KR20140129286A - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공하는 것을 과제로 한다. 축선 방향으로 연장되는 축구멍을 가지는 절연체와; 상기 축구멍 내에 수용되는 피수용부를 구비하며, 상기 피수용부의 외주면에 복수의 오목부가 형성된 오목부 형성영역을 가지는 금속단자와; 상기 절연체의 선단측을 수용하여 상기 절연체를 유지하는 금속 쉘;을 구비한 스파크 플러그에 있어서, (1) 상기 피수용부의 축선 방향의 길이(H)가 35㎜ 이상, (2) 상기 오목부 형성영역의 축선 방향의 길이(F)가 13㎜ 이상, (3) 상기 피수용부는 그 외주면에 평활부를 가지는 것, (4) 상기 피수용부의 선단에 있어서의 직경(A)과 상기 선단에 있어서의 절연체의 내경(B)의 비율(A/B)이 0.9≤A/B≤0.98, (5) 상기 피수용부를 상기 축선 방향에 직교하는 방향으로 절단하여 얻어지는 절단면의 중심에서 측정한 비커스 경도가 150Hv 이상 350Hv 이하인 스파크 플러그.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연기관의 점화에 이용되는 스파크 플러그에 관한 것으로서, 특히 내부에 저항체를 가지는 스파크 플러그에 관한 것이다.

자동차 엔진 등의 내연기관의 점화용으로 사용되고 있는 스파크 플러그는, 일반적으로 통형상의 금속 쉘과, 이 금속 쉘의 내측 구멍에 배치되는 통형상의 절연체와, 이 절연체의 선단측 축구멍에 배치되는 중심전극과, 타단측 축구멍에 배치되는 금속단자와, 금속 쉘의 선단측에 일단이 접합되고 타단이 중심전극과 대향하여 불꽃방전간극을 형성하는 접지전극을 구비한다. 또한, 전파 노이즈의 발생을 방지하는 것을 목적으로 하여, 축구멍 내에 있어서의 중심전극과 금속단자의 사이에 저항체가 형성되어 이루어지는 스파크 플러그도 알려져 있다.　

그런데, 근년의 자동차 등의 내연기관은 고출력화 및 고효율화가 요구되고 있고, 자유로운 엔진설계 및 엔진 자체의 소형화 등을 위해서 소형화된 스파크 플러그의 개발이 요구되고 있다. 스파크 플러그를 소형화하기 위해서는, 절연체의 축구멍 직경의 소경화(小徑化)가 불가피하다. 그러나, 절연체를 소경화하면, 종래의 스파크 플러그의 설계에서는 부하수명 성능이 저하되는 일이 있었다.　

이와 같은 과제에 대해서, 예를 들면 특허문헌 1의 청구항 1에는 「… 상기 도전성 유리 밀봉층의 직경(D)이 3.3㎜ 이하의 범위에 있고, 또한 상기 도전성 유리 밀봉층과 상기 저항체의 접합면은 곡면형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그」가 기재되어 있다. 이 발명에 의하면, 「저항체와 도전성 유리 밀봉층의 밀착성을 강화하여, 내진동 성능 및 저항체 부하수명 특성이 우수하고, 또한 소경화된 스파크 플러그를 제공할 수 있다」(식별번호 0012란 참조)라 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2009-245716호 공보

본 발명은 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공하는 것을 과제로 한다.

중심전극과 금속단자의 사이에 저항체가 배치된 스파크 플러그에서는 저항체가 유리 분말 및 카본블랙 등의 비금속 분말과 금속 분말 등의 혼합물에 의해서 형성되는데, 금속 분말의 함유량이 적은 경우에는 저항체와 금속제의 중심전극이나 금속단자와의 접착성이 저하된다. 따라서, 저항체와 중심전극 및 금속단자의 각각의 사이에 상대적으로 금속 분말의 함유량이 많은 밀봉층이 형성되는 일이 있다.

저항체 및 필요에 따라서 밀봉층이 형성된 스파크 플러그에 있어서, 중심전극, 절연체, 금속단자는 다음과 같이 조립된다. 우선, 절연체의 축구멍에 중심전극을 삽입한 후에, 저항체를 형성하는 저항체 조성물 및 밀봉층을 형성하는 밀봉 분말을 충전한다. 그 다음, 금속단자를 축구멍에 삽입하고, 저항체 조성물 및 밀봉 분말을 가열하면서 금속단자를 압입함으로써, 저항체 조성물 및 밀봉 분말이 압축되어 저항체 및 밀봉층이 되어 봉합된다.

상술한 바와 같이 하여 조립되는 스파크 플러그는 저항체의 저항값의 상승이나 밀봉층, 저항체, 중심전극 및 금속단자 각각의 부재 간의 접착성의 저하 등에 의해서 부하수명 성능이 저하될 우려가 있다.　

그래서, 발명자들은 금속단자를 축구멍 내에 압입할 때에, 금속단자에서 저항체 조성물로의 프레스 압(壓)이 효과적으로 전달되도록 함으로써, 저항체의 저항값의 상승을 억제할 수 있다고 생각하였다.　

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, <1> 축선 방향으로 연장되는 축구멍을 가지는 절연체와; 상기 축구멍 내에 수용되는 피수용부를 구비하며, 상기 피수용부의 외주면에 복수의 오목부가 형성된 오목부 형성영역을 가지는 금속단자와; 상기 절연체의 선단측을 수용하여 상기 절연체를 유지하는 금속 쉘;을 구비한 스파크 플러그에 있어서, 이하의 (1)∼(5)의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그이다.

(1) 상기 피수용부의 축선 방향의 길이(H)가 35㎜ 이상

(2) 상기 오목부 형성영역의 축선 방향의 길이(F)가 13㎜ 이상

(3) 상기 피수용부는 그 외주면에 평활부를 가지는 것

(4) 상기 피수용부의 선단에 있어서의 직경(A)과 상기 선단에 있어서의 절연체의 내경(B)의 비율(A/B)이 0.9≤A/B≤0.98

(5) 상기 피수용부를 상기 축선 방향에 직교하는 방향으로 절단하여 얻어지는 절단면의 중심에서 측정한 비커스 경도가 150Hv 이상 350Hv 이하

이 스파크 플러그에 있어서의 바람직한 형태로서는 다음과 같은 형태를 들 수 있다.

<2> 상기 <1>에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 절연체는 상기 내경(B)을 가지는 제 1 내주면과; 상기 제 1 내주면 및 상기 금속 쉘보다 후단측에 배치되며, 상기 내경(B)보다 직경이 큰 제 2 내주면과; 상기 제 1 내주면과 상기 제 2 내주면을 연결하는 단차부;를 가지며,

상기 오목부 형성영역의 적어도 일부는 상기 단차부에 둘러싸인 공간에 배치되어 있다.

<3>　상기 <1> 또는 상기 <2>에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 평활부의 적어도 일부는 상기 제 2 내주면에 둘러싸인 공간에 배치되어 있다.

<4> 상기 <1> 내지 상기 <3> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 오목부 형성영역에 있어서의 오목부의 깊이(D)가 0.07㎜ 이상이다.

<5>　상기 <1> 내지 상기 <4> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 내경(B)이 3.5㎜ 이하이다.

<6>　상기 <2> 내지 상기 <5> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 피수용부에 있어서의 상기 제 2 내주면에 둘러싸인 부위의 직경(K)과 상기 부위에 있어서의 상기 제 2 내주면의 내경(J)의 차(J-K)의 최대값((J-K)max)이 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하이다.

