글로우 플러그 및 그 제조 방법

글로우 플러그 및 그 제조 방법{Glow plug and method for fabricating the same}

본 발명은 글로우 플러그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 금구부 및 단자부를 발열체에 통합하여 제조 원가를 절감함과 더불어 소형화할 수 있도록 한 글로우 플러그 제조 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤엔진은 공기의 강제압축에 의해 시동을 걸어야 하는 기관으로써 동절기에는 연소실 내의 공기가 자기착화에 필요한 온도까지 도달하지 않을 경우가 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 연소실 내에 글로우 플러그(Glow Plug)의 발열부가 돌출되도록 배치하여 시동 전에 기관 내부가 따뜻해 지도록 예열하여 연료 분무시 착화원으로 사용한다.

과거 글로우 플러그는 단지 시동을 주목적으로 사용하였으나, 최근에는 시동 후의 아이들 안정성 및 배기가스 저감을 목적으로 3분 이상 장시간 직통전이 가능한 글로우 플러그가 주류를 이루고 있다.

한편, 도 1 내지 도 3을 참조하여 기존 글로우 플러그의 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 기존의 글로우 플러그의 정면도이고, 도 2는 도 1의 글로우 플러그의 내부 구조를 보여주는 단면도이며, 도 3은 도 2의 요부 단면도이다.

이들 도면을 참조하여 기존 글로우 플러그의 구조를 살펴보면, 기존의 글로우 플러그(10a)는 조립 상대물인 디젤 엔진의 엔진 헤드(미도시)에 취부할 수 있도록 상부 외주면에 나사산이 형성되는 금구부(100)와, 상기 금구부(100)의 축중심을 관통하여 설치되는 발열부(200), 그리고 상기 금구부(100) 상측에 노출되게 설치되는 단자부(300)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 발열부(200)는, 금구(100) 하부측을 통해 노출되는 부분으로서, 튜브 형태를 이루며, 상기 발열부(200) 내측에는 내열소자(內熱素子)인 발열코일(210)이 내장되며, 코일 구조인 발열코일(210)은 중축(220)의 팁(220a-1) 외측으로 삽입되어 결합된다.

한편, 상기 발열부(200)는 가장 큰 외경부가 상기 금구부(100)의 하단부 내측의 관통구 상에 압입 접합된다.

그리고, 상기 발열코일(210)과 이를 감싸는 발열부(200) 사이의 공간에는 발열코일(210)과 발열부(200)와의 절연을 위한 절연체(400)가 채워진다.

기존의 글로우 플러그 제조 과정에서는 발열코일(210)은 중축(220)의 팁(220a-1) 부분에 결합함에 있어서, 발열코일(210)의 일단을 중축(220)의 팁(220a-1)에 끼운 상태에서 용접전극(미도시)을 발열코일(210)의 외측에 갖다댄 상태에서 큰 힘으로 가압하면서 상기 용접전극에 전류를 공급하여 발열코일(210)과 중축(220) 사이에서 발생하는 열에 의해 접합이 이루어지도록 하는 저항용접 방식을 이용하였다.

상기한 구조의 기존 글로우 플러그의 제조 과정을 도 4a 내지 도 4m을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

기존 글로우 플러그 제조 과정은, 도 4a의 (가) 및 (나)를 참조하면, 먼저 도 4a의 (가)에 도시된 바와 같이 제어코일 파트(210a)와 발열코일 파트(210b)를 준비한 다음, 도 4a의 (나)에 도시된 바와 같이 이들 제어코일 파트(210a)와 발열코일 파트(210b)를 용접하여 일체로 된 발열코일(210)을 완성한다.

그리고, 도 4b의 (가) 및 (나)를 참조하면, 도 4b의 (가)에 도시된 바와 같이 중축B(221)와 절연봉(203)을 각각 준비한 상태에서, 도 4b의 (나)에 도시된 바와 같이 발열코일(210) 내측으로 코일의 휨 방지를 위한 절연봉(203)을 삽입하고, 저항용접 방식을 이용하여 발열코일(210)을 중축B(221)에 접합하여 코일어셈블리(C/A)를 완성한다.

그리고 나서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 중공구조체인 금속재질의 튜브(250)를 준비하여, 상기 튜브(250)에 코일어셈블리(C/A)를 삽입하고, 튜브(250) 선단부와 코일어셈블리(C/A) 선단부를 용접한다.

