KR20150036498A

KR20150036498A - 스파크 플러그

Info

Publication number: KR20150036498A
Application number: KR1020157003488A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 니시다; 도모아키 가토; 게이지 오제키; 나오유키 무코야마; 즈토무 고바야시
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-04-07
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: US20150188294A1; CN104488150B; EP2876752A4; CN104488150A; EP2876752A1; KR101603480B1; WO2014013723A1; EP2876752B1; US9225150B2

Abstract

스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 양립한다. 스파크 플러그는 축 구멍을 가지는 통 형상체이며, 후단측에서 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 직경 축소 외면을 외주면에 가지는 절연체와, 절연체가 삽입되는 관통 구멍을 가지는 통 형상체이고, 장착용의 나사산을 외주면에 가지며 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 작아지는 직경 축소 내면을 내주면에 가지는 나사부를 가지는 금속 쉘과, 환 형상의 패킹을 구비한다. 절연체의 직경 축소 외면과 금속 쉘의 직경 축소 내면의 사이는 패킹을 사이에 두고 밀봉되어 있고, 나사부의 공칭 직경은 10㎜ 이하이며, 축선을 포함하는 적어도 1개의 단면에 있어서, (나사부의 유효 직경과 직경 축소 내면의 후단 내경의 차이)/2를 길이 A(㎜)로 하고, (직경 축소 내면의 후단 내경과 직경 축소 내면의 선단 내경의 차이)/2를 길이 B(㎜)로 했을 때, (A/B)≥3.1, 또한, B≥0.25, 또한, (A＋B)≤2.0을 만족한다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 내연기관 등에 있어서 착화에 이용되는 스파크 플러그에 관한 것이다.

내연기관의 설계 자유도의 향상 등을 위해, 스파크 플러그의 소경화가 요구되고 있다. 예를 들면, 금속 쉘의 나사의 공칭 직경이 10㎜ 이하의 스파크 플러그가 개발되고 있다. 한편으로, 내연기관에 있어서의 연료가스의 고압축화, 이것에 수반하는 스파크 플러그에 인가되는 전압의 고전압화 등을 위해, 스파크 플러그에 대한 기밀성, 내전압성의 요구는 높아지는 경향이 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허 제3502936호 공보 특허문헌 2: 일본국 특허 제4548818호 공보 특허문헌 3: 일본국 특허 제4268771호 공보 특허문헌 4: 일본국 특허 제4267855호 공보 특허문헌 5: 일본국 특개2006-66385호 공보 특허문헌 6: 일본국 특개2009-176525호 공보

그러나, 스파크 플러그를 소경화하면, 치수상의 제한 등으로부터 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 양립하는 것이 곤란한 경우가 있었다.

본 발명의 목적은 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 양립하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 이하의 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.

[적용예 1]

축선의 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지는 통 형상체이며, 후단측에서 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 직경 축소 외면을 외주면에 가지는 절연체와,

상기 축선의 방향으로 연장되어 상기 절연체가 삽입되는 관통 구멍을 가지는 통 형상체이며, 장착용의 나사산을 외주면에 가지고 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 작아지는 직경 축소 내면을 내주면에 가지는 나사부를 가지는 금속 쉘과,

환 형상의 패킹을 구비하며,

상기 절연체의 상기 직경 축소 외면과 상기 금속 쉘의 상기 직경 축소 내면의 사이는, 상기 패킹을 사이에 두고 밀봉되어 있는 스파크 플러그로서,

상기 나사부의 공칭 직경은 10㎜ 이하이며,

상기 축선을 포함하는 적어도 1개의 단면에 있어서,

(상기 나사부의 유효 직경과 상기 직경 축소 내면의 후단 내경의 차이)/2를 길이 A(㎜)로 하며, (상기 직경 축소 내면의 후단 내경과 상기 직경 축소 내면의 선단 내경의 차이)/2를 길이 B(㎜)로 했을 때,

(A/B)≥3.1, 또한, B≥0.25, 또한, (A＋B)≤2.0을 만족하는, 스파크 플러그.

길이 B가 클수록 금속 쉘의 직경 축소 내면의 면적이 커지므로, 기밀성을 확보하기 위해 필요한 면압을 확보하기 위해 필요한 밀봉 하중이 커진다. 따라서, 필요한 밀봉 하중을 작게 하려면, 길이 B가 비교적 작은 것이 바람직하다. 그러나, 직경 축소 내면의 후단 내경에서 직경 축소 내면의 선단 내경까지의 길이 B가, 과도하게 작은 경우에는, 금속 쉘의 직경 축소 내면의 면적이 과도하게 작아지고, 절연체의 직경 축소 외면을 지지할 수 없을 가능성이 있다. 금속 쉘의 직경 축소 내면이 절연체의 직경 축소 외면을 지지할 수 없으면 절연체의 직경 축소 외면과 금속 쉘의 직경 축소 내면의 사이를 적절하게 밀봉할 수 없어 기밀성이 저하된다. 상기 구성에 따르면, B≥0.25㎜를 만족하므로, 금속 쉘의 직경 축소 내면의 면적을 확보하여 절연체를 적절하게 지지할 수 있다.

길이 B가 과도하게 큰 경우에는, 밀봉 하중에 기인하는 휨 모멘트가 커진다. 또, 직경 축소 내면의 후단 내경에서 나사부의 유효직경까지의 길이 A가 클수록 휨 모멘트에 대한 나사부의 강도가 커진다. 따라서, 길이 B에 대한 길이 A의 비 (A/B)가 과도하게 작은 경우에는, 휨 모멘트에 대해서 나사부의 강도가 부족하므로, 예를 들면, 나사부가 변형되는 문제점[예를 들면, 이른바 나사 신장(伸張)]이 발생할 수 있다. 환언하면, 나사부의 강도가 작기 때문에, 필요한 밀봉 하중을 걸 수 없고, 기밀성을 확보하기 위해 필요한 면압을 확보할 수 없는 가능성이 있다. 상기 구성에 따르면, (A/B)≥3.1을 만족하므로, 나사부의 변형을 억제하면서, 기밀성을 확보할 수 있다.

길이 A와 길이 B의 합 (A＋B)이 클수록, 금속 쉘의 관통 구멍에 삽입되는 절연체의 직경이 작아진다. 따라서, (A＋B)가 과도하게 크면 절연체의 직경 방향의 두께를 확보할 수 없고, 내전압성이 저하될 가능성이 있다. 상기 구성에 따르면, (A＋B)≤2.0㎜를 만족하므로, 절연체의 길이를 확보하여 내전압성의 저하를 억제할 수 있다.

이상과 같이, 상기 구성에 따르면, 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 양립할 수 있으며, 특히, 공칭 직경이 10㎜ 이하의 나사부를 가지는 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 양립할 수 있다.

[적용예 2]

적용예 1에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 길이 A는 1.23≤A≤1.54를 만족하며,

상기 길이 B는 0.25≤B≤0.45를 만족하는, 스파크 플러그.

상기 구성에 따르면, 길이 A와 길이 B를 더욱 적정화함으로써, 절연체의 관통이나 나사부의 변형을 일으키는 일없이, 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

[적용예 3]

적용예 1 또는 적용예 2에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 금속 쉘의 상기 직경 축소 내면과 상기 축선에 수직인 평면이 이루는 예각은, 35도 이상 또한 50도 이하이며, 상기 절연체의 상기 직경 축소 외면과 상기 축선에 수직인 평면이 이루는 예각보다 큰, 스파크 플러그.