<7>　상기 <1> 내지 상기 <6> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 평활부의 축선 방향 길이(H-F)가 8㎜ 이상이다.

<8>　상기 <1> 내지 상기 <7> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 비율(A/B)이 0.93≤A/B이다.

<9>　상기 <1> 내지 상기 <8> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 내경(B)이 2.9㎜ 이하이다.

<10>　상기 <1> 내지 상기 <9> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 비커스 경도가 200Hv 이상 320Hv 이하이다.

<11>　상기 <2> 내지 상기 <10> 중 어느 하나에 기재된 스파크 플러그에 있어서, 상기 축구멍 내에 있어서의 상기 금속단자와 상기 중심전극의 사이에 상기 금속단자와 상기 중심전극을 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하며, 상기 접속부는 상기 제 1 내주면에 둘러싸인 공간에만 존재한다.

본 발명의 스파크 플러그는, 피수용부의 축선 방향의 길이(H)가 35㎜ 이상이기 때문에, 스파크 플러그의 제조공정에 있어서, 금속단자를 절연체의 축구멍 내에 압입할 때에 피수용부가 짧은 경우에 비해서 구부러지기 쉬우므로, 축구멍 내에 충전된 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달하기 어렵다. 그러나, 본 발명의 스파크 플러그에 있어서의 피수용부는 상기 (2)∼(5)의 조건을 만족하기 때문에, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 있는 것이므로 밀도가 높은 저항체를 형성할 수 있으며, 그 결과, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.

이하에 상기 (2)∼(5)의 조건을 만족하는 것에 의한 효과에 대해서 더 상세하게 설명한다.

본 발명에 있어서의 피수용부는 비커스 경도가 150Hv 이상 350Hv 이하이고, 바람직하게는 200Hv 이상 320Hv 이하이기 때문에, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 다른 조건과 함께 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서의 피수용부는, 피수용부의 외주면에 복수의 오목부가 형성된 오목부 형성영역을 구비하고, 그 축선 방향의 길이(F)가 13㎜ 이상이기 때문에, 가공 경화에 의해서 피수용부에 있어서의 오목부 형성영역을 가지는 부위의 강도가 향상되므로, 피수용부가 만곡되기 어렵게 되어 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 있다. 금속단자의 비커스 경도를 320Hv보다 높게 함에 의해서 피수용부를 만곡되기 어렵게 할 수도 있지만, 경도를 너무 높게 하면 가공성이 저하되고, 또 지그의 수명이 짧아지게 되는 것이므로 가공 코스트가 증대한다. 그러나, 피수용부의 외주면에 오목부 형성영역을 형성하면, 이러한 문제가 생기는 일 없이 피수용부를 만곡되기 어렵게 할 수 있다.　

또, 피수용부는 그 외주면에 오목부 형성영역뿐만 아니라 평활부를 가지고 있으며, 바람직하게는 이 평활부의 축선 방향 길이가 8㎜ 이상이면, 피수용부에 있어서의 평활부를 가지는 부위의 강도는 오목부 형성영역을 가지는 부위의 강도에 비해서 낮기 때문에, 평활부를 가지는 부위에 있어서 피수용부가 적당한 정도로 구부러지기 쉬워지게 된다. 피수용부가 적당한 정도로 구부러지면, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 단자 부상(float)을 일으키는 일 없이 저항체 조성물에 프레스 압을 더 가할 수 있으며, 그 결과, 밀도가 높은 저항체를 형성할 수 있다. 또한, 상기 '단자 부상'이란 '축구멍으로부터 노출되는 금속단자의 축선 방향의 길이가 상정한 길이보다 긴 상태'를 말한다.　

또, 피수용부의 선단에 있어서의 직경(A)과 상기 선단에 있어서의 절연체의 내경(B)의 비율(A/B)이 0.9≤A/B≤0.98이고, 바람직하게는 0.93≤A/B≤0.98이면, 피수용부와 절연체의 내벽면의 사이에 적당한 정도의 클리어런스를 가지므로, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달할 수 있다.　

이와 같이, 상기 (1)∼(5)의 조건을 만족하는 스파크 플러그는, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달함으로써, 밀도가 높은 저항체를 형성할 수 있기 때문에, 부하수명 성능이 우수하다.

본 발명의 스파크 플러그가 절연체의 축구멍 내에 상기 단차부를 가지는 경우에는, 오목부 형성영역의 적어도 일부가 상기 단차부에 포위되는 공간에 배치되어 있으면, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 상기 단차부에서 피수용부가 구부러지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 피수용부가 상기 단차부에서 걸림으로써 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.　

본 발명의 스파크 플러그는, 상기 평활부의 적어도 일부가 상기 제 2 내주면에 둘러싸인 공간에 배치되면, 즉 상기 평활부의 적어도 일부가 피수용부에 있어서의 후단측의 부위에 존재하면, 예를 들면, 축구멍에 단차부가 존재하는 경우에는, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 피수용부가 단차부에서 구부러져서 걸리는 것을 방지할 수 있다. 또, 피수용부를 축구멍 내에 압입하여 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달한 후에, 피수용부에 있어서의 후단측의 부위가 적당한 정도로 구부러짐으로써, 단자 부상을 일으키는 일 없이 저항체 조성물에 프레스 압을 더 가할 수 있다. 그 결과, 밀도가 높은 저항체를 형성할 수 있어, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.　

본 발명의 스파크 플러그는, 상기 오목부 형성영역에 있어서의 오목부의 깊이(D)가 0.07㎜ 이상이면, 가공 경화의 효과가 발휘되기 쉬워 피수용부에 있어서의 오목부 형성영역을 가지는 부위의 강도가 향상되는 것이므로, 피수용부가 구부러지기 어렵게 되어 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 있다. 그 결과, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.　

본 발명의 스파크 플러그의 상기 내경(B)이 3.5㎜ 이하, 특히 2.9㎜ 이하이면, 부하수명 성능의 향상에 대해서 한층 더 효과가 높다.　

본 발명의 스파크 플러그는, 상기 피수용부에 있어서의 상기 제 2 내주면에 둘러싸인 부위의 직경(K)과 상기 부위에 있어서의 상기 제 2 내주면의 내경(J)의 차(J-K)의 최대값((J-K)max)이 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하이면, 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 피수용부에 있어서의 제 2 내주면에 둘러싸이는 부위가 적당한 정도로 구부러지기 쉬워지게 되고, 피수용부를 축구멍 내에 압입하여 저항체 조성물에 충분히 프레스 압을 전달한 후에 피수용부에 있어서의 제 2 내주면에 둘러싸이는 부위가 적당한 정도로 구부러짐으로써, 단자 부상을 일으키는 일 없이 저항체 조성물에 프레스 압을 더 가할 수 있다. 그 결과, 밀도가 높은 저항체를 형성할 수 있어 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.　

