KR101548545B1 - 캠 샤프트 장치와, 샤프트 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠 샤프트 장치의 샤프트를 알루미늄 소재로 압출하고, 로브를 철계, 알루미늄 합금 및 알루미늄 복합재료로 제조하여 서로 암수 또는 수암이 되어 결합하여 초경량이면서 고인성의 제품을 제작할 수 있게 하는 캠 샤프트 장치와, 샤프트 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법에 관한 것으로서, 샤프트(shaft); 상기 샤프트에 설치되는 로브(lobe); 및 상기 로브가 상기 샤프트에 고정될 수 있도록 상기 샤프트와 로브 사이에 설치되는 물림 부재;를 포함할 수 있다.

Description

캠 샤프트 장치와, 샤프트 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법{Cam shaft apparatus, shaft and its manufacturing method}

본 발명은 캠 샤프트 장치와, 샤프트 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캠 샤프트 장치의 샤프트를 알루미늄 소재로 압출하고, 로브를 철계, 알루미늄 합금 및 알루미늄 복합재료로 제조하여 서로 암수 또는 수암이 되어 결합하여 초경량이면서 고인성의 제품을 제작할 수 있게 하는 캠 샤프트 장치와, 샤프트 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 캠 샤프트 장치는, 내연기관 엔진의 회전에 맞추어서 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐를 담당하는 부품으로 회전축의 역할을 하는 샤프트와 엔진의 흡기 및 배기 밸브의 개폐시기와 개폐길이인 양정을 조정하는 로브(lobe) 및 회전 고정자 역할을 하는 저널(journal)로 이루어질 수 있다.

이러한 상기 캠 샤프트 로브의 곡선은 약간만 변화해도 각 밸브의 개폐 시기나 리프트가 달라져서 기관의 성능에 영향을 미치기 때문에 종래의 상기 로브 및 상기 샤프트는 주로 장시간 사용해도 내구성을 확보할 수 있는 주철 및 주강 등의 철계 소재를 사용한다.

1. 일본 공개특허공보 특개평07-293666호(1995.11.07.) 2. 공개특허공보 제10-1998-0077947호(1998.11.16.)

캠 샤프트 장치의 양산에 적용되고 있는 방식은 주조, 단조, 용접 및 분말야금 등의 공법이 적용되고 있으며, 주조의 경우 초기에는 회주철 및 구상화흑연주철을 주조한 후에 고주파 및 질화 등의 열처리를 통하여 로브(lobe)와 저널(journal) 부위를 표면처리 한 후에 정밀 가공하는 방법을 적용하였으나, 경제적이지만 주조결함 등의 문제점과 경량화의 문제점이 있었으며, 최근에는 경량화와 주조결함을 최소화 하기 위하여 중공 상태로 원심주조를 통하여 제조하는 방식이 적용되고 있으나, 분말에 의한 중공방식에 비하여 경량화 측면에서 경쟁력이 낮은 편이다.

단조 공법의 경우에는 우수한 기계적인 특성의 장점이 있지만, 주조 캠 샤프트 장치와 동일하게 경량화 측면의 개선이 필요하여, 단조 후에 샤프트 중심부 건드릴 가공을 통하여 경량화를 진행하고 있지만 제조단가 및 생산성의 측면에서 분말에 의한 중공방식에 비하여 경쟁력이 낮은 편이다.

현재, 대부분의 캠 샤프트 장치는 중공 스틸 파이프에 분말 로브는 분말 소결 공정 중에 접합이 되도록 하는 공정과 저널은 브레이징을 통하여 접합하는 방식이 가장 많이 적용되고 있으며, 주조 대비 30% 이상, 중공 주조 대비 10% 이상 경량화가 가능한 공법이 적용되고 있지만, 중공 분말소결 조립식의 경우에도 엔진의 다운사이징 및 가변밸브타이밍 VVT(Variable Valve Timing) 제어를 위하여 더욱 경량화 및 제조단가 절감이 요구되고 있다.