그 다음, 도 4d에 도시된 바와 같이, 절연재(240)로서 MgO분말을 튜브(250) 내부에 초음파를 이용하여 충진하게 된다.

이어, 도 4e에 도시된 바와 같이, 튜브(250) 입구 내측에 절연체(400)인 고무패킹을 삽입한다.

그 다음, 도 4f에 도시된 바와 같이, 튜브(250) 입구 내측에 절연체(400)인 고무패킹을 삽입한 다음에는 튜브(250)의 형상을 원하는 형태로 만드는 스웨이징(swaging) 공정을 실시하게 되는데, 이를 통해 튜브(250)의 외경은 축소되며 전장은 늘어나게 된다.

그 다음, 도 4g를 참조하면, 완성품 전장을 고려하여 중축B(221)의 일부를 필요한 길이 만큼 절단하여 제거한다.

그 다음, 도 4h를 참조하면, 나사산이 구비된 중축A(222)를 중축B(221) 상단에 용접하게 되는데, 이는 중축A(222)를 이용하여 완성품의 전장을 맞추기 위함이다.

도 4i를 참조하면, 중축A(222)와 중축B(221)의 용접이 완료된 후에는, 별도로 제작된 금구를 중축A(222)에 압입하고, 압입부의 기밀 검사를 수행한다.

그 다음, 도 4j에 도시된 바와 같이, 절연체(400) 및 오-링(401)을 삽입한다.

그리고, 도 4k에 도시된 바와 같이, 환너트(500)를 설치한다. 상기 환너트(500)는 중축B(221)에 절연체(400) 위로 삽입된 후 환너트(500) 외주면에 대한 오므림 작업을 통해 중축B(221)에 코킹된다.

도 4l에 도시된 바와 같이, 소정 부위에 회사 로고 등, 마크(예: NGK)를 각인한다.

그 다음, 도 4m에 도시된 바와 같이, 완성검사를 한 다음에 너트와셔(600)를 중축(220) 상단부에 설치한다.

그러나, 상기한 구조 및 제조 공정을 따르는 종래의 글로우 플러그는 제조상에 있어서 다음과 같은 문제점을 안고 있었다.

종래의 글로우 플러그는 발열부(200)와 금구부(100)가 별도로 구비되어 있어, 가공 공정이 복잡하여 제조 원가가 높으며, 특히 금구부(100)를 구비하는 구조적 특성으로 인해 전장과 외경 축소에 한계가 있었다.

즉, 기존의 글로우 플러그는, 엔진헤드에 글로우 플러그를 고정시키기 위한 금구부(100)가 발열부(200)와는 별도로 제작되며, 단자부(300) 형성을 위하여 중축A(222)의 추가 접합이 요구되는 등으로 인해 글로우 플러그를 초소형화하는데 한계가 있는 실정이며, 복잡한 가공 공정을 인해 제조 원가를 줄이는데에도 한계가 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 글로우 플러그의 구조 개선을 통해 기존 금구부 및 단자부를 발열체에 통합하여 구조 및 제조 공정을 단순화함으로써 제조 원가를 줄임과 더불어, 외경과 전장을 축소하여 글로우 플러그의 소형화를 도모할 수 있도록 한 글로우 플러그 구조 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조립 상대물인 디젤 엔진의 엔진 헤드에 취부할 수 있도록 형성되는 나사산부와, 상기 엔진 헤드에 글로우 플러그 장착시 공구 조작을 위해 구비되는 육각부를 구비한 튜브와; 상기 튜브 입구 내측에 설치되는 절연체와; 상기 절연체를 관통하여 튜브 내측에 위치하는 코일 연결부와, 상기 튜브 외측으로 노출되는 단자부로 구성되는 중축과; 상기 중축에 일단이 결합되고 타단이 튜브의 선단에 결합되는 발열코일;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그가 제공된다.

전술한 구성에 있어서, 상기 단자부는 상대물에 나사결합 하는 나사단자로 형성되거나, 압입시 상대물에 형합되어 결합되는 핀단자를 이루게 되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발열코일 내측에는 절연봉이 설치됨을 특징으로 한다.

