KR102135628B1 - 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제조의 편의성과 정밀성을 향상시킬 수 있는 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자의 제조방법은 자동차의 엔진에 구비되는 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 로터 회전자(A)를 대상으로 하고, 상기 로터 회전자(A)는 로터회전축(B)에 결합되는 스플라인형태의 내경(A1); 그 내경의 외측 외주연으로부터 등간격 형성되는 다수의 슬롯부(A2);가 형성되는 구조로 이루어지는 것을 포함하며, 상기 로터 회전자(A)는 금속분말을 혼합한 다음, 금형 내 금속분말을 넣어 압착 및 성형한 후, 이를 고온에 소결하여 회전축에 결합되는 내경의 형상과 외면 형상으로 갖도록 분말소결금속형으로 제조되는 것을 포함하고, 상기 분말소결금속으로 제조된 로터 회전자(A)는 MCT 공작기계(C)에서 내경 외주연을 따라 드릴(C1)로 다수의 슬롯홀(A21)을 가공한 후, 그 슬롯홀로부터 커터(C2)로 절개부(A22)를 형성하여 슬롯부(A2)를 가공하는 가공공정을 거치되, 상기 커터(C2)는 초경합금으로 이루어지는 톱날형 커터몸체(C21); 그 커터몸체(C21)의 표면에 금속타켓을 진공증착으로 박막의 코팅층(D)을 형성한 커터(C2)로 이루어지며, 상기 가공공정을 거쳐 형성되는 버는 MCT 공작기계 및 디버링장치(E)에서 브러시공구(E1)로 슬롯홀(A21), 절개부(A22)의 외주연, 모재의 전면 및 후면을 가공하는 디버링공정을 거쳐 제거하되, 상기 브러시공구(E1)의 브러시(E2)는 바인더수지(E21)에 세라믹분말(E22)을 혼합하여 제조된 브러시(E2)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING POWDER-SINTERED MOLDED ROTOR ROTOR FOR OIL PUMP FOR BALANCE SHAFT MODULE}

본 발명은 제조의 편의성과 정밀성을 향상시킬 수 있는 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자의 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 엔진은 피스톤의 구동에 의한 소음 및 진동을 저감하기 위해 밸런스샤프트모듈이 장치되고, 그 밸런스샤프트모듈 내 오일펌프에 오일의 흡입을 유도하는 로터 회전자가 구비된다.

상기 로터 회전자는 도1 내지 도2와 같이 로터회전축(B)에 결합되는 스플라인형태의 내경(A1), 그 내경의 외측 외주연으로부터 등간격 형성되는 슬롯부(A2)가 형성되는 복잡한 형상과 모양으로 이루어져 있다.

과거에는 상기 로터 회전자를 일반강으로 이루어지는 모재로부터 MCT등으로 전체의 형상을 가공한 다음, 와이어커터 등을 이용하여 스플라인형 내경을 가공한 후, 그 가공부위에 발생하는 버를 제거한 다음, 그 제품을 열처리한 후, 다시 표면 및 내경의 정밀가공을 거친 후, 다시 버를 제거하는 방식으로 제조하는 것이 일반적이었다.

그러나 이렇게 하니 로터 회전자의 복잡한 형상과 모양으로 인해 하나의 제품의 제조하는 데 공정의 수가 많으로므 시간이 상당히 오래 걸림은 물론 공구의 소모가 심하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 최근에는 상기 로터 회전자를 금속분말을 혼합한 다음, 금형 내 금속분말을 넣어 압착 및 성형한 후, 이를 고온에 소결하여 회전축에 결합되는 내경의 형상과 외면 형상으로 갖도록 분말소결금속형으로 제조한 다음, 그렇게 제조된 몸체로부터 정밀부위에 해당하는 슬롯부를 형성하기 위하여 MCT등의 공작기계에서 드릴 등으로 슬롯홀을 가공한 후, 그 슬롯홀로부터 커터 등으로 절개부를 형성하는 가공공정을 거친 다음, 그 가공부위의 버를 제거하는 공정을 거쳐 제조하고 있는 추세이다.

그러나 슬롯홀로부터 절개부를 형성하기 위한 가공공구로서 사용되는 커터는 초경합금으로 이루어지는 톱날형 커터가 일반적이며, 이러한 커터는 표면 기공도가 높은 것이 특징이며, 이러한 커터로 절개부를 가공할 경우, 분말소결금속형으로 제조된 로터 회전자는 과거의 일반강으로 이루어지는 밀도가 낮고 연성인 모재와 달리 재질이 밀도가 높고 강성이어서 가공시 커터와 모재 간에 상당한 마찰열이 발생하고, 그러한 마찰열에 의해 버의 크기가 증가함은 물론 커터의 수명이 짧은 문제점이 있었다.