이러한 요구를 바탕으로 경량화와 제조단가 절감을 모두 만족시키기 위하여 알루미늄 주조를 통하여 철계 로브 소재를 주형에 먼저 삽입 한 후에 금형 주조 및 다이캐스팅을 통하여 제조하고자 하는 연구개발이 진행되었으나, 알루미늄 주조의 경우에는 주조결함에 의하여 캠 샤프트 장치로 견딜 수 있는 인성이 부족한 점과 알루미늄 샤프트와 철계 로브의 열팽창계수 차이로 인하여 알루미늄 샤프트 응고시 철계 로브가 고정되도록 역 요철의 형상을 가지더라도 결합시 수축 결함을 가지는 문제점으로 실적용에 제한을 받고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 캠 샤프트 장치에서 샤프트는 알루미늄 합금소재를 압출공정에 의하여 주조시 발생된 주조 조직을 소성가공 조직으로 바꾸면서 주조결함까지 제어함으로써 철계 소재와 동등 및 그 이상의 고인성을 확보하면서 경량화가 가능하도록 하며, 로브의 경우에는 기존의 철계 소재 제조 공법인 주조, 단조 및 분말 소결 등으로 제조하거나, 알루미늄 합금은 과공정 Al-Si계 합금 및 알루미늄 복합소재를 압출에 의하여 제조하며, 샤프트와 로브는 서로 암·수 혹은 수·암의 요철을 이용하여 결합할 수 있으며 또한 샤프트가 다각형의 형태로 압출되고 로브는 다각형과 기계적인 결합이 가능한 음의 형태의 다각형으로 제조가 가능하며, 캠 샤프트 장치에서 샤프트와 로브의 결합시 모두 고상이기 때문에 기존의 알루미늄 주조시 발생되는 수축율의 차이가 없이 압입 및 접합이 가능하여, 우수한 내구성을 확보하면서 초경량의 샤프트를 경제적으로 제조할 수 있는 캠 샤프트 장치와, 샤프트 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 캠 샤프트 장치는, 샤프트(shaft); 상기 샤프트에 설치되는 로브(lobe); 및 상기 로브가 상기 샤프트에 고정될 수 있도록 상기 샤프트와 로브 사이에 설치되는 물림 부재;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 물림 부재는, 상기 샤프트에 형성되는 물림홈에 맞물림되도록 상기 로브의 내경면에 상기 샤프트의 길이 방향으로 설치되는 물림 돌기일 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 물림 돌기는, 상기 로브의 내경면으로부터 제 1 길이로 돌출되고, 부분적으로 제 1 폭을 갖는 목부; 및 상기 목부의 선단에 설치되고, 부분적으로 상기 제 1 폭 이상의 제 2 폭을 갖는 머리부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 물림 부재는, 상기 로브의 내경면에 형성되는 물림홈에 맞물림되도록 상기 샤프트의 외경면에 상기 샤프트의 길이 방향으로 설치되는 물림 돌기일 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 물림 돌기는, 상기 샤프트의 외경면으로부터 제 3 길이로 돌출되고, 부분적으로 제 3 폭을 갖는 목부; 및 상기 목부의 선단에 설치되고, 부분적으로 상기 제 3 폭 이상의 제 4 폭을 갖는 머리부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 물림 부재는, 상기 샤프트의 회전 중심을 기준으로 엔진의 기통수와 밸브의 설치 개수를 고려하여 복수개가 등각 배치되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 물림 부재는, 상기 로브의 내경면에 형성된 다각면과 맞물림되도록 상기 샤프트의 외경면에 상기 샤프트의 길이 방향으로 설치되는 다각면체일 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 샤프트는, 알루미늄 성분을 포함하고, 압출 성형되는 압출 성형물이고, 상기 로브는, 알루미늄 성분을 포함하고, 적어도 압출, 단조, 주조, 분말 소결법 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 성형되는 성형물일 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 로브는, 주철이나 주강 등 철계 성분을 포함하고, 적어도 주조, 인발, 단조, 분말 소결법 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 성형되는 성형물일 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 샤프트는 내부에 길이 방향으로 중공이 형성되는 것일 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 샤프트는, 로브가 고정될 수 있도록 일측에 상기 로브와 맞물림되는 물림 부재가 설치되며, 알루미늄 성분을 포함하고, 압출 성형되는 것일 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 캠 샤프트 장치의 제작 방법은, 로브가 고정될 수 있도록 물림 부재와 대응되는 샤프트를 알루미늄 압출 성형하는 샤프트 성형 단계; 상기 샤프트와 조립될 수 있는 상기 물림 부재가 형성되도록 상기 로브를 성형하는 로브 성형 단계; 상기 샤프트에 상기 로브를 조립하는 조립 단계; 및 상기 샤프트에 조립된 상기 로브를 상기 샤프트에 접합하는 접합 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 로브 성형 단계는, 상기 로브를 알루미늄 압출 성형으로 성형하는 단계일 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 대량 생산이 가능하여 생산성 및 경제성을 향상시키고, 제품을 경량화할 수 있으며, 내부 결함이 없는 양질의 제품을 생산할 수 있고, 견고한 조립이 가능하여 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 부품 조립 사시도이다.
도 3은 도 1의 샤프트를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 로브를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치의 샤프트를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 샤프트에 조립되는 로브를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치의 샤프트를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7의 샤프트에 조립되는 로브를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

