심축 (CL) 과 평행한 방향의 거리 중 최소치를 채용 가능하다.

또한, 제 2 외층 (310) 중 심부 (320) 의 외주면을 피복하는 부분의 직경 방향의 두께 (s) 로는, 대략 원주 형상의 전극 칩 (300) 의 중심축 (상기 각 실시형태에서는, 스파크 플러그 (100) 의 중심축 (CL) 과 동일) 을 중심으로 하는 원의 직경 방향의 두께를 채용 가능하다. 여기서, 심부 (320) 의 외주면으로는, 심부 (320) 의 표면 중, 상기의 선단면과 후술하는 후단면을 제외한 나머지의 부분을 채용 가능하다. 심부 (320) 의 후단면으로는, 심부 (320) 의 표면 중, 심부 (320) 의 후단 방향 (D2) 측으로부터 선단 방향 (D1) 을 향하여 심부 (320) 를 관찰한 경우에 관찰될 수 있는 부분을, 채용 가능하다. 도 2 의 예에서는, 심부 (320) 와 용융부 (230) 의 경계 부분이, 심부 (320) 의 후단면에 대응한다. 또한, 제 2 외층 (310) 중 심부 (320) 의 외주면을 피복하는 부분의 직경 방향의 두께가, 그 외주면 상의 위치에 따라 변화해도 된다. 이 경우, 제 1 두께 (s) 로는, 그 변화하는 두께 중 최소치를 채용 가능하다.

(5) 전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 의 재료로는, 백금 (Pt) 에 한정하지 않고, 다양한 귀금속을 포함하는 재료를 채용 가능하다. 여기서, 백금 (Pt) 과 이리듐 (Ir) 과 로듐 (Rh) 과 루테늄 (Ru) 과 팔라듐 (Pd) 과 금 (Au) 의 각각의 내식성은, 양호하다. 따라서, 이들 귀금속의 어느 1 개를 주성분으로서 포함하는 재료를 채용하면, 제 2 외층 (310) 의 소모를 적절히 억제할 수 있다. 또한, 특정한 원소와 다른 원소를 포함하는 재료에 더하여, 특정한 원소만을 포함하는 재료도, 특정한 원소를 주성분으로서 포함하는 재료라고 부를 수 있다.

또한, 제 2 외층 (310) 의 재료로는, 귀금속과 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료를 채용해도 된다. 예를 들어, 상기 서술한 6 개의 귀금속 (Pt, Ir, Rh, Ru, Pd, Au) 의 어느 1 개와 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료를 채용해도 된다. 이와 같은 재료를 채용하는 경우에도, 제 2 외층 (310) 의 소모를 적절히 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 또한, 귀금속을 주성분으로서 포함하는 재료, 또는, 귀금속과 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료로 형성되는 제 2 외층 (310) 이, 추가로, 융점이 섭씨 1840 도 이상인 산화물을 함유해도 된다. 이 경우, 제 2 외층 (310) 의 소모를 더욱 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 단, 산화물을 생략해도 된다.

(6) 축부 (200, 200a) 의 외층 (21, 21a) 의 재료로는, Ni 를 포함하는 재료에 한정하지 않고, 심부 (22) 보다 내식성이 우수한 다양한 재료를 채용 가능하다. 예를 들어, 스테인리스강을 채용해도 된다.

(7) 스파크 플러그의 구성으로는, 도 1 에서 설명한 구성에 한정하지 않고, 다양한 구성을 채용 가능하다. 예를 들어, 접지 전극 (30) 중 갭 (g) 을 형성하는 부분에, 귀금속 칩이 형성되어 있어도 된다. 귀금속 칩의 재료로는, 전극 칩 (300) 의 제 2 외층 (310) 의 재료와 동일하게, 귀금속을 포함하는 다양한 재료를 채용 가능하다.

또한, 전극 칩 (300) 과 동일한 구성의 전극 칩을, 접지 전극의 갭 (g) 을 형성하는 부분에 형성해도 된다. 도 8 은, 전극 칩을 갖는 접지 전극의 실시형태를 나타내는 개략도이다. 도면 중에는, 전극 칩 (300b) 을 갖는 접지 전극 (30b) 의 선단부 (31b) 의 단면도가 나타나 있다. 접지 전극 (30b) 은, 도 2 의 전극 칩 (300) 과 동일한 구성의 전극 칩 (300b) 과, 도 1 의 접지 전극 (30) 과 동일한 구성의 봉상의 부분 34 (「축부 (34)」 라고 부른다) 를 가지고 있다. 접지 전극 (30b) 의 요소 중, 도 1, 도 2 에 나타내는 요소와 동일한 요소에는, 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 도면의 왼쪽부는, 서로 접합되기 전의 축부 (34) 와 전극 칩 (300b) 을 나타내고 있다. 도면의 오른쪽부는, 서로 접합된 축부 (34) 와 전극 칩 (300b) 을 나타내고 있다. 어느 단면도, 중심축 (CL) 을 포함하는 단면이다.