상기 구성에 따르면, 금속 쉘의 직경 축소 내면과 축선에 수직인 평면이 이루는 예각(제 1 예각이라고도 부른다)이 과도하게 작은 경우에는, 밀봉 하중 중, 축선 방향의 하중이 커지기 쉬우므로, 금속 쉘의 직경 축소 내면의 직경 방향의 내측 부근이 변형되기 쉽다. 또, 제 1 예각이, 절연체의 직경 축소 외면과 상기 축선에 수직인 평면이 이루는 예각(제 2 예각이라고도 부른다) 이하이면, 금속 쉘의 직경 축소 내면의 직경 방향의 내측 부분에 걸리는 하중이 커지기 쉬우므로, 마찬가지로, 금속 쉘의 직경 축소 내면의 직경 방향의 내측 부분이 변형되기 쉽다. 금속 쉘의 직경 축소 내면의 직경 방향의 내측 부분이 변형되면, 그 부분과 절연체가 접촉하여 절연체가 균열되는 문제점이 발생할 가능성이 있다. 제 1 예각이 과도하게 큰 경우에는, 밀봉 하중 중, 직경 방향의 외측으로 향하는 하중이 커지기 쉬우므로, 나사부의 변형이 발생할 가능성이 있다. 상기 구성에 따르면, 제 1 예각은, 35도 이상 또한 50도 이하이며, 제 2 예각보다 크므로, 밀봉 하중에 기인하는 절연체의 균열이나 나사부의 변형을 억제할 수 있다.

[적용예 4]

적용예 1 내지 적용예 3의 어느 하나에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 금속 쉘의 상기 직경 축소 내면이 형성된 부위의 비커스 경도 E(Hv)와, 상기 패킹의 비커스 경도 F(Hv)는, 15≤(E-F)≤46을 만족하는, 스파크 플러그.

경도 E와 경도 F의 차분(E-F)이 과도하게 큰 경우에는, 즉, 패킹이 과도하게 부드러운 경우에는, 패킹의 변형량이 과대하게 되고, 변형된 패킹에 의해서 절연체의 균열이 야기될 가능성이 있다. 경도 E와 경도 F의 차분(E-F)이 과도하게 작은 경우에는, 즉, 패킹이 과도하게 딱딱한 경우에는, 패킹의 변형량이 부족하여 금속 쉘의 직경 축소 내면에 과대한 하중이 걸리고, 나사부의 변형이 야기될 가능성이 있다. 상기 구성에 따르면, 경도 E와 경도 F의 차분(E-F)이, 15Hv≤(E-F)≤46Hv를 만족하므로, 절연체의 균열이나 나사부의 변형을 억제할 수 있다.

또한 본 발명은, 여러 가지의 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들면, 스파크 플러그나, 그 스파크 플러그를 탑재하는 내연기관 등의 형태로 실현할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 스파크 플러그(100)의 단면도이다.
도 2는 금속 쉘(50)의 장착나사부(52)의 선반부(523)와 절연 애자(10)의 단차부(15)를 포함하는 부분의 확대 단면도이다.
도 3은 장착나사부(52)의 선반부(523)와 절연 애자(10)의 단차부(15)를 포함하는 부분에 부하되는 응력을 설명하는 도면이다.

A. 실시형태:

A-1. 스파크 플러그의 구성:

이하, 본 발명의 실시형태에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 스파크 플러그(100)의 단면도이다. 도 1의 일점파선은, 스파크 플러그(100)의 축선[CO, 축선(CO)이라고도 부른다]을 나타내고 있다. 축선(CO)과 평행인 방향(도 1의 상하 방향)을 축선 방향이라고도 부른다. 축선(CO)을 중심으로 하는 원의 직경 방향을, 단지 「직경 방향」이라고도 부르며, 축선(CO)을 중심으로 하는 원의 둘레 방향을, 단지 「둘레 방향」이라고도 부른다. 도 1에 있어서의 하측 방향을 선단 방향(D1)이라고 부르며, 상측 방향을 후단 방향(D2)이라고도 부른다. 도 1에 있어서의 하측을 스파크 플러그(100)의 선단측이라고 부르며, 도 1에 있어서의 상측을 스파크 플러그(100)의 후단측이라고 부른다. 스파크 플러그(100)는, 절연체로서의 절연 애자 (10)와, 중심전극(20)과, 접지전극(30)과, 금속단자(40)와, 금속 쉘(50)을 구비한다.

절연 애자(10)는 알루미나 등을 소성하여 형성되어 있다. 절연 애자(10)는 축선 방향을 따라서 연장되고, 절연 애자(10)를 관통하는 관통 구멍(12, 축 구멍)을 가지는 대략 원통 형상의 부재(통 형상체)이다. 절연 애자(10)는 플랜지부(19)와, 후단측 몸통부(18)와, 선단측 몸통부(17)와, 단차부(15)와, 긴 다리부(13)를 구비하고 있다. 후단측 몸통부(18)는 플랜지부(19)보다 후단측에 위치하고, 플랜지부(19)의 외경보다 작은 외경을 가지고 있다. 선단측 몸통부(17)는 플랜지부(19)보다 선단측에 위치하고, 후단측 몸통부(18)의 외경보다 작은 외경을 가지고 있다. 긴 다리부(13)는 선단측 몸통부(17)보다 선단측에 위치하고, 선단측 몸통부(17)의 외경보다도 작은 외경을 가지고 있다. 긴 다리부(13)는 선단측 정도 직경 축소되고, 스파크 플러그(100)가 내연기관(도시생략)에 장착되었을 때에는, 그 연소실로 노출된다. 단차부(15)는 긴 다리부(13)와 선단측 몸통부(17)의 사이에 형성되어 있다. 단차부(15)는, 후단측에서 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 직경 축소 외면 (도 2의 15a)을 외주면에 가지고 있다(상세한 것은 후술한다).

금속 쉘(50)은 도전성의 금속 재료(예를 들면, 저탄소강재)로 형성되고, 내연기관의 엔진 헤드(도시생략)에 스파크 플러그(100)를 고정하기 위한 대략 원통 형상의 부재(통 형상체)이다. 금속 쉘(50)은 축선(CO)을 따라서 관통하는 관통 구멍(59)이 형성되어 있다. 금속 쉘(50)은 절연 애자(10)의 외주에 배치된다. 즉, 금속 쉘(50)의 관통 구멍(59) 내에 절연 애자(10)가 삽입ㆍ유지되어 있다. 절연 애자 (10)의 선단은 금속 쉘(50)의 선단으로부터 노출되고, 절연 애자(10)의 후단은 금속 쉘(50)의 후단으로부터 노출되어 있다.

금속 쉘(50)은 스파크 플러그 렌치가 걸어 맞추는 육각 기둥 형상의 공구 걸어맞춤부(51)와, 내연기관에 장착하기 위한 장착나사부(52)와, 공구 걸어맞춤부 (51)와 장착나사부(52)의 사이에 형성된 플랜지 형상의 시트부(54)를 구비하고 있다. 여기서, 장착나사부(52)의 공칭 직경은, M10[10㎜(밀리미터)] 이하로 되어 있다. 예를 들면, 장착나사부(52)의 공칭 직경은 M10, M8인 것이 바람직하며, M10인 것이 특히 바람직하다.

