KR100860287B1 - 중공형 크랭크축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크핀 및 크랭크저널의 내부에 붕사계열의 이종금속간의 용융접합용 플럭스를 도포한 중공부재를 개재한 채로 주조접합함으로써, 크랭크 축의 제조시 중공부재의 접합을 용이하게 실시할 수 있고, 휨하중과 비틀림하중에 대한 강성이 크게 증가되어 부품수명이 길어지며, 진동에 대한 감쇄력이 향상되어 엔진소음을 저감시킬 수 있고, 중공부 내부에는 강성 축을 삽입하여 더욱 강성을 높인 크랭크축에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 크랭크저널과 크랭크 핀의 연결부분인 크랭크아암과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크핀과, 크랭크케이스 내에 지지되는 부분이며 크랭크축의 하중을 지지하는 부분인 크랭크저널로 구성되어 왕복 운동을 회전운동으로 바꾸는 종래의 크랭크축에 있어서, 상기 크랭크핀 내부에는 외주면에 8 ~ 13중량%의 붕산, 21 ~ 26중량%의 붕사, 34 ~ 44.5중량%의 불화칼슘, 26 ~ 32중량%의 불화수소산 및 0.5 ~ 1.5중량%의 불순물로 이루어지는 페이스트형 플럭스를 도포된 중공부재를 개재하여 중공부가 형성되도록 하고, 상기 중공부재가 개재된 상태로 용융금속을 주입하여 주조접합되는 것을 특징한다.

크랭크축, 중공부재, 플럭스, 이종금속 접합, 프랭크핀, 크랭크저널

Description

중공형 크랭크축{A crankshaft of hollow type}

도 1은 종래의 중실형 크랭크축을 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사시도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 단면도.

도 5,6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 단면도.

도 7은 본 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 요부사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:크랭크축 11:크랭크핀 12:크랭크아암

13:크랭크저널 14:오일홀 15:공간부

20:중공부재 21:중공부 30:축

31:오일홈 40:밀폐수단 50:오링

60:스냅링

본 발명은 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 크랭크축에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크핀 및 크랭크저널의 내부에 붕사계열의 이종금속간의 용융접합용 플럭스를 도포한 중공부재를 개재한 채로 주조접합함으로써, 크랭크 축의 제조시 중공부재의 접합을 용이하게 실시할 수 있고, 휨하중과 비틀림하중에 대한 강성이 크게 증가되어 부품수명이 길어지며, 진동에 대한 감쇄력이 향상되어 엔진소음을 저감시킬 수 있고, 중공부 내부에는 강성 축을 삽입하여 더욱 강성을 높인 크랭크축에 관한 것이다.

일반적으로 크랭크축은, 크랭크 내에 설치된 메인 베어링(Main bearing)에 지지되어 각 실린더의 동력 행정에서 얻어진 피스톤의 직선운동을 커넥팅로드를 거치면서 회전운동으로 바꾸어 엔진출력을 외부에 전달하고 동시에 흡입, 압축, 배기의 각 행정에서 역으로 피스톤에 운동을 전달하는 중요한 회전축으로서, 크랭크저널과 크랭크핀의 연결부분인 크랭크아암과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크핀과, 크랭크케이스 내에 지지되는 부분이며 크랭크축의 하중을 지지하는 부분인 크랭크저널로 구성된다.

그리고 중소형의 크랭크축은 일반적으로 강(鋼)을 단조(鍛造)하여 일체형으로 만들어지고, 선박용의 대형 엔진 크랭크축은 몇 개의 부품이 조합된 구조로 만들어진다.

그러나 종래의 크랭크축은, 도 1에 도시된 바와 같이 크랭크핀(11)의 내부가 찬 중실형(中實型) 크랭크축(10)으로 구성되므로, 크랭크핀의 단면 중심부에 구멍이 뚫려 있는 중공형(中空型) 크랭크축에 비해 1.5∼2배정도 강도가 떨어지는 단점이 있었다.

이러한 단점을 극복하기 위한 대안으로, 첫째 선박용의 대형 엔진 크랭크축과 같이 몇 개의 부품을 조합하여 중공형 크랭크축을 만드는 방법이 있으나, 이와 같은 방법은 부품의 가공 공정과 조립공정 등 다수의 공정을 거쳐야 하므로 제작이 어려워 크랭크축의 제작 단가가 높아지는 문제점이 있었다.

