KR101850005B1 - 캠 샤프트 장치 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법 - Google Patents

캠 샤프트 장치 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메인 샤프트에 복수개의 부품들을 조립할 수 있게 하는 캠 샤프트 장치 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법에 관한 것으로서, 길이 방향으로 길게 형성되는 메인 샤프트; 상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 메인 샤프트의 회전축과 편심되게 형성되는 적어도 하나의 캠 로브; 상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 메인 샤프트가 회전 지지될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 저널 베어링; 및 상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 캠 로브 또는 상기 저널 베어링의 조립 위치를 정렬시킬 수 있도록 상기 캠 로브와 이웃하는 다른 캠 로브 사이에 설치되는 적어도 하나의 가이드 샤프트;를 포함할 수 있다.

Description

캠 샤프트 장치 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법{Cam shaft apparatus and its manufacturing method}
본 발명은 캠 샤프트 장치 및 캠 샤프트 장치의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메인 샤프트에 복수개의 부품들을 조립할 수 있게 하는 캠 샤프트 장치 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 캠 로브(lobe) 및 회전 고정자 역할을 하는 저널(journal) 베어링으로 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.
캠 샤프트 장치의 양산에 적용되고 있는 방식은 주조, 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.
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.
또한, 이러한 조립 방식의 캠 샤프트 장치는 각 부품이 조립된 후, 이들 부품들이 헛돌지 않도록 정위치에 고정하기 위한 후속 접합 공정이 필요했었다.
또한, 부품들 중 캠 로브의 경우, 저널 베어링의 크기를 고려할 경우, 캠 로브의 일부분이 내력 두께가 너무 얇아져서 내구성이 약해지는 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 캠 로브는 물론이고 저널 베어링과 가이드 샤프트까지 모두 메인 샤프트에 조립시키는 완전 조립형으로 형성하여 각 부품의 특성에 맞는 재질과 방식으로 제조할 수 있고, 이로 인하여 각 부품별 강성 및 내구성을 충분히 확보하면서 전체 조립시 최대한의 경량화가 가능하여 우수한 특성을 확보하면서 초경량의 제품을 경제적으로 제조할 수 있으며, 조립후 별도의 접합 공정을 생략할 수 있어서 생산 비용 및 생산 시간을 절감하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있고, 저널 베어링을 메인 샤프트에 조립되는 별도 부품으로 부품화하여 캠 로브의 내력 두께를 충분히 확보할 수 있게 하는 캠 샤프트 장치 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, 길이 방향으로 길게 형성되는 메인 샤프트; 상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 메인 샤프트의 회전축과 편심되게 형성되는 적어도 하나의 캠 로브; 상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 메인 샤프트가 회전 지지될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 저널 베어링; 및 상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 캠 로브 또는 상기 저널 베어링의 조립 위치를 정렬시킬 수 있도록 상기 캠 로브와 이웃하는 다른 캠 로브 사이에 설치되는 적어도 하나의 가이드 샤프트;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 메인 샤프트는, 경량화할 수 있도록 내측에 중공홀이 형성되고, 외측에 상기 캠 로브의 편심축의 방향과 대응하도록 다각면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 메인 샤프트는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 알루미늄 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 압출 성형물 또는 사출 성형물일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 캠 로브는, 내측에 상기 메인 샤프트의 상기 다각면과 대응되는 다각홈이 형성되고, 외측에 상기 편심축 방향으로 편심되는 캠면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 캠 로브는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 주철 성분, 타이타늄 성분, 고분자 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 주조물 또는 분말소결 성형물일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 저널 베어링은, 내측에 상기 메인 샤프트의 상기 다각면과 대응되는 다각홈이 형성되고, 외측에 베어링면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 저널 베어링은, 적어도 AL-Si 합금 성분, 