금속 쉘(50)의 장착나사부(52)와 시트부(54)의 사이에는, 금속판을 접어 구부려 형성된 환 형상의 개스킷(5)이 끼워 넣어져 있다. 개스킷(5)은 스파크 플러그 (100)가 내연기관에 장착되었을 때에, 스파크 플러그(100)와 내연기관(엔진 헤드)의 틈새를 밀봉한다.

금속 쉘(50)은 공구 걸어맞춤부(51)의 후단측에 설치된 얇은 두께의 클림핑부(53)와, 시트부(54)와 공구 걸어맞춤부(51)의 사이에 설치된 얇은 두께의 압축변형부(58)를 더 구비하고 있다. 금속 쉘(50)에 있어서의 공구 걸어맞춤부(51)에서 클림핑부(53)에 이르는 부위의 내주면과 절연 애자(10)의 후단측 몸통부(18)의 외주면의 사이에 형성되는 환 형상의 영역에는, 환 형상의 링 부재(6, 7)가 배치되어 있다. 당해 영역에 있어서의 2개의 링 부재(6, 7)의 사이에는 탈크(활석, 9)의 분말이 충전되어 있다. 또, 금속 쉘(50)의 장착나사부(52)는 장착나사부(52)의 내주 측으로 돌출된 선반부(523)를 구비하고 있다. 선반부(523)는 후단측에서 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 직경 축소 내면(도 2의 523a)을 내주면에 가지고 있다(상세한 것은 후술한다).

클림핑부(53)의 후단은, 직경 방향 내측으로 접어 구부러져 절연 애자(10)의 외주면에 고정되어 있다. 금속 쉘(50)의 압축변형부(58)는 제조시에 있어서, 절연 애자(10)의 외주면에 고정된 클림핑부(53)가 선단측으로 압압됨으로써, 압축변형부 (58)는 압축 변형한다. 제조시에 클림핑부(53)가 선단측으로 압압되는 가중(加重)을 클림핑 하중이라고 부른다. 압축변형부(58)의 압축 변형에 의해서, 링 부재(6, 7) 및 탈크(9)를 통하여, 절연 애자(10)가 금속 쉘(50) 내에서 선단측으로 향하여 압압된다. 이 결과, 환 형상의 판 패킹(8)을 통하여 금속 쉘(50)의 선반부(523)에 절연 애자(10)의 단차부(15)가 압압된다. 즉, 상세한 것은 후술하는 바와 같이, 단차부(15)의 직경 축소 외면과 선반부(523)의 직경 축소 내면의 사이는, 판 패킹(8)을 사이에 두고 밀봉되어 있다. 이 결과, 내연기관의 연소실 내의 가스가, 금속 쉘 (50)과 절연 애자(10)의 틈새로부터 외부로 누출되는 것이, 판 패킹(8)에 의해서 방지된다. 또한, 금속 쉘(50)에 있어서, 시트부(54)의 선단측의 면(시트면이라고도 부른다)에서 선반부(523)의 후단까지의 길이 H1은 14.3㎜ 이상 확보되는 것이 바람직하다.

판 패킹(8)은, 예를 들면, 구리나 알루미늄 등의 열전도율이 높은 재료에 의해서 형성된다. 판 패킹(8)의 열전도율이 높으면, 절연 애자(10)의 열이 금속 쉘 (50)의 선반부(523)로 효율 좋게 전해지기 때문에, 스파크 플러그(100)의 열전도가 좋아져서 내열성을 향상시킬 수 있다

중심전극(20)은 축선(CO)을 따라서 연장되는 봉 형상의 부재이며, 절연 애자 (10)의 관통 구멍(12)에 삽입 설치되어 있다. 중심전극(20)은 전극 모재(21)와, 전극 모재(21)의 내부에 매설된 코어재(22)를 포함하는 구조를 가진다. 전극 모재 (21)는 니켈 또는 니켈을 주된 성분으로 하는 합금[인코넬(알파벳의 INCONEL은 등록상표) 600 등]으로 형성되어 있다. 코어재(22)는 전극 모재(21)를 형성하는 합금보다도 열전도성이 우수한 구리 또는 구리를 주된 성분으로 하는 합금으로 형성되어 있다. 중심전극(20)의 선단은 절연 애자(10)의 선단측으로 노출되어 있다.

또, 중심전극(20)은 축선 방향의 소정의 위치에 설치된 플랜지부(24, 전극 플랜지부)와, 플랜지부(24)보다도 후단측의 부분인 머리부(23, 전극 머리부)와, 플랜지부(24)보다도 선단측의 부분인 다리부(25, 전극 다리부)를 구비하고 있다. 플랜지부(24)는 절연 애자(10)의 단차부(16)에 지지되어 있다. 중심전극(20)의 다리부(25)의 선단 부분에는, 전극 팁(29)이, 예를 들면, 레이저 용접에 의해서 접합되어 있다. 이 중심전극(20)의 다리부(25)의 선단 부분의 구성에 대해서는, 도 2, 도 3을 참조하여 후술한다. 전극 팁(29)은 고융점의 귀금속을 주된 성분으로 하는 재료로 형성되어 있다. 이 전극 팁(29)의 재료에는, 예를 들면, 이리듐(Ir)이나, Ir을 주된 성분으로 하는 합금이 이용되고, 구체적으로는, Ir-5 Pt합금(5질량％의 백금을 함유한 이리듐 합금) 등이 다용된다.

접지전극(30)은 금속 쉘(50)의 선단에 접합되어 있다. 접지전극(30)의 전극 모재는 내부식성이 높은 금속, 예를 들면, 인코넬 600 등의 니켈 합금으로 형성되어 있다. 이 접지전극(30)의 모재 기단부(32)는 금속 쉘(50)의 선단면에 용접으로 접합되어 있다. 이 결과, 접지전극(30)은 금속 쉘(50)과 전기적으로 도통하고 있다. 접지전극(30)의 모재 선단부(31)는 굴곡되어 있으며, 모재 선단부(31)의 일측면은, 중심전극(20)의 전극 팁(29)과 축선(CO) 상에서 축선 방향으로 대향하고 있다. 모재 선단부(31)의 당해 일측면에는, 중심전극(20)의 전극 팁(29)과 대항하는 위치에 전극 팁(33)이 용접되어 있다. 전극 팁(33)은, 예를 들면, Pt(백금) 또는, Pt를 주된 성분으로 하는 합금, 구체적으로는, Pt-20 Ir합금(20질량％의 이리듐을 함유한 백금 합금) 등이 이용된다. 중심전극(20)의 전극 팁(29)과 접지전극(30)의 전극 팁(33)의 사이에는 스파크 갭이 형성된다.

금속단자(40)는 축선(CO)을 따라서 연장되는 봉 형상의 부재이다. 금속단자 (40)는 도전성의 금속 재료(예를 들면, 저탄소강)로 형성되고, 그 표면은 부식 방지를 위한 금속층(예를 들면, Ni층)이 도금 등에 의해서 형성되어 있다. 금속단자 (40)는 축선 방향의 소정 위치에 형성된 플랜지부(42, 단자턱부)와, 플랜지부(42)보다 후단측에 위치하는 캡 장착부(41)와, 플랜지부(42)보다 선단측의 다리부(43, 단자 다리부)를 구비하고 있다. 금속단자(40)의 후단을 포함하는 캡 장착부(41)는 절연 애자(10)의 후단측으로 노출되어 있다. 금속단자(40)의 선단을 포함하는 다리부(43)는 절연 애자(10)의 관통 구멍(12)에 삽입(압입)되어 있다. 캡 장착부(41)에는 고압케이블(도시 외)이 접속된 플러그 캡이 장착되고, 스파크를 발생하기 위한 고전압이 인가된다.

