KR101656545B1 - 글로 플러그 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 금속쉘의 축 구멍 내에서 중축을 확실하게 유지하여 지름방향의 흔들림나 구부러짐을 방지할 수 있는 글로 플러그 및 그 제조방법을 제공한다.
(해결수단) 금속쉘(4)의 축 구멍(43) 내에 중축(3)이 삽입되고, 후단부(32)의 접속단부(36)가 후단면(48)으로부터 돌출된다. 중축(3)과 금속쉘(4)의 축 구멍(43)의 사이에 절연부재(6)가 배치된다. 절연부재(6)는 테이퍼부(63)를 가지며 금속쉘(4)에 형성된 테이퍼부(47)에 맞닿는다. 접속단부(36)에 고정되는 접속단자(5)에 의하여 내리눌려 위치결정되는 절연부재(6)는, 금속쉘(4)의 후단부(45)에 있어서 중축(3)을 확실하게 유지하여 중축(3)의 흔들림이나 구부러짐을 방지한다. 또, D1>D2 또한 D3<D4를 만족하는 것에 의하여, 절연부재(6)에 접속단자(5)나 금속쉘(4)의 에지가 맞닿는 일이 없으며 응력 집중에 의한 절연부재(6)의 깎임이나 마모가 방지된다.

Description

글로 플러그 및 그 제조방법{GLOW PLUG AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 디젤엔진의 시동 보조에 이용하는 글로 플러그 및 그 제조방법에 관한 것이다.
디젤엔진의 시동을 보조하기 위하여 사용되는 글로 플러그는, 발열 저항체를 자신의 선단부에 가지는 히터를, 축 구멍을 가지는 통형상의 금속쉘의 선단부에 있어서 직접 또는 유지부재에 의해서 간접적으로 유지한다. 금속쉘의 축 구멍 내에는 봉형상의 중축(中軸)이 삽입되되 금속쉘과는 절연된 상태로 배치된다. 중축의 일단부는 히터의 후단부에 접속되며 타단부는 금속쉘의 후단에서 돌출된다. 히터로부터 인출된 2개의 전극이 금속쉘과 중축의 각각에 전기적으로 접속되어 있다.
금속쉘의 후단부에 있어서, 축 구멍과 중축의 사이에는 통형상의 절연체(절연부재)가 배치된다. 절연체는 후단측에 플랜지부를 가지고, 중축의 타단부에 부착되는 핀 단자 또는 둥근 너트와 금속쉘의 후단부 사이에 플랜지부가 끼워져서 절연체가 위치결정된다. 따라서, 절연체의 플랜지부보다도 선단측인 부분이 축 구멍과 중축의 사이에 확실하게 배치되어 금속쉘과 중축 사이의 절연이 확보된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 금속쉘의 후단부에 있어서, 축 구멍과 중축의 사이에 절연체에 의하여 눌려서 위치결정되는 밀봉부재가 배치되어 축 구멍 내의 기밀성이 확보되어 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2005-315474호 공보
그러나, 종래의 글로 플러그에 이용되는 절연체는, 지름방향에 있어서 절연체와 축 구멍의 사이 및 절연체와 중축의 사이에 각각 간극을 확보할 수 있는 크기로 형성되어 제조시의 조립 용이성이 확보되어 있다. 따라서 중축은 금속쉘의 후단부에 있어서, 밀봉부재에 의하여 축 구멍 내에서 지름방향으로 유지되는 형태가 된다. 엔진의 구동에 수반하는 진동 또는 통전(通電)을 위한 커넥터의 부착 등에 의하여 중축에 부하가 걸린 경우에, 밀봉부재가 탄성 변형하여 축 구멍 내에서 중축이 흔들리거나 구부러지면, 중축의 일단부에 접속된 히터에 응력이 걸릴 우려가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 금속쉘의 축 구멍 내에서 중축을 확실하게 유지하여, 지름방향의 흔들림이나 구부러짐을 방지할 수 있는 글로 플러그 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 형태에 의하면, 통전에 의하여 발열하는 발열 저항체를 자신의 선단부에 가지는 히터와, 축선방향으로 연장되는 축 구멍을 가지는 통형상으로 형성되며, 자신의 선단부에 있어서 상기 히터를 직접 또는 유지부재를 통하여 간접적으로 유지하는 금속쉘과, 봉형상으로 형성되며, 상기 금속쉘의 축 구멍 내에 해당 축 구멍의 내측 둘레면에 대하여 간극을 두고 배치됨과 아울러, 자신의 일단부가 상기 히터의 후단부에 접속되고 자신의 타단부가 상기 금속쉘의 후단으로부터 돌출되는 중축과, 상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치되되, 상기 중축의 타단부에 설치된 고정부에 의해서 상기 축선방향의 선단을 향하여 내리눌려서 위치결정되는 원통형의 절연체를 구비하는 글로 플러그로서, 상기 금속쉘의 후단부에 있어서의 상기 축 구멍의 내측 둘레면에 형성되되, 상기 축 구멍 내에서부터 상기 축 구멍의 개구에 걸쳐서 테이퍼형상으로 확대되는 제 1 테이퍼부와, 상기 절연체의 외측 둘레면에 형성되되, 상기 절연체의 선단측에서 후단측을 향하여 테이퍼형상으로 확대되어, 상기 절연체가 상기 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치된 경우에, 상기 제 1 테이퍼부에 맞닿는 제 2 테이퍼부를 더 구비하고, 상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 있어서, 상기 절연체의 선단측에는 상기 축 구멍의 기밀성을 유지하기 위하여 밀봉부재가 설치되고, 상기 절연체는 나일론으로 이루어지고 상기 밀봉부재는 고무로 이루어지는 글로 플러그가 제공된다.