주철 성분, 베어링 소재 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 주조물 또는 분말소결 성형물일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 저널 베어링은, 적어도 AL-Si 합금 성분, 알루미늄 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분, 고분자 복합 소재 성분, 마그네슘 성분, 타이타늄 성분, 스틸 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 내경부; 및 상기 내경부의 외경 방향에 설치되고, 적어도 white metal 성분, babbit metal 성분, 인청동 성분, 납청동 성분, 켈멧 성분, 포금 성분, AL-Si 합금 성분, AL-Sn 합금 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 베어링 전용 소재의 외경부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가이드 샤프트는, 내측에 상기 메인 샤프트의 상기 다각면과 대응되는 다각홈이 형성되고, 외측에 가이드면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가이드 샤프트는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 마그네슘(Mg) 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 적어도 압출 성형물, 주조 성형물 및 사출 성형물 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가이드 샤프트는, 상기 가이드면이 다각 표면 또는 둥근 표면이고, 그 단면이 폐쇄된 폐쇄형 또는 부분 개방된 개방형일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가이드 샤프트는, 상기 다각홈을 이루는 복수개의 날개부; 및 상기 날개부와 이웃하는 다른 날개부를 연결하는 브릿지부;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 캠 샤프트 장치의 제조 방법은, 길이 방향으로 길게 형성되는 메인 샤프트를 준비하는 단계; 상기 메인 샤프트의 회전축과 편심되게 형성되는 적어도 하나의 캠 로브를 준비하는 단계; 상기 메인 샤프트가 회전 지지될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 저널 베어링을 준비하는 단계; 상기 캠 로브 또는 상기 저널 베어링의 조립 위치를 정렬시킬 수 있는 적어도 하나의 가이드 샤프트를 준비하는 단계; 및 상기 메인 샤프트에 상기 캠 로브와, 상기 저널 베어링 및 상기 가이드 샤프트를 순서에 따라 조립하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 제품을 완전 조립형으로 형성하여 각 부품의 특성에 맞는 재질과 방식으로 제조할 수 있고, 이로 인하여 각 부품별 강성을 충분히 확보하면서 전체 조립시 최대한의 경량화가 가능하여 우수한 특성을 확보하면서 초경량의 제품을 경제적으로 제조할 수 있으며, 조립후 별도의 접합 공정을 생략할 수 있어서 생산 비용 및 생산 시간을 절감할 수 있고, 저널 베어링을 메인 샤프트에 조립되는 별도 부품으로 부품화하여 캠 로브의 내력 두께를 충분히 확보할 수 있게 하며, 이로 인하여 대량 생산이 가능하여 생산성 및 경제성을 향상시키고, 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 조립 사시도이다.
도 2는 도 1의 캠 샤프트 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 캠 샤프트 장치를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 캠 샤프트 장치의 부품들의 정면들을 서로 비교하여 나타내는 정면도들이다.
도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치를 나타내는 부품 조립 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치를 나타내는 부품 조립 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치의 가이드 샤프트를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치의 저널 베어링을 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 조립 사시도이고, 도 2는 도 1의 캠 샤프트 장치(100)를 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 1의 캠 샤프트 장치(100)를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 캠 샤프트 장치(100)의 부품들의 정면들을 서로 비교하여 나타내는 정면도들이다.
먼저, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(100)는, 크게 메인 샤프트(10)와, 캠 로브(20)와, 저널 베어링(30) 및 가이드 샤프트(40)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 메인 샤프트(10)(main shaft)는, 길이 방향으로 길게 형성되는 중심을 이루는 기둥 형상의 구조체로서, 상기 메인 샤프트(10)는, 경량화할 수 있도록 내측에 중공홀(H)이 형성되고, 외측에 상기 캠 로브(20)의 편심축(E)의 방향과 대응하도록 다각면(F1), 즉 도면에서는 8각면이 형성되는 8각 막대 형상일 수 있다. 그러나, 이러한 상기 다각면(F1)은 상기 메인 샤프트(10)의 회전에 의해 나머지 상기 캠 로브(20)와, 상기 저널 베어링(30) 및 상기 가이드 샤프트(40)가 헛돌지 않게 하는 일종의 키 구조체일 수 있는 것으로서, 8각면에만 국한되지 않고, 4각, 6각, 12각 등 다양한 각수가 적용될 수 있다.