본 발명의 스파크 플러그에 있어서의 상기 접속부가 상기 제 1 내주면에 둘러싸인 공간에만 존재하면, 금속단자에 의해서 접속부를 형성하는 접속분말에 가해지는 프레스 압이, 금속단자와 절연체의 내벽면의 사이의 클리어런스로 접속분말이 도피하는 힘으로 되는 것을 억제하여, 접속분말에 가해지는 프레스 압으로서 유효하게 사용되기 때문에, 밀도가 높은 저항체가 형성된다. 따라서, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 스파크 플러그의 일 실시예인 스파크 플러그의 단면 전체 설명도이다.
도 2는 본 발명에 관한 스파크 플러그의 일 실시예인 스파크 플러그의 요부 단면 설명도이다.
도 3은 본 발명에 관한 스파크 플러그의 일 실시예인 스파크 플러그에 있어서의 오목부 형성영역을 확대하여 나타낸 요부 단면 설명도이다.

본 발명에 관한 스파크 플러그의 일 실시예인 스파크 플러그를 도 1에 나타낸다. 도 1은 본 발명에 관한 스파크 플러그의 일 실시예인 스파크 플러그(1)의 단면 전체 설명도이다. 또한, 절연체의 축선을 'O'로 하고, 도 1에 있어서의 지면 하측을 축선(O)의 선단 방향, 지면 상측을 축선(O)의 후단 방향으로 하여 설명한다.

이 스파크 플러그(1)는, 축선(O) 방향으로 연장되는 축구멍(2)을 가지는 절연체(3)와, 상기 축구멍(2)의 선단측에서 유지되는 중심전극(4)과, 상기 축구멍(2)의 후단측에서 유지되는 금속단자(5)와, 상기 축구멍(2) 내에서 상기 중심전극(4)과 상기 금속단자(5)를 전기적으로 접속하는 접속부(6)와, 상기 절연체(3)를 수용하는 금속 쉘(7)과, 일단이 상기 금속 쉘(7)의 선단면에 접합됨과 아울러 타단이 상기 중심전극(4)과 간극을 두고서 대향하도록 배치된 접지전극(8)을 구비한다.

상기 금속 쉘(7)은 대략 원통형상을 이루고 있으며, 절연체(3)를 수용하여 유지하도록 형성되어 있다. 금속 쉘(7)에 있어서의 선단 방향의 외주면에는 나사부(9)가 형성되어 있으며, 이 나사부(9)를 이용하여 도시하지 않은 내연기관의 실린더 헤드에 스파크 플러그(1)가 장착된다. 금속 쉘(7)은 도전성의 철강재료, 예를 들면, 저탄소강에 의해서 형성될 수 있다. 상기 나사부(9)는 소경화를 도모하기 위해서 M12 이하로 되는 것이 바람직하다.

상기 절연체(3)는 금속 쉘(7)의 내주부에 활석(탈크)(10) 또는 패킹(11) 등을 통해서 유지되어 있다. 절연체(3)는 피수용부(19)의 선단측을 포위하는 제 1 내주면(14)과, 상기 제 1 내주면(14) 및 상기 금속 쉘(7)보다 후단측에 배치되며 제 1 내주면(14)의 내경보다 직경이 큰 제 2 내주면(16)과, 상기 제 1 내주면(14)보다 선단측에 배치되며 제 1 내주면(14)의 내경보다 직경이 작은 제 3 내주면(12)을 가진다. 제 1 내주면(14)과 제 2 내주면(16)은 단차부(15)를 통해서 연결되어 있고, 제 1 내주면(14)과 제 3 내주면(12)은 제 2 단차부(13)를 통해서 연결되어 있다. 절연체(3)는, 절연체(3)에 있어서의 선단 방향의 단부가 금속 쉘(7)의 선단면에서 돌출된 상태로 금속 쉘(7)에 고정되어 있다. 절연체(3)는 기계적 강도, 열적 강도, 전기적 강도 등을 가지는 재료인 것이 바람직하고, 이러한 재료로서 예를 들면 알루미나를 주체로 하는 세라믹 소결체를 들 수 있다.　

상기 중심전극(4)은 절연체(3)의 제 3 내주면(12)에 포위되고, 제 2 단차부(13)에 중심전극(4)의 후단에 형성된 큰 직경의 플랜지부(17)가 걸려 고정되고, 선단이 절연체(3)의 선단면에서 돌출된 상태로 금속 쉘(7)에 대해서 절연 유지되어 있다. 중심전극(4)은 열 전도성 및 기계적 강도 등을 가지는 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들면 인코넬(상표명) 등의 Ni기 합금으로 형성된다. 중심전극(4)의 축심부는 Cu 또는 Ag 등의 열 전도성이 우수한 금속재료에 의해서 형성되어도 좋다.

상기 접지전극(8)은 예를 들면 대략 각주체(角柱體)로 형성되어 있으며, 일단이 금속 쉘(7)의 선단면에 접합되고, 도중에서 대략 L자로 구부러지고, 그 선단부가 중심전극(4)의 선단부와 간극을 두고서 대향하도록 그 형상 및 구조가 설계되어 있다. 접지전극(8)은 중심전극(4)을 형성하는 재료와 같은 재료에 의해서 형성된다.

상기 중심전극(4)과 상기 접지전극(8)이 대향하는 면에는 백금 합금 및 이리듐 합금 등에 의해서 형성되는 귀금속 칩(29,30)이 형성되어 있어도 좋고, 상기 중심전극(4) 및 상기 접지전극(8) 중 어느 일측에만 귀금속 칩이 형성되어 있어도 좋다. 이 실시형태의 스파크 플러그(1)에 있어서는, 상기 중심전극(4) 및 상기 접지전극(8) 양측에 귀금속 칩(29,30)이 형성되어 있으며, 각 귀금속 칩(29,30) 사이에 불꽃방전간극(g)이 형성되어 있다.

상기 금속단자(5)는 중심전극(4)과 접지전극(8)의 사이에서 불꽃방전을 하기 위한 전압을 외부로부터 중심전극(4)에 인가하기 위한 단자이다. 금속단자(5)는 축구멍(2)의 내경보다도 외경이 크고, 축구멍(2)에서 노출되고, 절연체(3)의 축선(O) 방향의 후단측 단면에 그 일부가 맞닿는 단자부(18)와; 단자부(18)의 축선(O) 방향의 선단측 단면에서 선단 방향으로 연장되며, 축구멍(2)에 수용되는 피수용부(19);를 가진다. 금속단자(5)는 예를 들면 저탄소강 등으로 형성되며, 그 표면에 Ni 금속층이 도금 등에 의해서 형성되어 있다.

이 실시형태에 있어서의 상기 피수용부(19)는 축선(O)의 선단측에 위치하는 중간 몸통부(21)와; 축선(O)의 후단측에 위치하고, 중간 몸통부(21)보다 직경이 크고, 또한 단자부(18)와 인접하는 몸통부(22);를 가진다. 중간 몸통부(21)와 몸통부(22)는 제 1 단차부(23)를 통해서 연결되어 있다. 중간 몸통부(21)의 선단측은 제 1 내주면(14)에 포위되어 있고, 그 후단측은 제 2 내주면(16)에 포위되어 있고, 몸통부(22)는 제 2 내주면(16)에 포위되어 있다.

또한, 이 실시형태의 스파크 플러그(1)에 있어서의 피수용부(19)는 2종류의 서로 다른 외경을 가지는 원주체가 연결된 형상이지만, 피수용부(19)의 선단에서부터 단자부(18)와의 경계까지 외경의 변하지 않는 원주체이어도 좋고, 3종류 이상의 서로 다른 외경을 가지는 원주체가 연결된 형상이어도 좋다.　