둘째 크랭크핀 및 저널부에 중공부가 형성되도록 크랭크축을 주물로 성형하는 방법이 있으나, 이 방법으로 성형된 크랭크축은 중공부 내부 표면이 거칠기 때문에 이 거친 중공부를 가공하지 않고 그대로 사용할 경우 크랭크축의 작동시 이 거친 부위의 흠집에 집중적으로 작용하는 응력(stress)에 의해 균열(crack)이 발생하게 되어 크랭크축에 균열이 발생하는 단점이 있었다.

그리고 이러한 중공부의 표면 가공은 매우 복잡한 크랭크축의 형태상 가공하기가 몹시 까다로우며 특히 일체형 중형 디젤 엔진에 사용되는 중형 크랭크축일 경우 더욱 가공하기 매우 힘든 문제점이 있어 실제 가공이 불가능하였다.

따라서 상기와 같은 문제점을 극복함과 동시에 중소형의 크랭크축에 모두 적용 가능한 중공형 크랭크축이 당업계에서는 절실히 요구되고 있는 실정인바, 본 출원인은 "중공형 크랭크축(공개특허공보 제2006-0020213호(2006.03.06))"을 제안한바 있는데, 이 특허에서는 크랭크저널과 크랭크핀의 연결부분인 크랭크아암과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크핀과, 크랭크케이스 내에 지지되는 부분이며 크랭크축의 하중을 지지하는 부분인 크랭크저널로 구성되어 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 크랭크축에 있어서, 상기 크랭크핀 내부에는 중공부가 형성되도록 중공부재를 개재한 상태로 주조 접합하여 구성됨을 특징으로 하는 중공형 크랭크축을 개시하되, 상기 중공부재는 개재되기 전에 플럭스와 금속분말을 혼합하여 겔형태의 혼합물을 만드는 단계와; 상기 혼합물을 접합하고자 하는 중공부재에 도포하고 예열하는 단계를 거치게 된다

하지만, 상기한 특허에서는 플러스와 금속분말을 혼합물로 만들고, 만들어진 혼합물을 중공부재에 도포한 다음, 주조접합하기 위하여 중공부재를 예열한 다음 개재시켜야 하는 공정을 거쳐야 하기 때문에 공정이 복잡하였다.

그래서, 본 출원인은 상기와 같은 이종금속간의 용융접합방법을 개선하고자 "이종금속 용융 접합용 플러스 및 이를 이용한 이종금속 용융 접합방법(특허출원 제2004-86744(2004.10.28))"을 제안한바 있는데, 이 특허에서는 이종금속을 용융접학하기 위한 붕사계열의 페이스트형 플럭스를 개시하고 있고, 또한 접합하고자 하는 금속을 주형내에 삽입한 다음, 접합면에 상기한 페이스트형 플럭스를 도포하고 용융금속을 주입함을 특징으로 하는 이종용융 금속의 접합방법을 개시하고 있다.

따라서, 본 출원인은 중공형 크랭크축의 연구를 거듭한 결과, 상기의 중공형 크랭크축에 금속간 화합물을 유도하기 위한 금속이 필요없이 붕사계열의 페이스트형 플럭스를 이용하여 중공부재를 용융접합하면 제조공정을 단순화시키면서, 중공부재의 접합도가 향상된 중공형 크랭크축을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 크랭크축의 강도 향상을 위해 중공부재를 개재시키는 것과 더불어 상기 중공부재의 개재에 있어 별도의 가공 공정을 거치지 않고도 접합도를 향상시켜 곧바로 엔진 조립공정에 투입할 수 있는 완제품의 중공형 크랭크축을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 엔진의 출력이 향상될 뿐만 아니라 휨강도 및 피로강도에 대한 강성이 크게 증가되어 부품수명이 길어지고, 진동에 대한 감쇄력이 향상되어 엔진소음을 저감시킬 수 있는 등 내구성이 대폭 향상된 중공형 크랭크축을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 크랭크저널과 크랭크 핀의 연결부분인 크랭크아암과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크핀과, 크랭크케이스 내에 지지되는 부분이며 크랭크축의 하중을 지지하는 부분인 크랭크저널로 구성되어 왕복 운동을 회전운동으로 바꾸는 크랭크축에 있어서, 상기 크랭크핀 내부에는 외주면에 8 ~ 13중량%의 붕산, 21 ~ 26중량%의 붕사, 34 ~ 44.5중량%의 불화칼슘, 26 ~ 32중량%의 불화수소산 및 0.5 ~ 1.5중량%의 불순물로 이루어지는 페이스트형 플럭스를 도포된 중공부재를 개 재하여 중공부가 형성되도록 하고, 상기 중공부재가 개재된 상태로 용융금속을 주입하여 주조접합되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 크랭크저널 내부에는 중공부가 형성되도록 상기의 페이스트형 플럭스가 도포된 중공부재를 개재한 상태로 주조 접합하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 중공부재는 스틸 파이프형으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 중공부재는 내부가 볼록한 스틸 파이프형으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 크랭크핀과 크랭크저널의 중공부 양측은 밀폐수단이 용접되어 밀폐되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 크랭크핀과 크랭크저널의 중공부에는 상기 중공부를 밀폐함과 동시에 윤활유가 통과하는 공간부가 형성되도록 가공된 강성 재질의 축이 내입됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 축의 양측 끝단 외주연에는 크랭크저널과 크랭크핀의 중공부를 연통하는 오일홀과 연결되도록 오일홈이 형성됨을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면도이며, 도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 단면도이고, 도 5,6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 단면도이며, 도 7은 본 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 요부사시도를 각각 도시한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조 하여 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사시도로서 도시된 바와 같이, 본 발명의 크랭크축(10)은, 크랭크저널(13)과 크랭크핀(11)의 연결부분인 크랭크아암(12)과 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크핀(11)과, 크랭크케이스 내에 지지되는 부분이며 크랭크축(10)의 하중을 지지하는 부분인 크랭크저널(13)로 구성된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면도로서 도시된 바와 같이, 본 발명의 크랭크축(10)은, 주조시 크랭크핀(11)의 내부에 중공부(21)가 형성되도록 파이프 형태의 중공부재(20)를 개재(介在)하여 주조한다.