예컨대, 이러한 각수는 후술될 상기 캠 로브(20)의 설치 각도에 따라 결정될 수 있는 것으로서, 도 1 내지 도 4는 내연 기관의 실린더 상방에 설치되는 밸브 샤프트의 개수에 따라 기통 당 2개의 흡기용 밸브 샤프트 또는 배기용 밸브 샤프트가 설치되는 4기통 엔진인 경우, 2개씩 쌍을 이루어서 90도씩 등각 배치되는 총 8개의 캠 로브(20)가 필요하고 이러한 상기 캠 로브(20)의 설치 개수나 등각 배치 형태 등을 고려하여 결정될 수 있다.
즉, 상기 다각면(F1)의 각수는, 상기 메인 샤프트(10)의 회전 중심을 기준으로 엔진의 기통수와 밸브의 설치 개수를 고려하여 복수개가 등각 형성될 수 있는 것으로서, 엔진이 3기통인 경우, 120도의 위상차 구현이 가능하도록 6각면체나 9각면체일 수 있고, 엔진이 4기통인 경우, 90도의 위상차 구현이 가능하도록 4각면체나, 8각면체나, 12각면체일 수 있다. 또한, 엔진이 5기통인 경우, 72도의 위상차 구현이 가능하도록 5각면체나 10각면체일 수 있고, 엔진이 6기통인 경우, 60도의 위상차 구현이 가능하도록 6각면체나 9각면체일 수 있으며, 엔진이 8기통인 경우, 90도의 위상차 구현이 가능하도록 4각면체나, 8각면체나, 12각면체일 수 있다. 이외에도 그 이상의 기통인 엔진은, 기통의 위상차에 따라서 다양한 다각면의 구현이 가능하다.
물론, 이러한 본 발명의 캠 샤프트 장치(100)는 반드시 엔진에 설치되는 것으로 국한되지 않고, 다양한 형태의 장치나 장비에 널리 사용되는 로브가 설치된 회전축들이 모두 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 메인 샤프트(10)는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 알루미늄 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분, 고분자 복합 소재 성분, 마그네슘 성분, 타이타늄 성분, 스틸 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 압출 성형물 또는 사출 성형물일 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고 매우 다양한 형태 및 종류로 제작될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 중공홀(H)이나 압출 성형 등을 이용하여 상기 메인 샤프트(10)는 최대한의 경량화가 가능하여 우수한 특성을 확보하면서 기계적으로 홀이 형성된 구조체가 홀이 형성되지 않은 구조체에 비해 강도가 우수한 것으로서, 초경량의 고강도 제품을 제조할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캠 로브(20)(cam lobe)는, 상기 메인 샤프트(10)에 조립되고, 상기 메인 샤프트(10)의 회전축(P)과 편심되게 형성되는 복수개의 캠 구조체일 수 있다.
이러한, 상기 캠 로브(20)는, 상기 메인 샤프트(10)에 의해 관통되어 조립될 수 있도록 내측에 상기 메인 샤프트(10)의 상기 다각면(F1)과 대응되는 다각홈(H2)이 형성되고, 상기 밸브 샤프트와 접촉되어 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 개폐할 수 있도록 외측에 상기 편심축(E) 방향으로 편심되는 캠면(F2)이 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 캠 로브(20)는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 주철 성분, 타이타늄 성분, 고분자 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 주조물 또는 분말소결 성형물일 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고 매우 다양한 형태 및 종류로 제작될 수 있다.
이러한 상기 캠 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 Titanium 복합재료 등으로 이루어지는 타이타늄 합금 소재가 적용될 수 있다.
또한, 상기 캠 로브(20)는, 조직을 치밀하게 하고, 제품의 경량화 및 생산성을 증대시킬 수 있도록 상술된 재질을 이용하여 압출 성형될 수 있다. 그러나, 이러한 상기 캠 로브(20)는, 이에 국한되지 않고, in-situ 합성 등의 다양한 방법으로 제작될 수 있다.