상기 접속부(6)는 축구멍(2) 내에서 중심전극(4)과 금속단자(5)의 사이에 배치되어 중심전극(4)과 금속단자(5)를 전기적으로 접속한다. 접속부(6)는 저항체(26)를 가지고 있으며, 이 저항체(26)에 의해서 전파 노이즈의 발생을 방지한다. 이 실시형태에 있어서 접속부(6)는 저항체(26)와 중심전극(4)의 사이에 제 1 밀봉층(27)을, 저항체(26)와 금속단자(5)의 사이에 제 2 밀봉층(28)을 가지고 있으며, 제 1 밀봉층(27)과 제 2 밀봉층(28)은 절연체(3)와 중심전극(4), 절연체(3)와 금속단자(5)를 각각 봉합 고정하고 있다.

저항체(26)는 붕규산 소다 유리 등의 유리 분말, ZrO₂ 등의 세라믹 분말, 카본블랙 등의 비금속 도전성 분말, 및/또는 Zn, Sb, Sn, Ag, Ni 등의 금속 분말 등을 함유하는 저항체 조성물을 소결하여 형성된 저항재에 의해서 구성될 수 있다. 이 저항체(26)의 저항값은 통상 100Ω 이상이다.

제 1 밀봉층(27) 및 제 2 밀봉층(28)은 붕규산 소다 유리 등의 유리 분말, Cu, Fe 등의 금속 분말을 함유하는 밀봉 분말을 소결하여 형성된 밀봉재에 의해서 구성될 수 있다. 제 1 밀봉층(27) 및 제 2 밀봉층(28)의 저항값은 통상 수100mΩ이하이다.

또한, 접속부(6)는 제 1 밀봉층(27)과 제 2 밀봉층(28)이 없고 저항체(26)만에 의해서 형성되어 있어도 좋고, 또 제 1 밀봉층(27) 또는 제 2 밀봉층(28) 중 일측과 저항체(26)에 의해서 형성되어 있어도 좋다.　

이 실시형태에 있어서의 스파크 플러그(1)는 저항체(26), 제 1 밀봉층(27) 및 제 2 밀봉층(28)이 축구멍(2) 내에 있어서의 중심전극(4)과 금속단자(5)의 사이에 배치되며, 제 1 밀봉층(27)은 중심전극(4)과 제 1 내주면(14)의 사이의 클리어런스에도 형성되어 있고, 제 2 밀봉층(28)은 금속단자(5)와 제 1 내주면(14)의 사이의 클리어런스에도 형성되어 있다. 제 2 밀봉층(28)은 금속단자(5)와 제 1 내주면(14)의 사이의 클리어런스뿐만 아니라, 금속단자(5)와 단차부(15)의 사이의 클리어런스, 게다가 금속단자(5)와 제 2 내주면(16)의 사이의 클리어런스에 형성되어 있어도 좋다.　

이하에 있어서, 접속부(6)를 구성하는 저항재 및/또는 밀봉재를 총칭하여 "접속부재", 접속부(6)를 형성하는 저항체 조성물 및/또는 밀봉 분말을 총칭하여 "접속분말"이라고도 한다.

본 발명의 스파크 플러그는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 피수용부(19)의 외주면에 복수의 오목부가 형성된 오목부 형성영역(31)을 가지는 금속단자(5)를 구비하며, 이하의 (1)∼(5)의 조건을 만족한다.

(1) 상기 피수용부(19)의 축선(O) 방향의 길이(H)가 35㎜ 이상

(2) 상기 오목부 형성영역(31)의 축선(O) 방향의 길이(F)가 13㎜ 이상

(3) 상기 피수용부(19)는 그 외주면에 평활부(32)를 가지는 것

(4) 상기 피수용부(19)의 선단(20)에 있어서의 직경(A)과 상기 선단(20)에 있어서의 절연체(3)의 내경(B)의 비율(A/B)이 0.9≤A/B≤0.98

(5) 상기 피수용부(19)를 상기 축선(O) 방향에 직교하는 방향으로 절단하여 얻어지는 절단면의 중심에서 측정한 비커스 경도가 150Hv 이상 350Hv 이하

＜조건 (1)＞

상기 피수용부(19)는, 그 축선(O) 방향의 길이(H)가 길수록 금속단자(5)를 절연체(3)의 축구멍(2) 내에 압입할 때(즉, 후술하는 프레스 공정)에 피수용부(19)가 축선(O)에 직교하는 방향으로 만곡되기 쉬우므로, 저항체(26)를 형성하는 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달하기 어렵게 된다. 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 없으면, 고밀도의 저항체(26)를 형성할 수 없어 도통성이 나빠지게 되는 것이므로 부하수명 성능이 저하되기 쉬워지게 된다. 따라서, 피수용부(19)의 축선(O) 방향의 길이(H)가 35㎜ 이상인 이 스파크 플러그는 부하수명 성능을 유지하기 어렵다. 그러나, 이 스파크 플러그(1)에 있어서의 피수용부(19)는 상기 (2)∼(5)의 조건을 만족하기 때문에, 피수용부(19)의 축선(O) 방향의 길이(H)가 35㎜ 이상이어도, 후술하는 바와 같이 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 저항체 조성물에 충분히 프레스 압을 전달할 수 있는 것이므로 밀도가 높은 저항체(26)를 형성할 수 있으며, 그 결과, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.　

＜조건 (5)＞

상기 피수용부(19)는 비커스 경도가 150Hv 이상 350Hv 이하이고, 바람직하게는 200Hv 이상 320Hv 이하이기 때문에, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 다른 조건과 함께 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 있다. 피수용부(19)의 비커스 경도가 150Hv 미만이면, 피수용부(19)가 축선(O)에 직교하는 방향으로 만곡되기 쉬워지게 되므로, 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달하기 어렵게 된다. 그 결과, 고밀도의 저항체(26)를 형성할 수 없어 부하수명 성능이 저하된다. 피수용부(19)의 비커스 경도가 350Hv를 넘으면, 가공성이 저하되고, 또 지그의 수명이 짧아지게 되는 것이므로 가공 코스트가 증대한다. 또, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 피수용부(19)가 거의 만곡되지 않기 때문에, 축구멍(2) 내에 충전한 접속분말의 양에 분산(dispersion)이 있었을 경우에, 피수용부(19)의 만곡에 의해서 그 분산을 흡수할 수 없어, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 확실하게 수용하기 어렵게 된다. 따라서, 후술하는 프레스 공정 후에, 단자부(18)가 절연체(3)의 후단면에 접촉하지 않고, 단자부(18)가 떠오른 상태(즉, 단자 부상 상태)로 될 우려가 있다. 반대로, 단자부(18)가 떠오르지 않도록 접속분말의 양을 적게 하는 등의 조정을 하면, 단자부(18)가 절연체(3)의 후단면에 접촉하더라도 저항체 조성물에 프레스 압이 충분히 가해지지 않은 상태로 될 우려가 있다. 그 결과, 부하수명 성능이 떨어질 우려가 있다. 또, 피수용부(19)의 비커스 경도가 너무 높으면, 프레스 공정에 있어서 절연체(3)가 파괴될 우려가 있다.　