또한, 그 버를 제거하기 위한 디버링공구로서 브러시를 사용하는 것이 일반적이며, 일반적인 브러시는 강선에 숫돌입자를 접착한 브러시를 사용하는 것이 대부분인데, 이러한 브러시를 사용하여 디버링을 할 경우, 공구의 재질이 강성이어서 로터 회전자의 표면 마모도가 증가하여 정밀성이 떨어지는 문제점이 있었다.

참고로, 하기의 선행기술문헌은 특허정보넷 키프리스를 통해 "밸런스샤프트모듈"를 키워드로 하여 검색된 최근의 선행기술문헌 5건을 등재한 것으로, 하기의 선행기술문헌을 참고하여 본 발명에 관한 기술분야와 배경기술 및 그 발전상태를 파악할 수 있을 것이다.

공개/등록공보: 1013816870000, 1016101720000, 1020050015774, 1020090017115, 1020020046521.

본 발명은 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자를 제조시 슬롯부를 가공함에 있어 버의 크기를 감소시킬 수 있음은 물론 가공공구의 수명을 연장시킬 수 있는 커터의 재질과 그 가공에 의해 생성되는 버를 제거함에 있어 로터 회전자의 표면 마모도를 줄일 수 있는 브러시의 재질을 제공하려는 데 기술적 과제를 두고 이를 해결고자 함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자의 슬롯부를 초경합금으로 이루어지는 톱날형 커터로 가공하되, 그 커터의 표면에 금속타켓을 진공증착으로 박막의 코팅층을 형성한 커터로 가공하는 수단을 제안하고자 한다.

또한, 상기 커터의 가공으로 형성되는 버를 제거하기 위한 디버링공구로서 브러시를 적용하되, 그 브러시는 바인더수지에 세라믹분말을 혼합하여 제조한 브러시로 디버링하는 수단을 제안하고자 한다.

본 발명의 수단에 따른 커터는 밀도가 높은 분말소결금속에 표면 기공도가 높은 종래의 초경합금으로 가공시 발생하는 높은 열전도율을 표면 기공도 내에 금속타켓을 진공증착으로 침투시켜 박막의 코팅층을 형성하여서 초경합금의 표면 기공도를 낮출 수 있게 하는 작용이 있으며, 이러한 작용은 밀도가 높고 강성인 모재와 표면 기공도가 높은 공구 사이에 특별히 상승되게 발생하는 마찰열을 낮출 수 있으므로 버의 크기를 감소시킬 수 있음은 물론 공구의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 수단에 따른 브러시는 세라믹분말이 바인더수지에 일체로 제조되고, 그 세라믹분말이 미세입자크기로 이루어짐으로써 바인더수지의 마모와 함께 버를 연마할 수 있는 작용이 있고, 이러한 작용으로 인해 로터 회전자의 표면 마모도를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 로터 회전자를 나타낸 사진
도 2는 본 발명의 로터 회전자는 나타낸 사시도(a) 및 그 정면도(b)
도 3은 본 발명 로터 회전자를 분말소결금속형으로 제조하는 공정도
도 4는 본 발명 로터 회전자의 드릴가공 및 커터가공공정을 나타낸 사진
도 5는 본 발명 로터 회전자의 커터가공공정에 적용되는 커터를 나타낸 사진
도 6은 본 발명 로터 회전자의 커터가공공정에 적용되는 커터의 표면조직단면을 확대한 사진
도 7은 본 발명 로터 회전자의 디버링공정을 나타낸 사진
도 8은 본 발명 로터 회전자의 디버링공정에 적용되는 슬롯홀 가공용 디버링공구(a) 및 모재의 전면 및 후면 가공용 디버링공구(b) 및 절개부 외주연 가공용 디버링공구(b)를 나타낸 사진
도 9은 본 발명 로터 회전자의 디버링공구에 적용되는 브리시를 확대한 사진

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, 첨부된 도면은 요부에 관한 설명의 편의를 위해 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있고, 설명에 사용되는 용어 및 명칭은 사전적인 의미가 아닌 구성의 형상이나 작용, 역할 등에 의해 함축적으로 정해질 수 있으며, 방향에 관한 설명은 최초로 제시된 도면으로부터 최초로 제시한 방향을 기준으로 결정되며, 위치에 관한 설명은 각 구성의 중간 또는 원의 중심을 기준으로 내외가 결정된다. 그리고 선등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 부호나 명칭으로 대체한다. 또한, 도면을 통해 식별할 수 있는 구성의 구체적인 구조, 형상, 모양, 배치, 크기, 등과, 도면을 통해 유추할 수 있는 구성의 작동 및 그에 따른 작용효과 등도 요지를 흐릴 수 있어 상세한 설명을 생략할 수 있고, 구성 간의 결합을 위해 적용되는 볼트, 용접부위, 구멍, 등은 요지를 흐릴 수 있어 도면에서 생략할 수 있으며, 구성의 모양을 특별하게 특정하지 않은 이상 그 평면의 모양은 원형 또는 사각형이고, 이럴 경우 평면도는 생략될 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도1과 같이, 본 발명은 자동차의 엔진에 구비되는 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 로터 회전자(A)를 대상으로 하고,