따라서, 상기 캠 로브(20)는 기존의 저널 베어링을 통과하여 조립되기 위해서 충분히 큰 내부 직경을 가질 필요가 없기 때문에 후술될 상기 캠 로브(20)의 내력 두께를 충분히 확보하여 부품의 내구성과 강성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 저널 베어링(30)(journal bearing)은, 상기 메인 샤프트(10)에 조립되고, 상기 메인 샤프트(10)가 회전 지지될 수 있도록 형성되는 복수개의 블록 구조체일 수 있다.
여기서, 상기 저널 베어링(30)은, 상기 메인 샤프트(10)에 의해 관통되어 조립될 수 있도록 내측에 상기 메인 샤프트(10)의 상기 다각면(F1)과 대응되는 다각홈(H3)이 형성되고, 실린더 블록(미도시)에 의해 상기 메인 샤프트(10)의 상기 캠 로브(20)와 이웃하는 다른 캠 로브(20) 사이 부분이 회전 지지될 수 있도록 외측에 원형의 외부면을 갖는 베어링면(F3)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 베어링면(F3)은 마찰을 줄이기 위해 표면이 매끄럽도록 가공 처리될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 저널 베어링(30)은, 적어도 AL-Si 합금 성분, 주철 성분, 베어링 소재 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 주조물 또는 분말소결 성형물일 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고 매우 다양한 형태 및 종류로 제작될 수 있다.
따라서, 상기 저널 베어링(30) 역시, 조립형으로 형성하여 각 부품의 특성에 맞는 재질과 방식으로 제조할 수 있고, 이로 인하여 각 부품별 강성을 충분히 확보하면서 전체 조립시 최대한의 경량화가 가능하여 우수한 특성을 확보하면서 초경량의 제품을 경제적으로 제조할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 샤프트(40)는, 상기 메인 샤프트(10)에 조립되는 것으로서, 상기 캠 로브(20) 또는 상기 저널 베어링(30)의 조립 위치를 정렬시킬 수 있도록 상기 캠 로브(20)와 이웃하는 다른 캠 로브(20) 사이에 또는 상기 캠 로브(20)와 접촉되게 설치되는 복수개의 일종의 스페이서 블록일 수 있다.
예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 샤프트(40)는, 상기 메인 샤프트(10)에 의해 관통되어 조립될 수 있도록 내측에 상기 메인 샤프트(10)의 상기 다각면(F1)과 대응되는 다각홈(H4)이 형성되고, 상술된 상기 캠 로브(20) 또는 상기 저널 베어링(30)들이 정확한 위치에 정렬될 수 있도록 외측에 일정한 폭을 갖는 가이드면(F4)이 형성될 수 있다.
따라서, 상기 가이드 샤프트(40)를 이용하여 각 부분들의 위치를 정확하게 정렬시킬 수 있기 때문에 용접이나 접착 등 종래에 조립후 실시하던 별도의 접합 공정을 생략할 수 있어서 생산 비용 및 생산 시간을 절감할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 가이드 샤프트(40)는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 마그네슘(Mg) 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 적어도 압출 성형물, 주조 성형물 및 사출 성형물 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것일 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고 매우 다양한 형태 및 종류로 제작될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(200)를 나타내는 부품 조립 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(200)의 가이드 샤프트(40)는, 내측에 상기 메인 샤프트(10)의 상기 다각면(F1)과 대응되는 다각홈(H5)이 형성되고, 외측에 상기 가이드면(F5)이 다각 표면, 즉 8각 표면일 수 있으며, 도 5의 확대된 부분에서 도시된 단면이 폐쇄된 폐쇄형일 수 있다.
즉, 상기 가이드 샤프트(40)의 외측은 도 1 내지 도 4의 원형의 원주면 이외에도 도 5의 8각 표면 등 매우 다양한 형상으로 형성되어 부분적으로 강도를 조절하거나 8각의 상기 다각홈(H5)의 형상과 최대한 일치하도록 대응되게 하여 살빼기를 이용한 상기 가이드 샤프트(40)의 경량화가 가능하다.