또한, 비커스 경도는, 피수용부(19)의 평활부(32)에 있어서 축선(O)에 직교하는 방향으로 절단하여 얻어진 절단면을 연마하고, 이 연마면에 있어서의 중심 부근의 5점에 대해서 JIS Z2244에 규정된 미소 비커스 경도 시험방법에 준거하여 측정 대상부에 대면각 α=136°의 정사각뿔의 압자를 490mN의 하중으로 압입하여 측정하고, 이것들의 평균값을 산출함에 의해서 얻어진다. 피수용부(19)의 상온에 있어서의 비커스 경도는 금속단자를 형성하는 재료를 선택하거나 열처리 조건을 변화시킴에 의해서 조절할 수 있다.　

＜조건 (2)＞

상기 피수용부(19)는, 피수용부(19)의 외주면에 복수의 오목부가 형성된 오목부 형성영역(31)을 구비한다. 이 오목부 형성영역(31)은 피수용부(19)를 형성할 때에, 피수용부(19)를 형성하는 봉형상체의 외주면에 가공을 실시함으로써 형성된다. 이와 같은 가공을 저탄소강 등의 금속으로 형성되는 봉형상체에 실시하면, 가공 경화에 의해서 피수용부(19)의 외주면의 강도가 향상되기 때문에, 피수용부(19)에 있어서의 오목부 형성영역(31)을 가지는 부위는, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 축선(O)에 대해서 직교하는 방향으로 만곡되기 어렵게 된다. 금속단자(5)를 형성하는 재료나 열처리 조건을 변화시킴에 의해서 금속단자(5) 전체의 비커스 경도를 높임으로써 만곡되기 어렵게 할 수도 있지만, 비커스 경도를 너무 높이면, 상술한 바와 같이 가공성이 저하되고, 또 가공 코스트가 증대한다. 한편, 가공 경화에 의해 피수용부(19)의 외주면의 강도를 향상시킴에 의해서 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 만곡되기 어렵게 하는 방법은 가공성이 저하되는 일도 없고, 가공 코스트가 증대하는 일도 없다.　

오목부 형성영역(31)의 축선(O) 방향의 길이(F)가 13㎜ 이상이면, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 피수용부(19)에 있어서의 만곡되기 어려운 부위를 적당한 정도로 확보할 수 있기 때문에, 프레스 압을 충분히 저항체 조성물에 전달할 수 있어 고밀도의 저항체를 형성할 수 있다. 그 결과, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다. 길이(F)가 13㎜ 미만이면, 피수용부(19)의 만곡에 의해서 저항체 조성물에 대한 프레스 압의 전달이 충분히 이루어지지 않으므로, 고밀도의 저항체가 형성되지 않아 부하수명 성능이 떨어질 우려가 있다.　

이 스파크 플러그(1)에 있어서의 오목부 형성영역(31)은 중간 몸통부(21)의 외주면 전체와 이것에 연속되게 몸통부(22)의 외주면의 일부에 형성되어 있으나, 오목부 형성영역(31)은 피수용부(19)의 외주면에 있어서의 어느 부위에 형성되어 있어도 좋으며, 오목부 형성영역(31)의 적어도 일부가 단차부(15)에 포위되는 공간에 배치되는 것이 바람직하다. 축구멍(2)에 단차부(15)가 존재하는 경우에는, 피수용부(19)를 축구멍(2)에 압입할 때에 피수용부(19)가 단차부(15) 부근에서 만곡되면, 만곡된 부위가 단차부(15)에 걸려서 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달하기 어렵게 되므로, 적어도 피수용부(19)에 있어서의 단차부(15)에 포위되는 부위에 오목부 형성영역(31)이 형성되어 만곡되기 어렵게 하는 것이 좋다. 오목부 형성영역(31)은 피수용부(19)의 외주면에 13㎜ 이상의 길이(F)로 연속하게 형성되어 있지 않아도 되며, 예를 들면, 피수용부(19)의 선단 부근과 단차부(15)에 포위되는 부위의 2개소에 분단되게 형성되어 있어도 좋고, 이것들의 합계의 길이(F)가 13㎜ 이상이면 좋다. 피수용부(19)의 선단 부근에 오목부 형성영역(31)이 형성되어 있으면, 피수용부(19)가 만곡되기 어렵게 될 뿐만 아니라 피수용부(19)와 밀봉재의 접착성도 향상된다.　

이 스파크 플러그(1)에 있어서의 오목부 형성영역(31)은 능직(綾織)의 널(knurl) 형상이지만, 이 형상은 특히 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 평직의 널 형상, 경사진 널 형상, 사각 나사 형상, 삼각 나사 형상, 사다리꼴 나사 형상 등 적당한 형상을 1개 또는 2개 이상 조합하여 채용하여도 좋다. 또한, 오목부 형성영역(31)은 피수용부(19)의 외주면에 복수의 오목부 내지 홈이 형성되어 있으나, 예를 들면, 개개의 오목부에 있어서의 깊이의 약 절반의 지점을 연결하는 면을 기준면으로 하면, 복수의 오목부와 볼록부를 가지는 '요철 형성영역'이 형성되어 있다고도 할 수 있다.　

도 3에 나타낸 바와 같이, 오목부 형성영역(31)에 있어서의 오목부의 상기 축선(O)의 반경 방향에 있어서의 깊이(D), 즉 인접하는 오목부와 볼록부의 고저차(D)는 0.07㎜ 이상인 것이 바람직하고, 0.09㎜ 이상 0.3㎜ 이하인 것이 더 바람직하고, 0.1㎜ 이상 0.2㎜ 이하인 것이 특히 바람직하다. 상기 깊이(D)가 상기 범위 내에 있으면, 가공 경화의 효과가 발휘되기 쉬우므로 피수용부(19)에 있어서의 오목부 형성영역(31)을 가지는 부위의 강도가 향상된다. 따라서, 피수용부(19)가 만곡되기 어렵게 된다.　

또한, 상기 깊이(D)는, 오목부 형성영역(31)에 있어서 축선(O)에 직교하는 방향으로 절단하고, 얻어진 절단면에 있어서의 최대 직경과 최소 직경을 측정하고, 이 측정값을 2로 나눔으로써 산출할 수 있다.

＜조건 (3)＞

피수용부(19)는 평활부(32)를 구비한다. 피수용부(19)에 있어서의 평활부(32)를 가지는 부위의 강도는 오목부 형성영역(31)을 가지는 부위에 비해서 낮기 때문에, 평활부(32)를 가지는 부위에 있어서 피수용부(19)가 구부러지기 쉬어지게 된다. 후술하는 프레스 공정에 있어서, 피수용부(19)가 적당한 정도로 구부러지면, 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 전달할 수 있어 밀도가 높은 저항체를 형성할 수 있다. 그 이유는 다음과 같이 설명할 수 있다.

후술하는 프레스 공정에서는 제 1 밀봉층(27), 저항체(26) 및 제 2 밀봉층(28)을 형성하는 접속분말을 축구멍(2) 내에 넣은 후에, 축구멍(2)에 피수용부(19)를 삽입하여 그 선단(20)이 접속분말에 접촉되도록 금속단자(5)가 배치된다. 이때, 절연체(3)의 후단면과 단자부(18)의 선단면은 떨어지게 배치되어 있으며, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입하기 전에 있어서의 절연체(3)의 후단면과 단자부(18)의 선단면의 축선(O) 방향의 거리를 "봉합치수"라 한다. 예를 들면, 피수용부(19)가 구부러지지 않은 상태로 단자부(18)가 절연체(3)의 후단면에 접촉할 때까지 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 수 있는 최대 봉합치수를 10㎜라 가정한다. 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 피수용부(19)가 적당한 정도로 구부러질 경우에는 피수용부(19)가 구부러지는 분량만큼 최대 봉합치수가 증대하게 되므로, 예를 들면 12㎜가 된다. 봉합치수가 2㎜ 증대함으로써, 피수용부(19)에 의해서 접속분말에 프레스 압을 더 가할 수 있게 된다. 따라서, 밀도가 높은 저항체(26)를 형성할 수 있으며, 그 결과, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.