제 1 형태에 의하면, 금속쉘의 축 구멍과 중축의 사이에 배치되는 절연체가 후단에서 선단을 향하여 내리눌려 있으므로, 제 2 테이퍼부가 금속쉘의 제 1 테이퍼부에 맞닿아서 맞닿음면에 있어서 면의 수선(垂線)방향으로{즉, 지름방향의 성분(成分)을 가진다} 항력을 일으킨다. 따라서, 절연체가 금속쉘에 대하여 지름방향의 항력을 가진 상태(환언하면 밀착상태)로 배치되어, 금속쉘의 후단부에 있어서의 축 구멍 내에서 중축의 타단부가 절연체에 의하여 확실하게 유지되므로, 중축의 흔들림이나 구부러짐을 방지할 수 있다. 또, 중축이 후단부에 있어서 절연체에 의하여 유지됨으로써, 일단부에 접속된 히터에 걸리는 응력(부하)을 저감할 수 있다. 종래의 절연체는 그 선단측에 O링 등의 밀봉부재를 설치하는 것을 전제로 하여, 이것을 내리누르는 역할을 하는 것일 뿐이므로, 절연체가 중축을 지름방향으로 지지하는 것은 목적으로 하고 있지 않았다. 따라서, 종래의 절연체의 중축 측과 금속쉘의 축 구멍의 사이에는 각각 간극이 존재하고 있었으나, 제 1 형태에 의하면 적어도 절연체와 축 구멍의 사이가 밀착되는 부위를 가지게 되어, 종래에 비하여 중축의 흔들림, 요동, 구부러짐 등을 억제하는 것이 가능하다.
제 1 형태에 있어서, 상기 절연체는 상기 중축에 대하여 밀착된 상태에서 상기 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치되어도 좋다. 절연체와 중축의 사이에 간극이 생기지 않으므로, 절연체가 금속쉘의 후단부에 있어서의 축 구멍 내에서 위치결정 고정되는 것에 의하여 중축의 타단부를 확실하게 유지할 수 있다.
제 1 형태에 있어서, 상기 절연체의 후단면은 상기 고정부의 선단면에 맞닿고, 상기 금속쉘의 제 1 테이퍼부에 있어서의 최대 외측 지름을 D1, 상기 절연체의 제 2 테이퍼부에 있어서의 최대 외측 지름을 D2, 상기 절연체의 후단면에 있어서의 최대 외측 지름을 D3, 상기 고정부의 선단면에 있어서의 최대 외측 지름을 D4라고 했을 때에, D1>D2, 또한, D3<D4를 만족하여도 좋다.
D1>D2가 만족되는 것에 의하여, 금속쉘의 후단면과 제 1 테이퍼부가 이루는 능각부분(에지)은 절연체의 제 2 테이퍼부보다도 지름방향 외측에 배치된다. 따라서, 금속쉘의 후단면과 제 1 테이퍼부가 이루는 능각부분이 절연체(특히 제 2 테이퍼부)에 맞닿아서 응력을 주는 것이 없으므로, 응력 집중에 의한 절연체의 깎임이나 마모를 방지할 수 있다. 또, D3<D4가 만족되는 것에 의하여, 고정부의 측면과 선단면이 이루는 능각부분은 절연체의 후단면보다 지름방향 외측에 배치된다. 따라서, 고정부의 측면과 선단면이 이루는 능각부분이 절연체의 후단면에 맞닿아서 응력을 주는 것이 없으므로, 응력 집중에 의한 깎임이나 마모에 의하여 절연체가 열화(劣化)되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에 의하면, 제 1 형태에 관한 글로 플러그의 제조방법으로서, 상기 중축은, 타단부보다도 상기 일단부 측에, 상기 타단부에 비하여 외측 지름이 큰 접속기부(基部)와, 상기 타단부와 상기 접속기부의 사이를 테이퍼형상으로 접속하는 숄더부를 가지고 있고, 상기 절연체를 상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치하기 전의 상태에서는, 상기 절연체의 관통구멍의 내측 지름(A1)과, 상기 중축의 타단부의 외측 지름(A2)과, 상기 접속기부의 외측 지름(A3)이 A2<A1<A3를 만족함과 아울러, 상기 중축의 숄더부의 선단 위치(B1)가 상기 금속쉘의 제 1 테이퍼부의 선단 위치(B2)보다도 축선방향의 후단측에 위치되어 있고, 상기 절연체를 상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치하는 과정에 있어서, 상기 절연체를 상기 중축의 타단부에 삽입하는 삽입공정과, 상기 절연체를 상기 숄더부에 밀어붙여서 상기 관통구멍을 확대시키면서 상기 절연체를 더욱 밀어넣어서 상기 접속기부에 배치하는 배치공정과, 상기 절연체를 더욱 밀어넣어서 상기 제 2 테이퍼부와 상기 금속쉘의 제 1 테이퍼부를 맞닿게 하는 맞닿음공정을 구비하는 글로 플러그의 제조방법이 제공된다.
중축의 타단부에는 고정부를 설치하기 위한 표면가공 등이 실시되는 경우가 있는데, A2<A1인 것에 의하여, 삽입공정에 있어서 절연체를 중축의 타단부에 삽입할 때에, 절연체의 관통구멍의 내측 둘레면이 타단부의 외측 둘레면에 긁혀서 손상되는 것을 방지할 수 있다. 배치공정에서는 A1<A3인 것에 의하여, 숄더부에 있어서 관통구멍의 내측 지름을 확대시켜서 절연체를 접속기부에 배치시킬 수 있으므로, 절연체의 관통구멍의 내측 둘레를 접속기부의 외측 둘레에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 절연체와 접속기부의 사이에 간극이 생기지 않는다. 또한, 축선방향에 있어서 B2가 B1보다도 선단측에 위치하므로, 맞닿음공정에 있어서 절연체의 제 2 테이퍼부가 금속쉘의 제 1 테이퍼부에 맞닿을 때까지, 절연체를 접속기부의 보다 선단측에 배치할 수 있다. 따라서, 중축의 접속기부의 외측 둘레면과 절연체의 관통구멍의 내측 둘레면 사이의 맞닿음 면적을 보다 넓게 확보할 수 있다. 그리고, 맞닿음공정에서 절연체의 제 2 테이퍼부가 금속쉘의 제 1 테이퍼부에 맞닿았을 때에는, 맞닿음면에 있어서 면의 수선방향으로 항력을 일으킨다. 항력은 지름방향의 성분을 가지며, 또한, 상기와 같이 관통구멍의 내측 둘레가 접속기부의 외측 둘레에 밀착되어 있기 때문에, 절연체를 중축의 접속기부와 금속쉘의 제 1 테이퍼부의 각각 대하여, 지름방향의 항력을 가진 상태(밀착상태)로 배치할 수 있다. 따라서, 금속쉘의 후단부에 있어서의 축 구멍 내에서 중축의 타단부가 절연체에 의하여 확실하게 유지되므로, 중축의 흔들림이나 구부러짐을 방지할 수 있다. 또한, 중축의 후단부가 절연체에 의하여 유지됨으로써, 일단부에 접속된 히터에 걸리는 응력(부하)을 저감할 수 있다. 또한, 제조과정에 있어서 중축의 축심과 금속쉘, 즉 글로 플러그 본체의 축심을 일치시키는 것을 용이하게 할 수 있게 된다.
