KR100767937B1 - 세라믹 히터형 글로 플러그 - Google Patents

세라믹 히터형 글로 플러그 Download PDF

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Abstract

금속제 외통(8)내에 고정된 세라믹 히터(4)의 후단부에 형성되어 있는 소직경부(4b)가 파손하는 것을 방지한다. 세라믹 히터(4)는 선단부의 발열부를 외부에 노출시킨 상태에서 금속제 외통(8)내에 납땜 등에 의해 고정되어 있다. 세라믹 히터(4)의 후단부는 금속제 외통(8)의 내부에 위치하고 있고, 이 후단부에 소직경부(4b)가 형성되어 있다. 세라믹 히터(4)의 후단 소직경부(4b)가 발열체의 양극을 외부로 취출하는 전극 취출 부재[전극 취출선(10)]에 접속되어 있다. 금속제 외통(8)내의 세라믹 히터(4)와 전극 취출선(10)의 접속부의 주위에 무기 절연체의 과립체 분말(예컨대, 알루미나)(18)이 충전되고, 또한 그 외부측에 산화마그네슘(20)이 봉입되어 있다. 그 후, 스웨징을 실행하여, 산화마그네슘(20)을 고밀도화하여 전극 취출선(10) 및 전극 취출 로드(12)를 금속제 외통(8)내에 고정한다.

Description

세라믹 히터형 글로 플러그{CERAMIC HEATER-TYPE GLOW PLUG}
본 발명은, 디젤 엔진의 시동 보조용으로서 사용되는 세라믹 히터형 글로 플러그(glow plug)에 관한 것으로, 특히 세라믹 히터를 유지하는 금속제 외통의 내부에 밀봉 재료로서 마그네시아(magnesia) 등의 절연체를 봉입한 세라믹 히터형 글로 플러그에 관한 것이다.
디젤 엔진의 시동 보조용으로서 사용되는 세라믹 히터형 글로 플러그는 일반적으로 세라믹 히터의 선단부의 발열부를 외부로 돌출시킨 상태에서 후방부측을 금속제 외통내에 유지시키고, 또한 이 금속제 외통의 후단부를, 엔진의 실린더헤드로의 장착 금구(金具)인 원통형 하우징의 전단부내에 삽입하여 고정하고, 상기 세라믹 히터의 한쪽의 전극(음극)을 히터 본체의 외면으로 취출하여 상기 금속제 외통의 내면에 전기적으로 접속하는 동시에, 다른쪽의 전극(양극)을 후단부측으로부터 전극 취출 금구를 거쳐서 외부로 취출하여, 상기 하우징의 후단부측에 절연 부재를 거쳐서 고정한 외부 접속 단자에 전기적으로 접속한 구성을 갖고 있다.
상기와 같은 세라믹 히터형 글로 플러그에 있어서, 세라믹 히터의 양극측과 전극 취출 금구를 접속하기 위해서, 세라믹 히터의 후단부를 연삭하여 소직경부(小直徑部)를 형성한 것이 제안되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
그런데, 최근 배기 가스의 규제에 대응하기 위해서, 디젤 엔진의 연소 방식이 부연소실을 갖는 타입으로부터 직접 분사형, 이른바 직분형(直噴型)으로 이행하고, 또한 다중 밸브화가 실행되어 오고 있다. 이러한 직접 분사형의 디젤 엔진에 사용하는 글로 플러그는 실린더헤드의 벽면을 통해서 주연소실에 이르기 때문에, 부연소실을 예열하는 타입에 비하여 전장을 길게 하고, 더구나 가는 직경으로 하는 것이 필요하다.
또한, 실린더헤드의 강도를 확보하기 위해서 실린더헤드의 두께를 크게 할 필요가 있고, 그 때문에 글로 플러그를 장착하는 삽입 구멍이 매우 가늘고, 더구나 길어지고 있어, 그것에 맞추어 글로 플러그도 매우 가늘고 길게 형성할 필요가 있다.
전술한 바와 같은 글로 플러그의 장척화(長尺化)의 요구에 대응하는 동시에, 세라믹 히터의 전장을 단축하여 비용 절감을 도모하기 위해서, 세라믹 히터를, 그 발열체가 매설되어 있는 선단 발열부를 외부로 돌출시키도록 하여 금속제 외통의 일단부측에 고정하는 동시에, 전극 취출 금구가 접속되어 있는 후단부측은 금속제 외통의 내부에 위치하도록 한 구조의 글로 플러그가 이미 공지되어 있다.
금속제 외통의 내부에서, 세라믹 히터의 후단부에 노출된 양극과 전극 취출 금구를 접속한 구성의 글로 플러그에서는, 금속제 외통의 내부에 마그네시아(MgO) 등의 내열 절연분체(絶緣粉體)를 봉입하고, 스웨징(swaging) 등에 의해 상기 내열 절연분체를 고밀도화함으로써 전극 취출 금구를 견고하게 고정하고 있다.