도 8 의 오른쪽부의 화살표 LZb 는, 접합 (여기서는, 레이저 용접) 에 이용되는 레이저 광의 개략을 나타내고 있다. 레이저 광 (LZb) 은, 축부 (34) 와, 축부 (34) 의 표면 상에 배치된 전극 칩 (300b) 의 경계 (도시 생략) 에, 전체 둘레에 걸쳐, 조사된다. 이와 같은 레이저 광 (LZb) 의 조사에 의해, 축부 (34) 와 전극 칩 (300b) 을 접합하는 용융부 (353) 가 형성된다. 용융부 (353) 는, 용접 시에 용융된 부분이다. 도 8 의 실시형태에서는, 용융부 (353) 는, 축부 (34) 의 모재 (35) 와, 전극 칩 (300b) 의 제 2 외층 (310) 과 심부 (320) 에, 접촉하고 있다. 용융부 (353) 는, 축부 (34) 의 모재 (35) 와, 전극 칩 (300b) 의 제 2 외층 (310) 과 심부 (320) 를, 접합한다.

이와 같은 접지 전극 (30b) 을 채용하는 것에 의해, 심부 (320) 를 통해서 제 2 외층 (310) 으로부터 축부 (34) 로 열을 빼낼 수 있다. 따라서, 제 2 외층 (310) 의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이 결과, 제 2 외층 (310) 의 소모를 억제할 수 있다. 또한, 용융부 (353) 가, 전극 칩 (300b) 의 심부 (320) 로부터 이간되어 있어도 된다. 이 경우에도, 심부 (320) 를 통해서 제 2 외층 (310) 으로부터 축부 (34) 로 열을 빼내는 것이 가능하기 때문에, 제 2 외층 (310) 의 소모를 억제할 수 있다. 예를 들어, 용융부 (353) 는, 제 2 외층 (310) 과 축부 (34) 의 모재 (35) 를 접합해도 된다. 또한, 중심 전극의 전극 칩과 접지 전극의 전극 칩 사이에서, 구성 (예를 들어, 재료, 치수, 형상 등) 이 상이해도 된다. 또한, 접지 전극 (30b) 을 채용하는 경우에, 중심 전극의 전극 칩으로서 도 4 의 전극 칩 (300z) 을 채용해도 되고, 또한, 귀금속 칩을 갖지 않는 중심 전극을 채용해도 된다.

또한, 접지 전극 (30b) 의 구성 (예를 들어, 재료, 치수, 형상 등) 으로는, 중심 전극 (20, 20a) 의 구성으로서 설명한 상기의 구성과 동일한 구성을, 채용 가능하다. 예를 들어, 축부 (34) 의 심부 (36) 의 적어도 일부를 피복하는 모재 (35) (외층에 대응한다) 의 재료로는, 심부 (36) 보다 내식성이 우수한 재료 (예를 들어, 니켈, 또는, 니켈을 주성분으로서 포함하는 합금) 를 채용하는 것이 바람직하다. 축부 (34) 의 심부 (36) 의 재료로는, 모재 (35) 보다 열 전도율이 높은 재료, 예를 들어, 동을 포함하는 재료 (예를 들어, 순동, 또는, 동을 포함하는 합금) 를 채용하는 것이 바람직하다.

전극 칩 (300b) 의 제 2 외층 (310) 의 재료로는, 귀금속을 포함하는 다양한 재료를 채용 가능하다. 예를 들어, 백금과, 이리듐과, 로듐과, 루테늄과, 팔라듐과, 금의 어느 1 개를 주성분으로서 포함하는 재료를 채용하는 것이 바람직하다. 전극 칩 (300b) 의 심부 (320) 의 재료로는, 전극 칩 (300b) 의 제 2 외층 (310) 과 비교하여 열 전도율이 높은 재료를 채용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 동과 은과 순니켈의 적어도 1 개를 포함하는 재료를 채용하는 것이 바람직하다.