도 1은 글로 플러그(1)의 종단면도
도 2는 글로 플러그(1)의 후단측을 확대해서 나타낸 단면도
도 3은 절연부재(6)를 글로 플러그(1)의 완성시의 배치로 하기 전에 있어서 각 부재를 사시 및 단면으로 나타내는 도면
도 4는 글로 플러그(101)의 후단측을 확대해서 나타내는 단면도
도 5은 절연부재(206)를 사시 및 단면으로 나타내는 도면
도 6은 절연부재(306)를 사시 및 단면으로 나타내는 도면
도 7은 절연부재(406)를 사시 및 단면으로 나타내는 도면
이하, 본 발명을 구체화한 글로 플러그 및 그 제조방법의 일실시형태에 대하여 도면을 참조해서 설명한다. 도 1, 도 2를 참조해서 일례로서의 글로 플러그(1)의 전체 구조에 대하여 설명한다. 또한 참조하는 도면은 본 발명이 채용할 수 있는 기술적 특징을 설명하기 위해서 이용하는 것이며, 기재하고 있는 글로 플러그의 구성 등을 한정하는 취지가 아닌 단순한 설명예이다. 이하의 설명에서는 축선(O)방향에 있어서, 세라믹 히터(2)가 배치된 측(도 1에 있어서의 하측)을 글로 플러그(1)의 선단측으로 한다.
도 1에 나타낸 글로 플러그(1)는 예를 들면, 직분식(直噴式) 디젤엔진의 연소실(도시생략)에 부착되어 엔진 시동시의 점화를 보조하는 열원으로서 이용된다. 글로 플러그(1)는 금속쉘(4)과, 유지부재(8)와, 세라믹 히터(2)와, 중축(中軸, 3)과, 접속단자(5)와, 절연부재(6)와, O링(7)을 구비한다.
우선, 세라믹 히터(2)에 대하여 설명한다. 세라믹 히터(2)는, 둥근 봉형상으로 이루어지되 선단부(22)가 반구형상으로 곡면 가공된 절연성 세라믹으로 이루어지는 기체(基體, 21)를 가진다. 기체(21)의 내부에는 도전성 세라믹으로 이루어지는 단면이 대략 U자형인 발열소자(24)가 매설되어 있다. 발열소자(24)는 발열 저항체(27)와 리드부(28,29)로 이루어진다. 발열 저항체(27)는 세라믹 히터(2)의 선단부(22)에 배치되되 선단부(22)의 곡면 형상에 맞춰서 양단이 대략 U자형으로 꺾여 있다. 리드부(28,29)는 발열 저항체(27)의 양단에 각각 접속되며, 세라믹 히터(2)의 후단부(23)를 향하여 서로 거의 평행하게 연장되어 형성되어 있다. 발열 저항체(27)의 단면적은 리드부(28,29)의 단면적보다도 작게 되도록 성형되어 있으며, 통전(通電)시 주로 발열 저항체(27)에 있어서 발열이 이루어진다. 또, 세라믹 히터(2)의 중앙보다 후단측에 있어서, 리드부(28,29)의 각각으로부터 전극 인출부(25,26)가 지름방향으로 돌출되어 있다. 전극 인출부(25,26)는 축선(O)방향에 있어서 서로 어긋난 위치에서 세라믹 히터(2)의 외측 둘레면으로 노출되어 있다.
이어서, 유지부재(8)에 대하여 설명한다. 유지부재(8)는 축선(O)방향으로 연장되는 원통형의 금속부재로 이루어지며, 자신의 관통구멍(84) 내에서 세라믹 히터(2)의 몸통부분을 지름방향으로 유지한다. 세라믹 히터(2)의 선단부(22) 및 후단부(23)는 유지부재(8)의 양단으로부터 각각 노출되어 있다. 유지부재(8)의 몸통부(81)의 후단측에는 두꺼운 플랜지부(82)가 형성되어 있다. 플랜지부(82)의 후단에는 후술하는 금속쉘(4)의 선단부(41)에 끼워맞춰지는 계단형상의 금속제 끼워맞춤부(83)가 형성되어 있다. 세라믹 히터(2)의 전극 인출부(25,26) 중 선단측에 형성된 전극 인출부(25)는 유지부재(8)의 관통구멍(84)의 내측 둘레면에 접촉되어 있으며, 전극 인출부(25)와 유지부재(8)가 전기적으로 접속되어 있다.
또, 유지부재(8)의 금속제 끼워맞춤부(83)로부터 후단측으로 노출된 세라믹 히터(2)의 후단부(23)는, 금속제이며 통형상인 접속 링(75)에 압입(壓入)에 의하여 끼워져 있다. 세라믹 히터(2)의 전극 인출부(26)는 접속 링(75)의 내측 둘레면에 접촉되어 있으며, 전극 인출부(26)와 접속 링(75)이 전기적으로 접속되어 있다. 후술하는 금속쉘(4)의 선단부(41)가 유지부재(8)의 금속제 끼워맞춤부(83)에 접합되는 것에 의하여, 전극 인출부(25)와 금속쉘(4)이 전기적으로 접속된다. 전극 인출부(26)에 접속된 접속 링(75)은 금속쉘(4) 내에 배치되지만, 유지부재(8)에 의하여 세라믹 히터(2)와 금속쉘(4)이 위치결정되므로, 접속 링(75)과 금속쉘(4)은 직접적으로는 절연상태로 유지된다.