이렇게 금속제 외통의 내부에서 세라믹 히터의 양극과 전극 취출 금구를 접속하는 구성에서는, 세라믹 히터의 후단부의 직경을 보다 작게 할 필요가 있어, 그 파손에 대한 충분한 배려가 필요하게 된다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제 1998-332149 호 공보(제 4 ~ 5쪽, 도 1)
발명의 요약
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그런데, 금속제 외통내에 봉입한 마그네시아 등의 내열 절연분체는 비교적 강성이 높은 다결정체이며, 금속제 외통의 변형 등이 발생했을 경우에는, 이 마그네시아를 거쳐서 세라믹 히터의 소직경부에 힘이 작용하여, 이 소직경부를 파손할 우려가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 세라믹 히터의 선단부측에 굽힘 응력이 작용하거나, 금속제 외통이 변형했을 경우에도, 세라믹 히터가 파손할 우려가 없는 세라믹 히터형 글로 플러그를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명은, 세라믹 히터와, 이 세라믹 히터가 일단부에 유지되는 동시에, 타단부가 하우징의 내부 구멍에 고정된 금속제 외통과, 이 금속제 외통내에서 상기 세라믹 히터의 한쪽의 전극에 접속된 전극 취출 부재를 구비하고, 상기 금속제 외통내에 밀봉재로서 절연체를 봉입한 세라믹 히터형 글로 플러그에 있어서, 상기 세 라믹 히터와 전극 취출 부재의 접속부의 주위에 무기 절연체의 과립체 분말을 충전한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 세라믹 히터의 금속제 외통내에 위치하는 단부에 소직경부가 형성되고, 이 소직경부에서 상기 세라믹 히터의 전극과 전극 취출 부재가 접속된 것을 특징으로 하는 것이다.
더욱이, 청구항 3에 기재된 발명은, 상기 과립체 분말은 1차 입자가 5㎛ 이하의 미립 분말로 이루어지는 과립체인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 4에 기재된 발명은, 상기 과립체의 직경이 30㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 금속제 외통내에 봉입된 절연체가 충전된 후 스웨징 가공에 의해 고밀도화된 내열성 절연분체인 것을 특징으로 하는 것이다.
(발명의 효과)
본 발명의 세라믹 히터형 글로 플러그는, 세라믹 히터의 선단부에 굽힘 응력이 작용하거나, 금속제 외통이 변형했을 경우에도, 금속제 외통내에 위치하고 있는 세라믹 히터의 후단부측이 파손할 우려가 없다는 효과가 있다.
도 1은 세라믹 히터형 글로 플러그의 종단면도(실시예 1),
도 2는 상기 세라믹 히터형 글로 플러그의 주요부를 확대하여 도시하는 종단면도.
(부호의 설명)
4 : 세라믹 히터 4b : 세라믹 히터의 소직경부
8 : 금속제 외통 10 : 전극 취출선(전극 취출 부재)
12 : 전극 취출 로드 16 : 하우징
16b : 하우징의 내부 구멍 18 : 과립체 분말
20 : 절연체
금속제 외통내에 위치하고 있는 세라믹 히터의 후단부측의, 전극 취출 부재와의 접속부의 주위에 무기 절연체의 과립체 분말을 충전한다라는 간단한 구성으로, 세라믹 히터의 파손을 방지하는 목적을 달성할 수 있다.
(실시예 1)
이하, 도면에 도시하는 실시예에 의해 본 발명을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진용 글로 플러그[전체를 참조부호(2)로 도시함)의 종단면도, 도 2는 그 주요부의 확대도이다. 이 실시형태의 글로 플러그(2)는 세라믹 히터(4)를 구비한 세라믹 히터형 글로 플러그이다.
이 세라믹 히터(4)는 그 본체부를 구성하는 세라믹 절연체(6)의 내부에 도시하지 않는 발열체가 매설되어 있다. 이 발열체의 음극측은 세라믹 절연체(6)의 외주면으로 취출되고, 이후에 설명하는 시스(sheath)(금속제 외통)(8)의 내면에 납땜 등에 의해 접합되어서 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 상기 발열체의 양극측은 세라믹 히터(4)의 발열체가 매설되어 있는 선단부(4a)와 반대측의 단부(도 1 및 도 2의 좌측 단부에 위치하는 후단부)측으로 신장하고, 이 후단부에 연삭 등에 의해 형성된 소직경부(4b)의 외면으로 노출하여 있다. 세라믹 히터(4)의 후단 소직경부(4b)에는, 전극 취출 부재로서의 전극 취출선(10)의 선단부에 형성된 컵 형상부(10a)가 끼워맞춰지고, 상기 세라믹 히터(4)의 소직경부(4b)의 외면으로 노출하여 있는 발열체의 양극측과 전기적으로 접속되어 있다.
