KR20050048474A - 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내측 실린더와, 이 내측 실린더와 동일축을 갖는 적어도 하나의 외곽층 및/또는 전면에 형성되는 베이스층이나 피복층으로 이루어진 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 내측 실린더와 동일축을 갖는 적어도 하나의 외곽층 및/또는 전면층을 고온 스프레이로 형성시키는 글로우 핀의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내측 실린더(inner cylinder)와 적어도 하나 이상의 외곽층(outer layer)으로 이루어진 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀을 제조하는 방법에 관한 것이다.
글로우 핀 또는 이러한 글로우 핀을 가진 글로우 플러그는 미국특허 US 6 309 859 B1, 독일특허 DE 100 53 372 A1 등으로부터 알려져 있다.
종래의 건식 프레스(dry pressing), 사출 및 슬립 캐스팅(slip casting) 등의 성형 방법으로 글로우 핀의 기능성에 필요로 되는 박막층(thin layer)을 만드는 경우에는 제조 비용이 매우 높다.
또한, 상기의 성형 프로세스 후에 또 다른 비용 집약적인 소성 프로세스가 실시되어야 하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 글로우 핀을 저렴하게 제조할 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 적어도 하나의 외곽층을 형성시키는 고온 스프레이에 의해 달성된다.
적어도 하나의 외곽층이 내측 실린더와 동일축을 갖는 층 및/또는 내측 실린더의 전면(front face)을 감싸는 층이 될 수 있다.
본 발명 방법의 바람직한 다수의 실시예를 종속항인 청구항 2 내지 10에 기재하였다.
특히, 내측 실린더와 동일축을 갖는 층 및/또는 내측 실린더의 전면을 감싸는 적어도 하나의 외곽층이 고온 스프레이에 의해 형성되면, 간단하고 저렴한 성형 방법에 내측 실린더와 외곽층의 일체화 방법이 연계된 제조 방법을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.
도 1에 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 개략적인 단면도를,
도 2에 외곽층을 고온 스프레이 하는 프로세스 단계를 보인 개략적인 단면도를,
도 3에 글로우 핀의 최종 프로세스 단계를 보인 개략적인 단면도를 도시하였다.
상기 도 1은 글로우 플러그용 글로우 핀의 단면을 보인 것으로, 글로우 핀은 전기적으로 전도성을 가진 내측 실린더(1)와, 내측 실린더(1)와 동일축을 갖도록 그 외주면에 형성된 단열층(2)과, 단열층(2)과 동일축을 갖도록 그 외주면에 형성된 전도층(3) 및 가열층(4)(5)으로 구성된다.
이때, 상기 가열층(4)은 글로우 핀과 동일축을 갖는 층이며, 다른 가열층(5)은 내측 실린더(1)와 상기 두 층(2)(3)이 결합된 구조의 일측 단부에서 글로우 핀의 축에 수직한 방향으로 형성된 층이다.
상기 내측 실린더는, 예를 들어, 필요하다면 냉간 평형 압축(cold-isostatic post-compaction) 방법을 이용한 단일축 건식 프레스(uniaxial dry pressing)나, 압출 또는 분말 사출 등에 의해 제조된다.
따라서, 상기 내측 실린더는 다음의 공정들이 실시되기에 충분한 강도를 갖도록 바인더가 제거된 후 예비 소성되거나 완전 소성된다.
그리고, 성형된 내측 실린더는 직경에 대한 측정이 이루어진 후 적당한 길이로 절단되고, 절단된 내측 실린더는 기계 가공이나 워터 젯 등의 방법에 의해 그 일측 단부가 감경되며, 타측 단부에는 접촉공(contact hole)이 형성되는 바, 이러한 작업들은 바인더 제거 및 예비 소성전에 실시되거나, 바인더 제거 및 예비 소성 후 다이아몬드 공구를 사용하여 실시될 수 있다.
그리고, 외곽층은 고온 스프레이에 의해 상기 내측 실린더(1)의 표면에 형성된다.
다른 실시예로서, 전도성이 있는 내측 실린더(1)와 단열층(2)은 상기와 같은 성형 방법으로 만들어지며, 전도층(3)과 글로우 핀의 축에 수직하게 형성되는 가열층(5) 및, 필요하다면, 상기 내측 실린더(1)와 동일축을 가지며 상기 전도층(3) 위에 형성되는 가열층(4)을 고온 스프레이로 형성시킬 수 있다.
더욱이, 상기의 성형 방법으로 내측 실린더(1)와 단열층(2) 및 전도층(3)을 만들고, 글로우 핀의 축에 수직한 가열층(5)과, 필요하다면, 동축층(4)만을 고온 스프레이 방법으로 형성시킬 수도 있다.
이때, 상기 고온 스프레이는 예비 소성 또는 완전 소성 후에 실시되는 것이 바람직하다. 특히, 대기 플라즈마 스프레이(APS, atmospheric plasma spraying), 진공 플라즈마 스프레이(VPS, vacuum plasma spraying) 및 고속 화염 스프레이(HVOF, high-velocity flame spraying) 등이 고온 스프레이 방법으로 적합하다.