절연 애자(10)의 관통 구멍(12) 내에 있어서, 금속단자(40)의 선단과 중심전극(20)의 후단 사이의 영역에는, 스파크 발생시의 전파 노이즈를 저감하기 위한 저항체(70)가 배치되어 있다. 저항체는 예를 들면, 주된 성분인 유리 입자와, 유리 이외의 세라믹 입자와, 도전성 재료를 포함하는 조성물로 형성되어 있다. 관통 구멍(12) 내에 있어서의, 저항체(70)와 중심전극(20)의 틈새는, 도전성 실(seal)(60)에 의해서 매립되고, 저항체(70)와 금속단자(40)의 틈새는, 유리와 금속의 도전성 실(80)에 의해서 매립되어 있다.

A-2.　금속 쉘의 장착나사부의 선반부 근방의 구성:

도 2는 금속 쉘(50)의 장착나사부(52)의 선반부(523)와 절연 애자(10)의 단차부(15)를 포함하는 부분의 확대 단면도이다. 이 단면은, 축선(CO)을 포함하는 면에서 스파크 플러그(100)를 절단한 단면이다. 장착나사부(52)의 외주면에는, 장착용의 나사산(521)이 형성되어 있다. 도 2의 파선(BL)은 장착나사부(52)의 유효 직경(R1)을 규정하는 가상적인 외주면[유효 직경 규정면(BL)이라고도 부른다]을 나타내고 있다. 유효 직경 규정면(BL)은 나사산(521)의 골부에서 유효 직경 규정면(BL)까지의 골 깊이(DPa)와, 나사산(521)의 산부에서 유효 직경 규정면(BL)까지의 산 높이(DPb)가 동일하게 되는 가상적인 외주면이다. 장착나사부(52)의 공칭 직경이 10㎜인 경우에는, 유효 직경(R1)은 약 9.3㎜이다.

장착나사부(52)의 선반부(523)는 상기한 직경 축소 내면(523a)과, 내측면 (523b)과 직경 확대 내면(523c)을 가진다. 직경 축소 내면(523a)은 선반부(523)의 후단측 부분에 있어서, 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 작아지는 내주면이다. 직경 확대 내면(523c)은 선반부(523)의 선단측 부분에 있어서, 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 커지는 내주면이다. 내측면(523b)은 직경 축소 내면(523a)의 선단에서 직경 확대 내면(523c)의 후단까지의 내주면이며, 축선 방향과 평행인 내주면이다. 본 명세서에서는, 내경이나 외경은 모두 직경으로 나타내는 것으로 한다.

직경 축소 내면(523a)의 후단(P1)의 내경을 R2로 한다. 내경 R2는 장착나사부(52)에 있어서의, 선반부(523)의 후단(P1)보다 후단측 부분의 내경이라고 말할 수도 있다. 직경 축소 내면(523a)의 선단(P2)의 내경을 R3로 한다. 내경 R3은 내측면(523b)의 내경이라고 말할 수도 있다.

장착나사부(52)에 있어서의, 직경 축소 내면(523a)의 후단(P1)보다 후단측 부분의 직경 방향의 길이 A는, 장착나사부(52)의 유효 직경(R1)과 직경 축소 내면 (523a)의 후단(P1)의 내경 R2의 차이의 2분의 1로 나타낼 수 있다. 즉, 길이 A(도 2)는 A=(R1-R2)/2로 나타낼 수 있다. 길이 A를 나사부 두께(A)라고도 부른다.

또, 선반부(523)의 직경 방향의 길이 B는, 직경 축소 내면(523a)의 후단(P1)의 내경 R2과 직경 축소 내면(523a)의 선단(P2)의 내경 R3의 차이의 2분의 1로 나타낼 수 있다. 즉, 길이 B(도 2)는 B=(R2-R3)/2로 나타낼 수 있다. 길이 B를 선반 두께(B)라고도 부른다.

도 2의 단면에 있어서, 선반부(523)의 직경 축소 내면(523a)과 축선(CO, 도 1)에 수직인 가상적인 평면(TF)이 이루는 예각을 제 1 예각(θ1)으로 한다.

절연 애자(10)의 선단측 몸통부(17)의 외경 R4는 금속 쉘(50)의 대향하는 내경 R2의 내주면과의 사이에 소정의 클리어런스(CL1, 예를 들면, 0.05㎜∼0.45㎜)가 확보되도록, 내경 R2보다 (2×CL1)만큼 짧다[R4=R2-(2×CL1)]. 또, 선단측 몸통부 (17) 및 긴 다리부(13) 내의 관통 구멍(12)을 형성하는 내주면(13a)의 내경 R6은 관통 구멍(12)에 삽입되는 중심전극(20)의 다리부(25, 도 2에서는 도시생략)의 외경에 따라서 결정되어 있다. 예를 들면, 내경 R6은 1.5㎜∼1.8㎜의 범위 내인 것이 바람직하다. 선단측 몸통부(17)의 직경 방향의 길이 C[절연 애자(10)의 해당 부분의 두께]는, 외경 R4과 내경 R6의 차이의 2분의 1로 나타낼 수 있다. 즉, 길이 C (도 2)는 C=(R4-R6)/2로 나타낼 수 있다.

절연 애자(10)의 긴 다리부(13)에 있어서의, 금속 쉘(50)의 선반부(523)와 대향하는 부분의 외경 R5는, 금속 쉘(50)의 선반부(523)와의 사이에 소정의 클리어런스(CL2, 예를 들면, 0.15㎜∼0.6㎜)가 확보되도록 선반부(523)의 내경 R3보다 (2×CL2)만큼 짧다[R5=R3-(2×CL2)]. 긴 다리부(13)에 있어서의, 금속 쉘(50)의 선반부(523)와 대향하는 부분의 직경 방향의 길이 D[절연 애자(10)의 해당 부분의 두께]는, 외경 R5와 내경 R6의 차이의 2분의 1로 나타낼 수 있다. 즉, 길이 D(도 2)는, D=(R5-R6)/2로 나타낼 수 있다. 길이 C 및 길이 D를 절연 두께(C, D)라고도 부른다. 절연 두께(C, D)가 클수록 스파크 플러그(100)의 내전압성이 향상된다.

절연 애자(10)의 단차부(15)는, 후단측에서 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 직경 축소 외면(15a)을 외주면에 가지고 있다. 도 2의 단면에 있어서, 단차부 (15)의 직경 축소 외면(15a)과 축선(CO, 도 1)에 수직인 가상적인 평면(TF)이 이루는 예각을, 제 2 예각(θ2)으로 한다. 도 2의 단면에 있어서 직경 축소 외면(15a)의 선단 부근과 후단 부근은 곡선으로 되어 있지만, 선단의 곡선과 후단의 곡선 사이의 중앙부는 직선으로 되어 있다. 제 2 예각(θ2)은 중앙부의 직선 부분에 의거하여 결정된다.

선반부(523)의 직경 축소 내면(523a)과 절연 애자(10)의 단차부(15)의 직경 축소 외면(15a)의 사이에 끼워진 환 형상의 판 패킹(8)은 상기한 바와 같이, 클림핑 하중에 대응한 밀봉 하중에 의해서, 축선 방향으로 압축된다. 판 패킹(8)은 밀봉 하중에 의해서 직경 축소 내면(523a)을 따라서 압축 변형한다. 도 2의 단면에 있어서의 직경 축소 내면(523a)을 따른 방향의 폭(PW)은, 예를 들면, 도 2의 단면에 있어서의 직경 축소 내면(523a)의 선 길이의 100％ 정도이며, 예를 들면, 0.38㎜∼0.86㎜의 범위인 것이 바람직하다.