상기 전극 취출선(10)의 후단부(10b)는 코일 형상으로 되어 있고, 이 코일부(10b)내에 도전성 금속의 강체로 이루어지는 전극 취출 로드(12)의 선단부(12a)가 삽입되어서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 이 전극 취출 로드(12)의 후단부(12b)가 외부 접속 단자(14)의 선단부(14a)에 배트 용접 등에 의해 고정되어 있다. 또, 이 실시예에서는, 전극 취출선(10)과 전극 취출 로드(12)에 의해, 전극(양극)을 외부로 취출하도록 하고 있지만, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니고, 세라믹 히터(4)의 양극과 외부 접속 단자(14)를 일체의 와이어에 의해 접속하는 등의 구성이어도 좋다.
상기 구성의 세라믹 히터(4)는 금속제 외통(8)내에 납땜 등에 의해 접합되고, 이 금속제 외통(8)을 거쳐서 엔진의 실린더헤드(도시하지 않음)로의 장착 금구인 원통형의 하우징(16)에 고정되어 있다.
상기 세라믹 히터(4)의 발열체의 양극측에 전기적으로 접속되어 있는 전극 취출선(10) 및 전극 취출 로드(12)는 스웨징 가공에 의해 금속제 외통(8)에 고정되어 있다. 이들 부품을 스웨징에 의해 고정하는 공정에 대해서 설명한다. 우선, 세라믹 히터(4)의 소직경부(4b)가 형성된 후단부측을, 금속제 외통(8)의 선단부(8a)내에 삽입하여 납땜 등에 의해 고정하는 동시에, 금속제 외통(8)의 선단부(8a)내에 위치하고 있는 세라믹 히터(4)의 소직경부(4b)의 주위에 전극 취출선(10)의 선단부에 설치되어 있는 컵부(10a)를 끼워맞추고, 또한 상기 전극 취출선(10)의 후단부에 형성되어 있는 코일 형상부(10b)내에 전극 취출 로드(12)의 선단부(12a)를 삽입한다.
전술한 바와 같이 금속제 외통(12)의 선단부(8a) 부근에 세라믹 히터(4)를 고정하고, 금속제 외통(8)의 내부에서 전극 취출선(10) 및 전극 취출 로드(12)를 연결한 후, 금속제 외통(8)의 후방부측의 개구부(8b)로부터, 우선 무기 절연체의 과립체 분말[도 2중에 참조부호(18)로 도시하는 부분 참조]을 충전한다. 이 과립체(18)는 1차 입자가 5㎛ 이하의 미세 분말로 되어 있고, 그 직경이 30㎛ 내지 200㎛ 정도의 사이즈인 것이 바람직하다. 또한, 과립체 분말(18)의 재질은, 500℃ 정도까지의 내열성을 갖고, 절연성이 우수한 재료이면 좋고, 예컨대 마그네시아, 지르코니아, 질화알루미늄, 질화규소 등이 사용 가능하지만, 이 실시예에서는 절연성, 입수성(入手性)으로부터, 알루미나의 과립체를 사용하고 있다.
금속제 외통(8)내의, 세라믹 히터(4)의 소직경부(4b)의 주위, 즉 소직경부(4b)와 전극 취출선(10)의 컵부(10a)의 접속부의 주위에, 무기 절연체의 과립체 분말(18)을 충전한 후, 금속제 외통(8)내의, 전극 취출선(10)과 전극 취출 로드(12)의 접속부가 수용되어 있는 나머지의 공간내에 내열 절연분체[예컨대, 마그네시아(Mg0) 등](20)를 충전한다. 다음에, 금속제 외통(8)의 개구부(8b)에 고무제(예컨대, 실리콘 고무, 불소 고무 등)의 밀봉 부재(22)를 삽입한다. 이 밀봉 부재(22)를 금속제 외통(8)의 개구부(8b)내에 삽입함으로써, 이후의 공정에서 스웨징을 실행할 때에 상기 내열 절연분체(20)가 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전극 취출 로드(12)가 금속제 외통(8)에 접촉하는 것도 방지할 수 있다.
그 후, 전극 취출용 리드선(10)과 전극 취출 로드(12)의 접속부가 수용되어 있는 금속제 외통(8)의 후방부측을 스웨징 가공함으로써, 금속제 외통(8)의 후방부측의 외경을 축소한다. 이러한 스웨징 가공을 실행함으로써, 내열 절연분체(20)를 고밀도화하여 전극 취출선(10) 및 전극 취출 로드(12)를 금속제 외통(8)내에 고정한다.