평활부(32)는 피수용부(19)에 있어서의 어느 부위에 형성되어 있어도 좋지만, 단자부(18)에 인접하는 부위, 즉 제 2 내주면(16)에 둘러싸이는 부위에 전 둘레에 걸쳐서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에, 압입 직후에 피수용부(19)가 만곡되게 되면, 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달할 수 없는 일이 있다. 그러나, 피수용부(19)를 압입하여 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 가한 후에 피수용부(19)의 후단측이 만곡된 경우에는 저항체 조성물에 프레스 압을 충분히 가한 후이기 때문에 지장이 없다. 오히려 피수용부(19)가 만곡됨으로써, 절연체(3)의 후단면에서 단자부(18)가 약간 떠오른 상태에 있는 금속단자(5)에 있어서의 피수용부(19)를 확실하게 축구멍(2) 내에 수용할 수 있고, 또 피수용부(19)가 구부러짐으로써 저항체 조성물에 프레스 압을 더 가할 수 있다. 특히, 축구멍(2)에 단차부(15)가 존재하는 경우에는, 제 2 내주면(16)에 둘러싸이는 부위에 평활부(32)가 존재하면, 만곡된 부위가 단차부(15)에 걸리는 것을 방지할 수 있어, 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달할 수 있다.　

평활부(32)의 축선 방향 길이(H-F)는 8㎜ 이상인 것이 바람직하다. 평활부(32)가 8㎜ 이상이면, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 피수용부(19)에 있어서의 평활부(32)를 가지는 부위가 적당한 정도로 만곡됨으로써, 저항체 조성물에 프레스 압을 더 가할 수 있다. 또한, 이 실시형태의 평활부(32)는 축선(O)의 후단에서부터 선단 방향으로 향해서 연속되게 형성되어 있으나, 예를 들면 피수용부(19)의 후단 부근과 축선(O) 방향의 중앙 부근의 2개소로 분단되게 형성되어 있어도 좋고, 3개소 이상으로 분단되게 형성되어 있어도 좋다.　

＜조건 (4)＞

피수용부(19)의 선단(20)에 있어서의 직경(A)과 선단(20)에 있어서의 절연체(3)의 내경(B)의 비율(A/B)은 0.9≤A/B≤0.98이고, 바람직하게는 0.93≤A/B≤0.98이다. A/B가 상기 범위 내에 있으면, 피수용부(19)와 제 1 내주면(14)의 사이에 적당한 정도의 클리어런스가 형성되므로, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달할 수 있다. 그 결과, 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다. A/B가 0.9보다 작으면, 피수용부(19)의 굵기가 절연체(3)의 내경(B)에 대해서 너무 가늘기 때문에, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 피수용부(19)가 만곡되기 쉬워지게 되어, 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달할 수 없을 우려가 있다. A/B가 0.98보다 크면, 피수용부(19)의 굵기가 절연체(3)의 내경(B)에 대해서 너무 굵기 때문에, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 피수용부(19)의 선단 부근의 외주면과 제 1 내주면(14)의 사이의 클리어런스가 작아 이 클리어런스에 충분한 양의 밀봉재가 충전되지 않을 우려가 있다. 충분한 양의 밀봉재가 충전되지 않으면, 부하수명 성능이 저하될 우려가 있다.

이와 같이 조건 (1)∼(5)를 모두 만족하는 스파크 플러그(1)는 피수용부를 축구멍 내에 압입할 때에 저항체 조성물에 프레스 압을 효과적으로 전달함으로써, 밀도가 높은 저항체를 형성할 수 있어 부하수명 성능이 우수하다.

또한, 상기 피수용부(19)에 있어서의 상기 제 2 내주면(16)에 둘러싸인 부위의 직경(K)과 상기 부위에 있어서의 상기 제 2 내주면(16)의 내경(J)의 차(J-K)의 최대값((J-K)max)이 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하인 것이 바람직하다. 최대값((J-K)max)이 상기 범위 내에 있으면, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입할 때에 피수용부(19)에 있어서의 제 2 내주면(16)에 둘러싸이는 부위가 적당한 정도로 구부러지기 쉬워지게 되므로, 피수용부(19)를 축구멍(2) 내에 압입하여 저항체 조성물에 충분히 프레스 압을 전달한 후에 피수용부(19)에 있어서의 제 2 내주면(16)에 둘러싸이는 부위가 적당히 구부러짐으로써, 단자부(18)가 절연체(3)의 후단면에 접촉하지 않고 떠오른 상태로 되는 것을 방지할 수 있다. 피수용부(19)가 적당한 정도로 구부러지면, 단자 부상을 일으키는 일 없이 저항체 조성물에 프레스 압을 더 가할 수 있기 때문에, 밀도가 높은 저항체(26)를 형성할 수 있으며, 그 결과, 부하수명 성능이 한층 더 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.　

또, 축구멍(2)에 단차부(15)가 존재하는 경우에는 제 2 밀봉층(28) 및/또는 저항체(26)가 제 1 내주면(14)에 둘러싸인 공간에만 존재하는 것이 좋다. 즉, 제 2 밀봉층(28) 및/또는 저항체(26)가 단차부(15)보다 후단측에 존재하지 않고 금속단자(5)와 단차부(15)의 사이의 클리어런스, 게다가 금속단자(5)와 제 2 내주면(16)의 사이의 클리어런스에 존재하지 않는 것이 좋다. 제 2 밀봉층(28) 및/또는 저항체(26)가 단차부(15)보다 후단측에 존재하지 않고 제 1 내주면(14)에 둘러싸인 공간에만 존재하는 경우에는, 후술하는 프레스 공정시에 금속단자(5)에 의해서 밀봉 분말 및/또는 저항체 조성물에 가해지는 프레스 압이, 금속단자(5)와 절연체(3)의 내벽면의 사이의 클리어런스로 밀봉 분말 및/또는 저항체 조성물이 도피하는 힘으로 변환되는 것을 억제하여, 밀봉 분말 및/또는 저항체 조성물에 가해지는 힘으로서 유효하게 사용되기 때문에, 밀도가 높은 저항체(26)가 형성된다. 따라서, 부하수명 성능이 한층 더 우수한 스파크 플러그를 제공할 수 있다.　

본 발명의 스파크 플러그(1)는 내경(B)이 3.5㎜ 이하, 특히 2.9㎜ 이하이면, 부하수명 성능의 향상에 대해서 한층 더 효과가 높다.　