또한, 전극 칩 (300b) 의 제 2 외층 (310) 의 재료로는, 귀금속과 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료를 채용해도 된다. 예를 들어, 상기 서술한 6 개의 귀금속 (Pt, Ir, Rh, Ru, Pd, Au) 의 어느 1 개와 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료를 채용해도 된다. 이와 같은 재료를 채용하는 경우에도, 제 2 외층 (310) 의 소모를 적절히 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 또한, 귀금속을 주성분으로서 포함하는 재료, 또는, 귀금속과 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료로 형성되는 제 2 외층 (310) 이, 추가로, 융점이 섭씨 1840 도 이상인 산화물을 함유해도 된다. 이 경우, 전극 칩 (300b) 의 제 2 외층 (310) 의 소모를 더욱 억제할 수 있는 것으로 추정된다. 단, 산화물을 생략해도 된다.

또한, 축부 (34) 의 표면 중 전극 칩 (300b) 과의 접합면에 심부 (36) 가 노출되고, 전극 칩 (300b) 의 심부 (320) 와, 축부 (34) 의 심부 (36) 가, 직접 접합되어도 된다. 이 구성에 의하면, 심부 (320) 와 심부 (36) 를 통하여 제 2 외층 (310) 의 온도 상승을 적절히 억제할 수 있다. 또한, 축부 (34) 의 심부 (36) 와 전극 칩 (300b) 의 심부 (320) 가, 동일한 재료로 형성되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 심부 (36) 와 심부 (320) 의 접합을 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 접지 전극 (30b) 의 전극 칩 (300b) 의 파라미터 (D, Lt, s, t) 의 바람직한 범위로는, 중심 전극 (20, 20a) 의 전극 칩 (300) 의 파라미터 (D, Lt, s, t) 의 상기의 바람직한 범위를, 각각 채용 가능하다. 상기의 바람직한 범위를 채용하는 것에 의해, 접지 전극 (30b) 의 전극 칩 (300b) 의 소모를 억제할 수 있는 것으로 추정된다.

(8) 상기 서술한 바와 같이, 제 1 심부와 제 1 외층을 갖는 축부 (「심이 부착된 축부」 라고도 부른다) 와, 제 2 심부와 제 2 외층을 갖는 전극 칩 (「심이 부착된 칩」 이라고도 부른다) 은, 중심 전극과 접지 전극의 적어도 일방에 적용 가능하다. 그리고, 심이 부착된 축부와 심이 부착된 칩을 갖는 중심 전극 (예를 들어, 도 2, 도 3 의 중심 전극 (20, 20a)) 은, 다양한 스파크 플러그에 적용 가능하다. 또한, 심이 부착된 축부와 심이 부착된 칩을 갖는 접지 전극 (예를 들어, 도 8 의 접지 전극 (30b)) 은, 다양한 스파크 플러그에 적용 가능하다. 예를 들어, 중심 전극과 접지 전극에 의해 형성되는 갭 (예를 들어, 도 1 의 갭 (g)) 에서 발생하는 불꽃에 의해 내연 기관의 연소실 내의 혼합기에 직접적으로 점화하는 스파크 플러그를 채용해도 된다. 또한, 도 7 에서 설명한 바와 같이, 갭에서 발생하는 불꽃과 고주파 플라즈마를 사용하여 혼합기에 점화하는 스파크 플러그를 채용해도 된다. 또한, 절연체에 의해 형성된 공간 내에 중심 전극과 접지 전극 사이의 갭이 배치되는 플라즈마 제트 플러그를 채용해도 된다. 플라즈마 제트 플러그는, 갭에서 발생한 불꽃에 의해 공간 내에서 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 공간으로부터 연소실 내로 분출하는 것에 의해, 혼합기에 점화한다.

이상, 실시형태, 변형예에 기초하여 본 발명에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지 그리고 청구의 범위를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함된다.

산업상 이용가능성

본 개시는, 내연 기관 등에 사용되는 스파크 플러그에, 바람직하게 이용할 수 있다.

