KR101305813B1

KR101305813B1 - 캠 샤프트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101305813B1
Application number: KR1020070118789A
Authority: KR
Inventors: 송낙근
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2013-09-06
Also published as: KR20090052204A

Abstract

본 발명은 캠 샤프트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 캠 샤프트는 내측에 삽입홀이 형성된 캠 노브와, 상기 캠 노브 한 쌍이 서로 위상각이 동일하도록 외삽되는 한 쌍의 장착부를 구비하는 단위 파이프로 이루어진 단위체를 포함하며, 상기 단위체가 축방향으로 복수개 접합되어 형성되며, 그 양단에 전,후방 피스가 고정되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성을 가지는 본 발명에서 상기 단위체는 동일한 구조를 가지기 때문에 제작이 용이하고, 이를 복수개 축방향으로 접합함으로써 캠 샤프트를 제작할 수 있기 때문에 전체적으로 대량 생산이 가능한 효과를 가진다.

캠 샤프트, 캠 노브, 위상각

Description

캠 샤프트 및 그 제조방법{Cam Shaft and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 캠 샤프트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정되는 캠 로브의 위상각을 정확하게 맞출 수 있으며, 조립이 용이한 캠 샤프트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

캠 샤프트(cam shaft)는 록커 암 밸브를 구동하기 위한 것으로 흡입밸브를 구동시킬 수 있는 캠 로브(cam lobe)와 배기밸브를 구동시킬 수 있는 캠 로브가 연속적으로 장착되어 있으며, 실린더 헤드에 설치되는 방향에 따라서 DOHC(Double Over Head Cam shaft)와 SOHC(Single Over Head Cam shaft)로 나뉘어 진다.

도 1은 종래기술에서 캠 로브가 장착된 상태의 캠 샤프트를 나타내는 도면이다. 도 1로부터 알 수 있듯이, 캠 샤프트(200)는 회전축이 되는 중공의 파이프(110), 상기 파이프(110)의 전후 양단에 고정되는 전방피스(120)와 후방피스(130), 상기 파이프(110)의 중앙부분에 배열되어 장착되는 캠 로브(140)로 구성된다.

상기 전방피스(120) 및 후방 피스(130)는 별도로 제작된 후 파이프(110)의 양단에 고정되는데, 통상 상기 전방피스(120)는 파이프(110)에 대해서 브레이 징(brazing)접합 등에 의해서 고정된다.

한편, 상기 파이프(110)의 중앙 부분에 배치되는 캠 로브(140)는 두 개가 서로 같은 위상각을 가지는 쌍으로 배열된다. 상기 파이프(110)의 외주면에는 축방향으로 복수개의 가이드 홈(111)이 형성되어 있으며, 상기 캠 로브(140)는 파이프(110)에 외삽되는 삽입홀(141)의 내주면에서는 상기 가이드 홈(111)에 대응하는 돌기(141a)가 복수개 형성되어 있다. 쌍을 이루는 복수개의 상기 캠 로브(140)는 가이드 홈(111)을 기준으로 하여 설계되는 위상각을 가지도록 파이프(110)에 고정된다.

종래의 캠 샤프트(100)의 제작과정을 살펴보면, 먼저 상기 파이프(110)를 가공하고, 그 외주면에 가이드 홈(111)을 가공한다. 그리고 금속분말원료를 혼합 및 성형하여 캠 로브(140)를 제조한다. 상기 파이프(110)의 가이드 홈(111)을 기준으로 하여 제조된 캠 로브(140)를 각각의 위상각에 맞도록 파이프(110)에 외삽시켜 임시적으로 고정시킨다. 이때 캠 로브(140)는 파이프(110)에 대해서 열간압입 또는 냉간압입 방법을 통해서 완전히 고정된다.

이러한 종래의 제조방법에 의해서 제조되는 캠 샤프트(100)는 파이프(110)의 외주면에 가이드 홈(111)을 가공하고, 또한 캠 로브(140)의 삽입홀(141)의 내주면에도 이와 대응되는 돌기(141a)를 가공해야 하는 등 전체적으로 가공공수가 증가하게 되는 문제점이 있다. 또한 상기 캠 로브(140)가 가이드 홈(111)을 기준으로 하여 설계된 위상각을 가지도록 고정되어야 하는데, 파이프(110)의 외주면에 상기 가이드 홈(111)을 가공할 때 가이드 홈(111)의 위치에 오차가 발생하게 되면 이는 캠 로브(140)의 위상각에 있어서 문제가 발생하기 때문에 가공에 정밀성을 요하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가공이 용이하여 대량생산이 가능하며, 캠 노브 결합시 위상각을 정확하게 맞출 수 있는 캠 샤프트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 캠 샤프트에 관한 것으로, 내측에 삽입홀이 형성된 캠 노브와, 상기 캠 노브 한 쌍이 서로 위상각이 동일하도록 외삽되는 한 쌍의 장착부를 구비하는 단위 파이프로 이루어진 단위체를 포함하며, 상기 단위체가 축방향으로 복수개 접합되어 형성되며, 그 양단에 전,후방 피스가 고정되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성을 가지는 본 발명에서 상기 단위체는 동일한 구조를 가지기 때문에, 단위체 제작이 용이하고 이들 단위체를 복수개 축방향으로 접합함으로써 캠 샤프트를 제작할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 캠 샤프트에서 상기 단위 파이프에 형성되는 장착부에는 상기 캠 노브의 위치를 결정하기 위한 위치결정턱이 형성되어 있으며, 상기 캠 노브의 삽입홀의 내주면에는 상기 위치결정턱에 대응하는 단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 단위체 제작시 캠 노브가 단위 파이프의 위치결정턱에 걸려 그 장착 위치가 결정된다.