그리고, 전술한 구성에 있어서, 상기 발열코일과 중축의 일단과의 결합은 레이저 용접에 의한 접합부에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다름 형태에 따르면, 발열코일을 중축에 접합하여 코일어셈블리를 제작하는 단계와; 상기 코일어셈블리를 튜브에 삽입하는 단계와; 상기 코일어셈블리를 구성하는 발열코일의 끝단과 튜브 끝단을 접합하는 단계와; 상기 튜브 내측에 절연재 분말을 충진하는 단계와; 상기 튜브 입구 내측에 절연체를 설치하는 단계와; 상기 튜브를 스웨이징 처리하는 단계와; 상기 튜브의 스웨이징 처리된 외표면에 대해 전조 가공 및 육각부 성형을 하는 단계;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 글로우 플러그 제조 방법이 제공된다.

전술한 구성에 있어서, 상기 스웨이징 처리시, 상기 튜브의 외표면 일측 영역에 전조 가공 영역이 형성되고, 상기 전고 가공 영역 상측에 육각부 성형 영역이 형성되도록 스웨이징 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 튜브 외측으로 노출되는 중축의 단부를 나사 결합 방식의 단자나사로 가공하거나 압입 결합 방식의 핀단자로 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 발열코일 내측에 절연봉을 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 글로우 플러그 완성품의 전장을 고려하여 중축의 일부를 절단하는 중축 절단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 중축 절단단계는 상기 중축의 단부를 단자나사 혹은 핀단자로 가공하기에 앞서 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 글로우 플러그 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명의 글로우 플러그는 기존과는 달리 금구부 및 단자부가 발열체에 통합되어 구조 및 가공 공정이 단순해지며, 제조 원가를 절감할 수 있다.

특히, 본 발명의 글로우 플러그는 금구부가 생략됨으로써 외경을 효과적으로 축소시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 글로우 플러그는, 엔진헤드에 글로우 플러그를 고정시키기 위해 별도로 제작되던 금구부가 삭제되므로 외경을 효과적으로 축소할 수 있다.

또한, 본 발명은 금구부의 생략으로 인해 기존의 절연체, 오-링, 환너트도 삭제되어 부품수 및 조립 공수가 줄어들게 되는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 글로우 플러그는 기존과는 달리 중축A의 추가 접합 없이 단자부 형성이 가능하므로 인해 글로우 플러그의 전장을 축소할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 글로우 플러그는 기존과는 달리 금구부 및 단자부가 발열체에 통합되어 외경 및 전장을 축소할 수 있으므로 글로우 플러그를 초소형화하는데 매우 유리하며, 구조 및 가공 공정의 단순화를 통해 제조 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 기존의 글로우 플러그의 정면도
도 2는 도 1의 글로우 플러그의 내부 구조를 보여주는 단면도
도 3은 도 2의 요부 단면도
도 4a 내지 도 4p는 기존 글로우 플러그의 제조 프로세스를 보여주는 것으로서,
도 4a의 (가)는 제어코일 파트와 발열코일 파트를 각각 나타낸 정면도이고, (나)는 용접 후의 발열코일 정면도
도 4b의 (가)는 중축B와 절연봉을 각각 나타낸 정면도이고, (나)는 발열코일을 저항용접 방식으로 중축B에 접합하여 코일어셈블리를 완성한 상태를 나타낸 정면도
도 4c는 튜브에 코일어셈블리의 삽입 및 용접이 이루어진 후의 상태를 나타낸 일부 단면도
도 4d는 MgO 분말 충진 후 상태를 나타낸 일부 단면도
도 4e는 절연체 설치 후 상태를 나타낸 일부 단면도
도 4f는 튜브 스웨이징 후의 상태를 나타낸 정면도
도 4g는 완성품 전장을 맞추기 위하여 중축B의 일부를 제거하는 상태를 보여주는 정면도
도 4h는 중축A를 중축B에 용접한 상태를 나타낸 정면도
도 4i는 금구를 압입한 상태를 나타낸 일부 단면도
도 4j는 절연체 및 오-링 삽입후의 상태를 나타낸 일부 단면도
도 4k는 환너트 설치 후의 상태를 나타낸 일부 단면도
도 4l은 마크 각인 후의 상태를 나타낸 정면도
도 4m은 너트와셔 설치 후의 상태를 나타낸 정면도
도 5는 본 발명의 글로우 플러그 정면도
도 6a 내지 도 6j는 본 발명의 글로우 플러그 제조 프로세스를 보여주는 것으로서,
도 6a의 (가)는 제어코일 파트와 발열코일 파트를 각각 나타낸 정면도이고, (나)는 용접 후의 발열코일 정면도
도 6b의 (가)는 중축과 절연봉을 각각 나타낸 정면도이고, (나)는 발열코일을 레이저 용접 방식에 의해 중축에 접합하여 코일어셈블리를 완성한 상태를 나타낸 정면도
도 6c는 튜브에 코일어셈블리의 삽입 및 용접이 이루어진 후의 상태를 나타낸 일부 단면도
도 6d는 MgO분말 충진 후 상태를 나타낸 일부 단면도
도 6e는 절연체인 고무패킹 삽입후 상태를 나타낸 일부 단면도
도 6f는 튜브 스웨이징 후의 상태를 나타낸 정면도
도 6g는 튜브에 전조 가공을 한 상태를 나타낸 정면도
도 6h는 튜브에 육각부를 성형한 상태를 나타낸 정면도
도 6i는 완성품 전장을 맞추기 위하여 중축의 일부를 제거하는 상태를 보여주는 정면도
도 6j는 중축 상단부에 전조 가공을 한 상태를 나타낸 정면도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부도면 도 5, 도 6a 내지 도 6j를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 글로우 플러그는, 조립 상대물인 디젤 엔진의 엔진 헤드(미도시)에 취부할 수 있도록 형성되는 나사산부(250a)와, 상기 엔진 헤드에 글로우 플러그 장착시 공구 조작을 위해 구비되는 육각부(250b)를 구비한 튜브(250)와; 상기 튜브(250) 입구 내측에 설치되는 절연체(400)와; 상기 절연체(400)를 관통하여 튜브(250) 내측에 위치하는 코일 연결부(220a)와, 상기 튜브(250) 외측으로 노출되는 단자부(220b)로 구성되는 중축(220)과; 상기 중축(220)에 일단이 결합되고 타단이 튜브(250)의 선단에 결합되는 발열코일(210);을 포함하여 구성된다.