상기와 같이 스웨징 가공에 의해 금속제 외통(8)에 고정된 전극 취출 로드(12)의 후단부(12b)에 외부 접속 단자(14)의 선단부(14a)를 배트 용접 등에 의해 고정한다. 그리고, 상기 하우징(16)의 선단부(16a)로부터 내부 구멍(16b)내에 세라믹 히터(4), 금속제 외통(8), 전극 취출선(10), 전극 취출 로드(12) 및 외부 접속 단자(14)가 일체로 된 조립체(assembly)를 외부 접속 단자(14)의 후단부의 나사부(14b)측을 먼저 해서 삽입한다. 상기 조립체를 하우징(16)의 내부까지 삽입하고, 금속제 외통(8)의 후방부측에서 하우징(16)의 내부 구멍(16b)내로 압입하여, 이 금속제 외통(8)을 하우징(16)에 고정한다. 또한, 금속제 외통(8)의 하우징(16)으로의 고정 수단은 압입에 한정하지 않고 그 밖의 방법으로 고정하여도 좋다.
상기 세라믹 히터(4), 금속제 외통(8), 전극 취출선(10), 전극 취출 로드(12) 및 외부 접속 단자(16)로 이루어지는 조립체를 하우징(16)내에 삽입하여 고정하면, 외부 접속 단자(14)의 후단부에 형성된 배터리 접속용의 나사부(14b)가 하우징(16)의 후단부(16c)로부터 돌출한 상태로 된다. 이 나사부(14b)의 외측으로부터 절연 부쉬(bush)(24)를 끼워맞춰서, 하우징(16)의 후단부의 대직경 구멍(16d)내에 삽입하고, 그 외측으로부터 알루미늄제의 너트(26)를 나사 결합하여 외부 접속 단자(14)를 하우징(16)에 고정한다. 또한, 이 하우징(16)의 외면에는, 거의 중간부에 도시하지 않는 엔진의 실린더헤드로의 장착용 나사부(16e)가 형성되고, 후단부(16c)의 외면에는, 이 나사부(16e)를 체결하기 위한 육각 너트부가 형성되어 있다.
전술한 바와 같이, 종래에는, 세라믹 히터의 후단부와 전극 취출 금구가 접속되어 있는 금속제 외통의 내부 전체에 마그네시아 등의 내열 절연분체를 봉입하고, 스웨징 가공에 의해 고밀도화함으로써, 전극 취출 금구를 금속제 외통에 고정하고 있었지만, 이 실시예에서는, 세라믹 히터(4)의 후단부에 형성된 소직경부(4b)와 전극 취출 금구에 해당하는 전극 취출선(10)의 접속부의 주위에 무기 절연체의 과립체 분말(18)을 충전하고 있다. 이 과립체(18)는 1차 입자가 5㎛ 이하의 미세 분말로 이루어지는 과립 직경이 30㎛ 내지 200㎛ 정도의 사이즈를 갖고 있고, 강성이 매우 낮으므로, 세라믹 히터(4)의 선단부에 굽힘 응력이 작용하거나, 금속제 외통(8)이 변형했을 경우에도, 세라믹 히터(4)의 후단부에 형성되어 있는 소직경부(4b)가 파손하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 세라믹 히터와,
    일단부에 상기 세라믹 히터가 유지되는 동시에, 타단부측이 하우징의 내부 구멍에 고정되는 금속제 외통과,
    상기 금속제 외통 내에서 상기 세라믹 히터의 한쪽의 전극에 접속되는 전극 취출 부재를 구비하고, 상기 금속제 외통 내에 밀봉재로서 절연체를 봉입한 세라믹 히터형 글로 플러그에 있어서,
    상기 세라믹 히터와 전극 취출 부재의 접속부의 주위에 무기 절연체의 과립체 분말을 충전한 것을 특징으로 하는
    세라믹 히터형 글로 플러그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 히터의 금속제 외통내에 위치하는 단부에 소직경부가 형성되고, 이 소직경부에서 상기 세라믹 히터의 전극과 전극 취출 부재가 접속된 것을 특징으로 하는
    세라믹 히터형 글로 플러그.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 과립체 분말은 1차 입자가 5㎛ 이하의 미립 분말로 이루어지는 과립체인 것을 특징으로 하는
    세라믹 히터형 글로 플러그.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 과립체의 직경이 30㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는
    세라믹 히터형 글로 플러그.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속제 외통내에 봉입된 절연체는 충전된 후 스웨징 가공에 의해 고밀도화된 내열성 절연분체인 것을 특징으로 하는
    세라믹 히터형 글로 플러그.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 과립체의 직경이 30㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는
    세라믹 히터형 글로 플러그.
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