또한, 본 발명은 캠 샤프트를 제조하는 제조방법에 관한 것으로, 파이프를 준비하고, 파이프의 외주면에 복수개의 장착부를 가공하는 제1단계; 상기 파이프를 한쌍의 장착부를 포함하도록 단위 파이프로 절단하는 제2단계; 상기 단위 파이프의 장착부에 한 쌍의 캠 노브를 서로 위상각이 동일하도록 외삽시켜 단위체를 제작하는 제3단계; 그리고 상기 제3단계에서 제작된 단위체를 설계된 위상각에 부합하도록 축방향으로 접합하고, 그 양단에 전,후방 피스를 고정시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 캠샤프트 제조방법은 상기 제1단계에서 상기 장착부에는 캠 노브의 위치를 결정하기 위한 위치결정턱을 가공하는 제1-a단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 동일한 구조를 가지는 단위체를 대량으로 제작할 수 있으며, 이들을 캠 노브의 위상각에 따라서 연속적으로 접합하여 캠 샤프트를 제작하기 때문에 제작이 용이하고 대량생산이 가능하게 되는 효과를 가진다.

또한 본 발명은 단위체를 조립할 때 단위 파이프에 대한 캠 노브의 장착 위치가 정확하게 결정되기 때문에 단위체의 조립이 단순해지는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따르는 캠 샤프트 및 그 제조방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따르는 캠 샤프트의 단위체에 대한 분해 및 조립상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따르는 캠 샤프트를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따르는 캠 샤프트 제조 방법을 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르는 캠 샤프트(200)는 단위 파이프(210) 및 상기 단위 파이프(210)에 장착되는 한쌍의 캠 로브(240)로 이루어지는 단위체(250)와, 상기 단위체(250)가 복수개 연결되고 그 전,후방 양단에 고정되는 전,후방 피스(220, 230)를 포함한다.

즉, 본 발명은 동일한 구조를 가지는 단위체(250)를 복수개 제작하고, 이들을 축방향으로 연속적으로 접합함으로써, 캠 샤프트(200)를 제작한다. 상기 단위체(250)를 구성하는 단위 파이프(210)는 도 2의 (a)에 도시한 것과 같이 외주면에 돌출된 한 쌍의 장착부(211)가 형성되어 있다. 상기 단위 파이프(210)를 제작할 때 일체로 제작된다. 상기 장착부(211)에는 캠 로브(240)가 장착된다. 상기 장착부(211)는 서로 마주보는 부분에 장착부(211)부터 돌출되는 위치결정턱(212)이 형성되어 있다. 상기 위치결정턱(212)은 캠 로브(240)의 장착위치를 결정하기 위한 것이다.

상기 캠 로브(240)는 그 내측에 장착부(211)에 외삽될 수 있도록 삽입홀(241)이 형성되어 있다. 상기 캠 로브(240)는 단위 파이프(210)의 양측에서 외삽된다. 상기 캠 로브(240)의 삽입홀(241)은 장착부(211)에서는 삽입되나 위치결정턱(212)에는 걸려지게 되는 내경을 가지고 있다. 따라서 상기 캠 로브(240)가 단위 파이프(210)에 외삽될 때 캠 로브(240)가 위치결정턱(212)에 걸려 더 이상 축방향으로 이동하지 않게 되기 때문에 정확한 위치가 결정된다.

상기 단위 파이프(210)에 장착되는 한 쌍의 캠 로브(240)는 서로 동일한 위 상각을 가진다. 이를 위해서 본 발명은 하나의 캠 로브(240)를 단위 파이프(210)의 장착부(211)들 중 하나에 외삽시킨 후, 이후 다른 하나의 캠 로브(240)를 다른 장착부(211)에 외삽시킬 때 앞서 외삽되어 고정된 캠 로브(240)를 기준함으로써 용이하게 동일한 위상각을 가질 수 있도록 한다.

상기 한 쌍의 캠 로브(240)는 단위 파이프(210)의 장착부(211)에 장착될 때 냉간압입 또는 열간압입 방식을 통해서 외삽되기 때문에 확실히 고정된다.