상기 단자부(220b)는 상대물에 나사결합 하는 나사단자로 형성되거나, 압입시 상대물에 형합되어 결합되는 핀단자를 이루게 된다.

그리고, 상기 발열코일(210) 내측에는 절연봉(203)이 설치되며, 상기 발열코일(210)과 중축(220)의 일단과의 결합은 레이저 용접에 의한 접합부에 의해 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 글로우 플러그 제조 프로세스에 대해 도 6a 내지 도 6j를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 6a의 (가) 및 (나)를 참조하면, 본 발명의 글로우 플러그 제조시에는 도 6a의 (가)에 도시된 바와 같이 제어코일 파트(210a)와 발열코일 파트(210b)를 준비한 다음, 도 6a의 (나)에 도시된 바와 같이 이들 제어코일 파트(210a)와 발열코일 파트(210b)를 용접하여 일체로 된 발열코일(210)을 완성한다.

그리고, 도 6b의 (가) 및 (나)를 참조하면, 도 6b의 (가)에 도시된 바와 같이 중축(220)과 절연봉(203)을 각각 준비한 상태에서, 도 6b의 (나)에 도시된 바와 같이 발열코일(210) 내측으로 코일의 휨 방지를 위한 절연봉(203)을 삽입하고, 중축(220)의 팁(220a-1)에 발열코일(210)의 일단을 삽입하고 레이저 용접 방식으로 접합하여 코일어셈블리를 완성한다.

그 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 중공구조체인 금속재질의 튜브(250)를 준비하여, 상기 튜브(250)에 코일어셈블리를 삽입하고, 튜브(250) 선단부와 코일어셈블리 선단부를 용접한다.

그리고 나서, 도 6d에 도시된 바와 같이, 절연재(240)로서 MgO분말을 튜브(250) 내부에 초음파를 이용하여 충진하게 된다.

이어, 도 6e에 도시된 바와 같이, 튜브(250) 입구 내측에 절연체(400)인 고무패킹 삽입한다.

여기까지의 과정은 중축(220)과 발열코일(210)의 접합을 레이저 용접 방식으로 하는 점을 제외하면 기존 글로우 플러그 제조 공정과 동일하며, 이후 공정에서부터는 공정 특성에 있어서 급격한 차이를 나타내게 된다.

도 6f를 참조하면, 튜브(250)의 형상을 원하는 형태로 만드는 스웨이징(swaging) 공정을 실시하게 되는데, 이때, 스웨이징을 통해 만들어진 튜브(250)의 형태는 기존과 현저히 달라진다.