이어서, 금속쉘(4)에 대하여 설명한다. 금속쉘(4)은 축선(O)방향으로 관통하는 축 구멍(43)을 가지는 가늘고 긴 통형상의 금속부재이다. 금속쉘(4)의 선단부(41)는, 그 내측 둘레가 상기한 유지부재(8)의 금속제 끼워맞춤부(83)의 외측 둘레에 끼워맞춰지며, 유지부재(8)를 통하여 세라믹 히터(2)의 전극 인출부(25)와 전기적으로 접속되어 있다. 선단부(41)와 금속제 끼워맞춤부(83)의 끼워맞춤 부위에는 레이저 용접이 실시되어 있으며, 금속쉘(4)과 유지부재(8)가 일체로 접합되어 있다. 금속쉘(4)의 선단부(41)와 후단부(45) 사이의 중간 몸통부(44)는 축선(O)방향으로 길게 형성되어 있으며, 후단측 외측 둘레면에 글로 플러그(1)를 내연기관의 엔진 헤드(도시생략)에 부착하기 위한 나사산이 형성된 부착부(42)가 형성되어 있다. 부착부(42)보다도 후단측에는 글로 플러그(1)를 엔진 헤드에 부착할 때에 사용되는 공구가 걸어맞춰지는 공구 걸어맞춤부(46)가 그 단면형상을 육각형으로 하여 형성되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속쉘(4)의 후단부(45)에 있어서의 축 구멍(43)의 내측 둘레면에는 축 구멍(43) 내에서부터 후단면(48)의 개구에 걸쳐서 테이퍼형상으로 확대되는 테이퍼부(47)가 형성되어 있다. 또한 이 테이퍼부(47)가 축선(O)과 이루는 협각은 20도 이상 70도 이하이면 좋으며, 본 실시형태에서는 30도로 하고 있다. 이 범위의 각도를 설정하는 것에 의하여, 후술하는 절연부재(6)가 배치되었을 때의 절연부재(6) 자신의 장착시 안정성과, 절연부재(6)에 의하여 중축(3)이 중심에 위치결정되게 하는 효과를 보다 유효하게 발휘시킬 수 있다.
이어서, 중축(3)에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 중축(3)은 축선(O)방향으로 연장되는 봉형상의 금속부재이며, 금속쉘(4)의 축 구멍(43) 내에 삽입된다. 중축(3)의 선단부(31)와 후단부(32) 사이의 중간 몸통부(33)는 선단부(31) 및 후단부(32)에 비하여 외측 지름이 가늘게 형성되어 있다. 선단부(31)에는, 그 선단에 접속 링(75)의 내측 둘레에 끼워맞추기 위한 지름이 작은 링 끼워맞춤부(34)가 형성되어 있다. 링 끼워맞춤부(34)가 접속 링(75)에 끼워맞춰지는 것에 의하여, 세라믹 히터(2)와 중축(3)이 접속 링(75)을 통해서 축선(O)을 따라 일체로 연결된다. 또한 도시하지 않았지만 선단부(31)와 접속 링(75)의 끼워맞춤 부위에는 레이저 용접이 실시되어 있으며, 선단부(31)와 접속 링(75)이 일체로 접합되어 있다. 따라서, 중축(3)은 접속 링(75)을 통해서 세라믹 히터(2)의 전극 인출부(26)와 전기적으로 접속되어 있다. 상기한 바와 같이, 세라믹 히터(2)와 금속쉘(4)이 유지부재(8)에 의하여 위치결정되므로, 축 구멍(43) 내에서 중축(3)과 금속쉘(4)은 직접적으로는 절연상태로 유지된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 중축(3)의 후단부(32)는 금속쉘(4)의 후단면(48)으로부터 돌출되는 접속단부(36)와, 접속단부(36)와 중간 몸통부(33)의 사이를 접속하는 접속기부(37)를 가진다. 접속단부(36)에는 외측 둘레면에 널링(knurling)형상의 표면가공(도 3 참조)이 실시된 걸림부(39)가 형성되어 있다. 걸림부(39)를 포함하는 접속단부(36)의 외측 지름은 접속기부(37)의 외측 지름에 비하여 작다. 접속단부(36)와 접속기부(37)의 사이에는 접속단부(36)와 접속기부(37)를 테이퍼형상으로 접속하는 숄더부(38)가 형성되어 있다.
중축(3)의 후단부(32)에는 O링(7)과 절연부재(6)가 배치된다. O링(7)은 금속쉘(4)의 축 구멍(43) 내의 기밀성을 유지하기 위하여 설치되며, 축 구멍(43)과 중축(3)의 접속기부(37) 사이에 배치된다. O링(7)은 내열성, 절연성 및 탄성을 가지는 부재, 예를 들면 불소 고무, 아크릴 고무, 실리콘 고무 등을 재료로 해서 링형상으로 형성된다.
절연부재(6)는 금속쉘(4)과 중축(3) 및 접속단자(5)(후술)의 접촉에 의한 단락(短絡)을 방지하기 위하여, 예를 들면 나일론(등록상표) 등의 내열성 및 절연성을 가지는 부재로 형성되되, 축선(O)방향으로 연장되는 관통구멍(64)을 가지는 원통형으로 형성된다. 절연부재(6)는 축선(O)방향 선단측의 선단 몸통부(61)의 외측 지름과 후단측의 후단 몸통부(62)의 외측 지름이 다르며, 선단 몸통부(61)의 외측 지름이 후단 몸통부(62)의 외측 지름에 비하여 작게 형성되어 있다. 선단 몸통부(61)와 후단 몸통부(62) 사이의 부위는 선단측{선단 몸통부(61) 측}에서 후단측{후단 몸통부(62) 측}을 향하여 테이퍼형상으로 확대되는 테이퍼부(63)로서 형성되어 있다. 절연부재(6)의 관통구멍(64)에 중축(3)의 후단부(32)가 삽입된 경우에, 절연부재(6)의 테이퍼부(63)가 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)에 맞닿은 상태로 배치되며 금속쉘(4)과 중축(3)이 절연상태로 유지된다.