A-3: 제 1 평가시험:

제 1 평가시험에서는, 장착나사부(52)의 공칭 직경이 10㎜인 11종류의 스파크 플러그(100)의 샘플을 이용했다. 이들 11종류의 샘플에서는, 상기한 나사부 두께(A)와 선반 두께(B)가 서로 다른 금속 쉘(50)을 이용하여 작성되어 있다.

제 1 평가시험에서는, 클림핑 시험과 내전압시험을 실시했다. 클림핑 시험에서는, 34kN(킬로뉴턴)의 클림핑 하중을 이용하여 금속 쉘(50)의 클림핑을 실시했다. 그리고 절연 애자(10)의 단차부(15)가, 금속 쉘(50)의 선반부(523)보다 선단측으로 미끄러지는 문제점[이하, 슬리핑(slipping)이라고도 부른다]의 유무와, 금속 쉘(50)의 장착나사부(52)의 나사산(521)이 변형하는 문제점(이하, 나사 신장이라고도 부른다)의 유무를 검사했다. 슬리핑의 유무는 육안에 의해서 확인할 수 있고, 나사 신장의 유무는 나사 게이지를 이용하여 확인할 수 있다. 나사 신장과 슬리핑의 어느 것도 발생하고 있지 않은 샘플의 평가를 「○」로 하고, 나사 신장과 슬리핑의 어느 하나가 발생하고 있는 샘플의 평가를 「×」로 했다.

내전압시험에서는, 접지전극(30)의 전극 팁(33)과 중심전극(20)의 전극 팁 (29)의 사이에서 방전이 일어나지 않도록 접지전극(30)을 중심전극(20)의 선단측으로 구부리기 전의 샘플을 이용했다. 또한, 이 샘플에 있어서, 판 패킹(8)보다 선단측의, 금속 쉘(50)과 절연 애자(10) 사이의 공간(GV)에 절연액을 주입하는 것에 의해, 중심전극(20)과 접지전극(30)의 사이에서 방전이 일어나지 않도록 했다. 그리고 샘플의 금속단자(40)와 금속 쉘(50)의 사이에 전압을 인가하고, 절연체의 관통(절연 파괴)이 발생할 때까지, 인가하는 전압을 상승시켰다. 절연체의 관통이 발생한 전압(관통 전압이라고 부른다)이, 25kV(킬로볼트) 이상인 샘플의 평가를 「○」로 하고, 관통 전압이 25kV 미만인 샘플의 평가를 「×」로 했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서의 나사부 두께(A), 선반 두께(B)의 단위는 밀리미터(㎜)이다.

표 1에 나타내는 시험 결과로부터, 선반 두께(B)가 0.25㎜ 이상인 샘플(1-2)∼(1-11)에서는, 슬리핑이 발생하고 있지 않고, 선반 두께(B)가 0.25㎜ 미만인 샘플(1-1)에서는, 슬리핑이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 선반 두께(B)가 0.25㎜ 미만인 경우에는, 금속 쉘(50)의 직경 축소 내면(523a)의 면적이 과도하게 작아져, 절연 애자(10)의 직경 축소 외면(15a)을 지지할 수 없다고 생각할 수 있다. 금속 쉘(50)의 직경 축소 내면(523a)이 절연 애자(10)의 직경 축소 외면(15a)을 지지할 수 없으면, 절연 애자(10)의 직경 축소 외면(15a)과 금속 쉘(50)의 직경 축소 내면 (523a)의 사이를 적절하게 밀봉할 수 없어 기밀성이 저하된다. 따라서, 시험 결과로부터 선반 두께(B)는 0.25 이상 확보하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 선반 두께(B)에 대한 나사부 두께(A)의 비율(A/B)이 3.1 이상인 샘플 (1-1)∼(1-5), (1-7), (1-9)∼(1-11)에서는, 나사 신장이 발생하고 있지 않고, 비율(A/B)이 3.1 미만인 샘플 (1-6), (1-8)에서는, 나사 신장이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이 이유는, 이하와 같이 추정된다.

도 3은 장착나사부(52)의 선반부(523)와 절연 애자(10)의 단차부(15)를 포함하는 부분에 부하되는 응력을 설명하는 도면이다. 클림핑 하중에 의해서, 선반부 (523)에는, 도 3에 흰 화살표(AR1, AR2)로 나타내는 바와 같이, 선단측으로 향하는 응력이 걸린다. 선반 두께(B)가 클수록, 이 응력에 의거하여 장착나사부(52)를 직경 방향으로 구부리려고 하는 휨 모멘트가 커진다. 또, 나사부 두께(A)가 클수록, 휨 모멘트에 대한 장착나사부(52)의 강도가 커진다. 따라서, 비율(A/B)이 3.1㎜ 미만인 경우에는, 휨 모멘트에 대해서 장착나사부(52)의 강도가 부족하므로, 예를 들면, 장착나사부(52)가 변형하는 문제점, 구체적으로는, 나사 신장이 발생한다고 생각할 수 있다. 환언하면, 장착나사부(52)의 강도가 부족하기 때문에, 필요한 클림핑 하중을 걸 수 없으며, 기밀성을 확보하기 위해서 필요한 면압을 확보할 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 비율(A/B)은 3.1㎜ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 나사부 두께(A)와 선반 두께(B)의 합(A＋B)이 2.0㎜ 이하인 샘플 (1-1)∼(1-10)에서는, 내전압시험의 평가가 「○」이며, (A＋B)가 2.0㎜를 초과하고 있는 샘플 (1-11)에서는, 내전압시험의 평가가 「×」이다. 이 이유는, 이하와 같이 추정된다.

예를 들면, 장착나사부(52)의 공칭 직경이 고정값(예를 들면, 10㎜)이라고 하면, A 및 (A＋B)가 클수록 금속 쉘(50)의 선반부(523)의 내경 R3이 작아진다. 그렇다면, 절연 애자(10)의 절연 두께(C, D, 도 2)가 작아진다. 이 결과, 절연 애자 (10)의 절연 두께(C, D)를 확보할 수 없어 내전압성이 저하될 가능성이 있다. 따라서, (A＋B)가 2.0㎜를 초과하고 있는 경우에는, A 및 (A＋B)가 과도하게 커지므로, 절연 두께(C, D)가 과도하게 작아져, 내전압성이 저하된다고 생각할 수 있다. 따라서, (A＋B)는 2.0㎜ 미만인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또, (A＋B)가 과도하게 큰 경우에는, 비율(A/B)이 3.1㎜ 이상이었다고 해도, 선반 두께(B)가 커질 수 있으므로, 직경 축소 내면(523a)의 면적이 커질 가능성이 있다. 이 결과, 직경 축소 내면(523a)의 면적이 너무 커져서 직경 축소 내면(523a)과 판 패킹(8) 사이의 필요한 밀봉 압력(단위면적당의 하중)을 확보하기 위해, 클림핑 하중을 크게 할 필요가 발생할 수 있다. 이 관점으로부터도 (A＋B)는 비교적 작은 것이 바람직하다.