이렇게 제작된 단위 파이프(210)는 도 3에 도시한 것과 같이 브레이징 접합에 의해서 축방향으로 연속적으로 접합되며, 이로써 캠 샤프트(200)의 중앙 부분이 제작된다. 각각의 단위 파이프(210)를 서로 접합시킬 때, 각각의 단위 파이프(210)에 고정된 한쌍의 캠 로브(240)는 설계된 위상각을 가지도록 접합된다.

이후, 캠 샤프트(200)의 전,후방에 전방 피스(220) 및 후방 피스(230)가 고정되어 캠 샤프트(200)의 제작이 완료된다.

한편, 상기 단위체(250)는 모두 동일한 구조를 가지고 있다. 따라서 즉, 하나의 단위체(250)를 제작할 때는 한 쌍의 캠 로브(240)의 설계시 위상각을 고려할 필요가 없고 동일한 구조로 제작할 수 있기 때문에 대량 생산이 가능해진다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명에 따르는 캠 샤프트 제조방법에 대해서 설명한다.

도 4의 (a)에 도시한 것과 같이 먼저, 외주면에 가공이 되지 않은 파이프(210')를 준비하고, 그 외주면에 캠 로브(240)가 장착되는 장착부(211)를 가공한다(제1단계).

이후, 상기 장착부(211)에 대해서 도 4의 (b)에 도시한 것과 같이 위치결정턱(212)을 가공한다(제1-a단계). 그리고 상기 제1-a단계에서 가공된 파이프(210')는 각각 단위 파이프(210)로 절단된다(도 4의 (c) 참조, 제2단계). 제2 단계에서 가공된 상기 각각의 단위 파이프(210)는 한쌍의 장착부(211)를 구비하게 된다. 이후 도 4의 (d)의 제3단계에서는 상기 절단된 단위 파이프(210) 각각에 대해서 한쌍의 캠 로브(240)를 고정시켜 단위체(250)를 제작한다. 이때 상기 캠 로브(240)는 열간압입 및 냉간압입에 의해서 장착부(211)에 고정되며, 한 쌍의 캠로브(240)는 서로 동일한 위상각을 가지고 있도록 장착된다. 이를 위해서 하나의 캠 로브(240)를 먼저 장착시키고 다른 캠 로브(240)는 장착된 캠 로브(240)를 기준으로 하여 장착한다.

이후 도 4의 (e)에 도시된 제4단계에서는 캠 로브(240)가 장착된 단위체(250)를 축방향으로 브레이징 접합시키고 이후 전,후방에 전방피스(220) 및 후방피스(230)를 고정시켜 캠 샤프트(200) 제작을 완료한다.

상기 단위체(250)를 서로 접합시킬 경우에는 각각의 단위체(250)에 장착된 캠 로브(240)는 전체적인 캠 샤프트(200)내에서 설계된 위상각을 가지도록 접합된다.

도 1은 종래기술에서 캠 로브가 장착된 상태의 캠 샤프트를 나타내는 도면.

도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따르는 캠 샤프트의 단위체에 대한 분해 및 조립상태를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따르는 캠 샤프트를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따르는 캠 샤프트 제조방법을 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 캠 샤프트 210 : 단위 파이프

211 : 장착부 212 : 위치결정턱

220 : 전방피스 230 : 후방피스

240 : 캠 로브 250 : 단위체

Claims

내측에 삽입홀이 형성된 캠 노브와, 상기 캠 노브 한 쌍이 서로 위상각이 동일하도록 외삽되는 한 쌍의 장착부를 구비하는 단위 파이프로 이루어진 단위체를 포함하며,

상기 단위체가 축방향으로 복수개 접합되어 형성되며, 그 양단에 전,후방 피스가 고정되고,

상기 단위 파이프에 형성되는 장착부에는 상기 캠 노브의 위치를 결정하기 위한 위치결정턱이 형성되며,

상기 캠 로브가 단위 파이프에 외삽될 때 캠 로브가 위치결정턱에 걸려 축방향으로 이동하지 않는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트.
제1항에 있어서,

상기 캠 노브의 삽입홀의 내주면에는 상기 위치결정턱에 대응하는 단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트.
캠 샤프트를 제조하는 제조방법으로,

파이프를 준비하고, 파이프의 외주면에 복수개의 장착부를 가공하는 제1단계,

상기 파이프를 한쌍의 장착부를 포함하도록 단위 파이프로 절단하는 제2단계,

상기 단위 파이프의 장착부에 한 쌍의 캠 노브를 서로 위상각이 동일하도록 외삽시켜 단위체를 제작하는 제3단계, 그리고

상기 제3단계에서 제작된 단위체를 설계된 위상각에 부합하도록 축방향으로 접합하고, 그 양단에 전,후방 피스를 고정시키는 제4단계를 포함하며,

상기 제1단계에서 상기 장착부에는 캠 노브의 위치를 결정하기 위한 위치결정턱을 가공하는 제1-a단계를 포함하여 상기 캠 로브가 단위 파이프에 외삽될 때 캠 로브가 위치결정턱에 걸려 축방향으로 이동하지 않는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 제조방법.
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