중축(3)의 접속단부(36)에는 접속단자(5)가 고정된다. 접속단자(5)는 접속단부(36)에 덮어씌우는 캡형상의 몸통부(52)를 가지며, 몸통부(52)로부터 후단측에 핀형상의 돌기부(53)가 돌출 형성되어 있다. 몸통부(52) 선단의 개구단에는 둘레 전체에 걸쳐서 지름방향으로 돌출 형성되는 플랜지부(51)가 형성되어 있다. 접속단자(5)를 중축(3)의 접속단부(36)에 덮어씌운 경우에, 절연부재(6)의 후단면(65)에 플랜지부(51)가 맞닿도록 접속단자(5)가 배치되며 금속쉘(4)과 접속단자(5)가 절연상태로 유지된다. 또한, 접속단자(5)를 축선(O)방향의 선단을 향하여 내리누른 상태에서, 몸통부(52)의 외측 둘레에서 내측을 향하여 코킹되어, 몸통부(52)의 내측 둘레면이 접속단부(36)의 걸림부(39)에 강고하게 걸림 고정된다. 걸림부(39)는 널링형상이기 때문에, 코킹에 의하여 압착되는 몸통부(52)의 걸림부(39)에 대한 고착력을 높일 수 있으며, 접속단자(5)와 중축(3)이 일체로 고정됨과 아울러 양자가 전기적으로 접속된다. 접속단자(5)의 돌기부(53)에는 글로 플러그(1)가 엔진 헤드(도시생략)에 장착될 때에 플러그 캡(도시생략)이 끼워진다. 세라믹 히터(2)의 발열소자(24)(도 1 참조)는, 유지부재(8) 및 금속쉘(4)을 통하여 엔진에 접지되는 발열 저항체(27)의 일단측과, 접속단자(5) 및 중축(3)을 통해서 플러그 캡에 접속되는 타단측의 사이에 통전되는 것에 의하여 발열한다.
이와 같은 구조를 가지는 글로 플러그(1)는 대략 이하와 같이 조립된다. 도전성 세라믹 분말이나 바인더 등을 원료로 해서, 사출성형에 의하여 세라믹 히터(2)의 발열소자(24)의 원형이 되는 소자 성형체가 형성된다. 또한, 절연성 세라믹 분말을 원료로 해서, 금형 프레스 성형에 의하여 세라믹 히터(2)의 기체(21)의 원형이 되는 기체 성형체가 2분할의 성형체로서 형성된다. 기체 성형체에 의해서 소자 성형체를 사이에 지지하여 수용한 상태에서 프레스 압축된다. 탈(脫) 바인더처리, 핫프레스 등의 소성(燒成) 공정을 거쳐서 외측 둘레면을 연마하는 것에 의하여 봉형상이며 선단이 반구형상인 세라믹 히터(2)가 형성된다.
스테인리스 등의 강재(鋼材)를 파이프형상으로 성형한 접속 링(75)에 세라믹 히터(2)가 압입에 의하여 끼워지며 접속 링(75)과 전극 인출부(26)가 도통(導通)된다. 마찬가지로 소정의 형상으로 성형된 유지부재(8)에 세라믹 히터(2)가 압입에 의하여 끼워지며 유지부재(8)와 전극 인출부(25)가 도통된다. 한편, 중축(3)은 일정한 치수로 절단된 철계재료{예를 들면, Fe-Cr-Mo강(鋼)}로 이루어지는 봉형상 부재에 소성가공이나 절삭 등이 실시되어 형성된다. 중축(3)의 링 끼워맞춤부(34)를 세라믹 히터(2)에 끼워진 접속 링(75)에 끼워맞춘 상태에서 끼워맞춤 부위가 레이저 용접되어 중축(3)과 세라믹 히터(2)가 일체로 접합된다.
S45C 등의 철계소재에 의하여 통형상의 금속쉘(4)이 형성되며 부착부(42)에 나사산이 전조(轉造, rolling)된다. 또한 절삭 가공 등에 의하여, 금속쉘(4)의 후단부(45)에 있어서의 축 구멍(43)의 내측 둘레면에, 축 구멍(43) 내에서부터 후단면(48)의 개구에 걸쳐서 테이퍼형상으로 확대되는 테이퍼부(47)가 형성된다. 금속쉘(4)의 축 구멍(43) 내에 세라믹 히터(2) 등과 일체로 이루어진 중축(3)이 삽입된다. 금속쉘(4)과 유지부재(8)의 끼워맞춤 부위가 레이저 용접되어 양자가 일체로 접합된다.
금속쉘(4)의 후단면(48)으로부터 돌출되는 중축(3)의 후단부(32)에 O링(7)이 끼워져서 금속쉘(4)의 축 구멍(43)과 접속기부(37)의 사이에 배치된다. 중축(3)의 후단부(32)를 절연부재(6)의 관통구멍(64)에 삽입한다. 후술하지만, 관통구멍(64)의 내측 지름(A1)은 접속단부(36)의 외측 지름(A2)보다도 크므로(도 3 참조), 접속단부(36)의 걸림부(39)의 표면가공에 의하여 절연부재(6)의 관통구멍(64)의 내측 둘레면이 긁혀서 손상되는 것이 방지되며, 접속단부(36)가 삽입되어(삽입공정) 절연부재(6)가 숄더부(38)에 도달한다. 후술하지만, 관통구멍(64)의 내측 지름(A1)은 접속기부(37)의 외측 지름(A3)보다도 작으므로(도 3 참조), 절연부재(6)가 숄더부(38)에 밀어붙여져서 숄더부(38)의 테이퍼를 따라 관통구멍(64)이 확대된다. 절연부재(6)가 더욱 밀어넣어져서 접속단부(36)에 비하여 외측 지름이 큰 접속기부(37)에 배치된다(배치공정). 접속단자(5)의 몸통부(52)가 중축(3)의 접속단부(36)에 덮어씌워져서 절연부재(6)의 후단면(65)에 플랜지부(51)의 선단면(55)이 맞닿는다. 접속단자(5)가 축선(O)방향의 선단측으로 내리눌리는 것에 의하여, 절연부재(6)의 테이퍼부(63)가 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)에 맞닿아서, 테이퍼부(47,63)들의 맞닿음면에 있어서 항력을 일으킨다(맞닿음공정). 이 상태에서 접속단자(5)의 몸통부(52)가 코킹되고, 접속단자(5)가 중축(3)의 접속단부(36)에 고정되어 글로 플러그(1)가 완성된다.