이와 같이, 제 1 평가시험의 시험 결과(표 1)로부터, 나사부 두께(A)와 선반 두께(B)는, (A/B)≥3.1, 또한, B≥0.25, 또한, (A＋B)≤2.0을 만족하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 스파크 플러그(100)에 있어서, 내전압성과 기밀성을 양립할 수 있다.

또한, 본 평가시험의 시험 결과의 샘플 사이의 차이는, 상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 주로, 나사부 두께(A)와 선반 두께(B)의 차이에 의해서 발생하는 것으로 추정된다. 따라서, 나사부 두께(A)와 선반 두께(B)의 상기의 바람직한 범위는, 나사부 두께(A)와 선반 두께(B) 이외의 구성에 관계없이 적용 가능한 것으로 추정된다.

A-4: 제 2 평가시험:

제 2 평가시험에서는, 제 1 평가시험에서 명백하게 된 바람직한 범위를 만족하는 6종류의 샘플을 준비하여 제 1 평가시험보다 더 엄격한 조건으로 클림핑 시험과 내전압시험을 실시했다. 즉, 제 2 평가시험에서는, 장착나사부(52)의 공칭 직경이 10㎜인 6종류의 스파크 플러그(100)의 샘플을 이용했다. 이들 6종류의 샘플에서는, 상기한 나사부 두께(A)와 선반 두께(B)가 서로 다른 금속 쉘(50)을 이용하여 작성되어 있다.

제 2 평가시험의 클림핑 시험에서는, 36kN의 클림핑 하중을 이용하여 각 샘플의 금속 쉘(50)의 클림핑을 실시했다. 평가의 수법은 제 1 평가시험의 클림핑 시험과 마찬가지이다.

제 2 평가시험의 내전압시험에서는, 제 1 평가시험의 내전압시험과 마찬가지의 시험을 실시했다. 제 2 평가시험에서는, 관통 전압이 30kV(킬로볼트) 이상인 샘플의 평가를 「○」로 하고, 관통 전압이 30kV 미만인 샘플의 평가를 「×」로 했다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 있어서의 나사부 두께(A), 선반 두께(B)의 단위는 밀리미터(㎜)이다.

표 2에 나타내는 시험 결과로부터, 나사부 두께(A)가 1.23㎜ 이상인 샘플 (2-2)∼(2-6)에서는, 나사 신장이 발생하고 있지 않고, 나사부 두께(A)가 1.23㎜ 미만인 샘플 (2-1)에서는, 나사 신장이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 나사부 두께(A)가 1.23㎜ 미만인 경우에는, 제 2 평가시험의 클림핑 하중의 경우에는, 나사부 두께(A)가 작기 때문에, 휨 모멘트에 대해서 장착나사부(52)의 강도가 부족하므로, 나사 신장이 발생하는 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 시험 결과로부터 나사부 두께(A)는 1.23㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 나사부 두께(A)가 1.54㎜ 이하인 샘플 (2-1)∼(2-5)에서는, 내전압시험의 평가가 「○」이며, 나사부 두께(A)가 1.54㎜를 초과하고 있는 샘플 (2-6)에서는, 내전압시험의 평가가 「×」인 것을 알 수 있다. 이것은, 나사부 두께(A)가 1.54㎜를 초과하고 있는 경우에는, 절연 두께(C, D, 도 2)를 확보할 수 없어 내전압성이 저하되기 때문이라고 생각할 수 있다. 따라서, 나사부 두께(A)가 1.54㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

표 2에 나타내는 시험 결과로부터, 나사부 두께(A)가 1.23㎜ 이상, 또한, 1.54㎜ 이하이면, 선반 두께(B)가 0.30 이상 0.45㎜ 이하의 어느 값이라도 좋은 것을 알 수 있다. 따라서, 제 2 시험에 있어서의 평가 결과의 차이는, 주로 나사부 두께(A)에 기인한다고 생각할 수 있다.

여기서, 제 1 평가시험에 있어서, (A/B)≥3.1, 또한, B≥0.25, 또한, (A＋B)≤2.0인 것이 바람직한 것이 명백하게 되어 있지만, 이 3개의 부등식을 B에 대해 풀면, 0.25≤B≤약 0.48인 것을 알 수 있다. 이 부등식과 표 2에 나타내는 시험 결과로부터, 선반 두께(B)의 범위는, 적어도 0.25≤B≤0.45의 범위 내에 있으면 좋다고 생각할 수 있다.

이와 같이, 제 2 평가시험의 시험 결과(표 2)로부터, 나사부 두께(A)와 선반 두께(B)는, 1.23㎜≤A≤1.54㎜, 또한, 0.25≤B≤0.45를 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 하면, 스파크 플러그(100)에 있어서, 내전압성과 기밀성을 더욱 높은 레벨로 양립할 수 있다. 즉, 길이 A와 길이 B를, 더욱 적정화함으로써, 절연체의 관통이나 나사부의 변형을 일으키는 일없이, 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

예를 들면, 장착나사부(52)의 공칭 직경이 10㎜[유효 직경(R1)=9.268㎜]의 스파크 플러그(100)에 있어서, 나사부 두께(A)=1.41㎜, 선반 두께(B)=0.43㎜로 하는 것이 특히 바람직하다. 이렇게 하면, 절연 애자(10)의 선단측 몸통부(17)의 외경 R4(도 2)는 6.25㎜가 되고, 직경 축소 내면(523a)의 선단(P2)의 내경[선반부 (523)의 내측면(523b)의 내경] R3(도 2)은 5.6㎜가 된다. 이렇게 하면, 스파크 플러그(100)의 기밀성과 내전압성을 충분히 양립할 수 있다.

A-5: 제 3 평가시험:

제 3 평가시험에서는, 제 2 평가시험에서 명백하게 된 것보다 바람직한 범위를 만족하는 5종류의 샘플을 준비하여 제 2 평가시험보다 더 엄격한 조건으로 클림핑 시험을 실시했다. 즉, 제 3 평가시험에서는, 장착나사부(52)의 공칭 직경이 10㎜, 또한, 나사부 두께(A)=1.38㎜, 또한, 선반 두께(B)=0.35㎜의 5종류의 스파크 플러그(100)의 샘플을 이용했다. 이들 5종류의 샘플에서는, 상기한 제 2 예각(θ2)을 30도에 고정하고, 제 1 예각(θ1)을 서로 다른 각도로 작성하고 있다.

또한, 제 1 예각(θ1)은, 제 2 예각(θ2)보다 큰 각도로 설정하고 있다(θ1＞θ2). 여기서, θ1＞θ2로 하는 것이, θ1≤θ2로 하는 것보다도 바람직한 것은, 시험을 실시할 필요도 없이, 명백하다. 이하에 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, θ1≤θ2이면, 선반부(523)의 직경 축소 내면 (523a)과 절연 애자(10)의 직경 축소 외면(15a) 사이의 간격이, 직경 방향의 내측으로 향하여 좁아진다. 이 결과, 판 패킹(8)의 직경 방향 외측 부분의 압축력[도 3의 화살표(AR3, AR5)]보다 판 패킹(8)의 직경 방향 내측 부분의 압축력[도 3의 화살표(AR4, AR6) 참조]이 커진다. 따라서, 판 패킹(8)이 변형하여 직경 방향 내측으로 돌출하여[도 3의 파선(TP) 참조], 절연 애자(10)를 손상시킬 가능성이 있다. 또, 직경 축소 내면(523a)에 걸리는 응력[도 3의 화살표(AR1, AR2)]에 대해서도 마찬가지인 것을 말할 수 있다. 즉, 직경 축소 내면(523a)의 직경 방향 외측 부분에 걸리는 응력[도 3의 화살표(AR1)]보다, 직경 축소 내면(523a)의 직경 방향 내측 부분에 걸리는 응력[도 3의 화살표(AR2)]이 커진다. 이 결과, 선반부(523)가 직경 방향의 내측으로 돌출되도록 변형하여[도 3의 파선(BP) 참조], 절연 애자(10)를 손상시킬 가능성이 있다. 이로 인해, 제 1 예각(θ1)은, 제 2 예각(θ2)보다 큰 각도로 설정되는 것이 바람직하다(θ1＞θ2).