이때, 상기 중공부재(20)는 그 외주면에 8 ~ 13중량%의 붕산, 21 ~ 26중량%의 붕사, 34 ~ 44.5중량%의 불화칼슘, 26 ~ 32중량%의 불화수소산 및 0.5 ~ 1.5중량%의 불순물로 이루어지는 페이스트형 플럭스를 도포한 다음 개재한다.

상기에서 붕사는 용착 금속표면의 청정화기능으로 녹(금속 산화물)을 제거하는 기능을 갖는다. 과대하게 사용 시에는 용착부이 용탕면측에 보론탄화물(B₄C)이 과대하게 형성되어 가공 시 절삭공구의 과대 마모와 크랙의 위험이 따르므로 상기와 같이 혼합함량을 정하고, 또한, 붕산은 확산 촉진제로 사용하며 수용성으로 묽은 페이스트로하여 도포가 용이하게 한다. 과대한 사용 역시 보론탄화물(B₄C)이 다 량 석출될 수 있어 상기와 같이 혼합함량의 범위를 설정한다.

불화칼슘은 금속 표면의 용융촉진제로 낮은 온도에서 고체표면을 용융할 수 있게 하여 용착될 수 있게 하는 주재료이다. 사용온도가 700 ~ 800℃로 조정하기 위하여 상기와 같이 혼합함량의 범위를 설정한다.

또한 불화수소산은 주철중의 용착부의 규소(Si)의 제저 및 탄소(C)dml 회분제거기능과 용탕이 접합금속표면에 번지게 하는 기능으로 사용한다. 이 기능을 충분히 하기 위하여 26 ~ 32중량%의 범위가 접합하다. 사용중 독성이 강하여 과대한 사용은 좋지 않다.

상기에서 불순물은 산화칼슘, 산화타트륨으로 제조과정에서 자연히 함유되는 물질들이다.

상기와 같이 중공부재(20)의 외주면에 상기 페이스트형 플럭스를 도포할 때는 30 ~ 100㎛로 함이 바람직한데, 너무 과대한 도포는 접착면의 취성과 가스발생으로 표면주변에 핀홀을 발생시킬 수 있으므로 상기와 같은 두께로 도포한다.

상기와 같이 붕사계열의 페이스트형 플럭스에 의해 중공부재(20)를 개재한 상태로 용융금속을 부어 중공형 크랭크축(10)을 제조하게 되면, 도포된 페이스트형 플럭스에 의해 용융금속의 확산에 의해 접합이 이루어지므로, 접합하고자 하는 이종금속 간에 금속간 화합물을 위한 금속의 혼합은 필요가 없다.