이와 같이 조립되는 글로 플러그(1)의 중축(3)은, 상기와 같이 선단부(31)가 접속 링(75)을 통하여 세라믹 히터(2)에 고정된다. 세라믹 히터(2)는 금속쉘(4)의 선단부(41)에 접합되는 유지부재(8)에 의하여 유지된다. 따라서 중축(3)은 금속쉘(4)의 선단부(41) 내에 있어서 위치결정되어 유지된다. 한편, 중축(3)의 후단부(32)는 금속쉘(4)의 후단부(45)에 배치된다. 후단부(45)에 있어서의 축 구멍(43)의 내측 둘레면과, 중축(3)의 후단부(32)의 외측 둘레면의 사이에 절연부재(6)가 배치되는 것에 의하여, 금속쉘(4)과 중축(3)이 절연상태로 유지된다. 금속쉘(4)의 축 구멍(43) 내에서 절연부재(6)가 중축(3)의 후단부(32)를 확실하게 유지할 수 있도록, 본 실시형태에서는 절연부재(6), 금속쉘(4), 접속단자(5) 및 중축(3)의 형상이나 치수를 이하와 같이 규정하고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 절연부재(6)의 관통구멍(64)의 내측 지름(A1)은 중축(3)의 접속단부(36)의 외측 지름(A2){걸림부(39)를 포함하는 최대지름}에 비하여 크게 형성되어 있다. 따라서, 글로 플러그(1)의 조립시에 절연부재(6)의 관통구멍(64)에 접속단부(36)를 삽입시키는 경우에, 관통구멍(64)의 내측 둘레가 널링형상의 표면가공이 실시된 걸림부(39)에 긁혀서 손상될 우려가 없다.
한편, 중축(3)의 접속기부(37)의 외측 지름(A3)은 접속단부(36)의 외측 지름(A2)에 비하여 크게 형성됨과 아울러, 절연부재(6)를 부착하기 전의 상태(즉, 도 3의 상태임)에 있어서, 절연부재(6)의 관통구멍(64)의 내측 지름(A1)에 비하여 크게 형성되어 있다. 절연부재(6)에 접속단부(36)가 삽입되어 절연부재(6)가 숄더부(38)에 도달했을 때에, 숄더부(38)의 테이퍼에 의하여 절연부재(6)의 관통구멍(64)의 내측 지름이 확대된다. 절연부재(6)를 더욱 밀어넣어서, 도 2에 나타낸 바와 같이 접속기부(37)의 주위에 배치시켰을 때에, 상기 A1<A3의 관계를 가지고 있는 것에 의하여, 절연부재(6)의 관통구멍(64)의 내측 둘레를 접속기부(37)의 외측 둘레에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 절연부재(6)와 접속기부(37) 사이에 간극이 생기지 않기 때문에, 절연부재(6)가 금속쉘(4)의 후단부(45)에 있어서의 축 구멍(43) 내에서 위치결정되어 고정되면(후술), 중축(3)의 후단부(32)를 확실하게 유지할 수 있다.
또, 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 축선(O)방향에 있어서, 중축(3)의 숄더부(38)의 선단 위치(B1){숄더부(38)와 접속기부(37)의 경계선에 상당함}보다도 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)의 선단 위치(B2){축 구멍(43) 내에 있어서의 테이퍼부(47)의 확대 개시위치에 상당함}가 선단측에 배치되어 있다. 상기와 같이, 절연부재(6)를 접속기부(37)에 배치해서 더욱 밀어넣으면, 금속쉘(4)의 후단부(45)에 있어서의 축 구멍(43)의 내측 둘레면에 형성된 테이퍼부(47)에 절연부재(6)의 외측 둘레면에 형성된 테이퍼부(63)가 맞닿는다. 선단 위치(B2)가 선단 위치(B1)보다도 선단측에 배치되는 것에 의하여, 절연부재(6)의 테이퍼부(63)가 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)에 맞닿을 때까지, 절연부재(6)를 접속기부(37)의 보다 선단측에 배치할 수 있다. 따라서, 중축(3)의 접속기부(37)의 외측 둘레면과 절연부재(6)의 관통구멍(64)의 내측 둘레면 사이의 맞닿음 면적을 보다 넓게 확보할 수 있다.
그리고, 절연부재(6)가 중축(3)을 따라 축선(O)방향으로 밀어넣어져서, 절연부재(6)의 테이퍼부(63)가 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)에 맞닿았을 때에는, 맞닿음면에 있어서 면의 수선(垂線)방향으로 항력을 일으킨다. 항력은 지름방향의 성분을 가지며, 또한, 상기와 같이 관통구멍(64)의 내측 둘레가 접속기부(37)의 외측 둘레에 밀착된 상태에 있기 때문에, 절연부재(6)는, 중축(3)의 접속기부(37)와 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)의 각각 대하여, 지름방향의 항력을 가진 상태(환언하면 밀착상태)로 배치된다. 그리고 상기한 바와 같이, 절연부재(6)가 접속단자(5)에 의하여 축선(O)방향의 선단측으로 내리눌린 상태에서, 접속단자(5)가 중축(3)의 접속단부(36)에 코킹되는 것에 의하여, 테이퍼부(47)와 테이퍼부(63)가 밀착상태로 유지된다. 금속쉘(4)의 후단부(45)에 있어서의 축 구멍(43) 내에서 절연부재(6)가 고정되어, 중축(3)의 후단부(32)가 절연부재(6)에 의하여 확실하게 유지되므로, 중축(3)의 흔들림이나 구부러짐을 방지할 수 있다. 또, 중축(3)이 후단부(32)에 있어서 절연부재(6)에 의하여 유지됨으로써, 선단부(31)에 접속된 세라믹 히터(2)에 걸리는 응력(부하)을 저감할 수 있다.