그리고, 각 층을 형성시킬 때 초래되는 열적 스트레스를 방지하기 위하여 스프레이 시 절단된 내측 실린더 블랭크(blank)는 가열되며, 블랭크의 표면 거칠기가 그 표면에 스프레이 되는 층과의 적절한 결합에 충분치 못할 경우에는 층을 피복하기전에 기계적 가공이나 다른 방법을 이용하여 그 표면을 거칠게 만든다.
또한, 내측 실린더(1)와 각 층(2)(3)(4)(5)을 이루는 재질들의 열팽창계수가 서로 부합될 수 있도록 각 표면에 결합촉진제가 스프레이 될 수도 있다.
핀 형상의 블랭크를 베벨 가공하는 등의 소성 후 가공이 스프레이 전에 추가적으로 실시될 수 있으며, 소성 후 실시되는 가공의 결과로서 각 기능성 층들이 더욱 잘 구분될 수 있게 되어 과열점들(hot spots)이 배제될 수 있게 된다.
단열층 역시 외곽층(3) 위에 고온 스프레이 될 수 있으며, 이러한 구조에 의해 이온의 흐름에 적합한 플러그로서의 세라믹 글로우 핀을 가진 세라믹 글로우 플러그를 사용할 수 있게 된다.
각 전기적 기능성 층은 예비 소성된 베이스 실린더 위에 고온 스프레이 될 수 있으며, 이러한 경우 실린더의 최종 압축은, 후공정인 가스압을 이용한 소성 프로세스(gas-pressure sintering process)에 의해서만 이루어질 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 세라믹 기능성 층은 고온 스프레이에 의해 소성된 초기 실린더에 형성되는 바, 이러한 경우의 층 구조는 원대칭이 되며, 외측 극(outer pole)과 내측 극(inner pole)이 서로 접촉된 상태가 된다.
글로우 핀의 소성 후 가공은, 예비 소성이나 완전 소성 후 또는 고온 스프레이 후, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 일측에서 타측으로 통과시키는 방법으로 이루어지는 간단하고도 저렴한 연마 프로세스에 의해 실시될 수 있는 바, 이러한 경우 가압 롤러(15)와 연마휠(16)과 같은 공구를 이용하여 글로우 핀을 최종적인 기하학적 형태로 연마한다. 공구와 작업 대상 글로우 핀의 움직임과 회전 방향을 도 3에 나타내었다.
내측 실린더(1)와 각 층(2 내지 5)에 전기적으로 적합한 재료로는 규화물, 탄화물, 질화물 또는 붕화물 등을 들 수 있으며, Al2O3 와 Y2O3 등과 같은 산화물 및 희토류 금속 산화물은 소성 첨가제로 사용될 수 있다.
고온 스프레이 시 스프레이 되는 분말은 순수한 혼합 분말과 소성된 과립으로 존재할 수 있으며, 고온 스프레이에 요구되는 용융상(熔融相, melt phase)은 실리콘과 같은 가용(可融) 반도체 또는 금속 성분을 첨가함으로써 얻어질 수 있고, 가용상(可融相, fusible phase)으로 피복된 분말이 고온 스프레이에 사용될 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 성형된 내측 실린더의 표면에 고온 스프레이에 의해 외곽층을 형성시키기 때문에 제조 비용이 저렴하고 생산성이 높은 장점이 있다.
도 1은 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 개략 단면도.
도 2는 외곽층을 고온 스프레이 하는 프로세스 단계를 보인 개략 단면도.
도 3은 글로우 핀의 최종 프로세스 단계를 보인 개략 단면도.
((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))
1. 내측 실린더 2. 단열층
3. 전도층 4,5. 가열층
15. 가압 롤러 16. 연마휠
Claims (10)
- 내측 실린더와 적어도 하나의 외곽층으로 구성된 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀을 제조하는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 외곽층은 고온 스프레이에 의해 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외곽층은 내측 실린더와 동일축을 가짐을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항 내지 2항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외곽층은 내측 실린더의 전면에 피복됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항 내지 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 실린더와 각 층을 이루는 물질들의 열팽창계수는, 내측 실린더와 각 층에 상당하는 열팽창계수를 가지며 내측 실린더와 각 층에 고온 스프레이 된 결합촉진제층 상에 각 층이 고온 스프레이 됨으로써, 서로 부합하게 됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항 내지 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외곽층이 스프레이 되는 표면은 스프레이 전 거칠게 가공됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항 내지 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외곽층은 스프레이, 프레스 또는 침적 프로세스 중의 어느 한 방법으로 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 내측 실린더 및 내측 실린더와 동일축을 갖는 적어도 하나의 외곽층으로 이루어진 로드 위에 고온 스프레이가 실시되며, 내측 실린더와 동일축을 갖는 층은 전기적으로 단열성 내지는 전도성 층 중의 어느 하나이고, 로드는 동시 압출에 의해 형성됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항 내지 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 내측 실린더는 예비 소성되고, 적어도 하나의 외곽층을 고온 스프레이 한 후 가스 압력을 이용한 소성에 의해 최종 압축됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 로드는 완전 소성되고, 완전 소성된 로드에 고온 스프레이 한 후 적어도 하나의 고온 스프레이 된 층의 잔류 기공을 제거하기 위하여 열처리가 실시됨을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
- 제 1항 내지 9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 글로우 핀은 규화물, 질화물 또는 붕화물 중의 적어도 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 세라믹 글로우 플러그용 글로우 핀의 제조 방법.
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