도2와 같이, 상기 로터 회전자(A)는 로터회전축(B)에 결합되는 스플라인형태의 내경(A1); 그 내경의 외측 외주연으로부터 등간격 형성되는 다수의 슬롯부(A2);가 형성되는 구조로 이루어지는 것을 포함하며,

도3과 같이, 상기 로터 회전자(A)는 금속분말을 혼합한 다음, 금형 내 금속분말을 넣어 압착 및 성형한 후, 이를 고온에 소결하여 회전축에 결합되는 내경의 형상과 외면 형상으로 갖도록 분말소결금속형으로 제조되는 것을 포함하고,

도4와 같이, 상기 분말소결금속으로 제조된 로터 회전자(A)는 MCT 공작기계(C)에서 내경 외주연을 따라 드릴(C1)로 다수의 슬롯홀(A21)을 가공한 후, 그 슬롯홀로부터 커터(C2)로 절개부(A22)를 형성하여 슬롯부(A2)를 가공하는 가공공정을 거치되,

도5 내지 도6과 같이, 상기 커터(C2)는 초경합금으로 이루어지는 톱날형 커터몸체(C21); 그 커터몸체(C21)의 표면에 금속타켓을 진공증착으로 박막의 코팅층(D)을 형성한 커터(C2)로 이루어지며,

도7과 같이, 상기 가공공정을 거쳐 형성되는 버는 MCT 공작기계 및 디버링장치(E)에서 브러시공구(E1)로 슬롯홀(A21), 절개부(A22)의 외주연, 모재의 전면 및 후면을 가공하는 디버링공정을 거쳐 제거하되,

도8 내지 도9와 같이, 상기 브러시공구(E1)의 브러시(E2)는 바인더수지(E21)에 세라믹분말(E22)을 혼합하여 제조된 브러시(E2)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도6과 같이, 상기한 커터(C2)는 표면 기공도가 높은 초경합금의 기공 내에 금속타켓을 PVD 또는 CVD 진공증착으로 침투시켜 박막의 코팅층(D)을 형성하여서 표면 기공도를 작게 할 수 있는 작용이 있고, 이러한 작용은 밀도가 높고 강성인 모재와 표면 기공도가 높은 공구 사이에 특별히 상승되게 발생하는 마찰열을 낮출 수 있으므로 버의 크기를 감소시킬 수 있음은 물론 공구의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

종래의 경우, 분말소결금속에 초경합금으로 이루어지는 커터를 이용한 가공은 밀도가 높고 강성인 모재와 표면 기공도가 큰 공구를 사용한 가공이며, 이렇게 밀도가 높고 강성인 모재와 표면 기공도가 큰 공구는 표면조직을 정밀하게 살펴보았을 때 표면 기공도의 크기가 비슷하므로 상호 간에 닫는 면적이 넓어지고, 이로 인해 마찰열이 특별히 상승되는 문제점이 발생한다.

이를 방지하기 위해 상술한 바와 같이 공구의 표면 기공도는 작게하기 위해서 표면 기공 내 금속타켓을 진공증착으로 침투시키게 되면 모재의 기공도보다 공구의 기공도가 현저하게 작게 형성되어지므로 상호 간에 닫는 면적이 좁아지고, 이로 인해 마찰열이 특별히 상승되는 문제점을 저감시킬 수 있으며, 이에 의해 버의 크기를 작게 형성할 수 있고, 가공능력을 향상시킬 수 있으며, 공구의 수명을 늘릴 수 있는 효과가 발생한다.

상기에서 금속타켓은 TiC, TiN, TiCN, TiAlN, WC, C, CrN 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어질 수 있으며, 그 금속타켓은 PVD 또는 CVD 진공증착으로 박막을 형성하여 코팅할 수 있으며, 그 코팅층(D)은 금속타켓을 단일층 또는 복층으로 형성할 수 있다.