제 3 평가시험의 클림핑 시험에서는, 38kN의 클림핑 하중을 이용하여 각 샘플의 금속 쉘(50)의 클림핑을 실시했다. 그리고 클림핑 후의 샘플의 나사 신장의 유무와 절연 애자(10)의 균열의 유무를 평가했다. 나사 신장의 유무는, 나사 게이지를 이용하여 확인된다. 절연 애자(10)의 균열의 유무는, 레드 체크액을 절연 애자(10)에 도포하여 균열을 가시화한 후에, 육안으로 확인된다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3의 「○」은 나사 신장 또는 절연 애자(10)의 균열이 없는 것을 나타내고, 「×」는 나사 신장 또는 절연 애자(10)의 균열이 있는 것을 나타낸다.

표 3에 나타내는 시험 결과에서는, 제 1 예각(θ1)이 35도 이상인 샘플 (3-2)∼(3-5)에서는, 절연 애자(10)의 균열이 발생하고 있지 않고, 제 1 예각(θ1)이 35도 미만인 샘플 (3-1)에서는, 절연체의 균열이 발생하고 있다. 또, 제 1 예각(θ1)이 50도 이하인 샘플 (3-1)∼(3-4)에서는, 나사 신장이 발생하고 있지 않고, 제 1 예각(θ1)이 50도를 초과하고 있는 샘플 (3-5)에서는, 나사 신장이 발생하고 있다. 이 이유는, 이하와 같이 추정된다.

클림핑 하중에 의거하여 선반부(523)에 걸리는 응력은, 축선 방향으로 평행한 성분[도 3의 화살표(AR1, AR2)]과 축선과 수직인 성분[도 3의 화살표(AR7)]으로 분해할 수 있다. 제 1 예각(θ1)이 작을수록, 축선 방향에 평행한 성분이 커지고, 제 1 예각(θ1)이 클수록, 축선과 수직인 성분이 커진다.

제 1 예각(θ1)이 35도 미만이면, 축선과 평행인 성분[도 3의 화살표(AR1, AR2)]이 너무 커진다. 이 결과, 선반부(523)가 직경 방향의 내측으로 돌출되도록 변형하여[도 3의 파선(BP) 참조] 절연 애자(10)를 손상시킨다고 생각할 수 있다. 따라서, 제 1 예각(θ1)이 35도 미만이면, 절연 애자(10)의 균열이 발생했다고 생각할 수 있다.

제 2 예각(θ2)이 50도를 초과하면, 축선과 수직인 성분[도 3의 화살표 (AR7)]이 너무 커진다. 이 결과, 장착나사부(52)를 구부리는 힘이 커져, 장착나사부(52)가 변형한다고 생각할 수 있다. 따라서, 제 1 예각(θ1)이 50도를 초과하면, 장착나사부(52)가 변형하여 나사 신장이 발생했다고 생각할 수 있다.

따라서, 제 1 예각(θ1)은 제 2 예각(θ2)보다 크고, 또한, 35도 이상 50도 이하의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 하면, 스파크 플러그(100)에 있어서, 내전압성과 기밀성을 더욱 높은 레벨로 양립할 수 있다. 즉, 제 1 예각(θ1)을 더욱 적정화함으로써, 절연체의 관통이나 나사부의 변형을 일으키는 일없이, 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

A-6: 제 4 평가시험:

제 4 평가시험에서는, 제 3 평가시험에서 명백하게 된 것보다 바람직한 범위를 만족하는 7종류의 샘플을 준비하여 제 3 평가시험보다 더 엄격한 조건으로 클림핑 시험을 실시했다. 구체적으로는, 제 4 평가시험에서는, 장착나사부(52)의 공칭 직경이 10㎜, 또한, 나사부 두께(A)=1.38㎜, 또한, 선반 두께(B)=0.35㎜, 또한, 제 1 예각(θ1)=35도, 제 2 예각(θ2)=30도의 스파크 플러그(100)의 샘플을 이용했다. 금속 쉘(50)의 재질과 판 패킹(8)의 재질을 변경하는 것에 의해, 선반부(523)의 경도 E와 판 패킹(8)의 경도 F가 서로 다른 7종류의 샘플을 작성했다. 금속 쉘(50)의 재질은 저탄소강이며, 탄소량이나 열처리의 조건을 변경함으로써, 경도를 변경할 수 있다. 판 패킹(8)의 재질은 구리나 알루미늄을 주된 성분으로 하는 합금이며, 첨가원소의 첨가량이나 열처리의 조건을 변경함으로써, 경도를 변경할 수 있다.

제 4 평가시험의 클림핑 시험에서는, 40kN의 클림핑 하중을 이용하여 각 샘플의 금속 쉘(50)의 클림핑을 실시했다. 그리고 클림핑 후의 샘플의 나사 신장의 유무와 절연 애자(10)의 균열의 유무를, 제 3 평가시험과 같은 수법으로 평가했다. 평가 결과를 표 4에 나타낸다. 표 4의 「○」은 나사 신장 또는 균열이 없는 것을 나타내고, 「×」는 나사 신장 또는 균열이 있는 것을 나타낸다.

또한, 각 샘플을 축선(CO)을 포함하는 평면에서 절단하여 얻어지는 단면에 있어서, JIS　Z2244에 규정에 따른 측정 하중 1.961N의 비커스 경도 시험에 의해서, 비커스 경도(Hv)를 측정했다. 판 패킹(8)은 단면에 있어서의 대략 중심점을 1개소 측정했다. 금속 쉘(50)의 선반부(523)는 단면에 있어서의 직경 축소 내면 (523a)에서 0.1㎜ 떨어진 점을, 대략 등간격으로 3개소 측정했다. 측정수는 1종류의 샘플당 5개이다. 각각의 측정값의 평균값을 각 샘플의 경도 E, F로 했다. 평가 결과를 이하의 표 4에 나타낸다.

표 4에 나타내는 시험 결과에서는, 선반부(523)의 경도 E와 판 패킹(8)의 경도 F의 차분(E-F)이 15Hv 이상인 샘플 (4-2)∼(4-7)에서는, 나사 신장이 발생하고 있지 않고, 차분(E-F)이 15Hv 미만인 샘플 (4-1)에서는, 나사 신장이 발생하고 있다. 또, 차분(E-F)이 46Hv 이하인 샘플 (4-1)∼(4-6)에서는, 절연 애자(10)의 균열이 발생하고 있지 않고, 차분(E-F)이 46Hv를 초과하고 있는 샘플 (4-7)에서는, 절연 애자(10)의 균열이 발생하고 있다. 이 이유는, 이하와 같이 추정된다.