본 발명의 실시예들에서, 캠 샤프트 장치는 크게 샤프트, 로브 및 물림 부재를 포함하여 지칭될 수 있다. 다만, 이러한 캠 샤프트 장치에서 샤프트가 캠샤프트로 불릴 수도 있고, 또한 로브가 캠로브로 불리거나 단순히 캠으로 불릴 수도 있다는 점에서 본 발명의 범위가 위 용어만으로 한정되지는 않는다는 점을 이해해야 한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(100)를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 부품 조립 사시도이고, 도 3은 도 1의 샤프트(10)를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 로브(20)을 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(100)는, 크게 샤프트(10)와, 로브(20) 및 물림 부재(30)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 샤프트(10)는, 예컨데, 엔진의 흡기 밸브나 배기 밸브를 개폐하는 상기 로브(20)이 설치된 일종의 회전축일 수 있다. 물론, 상기 샤프트(10)는 반드시 엔진에 설치될 필요는 없고, 다양한 형태의 장치나 장비에 널리 사용되는 로브가 설치된 회전축들이 모두 적용될 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨데, 제품의 경량화와 고강도화를 위해서, 상기 샤프트(10)는 내부에 길이 방향으로 중공(10b)이 형성된 파이프 형상으로 성형될 수 있다. 이렇게 상기 샤프트(10)를 파이프 형상으로 성형할 경우, 상기 샤프트(10)의 일측 표면의 전단력이 상기 중공(10b)에 의해서 가장 단거리인 중심을 거치지 못하고, 표면을 돌아서 먼거리로 전달되기 때문에 중공만큼의 무게를 줄어서 제품을 경량화할 수 있는 동시에 오히려 강도는 더욱 증대될 수 있다. 이러한 상기 중공(10b)의 직경은, 상기 샤프트(10)의 재질 특성, 사용 환경, 가공 특성, 규격 특성 등에 따라 최적화 설계될 수 있다. 또한, 상기 중공(10b)은 반드시 형성되는 것은 아니다. 예컨데, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 중공(10b)은 생략될 수 있다.

여기서, 상기 샤프트(10)는 예를 들어서, 2천 계열, 4천 계열, 5천 계열, 6천 계열, 7천 계열의 알루미늄 소재가 적용될 수 있고, 이외에도 마그네슘 합금이나 타이타늄 합금 등이 적용될 수 있다.

또한, 상기 샤프트(10)는, 조직을 치밀하게 하고, 제품의 경량화 및 생산성을 증대시킬 수 있도록 상술된 재질을 이용하여 압출 성형될 수 있다.

한편, 상기 로브(20)는, 예를 들어서, 상기 샤프트(10)에 설치되어 상기 로브(20) 표면의 굴곡을 이용하여 각종 밸브를 개폐시킬 수 있는 일종의 기계 요소로서, 상기 샤프트(10)와는 압입, 브레이징, MIG 및 TIG 접합, 마찰접합, 나사 회전 체결 등의 방법으로 고정될 수 있다.

이 때, 상기 로브(20)은, 엔진의 기통 수에 따라서, 설치되는 개수가 달라 질 수 있는 것으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 로브(21)(22)(23)(24)들은 4 기통의 엔진에 더블 오버 헤드 캠샤프트 엔진(double over head camshaft engine)에 적용되는 일개의 캠 샤프트 장치를 예시하였다.

또한, 상기 샤프트(10)에 설치된 상기 로브(21)(22)(23)(24)들 사이 사이에는 상기 샤프트(10)를 회전 지지하는 베어링(미도시)과 대응되는 저널부(11)(12)(13)(14)들이 각각 형성될 수 있다. 예컨데, 이러한 상기 저널부(11)(12)(13)(14)들은 상기 샤프트(10)를 절삭하여 성형할 수 있다.