한편, 크랭크핀(11) 내부에 중공부재(20)를 주조 접합하는 동일한 방법으로 크랭크저널(13) 내부에도 역시 상기의 8 ~ 13중량%의 붕산, 21 ~ 26중량%의 붕사, 34 ~ 44.5중량%의 불화칼슘, 26 ~ 32중량%의 불화수소산 및 0.5 ~ 1.5중량%의 불순물로 이루어지는 페이스트형 플럭스가 외주면에 도포된 상태로 중공부재(20)의 주조 접합이 이루어진다.

이와 같은 주조 접합시에 사용되는 크랭크축(10)의 용융금속 재질은 주강 주철 등 여러 가지 다양한 금속 재질을 사용할 수도 있으나, 특히 구상흑연주철을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중공부재(20)는 내부에 중공부(21)가 형성된 파이프 형태로 구성되며 상기 중공부(21)의 표면조도(表面粗度 surface roughness)는 매끄럽게 할수록 좋으며, 스틸(steel) 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 단면도로서 도시된 바와 같이, 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13) 내부에 개재되는 중공부재(20)를 내부가 볼록한 파이프형으로 구성함으로써, 파이프형 중공부재(20)가 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13) 내부에 개재될 때 보다 크랭크축(10)의 피로강도를 더욱 증가시킬 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13) 내부에 중공부(21)가 형성되도록 중공부재(20)를 개재한 상태로 주조 접합이 완료되면, 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13) 및 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13) 사이의 단면에는 윤활유가 통과하는 오일홀(14)이 형성된다.

즉, 상기 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13)의 외주연에는 중공부(21)와 연통되도록 오일홀(14)이 형성되며, 상기 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13) 사이를 연결하는 단면에도 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13)의 중공부(21)가 서로 연통되도록 오일홀(14)이 형성된다.

또한, 상기 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13)의 중공부(21) 양측 끝단은 용접 또는 마개, 플랜지 등의 밀폐수단(40)이 용접됨에 의해 밀폐되며, 물론 밀폐수단(40)은 밀폐시 오일홀(14)의 흐름에 방해를 주지 않도록 설치된다.

도 5,6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 단면도이고, 도 7은 본 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 요부사시도로서 도시된 바와 같이상기 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13)의 중공부(21)에는 축(30)이 결합된다.

상기 축(30)의 양측 끝단 외경은 중공부(21)의 내경과 거의 동일하도록 형성되어 중공부(21) 내부에 긴밀히 밀착되며, 상기 축(30)의 양측 끝단을 연결하는 중앙은 양측 끝단의 외경 보다 작게 형성하여 윤활유 통과할 수 있는 공간부(15)가 형성되게 한다.

그리고 상기 축(30)의 양측 끝단 주연에는 중공부(21)와의 결합시 오일의 누출을 막기 위해 오링(50)이 결합 될 수도 있으며, 중공부(21)에 축(30)을 결합한 다음 축(30)의 이탈을 방지하기 위해 중공부(21)의 양측에는 스냅링(60)이 결합된다.

또한, 축(30)의 양측 끝단부에는 중공부(21)에 결합시 크랭크핀(11)과 크랭 크저널(13) 사이의 단면에 형성된 오일홀(14)과 연결되는 오일홈(31)이 형성된다.

상기와 같이 축(30)의 결합이 완료되고 중공부(21)에 스냅링(60)의 결합이 완료되면 밀폐수단(40)을 이용하여 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13)의 중공부(21)를 완전히 밀폐시킨다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 제공하는 크랭크축(10)은 크랭크핀(11) 내부에 중공부(21)가 형성되도록 붕사계열의 페이스트형 플럭스가 도포된 중공부재(20)를 개재한 채로 주조 접합함으로써, 플럭스에 의한 용융금속의 확산으로 인해 중공부재(20)를 손쉽고 견고하게 접합시켜서 크랭크축(10)의 강도를 대폭 향상시키고, 별도의 가공 공정을 거치지 않고도 엔진 조립에 투입될 수 있도록 한 크랭크축(10)에 관한 것으로서, 이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 크랭크축은 크랭크케이스 내에 설치되며 각 실린더의 동력행정에서 얻은 피스톤의 힘을 회전운동으로 바꾸어 엔진의 출력을 외부에 전달하고 흡입 압축, 배기의 행정에서는 피스톤에 운동을 전달하는 역할을 하며, 크랭크축의 구비조건을 살펴보면 동적 및 정적평형을 이루면서 원활하게 회전되어야 하고, 특히 큰 하중을 받으면서 고속회전을 하기 때문에 강성이 충분하고 내마멸성이 커야 한다.