또, 도 2에 나타낸 바와 같이, 글로 플러그(1)를 조립한 상태에 있어서, 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)의 최대 외측 지름(D1)은 절연부재(6)의 테이퍼부(63)의 최대 외측 지름(D2)에 비하여 크게 형성되어 있다. 절연부재(6)의 테이퍼부(63)가 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)에 맞닿은 상태에서 D1>D2가 만족되는 것에 의하여, 금속쉘(4)의 후단면(48)과 테이퍼부(47)가 이루는 능각부분(에지)은 절연부재(6)의 테이퍼부(63)보다도 지름방향 외측에 배치된다. 따라서, 후단면(48)과 테이퍼부(47)가 이루는 능각부분이 절연부재(6){특히 테이퍼부(63)}에 맞닿아서 응력을 주는 일이 없기 때문에, 응력 집중에 의한 절연부재(6)의 깎임이나 마모를 방지할 수 있다.
또, 글로 플러그(1)를 조립한 상태에 있어서, 절연부재(6)의 후단면(65)의 최대 외측 지름(D3)은 접속단자(5)의 선단면(55)의 최대 외측 지름(D4)에 비하여 작게 형성되어 있다. 상기와 마찬가지로 접속단자(5)의 선단면(55)이 절연부재(6)의 후단면(65)에 맞닿은 상태에서 D3<D4가 만족되는 것에 의하여, 플랜지부(51)의 측면과 선단면(55)이 이루는 능각부분(에지)이 절연부재(6)의 후단면(65)보다도 지름방향 외측에 배치된다. 따라서, 플랜지부(51)의 측면과 선단면(55)이 이루는 능각부분이 절연부재(6)의 후단면(65)에 맞닿아서 응력을 주는 일이 없기 때문에, 응력 집중에 의한 절연부재(6)의 깎임이나 마모를 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 글로 플러그(101)와 같이, 접속단자(5)(도 1 참조)를 이용하지 않고, 중축(103)의 후단부(132)에 둥근 너트(105)를 삽입시켜서 절연부재(6)를 축선(O)방향의 선단측으로 내리누르면서, 몸통부(152)에 있어서 지름방향으로 코킹하여 접속단부(136)에 고정하여도 좋다. 본 실시형태와 마찬가지로, 글로 플러그(101)를 조립한 상태에 있어서, 절연부재(6)의 후단면(65)의 최대 외측 지름(D3)이 둥근 너트(105)의 선단면(155)의 최대 외측 지름(D5)에 비하여 작으면 좋다. 또한 상기 변형예에서는 중축(103)의 접속단부(136)에 나사산을 형성하고 있지만, 둥근 너트(105)를 코킹 고정하는 부위 부근에는 나사산이 형성되어 있지 않다. 이것에 한정하지 않고, 코킹 고정하는 부위에도 나사산을 가지고, 코킹이 아닌 나사고정에 의하여 둥근 너트(105)를 고정하여도 좋다. 혹은, 접속단자(5)나 둥근 너트(105) 등의 별도의 부재를 이용하지 않고, 예를 들면 중축(3)의 접속단부(36)의 일부를 변형시키는 것에 의하여, 테이퍼부(47)와 테이퍼부(63)가 밀착상태로 유지되도록, 절연부재(6)를 축선(O)방향의 선단측으로 내리누르면서 위치결정 고정하여도 좋다.
또, 절연부재(6)의 후단면(65)은 평면으로 형성하였지만, 예를 들면, 원호형상의 단면을 가지되 둘레방향으로 일주(一周)하는 곡면형상을 이루는 면이나, 복수의 요철이 형성된 면 등이어도 좋다. 이러한 경우의 후단면과 접속단자(5)의 선단면(55)은 선접촉이나 점접촉하는 형태가 되지만, 본 발명에 있어서는 면들이 접촉하는 것에 한정하지 않고, 면과 선, 혹은 면과 점의 접촉에 대해서도 「맞닿음」이라고 하는 것으로 한다. 또, 절연부재의 후단면에 있어서의 최대 외측 지름(D3)은 후단면을 구성하는 곡면 전체에 있어서의 최대 외측 지름으로 파악하는 것이 아닌, 곡면 중 접속단자(5)의 선단면(55)에 맞닿게 되는 부위{후단면 중에서도 축선(O)방향의 후단에 위치하는 부위}에 있어서의 최대 외측 지름으로 파악하는 것으로 한다. 환언하면, 절연부재의 후단면이 접속단자(5)의 선단면(55)에 맞닿게 되는 부위가 상기 선단면(55)의 범위보다도 지름방향 내측에 있으면 좋다. 또한 맞닿게 되는 부위로서는, 절연부재의 후단면이 탄성 변형에 의하여 접속단자(5)의 선단면(55)에 접속하게 되는 부위도 포함된다.
또, 절연부재(6)는 선단 몸통부(61)와 후단 몸통부(62)의 사이에 테이퍼부(63)를 가지는 구성으로 하였지만, 예를 들면, 도 5에 나타낸 절연부재(206)와 같이, 선단 몸통부(261)와 지름이 같은 말단부(264)를 후단 몸통부(262)의 후단측에 형성하고, 선단 몸통부(61)에서 말단부(264)로 연장되는 통형상의 부재에 있어서, 테이퍼부(263)와 후단 몸통부(262)가 플랜지형상을 이루는 형태이어도 좋다. 또는, 도 6에 나타낸 절연부재(306)와 같이, 선단 몸통부를 가지지 않고, 통형상의 후단 몸통부(362)보다도 선단측을 테이퍼부(363)로서 형성하여도 좋다. 혹은, 도 7에 나타낸 절연부재(406)와 같이, 선단 몸통부나 후단 몸통부를 가지지 않고, 테이퍼부(463)만을 가지는 형태, 예를 들면 원추체에 관통구멍이 형성된 형상으로 하여도 좋다. 또, 도 7의 절연부재(406)는, 후단면(465)이 상기한 바와 같이, 원호형상의 단면을 가지고 둘레방향으로 일주하는 곡면형상을 이루는 면인 경우를 나타내는 예이기도 하다.