여기서, 상기 로브(20)는, 예컨데, Al-Si 합금 및 Al 복합재료 등로 이루어지는 알루미늄 합금 소재가 적용될 수 있다. 그러나, 이러한 상기 로브(20)는, 이에 국한되지 않고, Ductile cast iron, gray cast iron, chilled cast iron 등으로 이루어지는 주철계나, Carbon steel, Alloy steel, Nitriding steel 등으로 이루어지는 주강계나, Ti₆Al₄V 및 Titnium 복합재료 등으로 이루어지는 타이타늄 합금 소재가 적용될 수 있다.

또한, 상기 로브(20)는, 조직을 치밀하게 하고, 제품의 경량화 및 생산성을 증대시킬 수 있도록 상술된 재질을 이용하여 압출 성형될 수 있다. 그러나, 이러한 상기 로브(20)는, 이에 국한되지 않고, 주조, 분말소결(in-situ 합성) 등의 방법으로 제작될 수 있다.

이러한, 상기 샤프트(10) 및 상기 로브(20)는 기타 표면 코팅이나 열처리 등을 통해서 강도나 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 물림 부재(30)는, 예를 들어서, 상기 로브(20)가 상기 샤프트(10)에 고정될 수 있도록 상기 샤프트(10)와 로브(20) 사이에 설치될 수 있다.

더욱 구체적으로는, 도 1 내지 도 4에 도시된 봐와 같이, 상기 물림 부재(30)는, 상기 샤프트(10)에 형성되는 물림홈(10a)에 맞물림되도록 상기 로브(20)의 내경면(20a)에 상기 샤프트(10)의 길이 방향으로 설치되는 물림 돌기(31)일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 물림 돌기(31)는, 예컨데, 상기 로브(20)의 내경면(20a)으로부터 제 1 길이(L1)로 돌출되고, 부분적으로 제 1 폭(W1)을 갖는 목부(31-1) 및 상기 목부(31-1)의 선단에 설치되고, 부분적으로 상기 제 1 폭(W1) 이상의 제 2 폭(W2)을 갖는 머리부(31-2)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 머리부(31-2)는, 둥근 머리부일 수 있고, 이외에도, 삼각 머리부, 사각 머리부, 다각 머리부, 타원 머리부 등 다양한 형태의 머리부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 목부(31-1)는, 아래부분의 폭은 넓으나, 위로 올라갈수록 그 폭이 좁아져서 부분적으로 상기 제 1 폭(W1)을 갖는 것이다.

따라서, 이러한 상기 목부(31-1)와 상기 머리부(31-2)를 이용하여 상기 물림 돌기(31)가 상기 물림홈(10a)에 삽입되면 상기 머리부(31-2)의 제 2 폭(W2)이 상기 제 1 폭(W1) 이상이므로 상기 샤프트(10)의 외경면 방향으로 쉽게 이탈될 수 없고, 이러한 물림 돌기(31)들이 복수개의 물림홈(10a)에 삽입되기 때문에 비틀림 방향으로의 보다 견고한 고정이 가능할 수 있다.

또한, 상기 물림 돌기(31)의 설치 개수는, 상기 샤프트(10)의 회전 중심을 기준으로 엔진의 기통수와 밸브의 설치 개수를 고려하여 복수개가 등각 배치될 수 있다.

더욱 구체적으로는, 엔진이 3기통인 경우, 120도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 돌기(31)는 6개나 9개가 등각 배치될 수 있고, 엔진이 4기통인 경우, 90도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 돌기(31)는 4개나, 8개나, 12개가 등각 배치될 수 있다.

또한, 엔진이 5기통인 경우, 72도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 돌기(31)는 5개나 10개가 등각 배치될 수 있고, 엔진이 6기통인 경우, 60도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 돌기(31)는 6개나 9개가 등각 배치될 수 있고, 엔진이 8기통인 경우, 90도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 돌기(31)는 4개나, 8개나, 12개가 등각 배치될 수 있다. 이외에도 그 이상의 기통인 엔진은, 기통의 위상차에 따라서 다양한 각도의 구현이 가능하다.