이처럼 크랭크축의 강성을 높이기 위한 방법으로서 주물로 중공형 크랭크축을 제작하는 방법이 제안되었으나, 중공형 크랭크축이 주물제품일 경우 거친 중공 부의 표면을 중심으로 크랙이 발생함으로 반드시 중공부 표면을 가공해야 하는 번거로운 문제와, 또한 크랭크축 자체의 복잡한 형상과 선박엔진 및 자동차에 사용되는 중소형 크랭크축일 경우 가공이 매우 힘들며, 이러한 가공상의 어려움으로 인해 크랭크축의 제작단가가 높아지는 등의 문제로 인해 그 시행이 어려웠다.

그러나 도 3과 같이 본 발명에서 제공한 중공형 크랭크축(10)은 상기와 같은 문제점을 일소한 것인바, 즉, 본 발명의 중공형 크랭크축(10)은 붕사계열의 페이스트형 플럭스를 사용한 이종금속의 용융접합 기술을 이용하여 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13) 내부에 상기 붕사계열의 페이스트형 플럭스가 도포된 중공부재(20)가 개재된 상태로 제작되기 때문에 종래의 일체형 중실형 크랭크축의 생산이 어려웠으나 본 발명으로 제조가 용이하게 된다.

예를 들면 일반적인 주물 제품의 중공형 크랭크축은 중공부의 표면이 거칠어 이 거친 표면의 흠집을 기점으로 크랙이 발생하기 때문에 중공부 표면을 가공해야 하는 문제점이 있어 결국 주조형 중공 크랭크축은 별로 사용되지 않고 있다.

그러나 본 발명의 중공형 크랭크축(10)은 중공부재(20)에 의해 중공부(21)가 기계 가공된 파이프 형태로 구성되므로 중공부재(20)의 중공부(21) 표면조도가 높아 별도의 가공이 필요 없으며, 거친 표면이 없이 중공부(21) 전체가 매끈하므로 크랙 발생의 우려가 전혀 없어 보다 안전하게 크랭크축(10)을 사용할 수 있다.

그리고 본 발명의 크랭크축(10)은 엔진과 조립되어 작동될 경우 종래의 크랭 크 축에 비하여 저가의 안정성 있는 제품을 사용할 수 있게 된다.

예를 들면 엔진과의 조립시 본 발명의 크랭크축(10)은, 크랭크 핀(11) 둘레에 윤활유를 공급하기 위해 크랭크저널(13)과 크랭크핀(11) 및 크랭크저널(13)과 크랭크핀(11) 사이의 단면에 오일홀(14)이 형성된다.

그리고 크랭크핀(11,)과 크랭크저널(13)의 중공부(21) 양측은 용접 또는 마개, 플랜지 등의 밀폐수단(40)이 용접됨에 의해 밀폐된다.

따라서 윤활유는, 크랭크저널(13)에 형성된 오일홀(14)을 통해 크랭크저널(13)의 중공부(21)에 주입된 다음 크랭크저널(13)과 크랭크핀(11) 단면 사이에 형성된 오일홀(14)을 통해 대략 4㎏/㎠의 압으로 크랭크핀 및 저널(11,13)의 중공부(21)에 주입되고 다시 크랭크핀(11)의 오일홀(14)을 통해 크랭크핀 및 저널(11,13)의 둘레에 공급된다.

다시 말해 상기 크랭크핀(11) 내부에 유입되는 윤활유는, 4㎏/㎠의 힘으로 크랭크핀 및 저널(11,13)의 외벽을 지지하는 것과 같아지므로 크랭크핀 및 저널(11,13)에 굽힘 하중이 작용하더라도 중공부(21)를 제외한 크랭크핀(11)의 단면이 먼저 하중을 잡아주고, 재차 중공부(21) 내부의 윤활유가 4㎏/㎠의 힘으로 크랭크핀(11)에 작용하는 하중을 잡아주게 된다.

뿐만 아니라 크랭크핀(11) 내부에 유입되는 윤활유는 액체이므로 고체일 경우 보다 크랭크핀(11)에 걸리는 진동의 상쇄력이 높기 때문에 이 또한 크랭크축(10)의 피로 강성을 배가시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 단면도로서 도시된 바와 같이, 크랭 크핀(11) 및 크랭크저널(13) 내부에 개재되는 중공부재(20)를 내부가 볼록한 파이프형으로 형성함으로써, 크랭크핀(11)과 크랭크아암(12)과 크랭크저널(13)의 접합부위 두께를 더욱 두껍게 보강하고 유선형 구조로 형성되어 중실형 크랭크축에 비하여 강성(대략 2배)을 대폭 증가시킨 것이다.