도 6은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(300)를 나타내는 부품 조립 사시도이다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(300)의 가이드 샤프트(40)는, 내측에 상기 메인 샤프트(10)의 상기 다각면(F1)과 대응되는 다각홈(H6)이 형성되고, 상기 가이드면(F6)이 다각 표면이면서, 도 6의 확대된 부분에서 도시된 단면이 부분 개방된 개방형, 즉 C형 단면일 수 있다.
이러한 부분 개방형 상기 가이드 샤프트(40)는 각 부품들을 정위치에 정렬시키는 스페이서 역할을 하는 필수 부분만 남기고 나머지를 모두 살빼기하여 제품을 더욱 경량화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(400)의 가이드 샤프트(40)를 나타내는 사시도이다.
즉, 이러한 살빼기의 다른 일례로서, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(400)의 가이드 샤프트(40)는, 상기 다각홈(H7)을 이루는 복수개의 날개부(41) 및 상기 날개부(41)와 이웃하는 다른 날개부(41)를 연결하는 브릿지부(42)를 포함할 수 있다. 이외에도 상기 가이드 샤프트(40)는 각 부품들을 정위치에 정렬시키는 스페이서 역할을 하는 필수 부분만 남기고 나머지를 모두 살빼기하여 제품을 더욱 경량화하는 다양한 형태 및 종류가 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치의 저널 베어링(30)을 나타내는 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 저널 베어링(30)은 이중 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 저널 베어링(30)은, 적어도 AL-Si 합금 성분, 알루미늄 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분, 고분자 복합 소재 성분, 마그네슘 성분, 타이타늄 성분, 스틸 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 내경부(31) 및 상기 내경부(31)의 외경 방향에 설치되고, 적어도 white metal 성분, babbit metal 성분, 인청동 성분, 납청동 성분, 켈멧 성분, 포금 성분, AL-Si 합금 성분, AL-Sn 합금 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 베어링 전용 소재의 외경부(32)를 포함할 수 있다.
따라서, 비교적 경량 재질인 상기 내경부(31)를 이용하여 중량을 감소시키는 동시에, 비교적 경성 재질인 상기 외견부(32)를 이용하여 충분한 내마모성과 강성을 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 캠 샤프트 장치(100)의 제작 방법은, 길이 방향으로 길게 형성되는 메인 샤프트(10)를 준비하는 단계(S1)와, 상기 메인 샤프트(10)의 회전축과 편심되게 형성되는 적어도 하나의 캠 로브(20)를 준비하는 단계(S2)와, 상기 메인 샤프트(10)가 회전 지지될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 저널 베어링(30)을 준비하는 단계(S3)와, 상기 캠 로브(20) 또는 상기 저널 베어링(30)의 조립 위치를 정렬시킬 수 있는 적어도 하나의 가이드 샤프트(40)를 준비하는 단계(S4) 및 상기 메인 샤프트(10)에 상기 캠 로브(20)와, 상기 저널 베어링(30) 및 상기 가이드 샤프트(40)를 순서에 따라 조립하는 단계(S5)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 메인 샤프트(10)를 준비하는 단계에서, 알루미늄 성분을 포함하는 원기둥형태의 빌렛을 준비할 수 있는 것으로서, 이러한 상기 빌렛은 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 빌렛은 조직을 치밀하게 하기 위하여 알루미늄 압출 성형될 수 있다. 물론, 이외에도 상기 빌렛은 주조나, 단조나, 압출이나 분말 소결, 다이케스팅 등 다양한 방법으로 제작될 수 있다.