도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(200)의 샤프트(40)를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 샤프트(40)에 조립되는 로브(50)을 나타내는 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(200)는, 샤프트(40)와, 상기 샤프트(40)에 설치되는 로브(50) 및 상기 로브(50)이 상기 샤프트(40)에 고정될 수 있도록 상기 샤프트(40)와 로브(50) 사이에 설치되는 물림 부재(60)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 물림 부재(60)는, 상기 로브(50)의 내경면(50a)에 형성되는 물림홈(50b)에 맞물림되도록 상기 샤프트(40)의 외경면(40a)에 상기 샤프트(40)의 길이 방향으로 설치되는 물림 돌기(61)일 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 물림 돌기(61)는, 상기 샤프트(40)의 외경면(40a)으로부터 제 3 길이(L3)로 돌출되고, 부분적으로 제 3 폭(W3)을 갖는 목부(61-1) 및 상기 목부(61-1)의 선단에 설치되고, 부분적으로 상기 제 3 폭(W3) 이상의 제 4 폭(W4)을 갖는 머리부(61-2)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 머리부(61-2)는, 둥근 머리부일 수 있고, 이외에도 삼각 머리부, 사각 머리부, 다각 머리부, 타원 머리부 등 다양한 형태의 머리부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 목부(61-1)는, 아래부분의 폭은 넓으나, 위로 올라갈수록 그 폭이 좁아져서 부분적으로 상기 제 3 폭(W3)을 갖는 것이다.

따라서, 이러한 상기 목부(61-1)와 상기 머리부(61-2)를 이용하여 상기 물림 돌기(61)가 상기 물림홈(40a)에 삽입되면 상기 머리부(61-2)의 제 4 폭(W4)이 상기 제 3 폭(W3) 이상이므로 상기 샤프트(40)의 외경면 방향으로 쉽게 이탈될 수 없고, 이러한 물림 돌기(61)들이 복수개의 물림홈(50b)에 삽입되기 때문에 비틀림 방향으로의 보다 견고한 고정이 가능할 수 있다.

또한, 상기 물림 돌기(61)의 설치 개수는, 상기 샤프트(40)의 회전 중심을 기준으로 엔진의 기통수와 밸브의 설치 개수를 고려하여 복수개가 등각 배치될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(300)의 샤프트(70)를 나타내는 단면도이고, 도 8은 도 7의 샤프트(70)에 조립되는 로브(80)을 나타내는 단면도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(300)는, 샤프트(70)와, 상기 샤프트(70)에 설치되는 로브(80) 및 상기 로브(80)이 상기 샤프트(70)에 고정될 수 있도록 상기 샤프트(70)와 로브(80) 사이에 설치되는 물림 부재(90)를 포함할 수 있다.

여기서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 물림 부재(90)는, 도 8의 상기 로브(80)의 내경면(80a)에 형성된 다각면(80b)과 맞물림되도록 상기 샤프트(70)의 외경면(70a)에 상기 샤프트의 길이 방향으로 설치되는 다각면체(91)일 수 있다.

또한, 상기 물림 부재(90)의 다각면의 개수는, 상기 샤프트(70)의 회전 중심을 기준으로 엔진의 기통수와 밸브의 설치 개수를 고려하여 복수개가 등각 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로는, 엔진이 3기통인 경우, 120도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 부재(90)는 6각면체나 9각면체일 수 있고, 엔진이 4기통인 경우, 90도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 부재(90)는 4각면체나, 8각면체나, 12각면체일 수 있다.

또한, 엔진이 5기통인 경우, 72도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 부재(90)는, 5각면체나 10각면체일 수 있고, 엔진이 6기통인 경우, 60도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 부재(90)는, 6각면체나 9각면체일 수 있으며, 엔진이 8기통인 경우, 90도의 위상차 구현이 가능하도록 상기 물림 부재(90)는 4각면체나, 8각면체나, 12각면체일 수 있다. 이외에도 그 이상의 기통인 엔진은, 기통의 위상차에 따라서 다양한 다각면체의 구현이 가능하다.