차분(E-F)이 46Hv를 초과하고 있는 경우, 즉, 선반부(523)에 대해서 판 패킹 (8)이 과도하게 부드러운 경우에는, 판 패킹(8)의 변형량이 과대하게 되어 변형한 판 패킹(8)이 절연 애자(10)측으로 돌출된다[도 3의 파선(TP)참조]. 이 결과, 돌출된 판 패킹(8)이 절연 애자(10)에 접촉하여 절연 애자(10)의 균열을 일으킨다고 생각할 수 있다. 차분(E-F)이 15Hv 미만인 경우에는, 즉, 선반부(523)에 대해서 판 패킹(8)이 과도하게 딱딱한 경우에는, 판 패킹(8)의 변형량이 부족하여 선반부 (523)의 직경 축소 내면(523a)에 과대한 하중이 걸리고, 장착나사부(52)가 변형하여 나사 신장이 발생한다고 생각할 수 있다.

이와 같이, 제 4 평가시험의 시험 결과(표 4)로부터, 경도 E와 경도 F의 차분(E-F)이, 15Hv≤(E-F)≤46Hv를 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 하면, 스파크 플러그(100)에 있어서, 내전압성과 기밀성을 더욱 높은 레벨로 양립할 수 있다. 즉, 선반부(523)의 경도 E나, 판 패킹(8)의 경도 F를 더욱 적정화함으로써하는 것에 의해서, 절연체의 균열이나 나사부의 변형을 일으키는 일 없이, 스파크 플러그의 기밀성과 내전압성을 한층 더 향상 할 수 있다.

B. 변형예:

(1) 상기 실시형태에 있어서, 선반부(523)의 내측면(523b)은 축선(CO)과 평행이지만, 선반부(523)는 예를 들면, 선반부(523)의 직경 확대 내면(523c)와 같이, 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 커져 있어도 좋다. 이 경우라도, 선반부 (523)의 선반 두께(B)는, 직경 축소 내면(523a)의 선단(P2)의 내경 R3을 이용하여 결정된다. 마찬가지로, 장착나사부(52)의 선반부(523)보다 후단측의 내주면은, 축선(CO)과 평행이지만, 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 커져 있어도 좋다. 이 경우라도, 장착나사부(52)의 나사부 두께(A)나, 선반부(523)의 선반 두께(B)는, 직경 축소 내면(523a)의 후단(P1)의 내경 R2를 이용하여 결정된다.

(2) 도 2의 단면에 있어서, 직경 축소 내면(523a)은 전체 길이에 걸쳐서 직선 형상으로 되어 있지만, 직경 축소 외면(15a)과 마찬가지로, 직경 축소 내면 (523a)의 선단 부근과 후단 부근은, 곡선으로 되어 있어도 좋다. 이 경우에는, 선반부(523)의 직경 축소 내면(523a)과 축선(CO)에 수직인 평면(TF)이 이루는 제 1 예각(θ1)은, 선단의 곡선과 후단의 곡선 사이의 중앙부의 직선 부분에 의거하여 결정된다.

(3) 실시형태의 스파크 플러그(100)의 기밀성 및 내전압성의 향상은, 금속 쉘(50)의 선반부(523) 및 그 근방의 구성요소[판 패킹(8)이나 절연 애자(10)]에 관한 파라미터인 나사부 두께(A), 선반 두께(B), 제 1 예각(θ1), 제 2 예각(θ2), 비커스 경도 E, F에 의해 초래된다고 생각할 수 있다. 따라서, 이들의 파라미터 이외의 요소, 예를 들면, 금속 쉘(50)의 재질, 판 패킹(8)의 재질 등은 여러 가지로 변경 가능하다. 예를 들면, 금속 쉘(50)의 재질은 니켈 도금된 저탄소강이라도 좋고, 니켈 도금이 되어 있지 않은 저탄소강이라도 좋다. 또, 판 패킹(8)의 재질은 예를 들면, 구리, 알루미늄, 철, 아연이나, 이들을 주된 성분으로 하는 각종의 합금이 채용될 수 있다.

(4) 상기 실시형태에서는, 스파크 플러그의 구성의 일례를 들어 설명했다. 그러나, 상기 실시형태에 있어서의 형태는 어디까지나 일례이며, 스파크 플러그의 용도나, 필요하게 되는 성능에 따라서 여러 가지 변형 가능하다. 예를 들면, 축선 방향으로 방전하는 세로 방전형의 스파크 플러그에 대신하여 축선 방향과 수직인 방향으로 방전하는 가로 방전형의 스파크 플러그로서 구성되어도 좋다.

이상, 실시형태, 변형예에 의거하여 본 발명에 대해서 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지 및 특허청구범위를 일탈하는 일없이, 변경, 개량될 수 있음과 아울러, 본 발명에는 그 등가물이 포함된다.

5: 개스킷 6: 링 부재
8: 판 패킹 9: 탈크
10: 절연 애자 12: 관통 구멍
13: 긴 다리부 15: 단차부
15a: 직경 축소 외면 16: 단차부
17: 선단측 몸통부 18: 후단측 몸통부
19: 플랜지부 20: 중심전극
21: 전극 모재 22: 코어재
23: 머리부 24: 플랜지부
25: 다리부 29: 전극 팁
30: 접지전극 31: 모재 선단부
32: 모재 기단부 33: 전극 팁
40: 금속단자 41: 캡 장착부
42: 플랜지부 43: 다리부
50: 금속 쉘 51: 공구 걸어맞춤부
52: 장착나사부 53: 클림핑부
54: 시트부 58: 압축변형부
59: 관통 구멍 60: 도전성 실
70: 저항체 80: 도전성 실
100: 스파크 플러그 521: 나사산
523: 선반부 523a: 직경 축소 내면
523b: 내측면 523c: 직경 확대 내면

Claims

축선의 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지는 통 형상체이며, 후단측에서 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 직경 축소 외면을 외주면에 가지는 절연체와,
상기 축선의 방향으로 연장되어 상기 절연체가 삽입되는 관통 구멍을 가지는 통 형상체이며, 장착용의 나사산을 외주면에 가지고 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 작아지는 직경 축소 내면을 내주면에 가지는 나사부를 가지는 금속 쉘과,
환 형상의 패킹을 구비하며,
상기 절연체의 상기 직경 축소 외면과 상기 금속 쉘의 상기 직경 축소 내면의 사이는, 상기 패킹을 사이에 두고 밀봉되어 있는 스파크 플러그로서,
상기 나사부의 공칭 직경은, 10㎜ 이하이며,
상기 축선을 포함하는 적어도 1개의 단면에 있어서,
(상기 나사부의 유효 직경과 상기 직경 축소 내면의 후단 내경의 차이)/2를 길이 A(㎜)로 하고, (상기 직경 축소 내면의 후단 내경과 상기 직경 축소 내면의 선단 내경의 차이)/2를 길이 B(㎜)로 했을 때,
(A/B)≥3.1, 또한, B≥0.25, 또한, (A＋B)≤2.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1에 있어서,
상기 길이 A는 1.23≤A≤1.54를 만족하며,
상기 길이 B는 0.25≤B≤0.45를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 금속 쉘의 상기 직경 축소 내면과 상기 축선에 수직인 평면이 이루는 예각은, 35도 이상 또한 50도 이하이며, 상기 절연체의 상기 직경 축소 외면과 상기 축선에 수직인 평면이 이루는 예각보다 큰 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 쉘의 상기 직경 축소 내면이 형성된 부위의 비커스 경도 E(Hv)와, 상기 패킹의 비커스 경도 F(Hv)는, 15≤(E-F)≤46을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.