도 5,6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 단면도로서 도시된 바와 같이 상기 크랭크핀(11)과 크랭크저널(13)의 중공부(21)에 축(30)의 결합한 다음 밀폐수단(40)에 의해 밀폐함으로써 크랭크축(10)의 내구성을 더욱 향상시킨 것이다.

먼저 윤활유의 주입경로를 살펴보면, 크랭크저널(13)의 오일홀(14)을 통하여 크랭크저널(13)의 중공부(21)로 주입된 윤활유는 크랭크저널(13)과 크랭크핀(11) 사이의 단면에 형성된 오일홀(14)을 따라 주입된다.

이때 크랭크저널(13)과 크랭크핀(11) 사이의 단면에 형성된 오일홀(14)은 축(30)에 형성된 오일홈(31)과 연결되어 있기 때문에 이 오일홈(31)을 따라 이동되어 공간부(15)에 주입된 후 크랭크핀(11)의 오일홀(14)을 통해 크랭크핀(11)의 둘레에 공급된다.

따라서 크랭크핀(11)에 휨하중과 비틀림하중이 작용할 때 먼저 중공부(21)를 제외한 크랭크핀(11)의 단면이 하중을 잡아주고, 공간부(15)에 주입된 윤활유가 4㎏/㎠의 힘으로 크랭크핀(11)에 작용하는 하중을 잡아 주고, 동시에 축(30)이 하중을 잡아 줌으로 응력이 분산됨으로 크랭크축(10)의 강성이 더욱 증가되는 것이다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명의 크랭크축은 크랭크핀 또는 크랭크저널 내부에 중공부가 형성되도록 중공부재를 개재한 채로 주조접합함으로써, 별도의 가공 공정이 필요하지 않아 제조 공정이 단순하고, 주철제인 경우 크랭크축의 표면 마찰계수가 적어 운전중 베어링과의 소착(燒着)을 예방할 수 있고, 중공형 크랭크축으로 제조됨으로 동일재질의 종래 중실형 크랭크축 보다 강도가 배가(1.5∼2배)되는 효과가 있다.

또한, 개재되는 중공부재의 외주면에 붕사계열의 페이스트형 플럭스를 도포시킴으로써, 플럭스에 의해 금속간에 용융금속의 확산이 이루어져 중공부재의 접합을 용이하게 할 수 있는 동시에, 접합도도 완벽하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래의 단조로 제작되는 크랭크축은 고가의 금형이 필요하며 다품종 소량 생산이 난해하여 높은 원가이나, 본 발명의 주물형 크랭크축은 다품종 소량 생산이 가능하며 낮은 원가로 제조 가능하다.

비록 본 발명이 첨부되는 도면에 의해 설명되었을 지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 특허청구범위 내에서 많은 수정 및 변형이 있을 수 있음은 물론이다.

Claims (8)

1. 크랭크저널과 크랭크핀의 연결부분인 크랭크아암과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크핀과, 크랭크케이스 내에 지지되는 부분이며 크랭크축의 하중을 지지하는 부분인 크랭크저널로 구성되어 왕복 운동을 회전운동으로 바꾸는 크랭크축에 있어서,

   상기 크랭크핀 내부에는 외주면에 8 ~ 13중량%의 붕산, 21 ~ 26중량%의 붕사, 34 ~ 44.5중량%의 불화칼슘, 26 ~ 32중량%의 불화수소산 및 0.5 ~ 1.5중량%의 불순물로 이루어지는 페이스트형 플럭스를 도포된 중공부재를 개재하여 중공부가 형성되도록 하고, 상기 중공부재가 개재된 상태로 용융금속을 주입하여 주조접합되고,

   상기 크랭크저널 내부에는 외주면에 8 ~ 13중량%의 붕산, 21 ~ 26중량%의 붕사, 34 ~ 44.5중량%의 불화칼슘, 26 ~ 32중량%의 불화수소산 및 0.5 ~ 1.5중량%의 불순물로 이루어지는 페이스트형 플럭스를 도포된 중공부재를 개재하여 중공부가 형성되도록 하고, 상기 중공부재가 개재된 상태로 용융금속을 주입하여 주조접합되는 것을 특징으로 하는 중공형 크랭크축.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 중공부재에 도포되는 페이스트형 플러스의 도포는 30 ~ 100㎛의 두께로 함을 특징으로 하는 중공형 크랭크축.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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