도9와 같이, 상기한 브러시(E2)는 세라믹분말(E22)이 바인더수지(E21)에 일체로 제조되고, 그 세라믹분말이 미세입자크기로 이루어짐으로써 바인더수지의 마모와 함께 버를 연마할 수 있는 작용이 있고, 이러한 작용으로 인해 로터 회전자의 표면 마모도를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

상기에서 브러시(E2)는 30~70 중량%의 바인더수지에 0.01~0.1mm 입자크기의 세라믹분말 30~70 중량%로 혼합하여 제조된 브러시(E2)로 이루어질 수 있고, 바인더수지는 실리콘, 우레탄, 아크릴, 나일론, 폴리프로필렌, 고강도 플라스틱 중 어느하나 또는 둘 이상으로 이루어질 수 있다.

이상으로, 본 발명의 설명을 모두 마치며, 본 발명은 본 발명에서 추구하고자 하는 구성의 원리와 그 원리의 이해를 돕고자 본 발명의 구성과 그 구성에 포함되는 구체적인 구성요소를 도면화하고 그 도면을 기반으로 하여 설명을 한 것으로, 본 발명에 포함되는 구성 및 그 구체적인 구성요소는 추구하고자 하는 원리를 감안하여 구조, 형태, 모양, 배치, 방향, 수량이 결정되며 이를 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있을 것이다. 본 발명에서 제시한 구성 및 그 구체적인 구성요소는 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에서 얻고자 하는 효과와 그 효과로부터 더 나은 효과를 얻기 위해 어떠한 원리를 적용하는 것이 가장 바람직한 것인지를 예시한 것이다. 이에 따라서 본 발명은 상술한 구성들을 모두 포함하여 본 발명은 완성하는 것이 가장 바람직하나, 원가절감, 제조의 편의성, 환경조건 또는 필요에 따라 상기에서 설명한 구성 중 일부를 선택 또는 배제하여 완성할 수 있고, 하나 또는 일부의 구성을 따로 떼어내어 다른 구성과 병합하여 완성할 수도 있다. 그리고 상기에서 설명한 각 구성은 원리, 용도, 기능, 역할, 작용, 효과 등을 감안하여 이 기술분야가 아닌 다른 기술분야에 독립적으로 적용될 수도 있을 것이다. 이를 기반으로 하여 본 발명의 권리범위는 아래와 같이 본 발명의 청구항을 가능한 포괄하는 범위로 특정하여 넓은 권리를 갖는 청구항부터 순서를 정하여 청구하였으며, 이를 통해 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 기술자라면 상술한 구체적인 내용 및 하술 될 청구범위를 통해 본 발명에서 추구하고자 하는 요지를 충분히 파악할 수 있을 것으로 보이고, 도시는 되어 있지만 설명하지 않은 부분에 대한 작용효과는 도면을 통해 충분히 유추 가능할 것이다. 이에 통상의 기술자라면 본 발명에서 언급한 내용을 기반으로 이 기술분야의 다양하게 수정 및 변경하여 적용할 수 있을 것이며, 이로 인해 이 기술분야의 발전은 물론 사용상의 효율성을 더욱더 증대시킬 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 자동차의 엔진에 구비되는 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 로터 회전자(A)를 대상으로 하고,
   상기 로터 회전자(A)는 로터회전축(B)에 결합되는 스플라인형태의 내경(A1); 그 내경의 외측 외주연으로부터 등간격 형성되는 다수의 슬롯부(A2);가 형성되는 구조로 이루어지는 것을 포함하며,
   상기 로터 회전자(A)는 금속분말을 혼합한 다음, 금형 내 금속분말을 넣어 압착 및 성형한 후, 이를 고온에 소결하여 회전축에 결합되는 내경의 형상과 외면 형상으로 갖도록 분말소결금속형으로 제조되는 것을 포함하고,
   상기 분말소결금속으로 제조된 로터 회전자(A)는 MCT 공작기계(C)에서 내경 외주연을 따라 드릴(C1)로 다수의 슬롯홀(A21)을 가공한 후, 그 슬롯홀로부터 커터(C2)로 절개부(A22)를 형성하여 슬롯부(A2)를 가공하는 가공공정을 거치되,
   상기 커터(C2)는 초경합금으로 이루어지는 톱날형 커터몸체(C21); 그 커터몸체(C21)의 표면에 TiC, TiN, TiCN, TiAlN, WC, C, CrN 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어지는 금속타켓을 진공증착으로 박막의 코팅층(D)을 형성한 커터(C2)로 이루어지며,
   상기 가공공정을 거쳐 형성되는 버는 MCT 공작기계 및 디버링장치(E)에서 브러시공구(E1)로 슬롯홀(A21), 절개부(A22)의 외주연, 모재의 전면 및 후면을 가공하는 디버링공정을 거쳐 제거하되,
   상기 브러시공구(E1)의 브러시(E2)는 바인더수지(E21)에 세라믹분말(E22)을 혼합하여 제조된 브러시(E2)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸런스샤프트모듈의 오일펌프용 분말소결금속형 로터 회전자의 제조방법.

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