또, 글로 플러그(1)는 세라믹 히터(2)를 구비하였지만, 이것에 한정되지 않고, 선단부가 반구형상으로 폐색된 금속제 시스 튜브 내에 코일형상의 발열 저항체 또는 제어 저항체를 배치한 시즈 히터를 구비하여도 좋다.
또한 본 실시형태에 대해서는, 세라믹 히터(2)가 「히터」에 상당한다. 중축(3)의 선단부(31)가 중축의 「일단부」에 상당하고, 후단부(32) 중 접속단부(36)가 「타단부」에 상당한다. 접속단자(5) 또는 둥근 너트(105)가 「고정부」에 상당한다. 절연부재(6)가 「절연체」에 상당한다. 금속쉘(4)의 테이퍼부(47)가 「제 1 테이퍼부」에 상당하고, 절연부재(6)의 테이퍼부(63)가 「제 2 테이퍼부」에 상당한다. 이 테이퍼들은, 그 테이퍼들 모두가 완전하게 맞닿는 것을 필요로 하지는 않는다. 따라서, 제 1 테이퍼부에 비해서 제 2 테이퍼부가 큰 구성이어도 좋다. 또한 각각의 테이퍼부와 축선(O)이 이루는 각이 완전하게 일치하지 않고, 예를 들면 양 테이퍼부가 이루는 각에 5도 정도의 차이가 있어도 좋다.
1, 101 - 글로 플러그 2 - 세라믹 히터
3 - 중축 4 - 금속쉘
5 - 접속단자 6 - 절연부재
8 - 유지부재 22 - 선단부
23 - 후단부 27 - 발열 저항체
31 - 선단부 36 - 접속단부
41 - 선단부 43 - 축 구멍
45 - 후단부 47 - 테이퍼부
55, 155 - 선단면 63 - 테이퍼부
65 - 후단면 105 - 둥근 너트

Claims (4)

  1. 통전(通電)에 의하여 발열하는 발열 저항체를 자신의 선단부에 가지는 히터와,
    축선방향으로 연장되는 축 구멍을 가지는 통형상으로 형성되며, 자신의 선단부에 있어서 상기 히터를 직접 또는 유지부재를 통하여 간접적으로 유지하는 금속쉘과,
    봉형상으로 형성되며, 상기 금속쉘의 축 구멍 내에 해당 축 구멍의 내측 둘레면에 대하여 간극을 두고 배치됨과 아울러, 자신의 일단부가 상기 히터의 후단부에 접속되고 자신의 타단부가 상기 금속쉘의 후단으로부터 돌출되는 중축(中軸)과,
    상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치되되, 상기 중축의 타단부에 설치된 고정부에 의해서 상기 축선방향의 선단을 향하여 내리눌려서 위치결정되는 원통형의 절연체를 구비하는 글로 플러그로서,
    상기 금속쉘의 후단부에 있어서의 상기 축 구멍의 내측 둘레면에 형성되되, 상기 축 구멍 내에서부터 상기 축 구멍의 개구에 걸쳐서 테이퍼형상으로 확대되는 제 1 테이퍼부와,
    상기 절연체의 외측 둘레면에 형성되되, 상기 절연체의 선단측에서 후단측을 향하여 테이퍼형상으로 확대되어, 상기 절연체가 상기 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치된 경우에, 상기 제 1 테이퍼부에 맞닿는 제 2 테이퍼부를 더 구비하고,
    상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 있어서, 상기 절연체의 선단측에는 상기 축 구멍의 기밀성을 유지하기 위하여 밀봉부재가 설치되고,
    상기 절연체는 나일론으로 이루어지고, 상기 밀봉부재는 고무로 이루어지고,
    상기 금속쉘의 제 1 테이퍼부에 있어서의 최대 외측 지름을 D1, 상기 절연체의 제 2 테이퍼부에 있어서의 최대 외측 지름을 D2라고 했을 때에 D1>D2를 만족하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연체는 상기 중축에 대하여 밀착된 상태에서 상기 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연체의 후단면은 상기 고정부의 선단면에 맞닿고,
    상기 절연체의 후단면에 있어서의 최대 외측 지름을 D3, 상기 고정부의 선단면에 있어서의 최대 외측 지름을 D4라고 했을 때에 D3<D4을 만족하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 글로 플러그의 제조방법으로서,
    상기 중축은, 상기 타단부보다도 상기 일단부 측에, 상기 타단부에 비하여 외측 지름이 큰 접속기부와, 상기 타단부와 상기 접속기부의 사이를 테이퍼형상으로 접속하는 숄더부를 가지고 있고,
    상기 절연체를 상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치하기 전의 상태에서는, 상기 절연체의 관통구멍의 내측 지름(A1)과, 상기 중축의 타단부의 외측 지름(A2)과, 상기 접속기부의 외측 지름(A3)이 A2<A1<A3를 만족함과 아울러, 상기 중축의 숄더부의 선단 위치(B1)가 상기 금속쉘의 제 1 테이퍼부의 선단 위치(B2)보다도 축선방향의 후단측에 위치되어 있고,
    상기 절연체를 상기 금속쉘의 축 구멍과 상기 중축의 사이에 배치하는 과정에 있어서,
    상기 절연체에 상기 중축의 타단부를 삽입하는 삽입공정과,
    상기 절연체를 상기 숄더부에 밀어붙여서 상기 관통구멍을 확대시키면서 상기 절연체를 더욱 밀어넣어서 상기 접속기부에 배치하는 배치공정과,
    상기 절연체를 더욱 밀어넣어서 상기 제 2 테이퍼부와 상기 금속쉘의 제 1 테이퍼부를 맞닿게 하는 맞닿음공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 제조방법.
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