구체적으로, 튜브(250)는 나사산이 가공될 부위 및 나중에 육각부(250b)를 이루게 되는 부위를 구비하도록 스웨이징 처리된다.

즉, 상기 튜브(250)의 외표면 일측 영역에 전조 가공 영역이 형성되고, 그 상측에 육각부(250b) 영역이 형성되도록 스웨이징 처리가 이루어진다. 상기 육각부(250b)는 글로우 플러그를 엔진 헤드에 체결시 스패너나 렌치 등의 공구 조작을 위해 구비됨은 물론이다.

이와 같이 튜브(250)의 스웨이징 처리가 이루어진 다음에는, 도 6g에 도시된 바와 같이 나사산이 가공될 부위를 전조 가공하여 나사산부(250a)를 형성한다.

그리고, 도 6h를 참조하면, 상기 나사산부(250a) 상측 부위를 성형하여 육각부(250b)를 형성한다. 상기 육각부(250b)는 글로우 플러그를 결합 상대물인 엔진헤드에 체결함에 있어 스패너 등의 공구 조작을 위해 구비되는 것이다.

상기에서 나사산부(250a) 전조 가공 및 육각부(250b)에 대한 성형은 가공 공정상 순서가 바뀌어도 무방하다.

한편, 나사산부(250a) 전조 가공 및 육각부(250b)에 대한 성형 후에는, 도 6i에 도시된 바와 같이, 완성품 전장을 고려하여 중축(220)의 상단 일부를 필요한 길이 만큼 제거한다.

그 다음에는 도 6j에 도시된 바와 같이, 중축(220) 상단부가 단자부를 이루도록 상기 중축(220) 상단부 외주면에 나사산부(250a)를 형성한다.

한편, 중축(220) 상단부 외주면에 나사산부(250a)를 형성하는 대신 중축(220) 상단부를 핀단자 형태로 형성할 수도 있다.

즉, 상기 튜브(250) 외측으로 노출되는 중축(220)의 단부는 나사 결합 방식의 단자나사로 가공하거나 압입 결합 방식의 핀단자로 가공될 수 있는 것이다.

도 6j에 도시된 바와 같이, 중축(220) 상단부가 단자부를 이루도록 한 후에는, 기존 공정과 동일한 과정을 이루므로 도시는 생략하였다.

즉, 중축(220) 상단부에 대한 단자부(220b) 형성 이후에는 회사로고 등의 마크를 각인하고, 완성검사를 한 다음에 너트와셔(600; 도 4m 참조)를 중축(220) 상단부에 설치하여 글로우 플러그 제조를 완성한다.

상기한 바와 같은 제조 공정을 따르는 글로우 플러그는 기존 금구부 및 단자부가 발열체에 통합됨으로써, 구조 및 제조 공정이 단순화되며 따라서 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 글로우 플러그의 외경과 전장을 축소하여 글로우 플러그의 소형화를 도모할 수 있게 되는 것이다. 즉, 본 발명의 글로우 플러그는 기존의 금구부(100)가 생략됨으로써 외경을 효과적으로 축소시킬 수 있다.

부언컨대, 본 발명은 엔진헤드에 글로우 플러그를 고정시키기 위해 별도로 제작되던 금구부(100)가 생략됨에 따라 외경을 더욱 효과적으로 축소할 수 있으며, 금구부(100)의 생략으로 인해 기존의 절연체(400), 오-링(401), 환너트도 삭제되어 부품수 및 조립 공수가 줄어들게 된다.

한편, 본 발명은 기존과는 달리 중축A(222)의 추가 접합 없이 중축 상단부에 단자부가 형성되므로 전장을 효과적으로 축소할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 실시 예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로 변경 및 수정하는 것이 가능함은 물론이다.

그러므로, 상기한 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있음은 당업자에게는 당연한 사항이라 할 것이다.

100: 금구부 200: 발열부
300: 단자부 210: 발열코일
210a: 제어코일 파트 210b: 발열코일 파트
220: 중축 220a: 코일 연결부
220b: 단자부 221: 중축B
222: 중축A 230: 절연봉
220a-1: 팁 240: 절연재
250: 튜브 250a: 나사산부
250b: 육각부 400: 절연체
401: 오-링 500: 환너트
600: 너트와셔