도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(100)의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1, 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(100)의 제작 방법은, 로브(20)이 고정될 수 있도록 물림 부재(30)와 대응되는 샤프트(10)를 알루미늄 압출 성형하는 샤프트 성형 단계(S1)와, 상기 샤프트(10)와 조립될 수 있는 상기 물림 부재(30)가 형성되도록 상기 로브(20)을 성형하는 로브 성형 단계(S2)와, 상기 샤프트(10)에 상기 로브(20)을 조립하는 조립 단계(S3)와, 상기 샤프트(10)에 조립된 상기 로브(20)을 상기 샤프트(10)에 접합하는 접합 단계(S4) 및 상기 샤프트(10)를 가공하여 저널부를 형성하는 저널 형성 단계(S5)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 로브 성형 단계(S2)는, 상기 로브(20)을 알루미늄 압출 성형으로 성형하는 단계일 수 있고, 이외에도, 상기 로브(20)은 단조 기계에 의해 단조 성형되는 것도 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10, 40, 70: 샤프트
20, 21, 22, 23, 24, 50, 80: 로브
30, 60, 90: 물림 부재
100, 200, 300: 캠 샤프트 장치
11, 12, 13, 14: 저널부
10a: 물림홈
10b: 중공
20a: 내경면
31: 물림 돌기
L1: 제 1 길이
W1: 제 1 폭
31-1: 목부
W2: 제 2 폭
31-2: 머리부
40a: 외경면
50a: 내경면
50b: 물림홈
61: 물림 돌기
L3: 제 3 길이
61-1: 목부
W3: 제 3 폭
W4: 제 4 폭
61-2: 머리부
70a: 외경면
80a: 내경면
80b: 다각면
91: 다각면체

Claims (16)

1. 샤프트(shaft);
   상기 샤프트에 설치되는 로브(lobe); 및
   상기 로브가 상기 샤프트에 고정될 수 있도록 상기 샤프트와 로브 사이에 설치되는 물림 부재;
   를 포함하고,
   상기 물림 부재는, 상기 샤프트에 형성되는 물림홈에 맞물림되도록 상기 로브의 내경면에 상기 샤프트의 길이 방향으로 설치되는 물림 돌기이고,
   상기 물림 돌기는,
   상기 로브의 내경면으로부터 제 1 길이로 돌출되고, 부분적으로 제 1 폭을 갖는 목부; 및
   상기 목부의 선단에 설치되고, 부분적으로 상기 제 1 폭 이상의 제 2 폭을 갖는 머리부;
   를 포함하고,
   상기 샤프트는, 알루미늄 성분을 포함하고, 압출 성형되는 압출 성형물이고, 상기 물림홈은 상기 압출 성형에 의하여 상기 샤프트의 길이 방향을 따라 연장되어 연속적으로 형성된, 캠 샤프트 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 머리부는, 둥근 머리부인, 캠 샤프트 장치.
5. 샤프트(shaft);
   상기 샤프트에 설치되는 로브(lobe); 및
   상기 로브가 상기 샤프트에 고정될 수 있도록 상기 샤프트와 로브 사이에 설치되는 물림 부재;
   를 포함하고,
   상기 물림 부재는, 상기 로브의 내경면에 형성되는 물림홈에 맞물림되도록 상기 샤프트의 외경면에 상기 샤프트의 길이 방향으로 설치되는 물림 돌기이고,
   상기 물림 돌기는,
   상기 샤프트의 외경면으로부터 제 3 길이로 돌출되고, 부분적으로 제 3 폭을 갖는 목부; 및
   상기 목부의 선단에 설치되고, 부분적으로 상기 제 3 폭 이상의 제 4 폭을 갖는 머리부;
   를 포함하고,
   상기 샤프트는, 알루미늄 성분을 포함하고, 압출 성형되는 압출 성형물이고, 상기 물림 돌기는 상기 압출 성형에 의하여 상기 샤프트의 길이 방향을 따라 연장되어 연속적으로 형성된, 캠 샤프트 장치.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 머리부는, 둥근 머리부인, 캠 샤프트 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 물림 부재는, 상기 샤프트의 회전 중심을 기준으로 엔진의 기통수와 밸브의 설치 개수를 고려하여 복수개가 등각 배치되는 것인, 캠 샤프트 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 물림 부재는,
   상기 로브의 내경면에 형성된 다각면과 맞물림되도록 상기 샤프트의 외경면에 상기 샤프트의 길이 방향으로 설치되는 다각면체인, 캠 샤프트 장치.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 로브는, 알루미늄 성분을 포함하고, 적어도 압출, 단조, 주조, 분말 소결법 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 성형되는 성형물인, 캠 샤프트 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 로브는, 주철이나 주강 등 철계 성분을 포함하고, 적어도 주조, 인발, 단조, 분말 소결법 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 성형되는 성형물인, 캠 샤프트 장치.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤프트는 내부에 길이 방향으로 중공이 형성되는 것인, 캠 샤프트 장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

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