상기한 길이 (A), (B), (H), (F), (K), (J)의 각각의 치수는, 스파크 플러그를 축선(O)에 직교하는 방향에서 마이크로 X선 CT장치(예를 들면, TOSCANER-32250μhd)로 촬영하고, 해당 개소를 측정함으로써 얻을 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 직경(A)은 예를 들면, 피수용부(19)의 선단에서부터 축선(O)의 후단 방향으로 1㎜의 부위에 있어서의 축선(O)에 직교하는 방향의 거리를 측정한다. 내경(B)은 상기 부위에 있어서의 축구멍(2)의 축선(O)에 직교하는 방향의 거리를 측정한다. 길이(H)는 피수용부(19)의 후단에서부터 선단까지의 축선(O) 방향의 길이를 측정한다. 길이(F)는 피수용부(19)에 있어서의 오목부 형성영역(31)의 축선(O) 방향의 최대 길이를 측정한다. 직경(K)은 피수용부(19)에 있어서의 제 2 내주면(16)에 둘러싸인 부위에 있어서의 축선(O)에 직교하는 방향의 거리를 측정한다. 내경(J)은 상기 부위에 있어서의 축선(O)에 직교하는 방향의 거리를 측정한다.

상기 스파크 플러그(1)는 예를 들면 다음과 같이 제조된다.

우선, 공지의 방법에 따라서 소정 형상으로 중심전극(4), 접지전극(8), 금속 쉘(7), 금속단자(5) 및 절연체(3)를 제작한다(준비공정). 금속단자(5)는 적어도 상기 (1)∼(5)의 조건을 만족하도록 제작된다. 피수용부(19)가 되는 봉형상체의 외주면에는 오목부 형성영역(31)이 공지의 널링 가공방법에 의해서 형성된다.　

그 다음, 금속 쉘(7)의 선단면에 레이저 용접 등에 의해서 접지전극(8)의 일단부를 접합한다(접지전극 접합공정).　

한편, 절연체(3)의 축구멍(2) 내에 중심전극(4)을 삽입하되, 축구멍(2)의 제 2 단차부(13)에 중심전극(4)의 플랜지부(17)를 걸어 고정하여 제 3 내주면(12)에 둘러싸이도록 중심전극(4)을 배치한다(중심전극 배치공정).　

그 다음, 제 1 밀봉층(27)을 형성하는 밀봉 분말, 저항체(26)를 형성하는 저항체 조성물 및 제 2 밀봉층(28)을 형성하는 밀봉 분말을 이 순서로 상기 축구멍(2) 내의 후단측에서 넣고, 프레스 핀을 축구멍(2) 내에 삽입하여 60N/㎟ 이상의 압력으로 예비 압축하여 제 1 내주면(14)에 둘러싸이는 공간에 밀봉 분말과 저항체 조성물을 충전한다(충전공정).　

그 다음, 상기 축구멍(2) 내의 후단측에서 금속단자(5)의 피수용부(19)를 삽입하여 그 선단(20)이 밀봉 분말에 접촉하도록 금속단자(5)를 배치한다(배치공정). 이때, 절연체(3)의 후단면과 단자부(18)의 선단면은 떨어지게 배치되어 있다. 이하에 있어서, 피수용부(19)를 압입하기 전에 있어서의 절연체(3)의 후단면과 단자부(18)의 선단면의 축선(O) 방향의 거리를 "봉합치수"라 한다.　

그 다음, 밀봉 분말에 함유되는 유리 분말의 유리 연화점 이상의 온도, 예를 들면 800∼1000℃의 온도로 3∼30분에 걸쳐서 밀봉 분말과 저항체 조성물을 가열하면서, 단자부(18)의 선단면이 절연체(3)의 후단면에 맞닿을 때까지 금속단자(5)를 압입하여 밀봉 분말 및 저항체 조성물을 압축 가열한다(프레스 공정).　

이때, 피수용부(19)가 상기 (1)∼(5)의 조건을 만족하도록 형성되어 있기 때문에, 피수용부(19)가 축선(O)에 직교하는 방향으로 거의 만곡되는 일이 없는 상태로 밀봉 분말 및 저항체 조성물에 효과적으로 압력을 가할 수 있어 밀봉 분말과 저항체 조성물은 가열되면서 압축된다. 밀봉 분말과 저항체 조성물이 압축되어 감과 동시에 절연체(3)의 후단면과 단자부(18)의 선단면의 거리는 작아져 간다. 피수용부(19)를 축구멍(2)에 압입하기 시작하고서 잠시 후에는 상기 거리가 아주 작아지게 되며, 이때 저항체 조성물에 프레스 압이 충분히 전달되게 된다. 프레스 압을 더 가하면, 피수용부(19)에 있어서의 평활부, 즉 제 2 내주면(16)에 의해서 둘러싸인 부위가 만곡됨으로써, 단자부(18)의 선단면이 절연체(3)의 후단면에 맞닿는다.

이와 같이 밀봉 분말 및 저항체 조성물이 소결되어 저항체(26), 제 1 밀봉층(27) 및 제 2 밀봉층(28)이 형성된다. 이때, 상기 (1)∼(5)의 조건을 만족하는 스파크 플러그는 금속단자(5)로부터 저항체 조성물로의 프레스 압이 충분히 전달되기 때문에, 고밀도의 저항체(26)를 형성할 수 있다. 또, 단자부(18)가 절연체(3)의 후단면에 접촉하지 않고 떠오른 상태로 되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 부하수명 성능이 우수한 스파크 플러그(1)가 제조된다.　

또한, 플랜지부(17)와 축구멍(2)의 사이의 간극 및 중간 몸통부(21)와 축구멍(2)의 사이의 간극에 밀봉재가 충전되어, 축구멍(2) 내에 중심전극(4)과 금속단자(5)가 봉합 고정된다. 이 실시형태에서는 밀봉재가 단차부(15)보다 후단측에 존재하지 않는다.

그 다음, 접지전극(8)이 접합된 금속 쉘(7)에 중심전극(4) 및 금속단자(5) 등이 고정된 절연체(3)를 조립한다(조립공정).

최후로, 접지전극(8)의 선단부를 중심전극(4) 측으로 구부려서 접지전극(8)의 일단이 중심전극(4)의 선단부와 대향하도록 함으로써, 스파크 플러그(1)가 제조된다.

본 발명에 관한 스파크 플러그는 자동차용 내연기관, 예를 들면 가솔린 엔진 등의 점화전으로서 사용되며, 내연기관의 연소실을 구획 형성하는 헤드(도시생략)에 형성된 나사구멍에 상기 나사부(9)가 나사 결합됨으로써 소정 위치에 고정된다. 본 발명에 관한 스파크 플러그는 어떠한 내연기관에도 사용할 수 있지만, 소형화된 스파크 플러그, 특히 절연체의 축구멍의 내경이 작은 스파크 플러그에 있어서 특히 효과가 발휘되기 때문에, 소형화된 스파크 플러그가 요구되는 내연기관에 매우 적합하게 사용될 수 있다.

본 발명에 관한 스파크 플러그는 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기 스파크 플러그(1)는 축구멍(2)에 단차부(15)를 가지는 것이지만, 축구멍(2)에 있어서의 피수용부(19)가 수용되는 부위에 단차부가 없는 통형상으로 형성되어 있어도 좋다. 또, 상기 스파크 플러그(1)는 피수용부(19)가 직경이 큰 몸통부(22)와 이 몸통부(22)보다 직경이 작은 중간 몸통부(21)에 의해서 형성되어 있으나, 서로 다른 직경을 가지는 부위가 더 존재하여도 좋고, 피수용부의 일부가 테이퍼 형상으로 형성되어 있어도 좋다. 또, 피수용부는 직경의 변화가 없는 원기둥 형상이어도 좋다.