5 ; 개스킷
6 ; 제 1 후단측 패킹
7 ; 제 2 후단측 패킹
8 ; 선단측 패킹
9 ; 탤크
10 ; 절연 애자 (절연체)
11 ; 제 2 축 외경부
12 ; 관통공 (축공)
13 ; 레그부
15 ; 제 1 축 외경부
16 ; 축 내경부
17 ; 선단측 동체부
18 ; 후단측 동체부
19 ; 플랜지부
20, 20a, 20z ; 중심 전극
20s1 ; 선단면 (표면)
21, 21a ; 제 1 외층
22, 22a ; 제 1 심부
23 ; 헤드부
24 ; 플랜지부
25 ; 레그부
30, 30b ; 접지 전극
31 ; 선단부
35 ; 모재
36 ; 심부
40 ; 단자 금구
41 ; 캡 장착부
42 ; 플랜지부
43 ; 레그부
50 ; 주체 금구
51 ; 공구 계합부
52 ; 나사부
53 ; 가체부
54 ; 좌부
55 ; 동체부
56 ; 축 내경부
58 ; 변형부
59 ; 관통공
60 ; 제 1 시일부
70 ; 저항체
80 ; 제 2 시일부
100 ; 스파크 플러그
200, 200a ; 축부
211, 211a ; 선단면
220 ; 축경부
230, 230a, 230z ; 용융부
240 ; 접합부
300, 300b, 300z ; 전극 칩
306z ; 후단면
310 ; 제 2 외층 (귀금속층)
311 ; 선단부
313 ; 통부
315 ; 표면 (방전면)
316 ; 후단면
320 ; 제 2 심부
321 ; 선단면
323 ; 외주면
326 ; 후단면
641 ; 방전용 전원
642 ; 점화 코일
643 ; 1 차 코일
644 ; 2 차 코일
645 ; 배터리
646 ; 코어
647 ; 이그나이터
651 ; 고주파 전원
661 ; 혼합 회로
662 ; 코일
663 ; 콘덴서
671 ; 임피던스 매칭 회로
681 ; 제어 장치
CL ; 중심축 (축선)
D1 ; 선단 방향
D2 ; 후단 방향
SP ; 공간
g ; 갭

Claims

중심 전극과, 상기 중심 전극의 사이에서 갭을 형성하는 접지 전극을 갖는 스파크 플러그로서,
상기 중심 전극과 상기 접지 전극의 적어도 일방은, 축부와, 상기 축부의 일면에 접합된 전극 칩을 갖고,
상기 축부는, 동을 포함하는 재료로 형성되는 제 1 심부와, 상기 제 1 심부보다 내식성이 우수한 재료로 형성되고 상기 제 1 심부의 적어도 일부를 피복하는 제 1 외층을 갖고,
상기 전극 칩은, 귀금속을 포함하는 재료로 형성되고 상기 전극 칩의 외표면을 형성하는 제 2 외층과, 상기 제 2 외층보다 열 전도율이 높은 재료로 형성되고 상기 제 2 외층에 적어도 부분적으로 피복되는 제 2 심부를 갖고,
상기 제 1 심부와 상기 제 2 심부는, 확산 접합부에 의해 접합되고,
상기 제 1 외층과 상기 제 2 외층은, 레이저 용융부에 의해 접합되고,
상기 제 1 심부와 상기 제 2 심부의 상기 확산 접합부의 축선 방향의 범위의 적어도 일부는, 상기 제 1 외층과 상기 제 2 외층의 상기 레이저 용융부의 상기 축선 방향의 범위와 겹쳐 있는, 스파크 플러그.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 외층은, 백금과, 이리듐과, 로듐과, 루테늄과, 팔라듐과, 금의 6 개의 귀금속의 어느 1 개를 주성분으로서 포함하는 재료, 또는, 상기 6 개의 귀금속의 어느 1 개와 동의 합금을 주성분으로서 포함하는 재료로 형성되어 있는, 스파크 플러그.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 외층은, 융점이 섭씨 1840 도 이상인 산화물을 함유하는, 스파크 플러그.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 심부와 상기 제 2 심부는, 동일한 재료로 형성되어 있는, 스파크 플러그.
제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중심 전극은, 축선 방향으로 연장되는 상기 축부와, 상기 축부의 선단에 접합되는 상기 전극 칩을 갖고,
상기 전극 칩은, 원주 형상을 이루고,
상기 전극 칩의 외경을 외경 D 라고 하고, 상기 제 2 외층 중 상기 제 2 심부의 외주면을 피복하는 부분의 직경 방향의 두께를 두께 s 라고 했을 때에, 상기 두께 s 는, 0.03 ㎜ 이상, 또한, 외경 D/3 이하인, 스파크 플러그.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 외층 중 상기 제 2 심부의 선단부를 피복하는 선단 부분의 상기 축선 방향의 두께 t 는, 0.1 ㎜ 이상, 또한, 0.4 ㎜ 이하인, 스파크 플러그.
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