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: 메인 샤프트
20: 캠 로브
30: 저널 베어링
40: 가이드 샤프트
41: 날개부
42: 브릿지부
100, 200, 300, 400: 캠 샤프트 장치

Claims (13)

  1. 길이 방향으로 길게 형성되는 메인 샤프트;
    상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 메인 샤프트의 회전축과 편심되게 형성되는 적어도 하나의 캠 로브;
    상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 메인 샤프트가 회전 지지될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 저널 베어링; 및
    상기 메인 샤프트에 조립되고, 상기 캠 로브 또는 상기 저널 베어링의 조립 위치를 정렬시킬 수 있도록 상기 캠 로브와 이웃하는 다른 캠 로브 사이에 설치되는 적어도 하나의 가이드 샤프트;
    를 포함하고,
    상기 메인 샤프트는, 경량화할 수 있도록 내측에 중공홀이 형성되고, 외측에 상기 캠 로브의 편심축의 방향과 대응하도록 다각면이 형성되고,
    상기 가이드 샤프트는, 내측에 상기 메인 샤프트의 상기 다각면과 대응되는 다각홈이 형성되고, 외측에 가이드면이 형성되고,
    상기 가이드 샤프트는,
    상기 다각홈을 이루는 복수개의 날개부; 및
    상기 날개부와 이웃하는 다른 날개부를 연결하는 브릿지부;
    를 포함하는, 캠 샤프트 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 샤프트는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 알루미늄 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분, 고분자 복합 소재 성분, 마그네슘 성분, 타이타늄 성분, 스틸 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 압출 성형물 또는 사출 성형물인, 캠 샤프트 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠 로브는, 내측에 상기 메인 샤프트의 상기 다각면과 대응되는 다각홈이 형성되고, 외측에 상기 편심축 방향으로 편심되는 캠면이 형성되는, 캠 샤프트 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠 로브는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 주철 성분, 타이타늄 성분, 고분자 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 주조물 또는 분말소결 성형물인, 캠 샤프트 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 저널 베어링은, 내측에 상기 메인 샤프트의 상기 다각면과 대응되는 다각홈이 형성되고, 외측에 베어링면이 형성되는, 캠 샤프트 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 저널 베어링은, 적어도 AL-Si 합금 성분, 주철 성분, 베어링 소재 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 주조물 또는 분말소결 성형물인, 캠 샤프트 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 저널 베어링은,
    적어도 AL-Si 합금 성분, 알루미늄 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분, 고분자 복합 소재 성분, 마그네슘 성분, 타이타늄 성분, 스틸 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 내경부; 및
    상기 내경부의 외경 방향에 설치되고, 적어도 white metal 성분, babbit metal 성분, 인청동 성분, 납청동 성분, 켈멧 성분, 포금 성분, AL-Si 합금 성분, AL-Sn 합금 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 베어링 전용 소재의 외경부;
    를 포함하는, 캠 샤프트 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 샤프트는, 적어도 AL-Si 합금 성분, 마그네슘(Mg) 성분, 글래스 파이버(glass fiber) 성분, 고분자 성분 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 재질의 적어도 압출 성형물, 주조 성형물 및 사출 성형물 중 어느 하나를 선택하여 이루어지는 것인, 캠 샤프트 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 길이 방향으로 길게 형성되는 메인 샤프트를 준비하는 단계;
    상기 메인 샤프트의 회전축과 편심되게 형성되는 적어도 하나의 캠 로브를 준비하는 단계;
    상기 메인 샤프트가 회전 지지될 수 있도록 형성되는 적어도 하나의 저널 베어링을 준비하는 단계;
    상기 캠 로브 또는 상기 저널 베어링의 조립 위치를 정렬시킬 수 있는 적어도 하나의 가이드 샤프트를 준비하는 단계; 및
    상기 메인 샤프트에 상기 캠 로브와, 상기 저널 베어링 및 상기 가이드 샤프트를 순서에 따라 조립하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 메인 샤프트는, 경량화할 수 있도록 내측에 중공홀이 형성되고, 외측에 상기 캠 로브의 편심축의 방향과 대응하도록 다각면이 형성되고,
    상기 가이드 샤프트는, 내측에 상기 메인 샤프트의 상기 다각면과 대응되는 다각홈이 형성되고, 외측에 가이드면이 형성되고,
    상기 가이드 샤프트는,
    상기 다각홈을 이루는 복수개의 날개부; 및
    상기 날개부와 이웃하는 다른 날개부를 연결하는 브릿지부;
    를 포함하는, 캠 샤프트 장치의 제조 방법.
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