《실시예 1》

〈스파크 플러그의 제작〉

도 1에 나타내는 스파크 플러그를 상술한 제조공정에 따라서 제작하였다. 피수용부의 길이(H), 오목부 형성영역의 길이(F), 피수용부의 선단의 직경(A), 상기 선단에 있어서의 절연체의 내경(B), 제 2 내주면에 있어서의 내경(J), 피수용부에 있어서의 제 2 내주면에 둘러싸인 부위의 직경(K) 및 오목부의 깊이(D)를 변화시켜서, 표 1 및 표 2에 나타내는 여러 가지 치수를 가지는 스파크 플러그를 제조하였다.

또한, 표 1 및 표 2에 나타내는 스파크 플러그를 제조하기 전에, 상술한 프레스 공정에 있어서, 피수용부를 축구멍 내에 압입하기 전에 있어서의 단자부의 선단면과 절연체의 후단면의 축선 방향의 거리{이하, '봉합치수(L)'라 한다}를 다음과 같이 결정하였다.

우선, 봉합치수 10.5㎜에서부터 16.5㎜까지를 0.5㎜마다 합계 12구획으로 나누어서 구획마다 스파크 플러그를 20개씩 제작하고, 상술한 프레스 공정을 거친 후에 단자부의 선단면과 절연체의 후단면이 떨어져 있는 상태(즉, 단자부가 떠오른 상태), 혹은 프레스 압에 의해서 절연체가 파괴되어 있는 상태에 있는 스파크 플러그의 개수를 불량품으로서 카운트하였다. 스파크 플러그를 제조할 때의 프레스 공정에 있어서의 봉합치수(L)는, 불량품이 1개라도 발생한 때의 봉합치수보다 0.5㎜ 작은 치수를 봉합치수(L)로 결정하고, 불량품이 발생하지 않는 가장 긴 치수로 하였다. 따라서, 표 1에 나타내는 여러 가지 치수를 가지는 스파크 플러그는 시험 No.마다 다른 봉합치수(L)로 제조하였다. 또한, 시험 No.마다 스파크 플러그를 10개씩 제작하여 시험을 실시하고, 그 평균값을 표 1에 나타내었다.　

표 1에 있어서의 각종 치수에 대해서는 마이크로 X선 CT장치(TOSCANER-32250μhd)를 이용하여 측정하였다. 오목부의 깊이(D)는, 오목부 형성영역에 있어서 피수용부를 축선(O)에 직교하는 방향으로 절단하고, 얻어진 절단면에 있어서의 최대 직경과 최소 직경을 측정하고, 이 측정값을 2로 나눔으로써 산출하였다.　

또한, 금속단자는 저탄소강에 의해서 제조하고, 그 성분을 조정함에 의해서 비커스 경도를 변화시켰다. 피수용부의 상온에 있어서의 비커스 경도는, 상술한 바와 같이 JISZ2244에 준거하여 평활부에 있어서의 축선(O)에 직교하는 절단면의 중심 부근에서 측정하였다.　

오목부 형성영역은, 시험 No.1∼51, 53∼67에 대해서는 널링 가공을 실시함에 의해서 능직 널 형상으로 형성하였다. 시험 No.52에 대해서는 나사 가공을 실시함에 의해서 나사 형상으로 형성하였다.　

〈평가방법〉

(부하수명 성능시험)

제조한 스파크 플러그를 350℃의 환경 하에 두고, 25kV의 방전전압을 인가하여 1분간에 3600회 방전시키고, 이 시험 전후의 스파크 플러그의 저항체의 저항값(R0,R1)을 측정하였다. 상기 시험을 10회 실시하여 초기 저항값(R0)에 대한 시험 후의 저항값(R1)의 평균값(R1/R0)이 1.5배 이상으로 된 시간을 측정하고, 이 시간이 길수록 부하수명 성능이 양호한 것으로 하고, 다음의 기준에 따라서 평가하였다. 평가결과를 표 2에 나타낸다.

1 ：150시간 미만

2 ：150시간 이상 200시간 미만　

3∼9：200시간 이상일 때는 50시간마다 1점 가산

10 ：550시간 이상　

본 발명의 범위에 포함되는 스파크 플러그는 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이 부하수명 성능이 우수하였다. 한편, 본 발명의 범위 밖의 스파크 플러그는 부하수명 성능이 떨어져 있었다.

1 - 스파크 플러그 2 -　축구멍
3 - 절연체 4 - 중심전극
5 - 금속단자 6 - 접속부
7 - 금속 쉘 8 - 접지전극
9 - 나사부 10 - 탈크
11 - 패킹 12 - 제 3 내주면
13 - 제 2 단차부 14 - 제 1 내주면
15 - 단차부 16 - 제 2 내주면
17 - 플랜지부 18 - 단자부
19 - 피수용부 20 - 선단
21 - 중간 몸통부 22 - 몸통부
23 - 제 1 단차부 26 - 저항체
27 - 제 1 밀봉층 28 - 제 2 밀봉층
29,30 - 귀금속 칩 31 - 오목부 형성영역
32 - 평활부

Claims (11)

1. 축선 방향으로 연장되는 축구멍을 가지는 절연체와,
   상기 축구멍 내에 수용되는 피수용부를 구비하며, 상기 피수용부의 외주면에 복수의 오목부가 형성된 오목부 형성영역을 가지는 금속단자와,
   상기 절연체의 선단측을 수용하여 상기 절연체를 유지하는 금속 쉘을 구비한 스파크 플러그에 있어서, 이하의 (1)∼(5)의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   (1) 상기 피수용부의 축선 방향의 길이(H)가 35㎜ 이상
   (2) 상기 오목부 형성영역의 축선 방향의 길이(F)가 13㎜ 이상
   (3) 상기 피수용부는 그 외주면에 평활부를 가지는 것
   (4) 상기 피수용부의 선단에 있어서의 직경(A)과 상기 선단에 있어서의 절연체의 내경(B)의 비율(A/B)이 0.9≤A/B≤0.98
   (5) 상기 피수용부를 상기 축선 방향에 직교하는 방향으로 절단하여 얻어지는 절단면의 중심에서 측정한 비커스 경도가 150Hv 이상 350Hv 이하
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연체는 상기 내경(B)을 가지는 제 1 내주면과; 상기 제 1 내주면 및 상기 금속 쉘보다 후단측에 배치되며, 상기 내경(B)보다 직경이 큰 제 2 내주면과; 상기 제 1 내주면과 상기 제 2 내주면을 연결하는 단차부를 가지고 있으며,
   상기 오목부 형성영역의 적어도 일부는 상기 단차부에 둘러싸인 공간에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 평활부의 적어도 일부는 상기 제 2 내주면에 둘러싸인 공간에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 오목부 형성영역에 있어서의 오목부의 깊이(D)가 0.07㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내경(B)이 3.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피수용부에 있어서의 상기 제 2 내주면에 둘러싸인 부위의 직경(K)과 상기 부위에 있어서의 상기 제 2 내주면의 내경(J)의 차(J-K)의 최대값((J-K)max)이 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평활부의 축선 방향 길이(H-F)가 8㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비율(A/B)이 0.93≤A/B인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내경(B)이 2.9㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비커스 경도가 200Hv 이상 320Hv 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
    
11. 청구항 2 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축구멍 내에 있어서의 상기 금속단자와 중심전극의 사이에, 상기 금속단자와 상기 중심전극을 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하며,
    상기 접속부는 상기 제 1 내주면에 둘러싸인 공간에만 존재하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.

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