KR19990078423A

KR19990078423A - 심 및 캠의 조합체

Info

Publication number: KR19990078423A
Application number: KR1019990011095A
Authority: KR
Inventors: 니시오까다까오; 다끼까와다까또시
Original assignee: 구라우치 노리타카; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 1999-10-25
Also published as: JPH11280419A; EP0947671A3; EP0947671A2; KR100320698B1; US6367439B1

Abstract

왕복 기구부에 사용되는 심(5) 및 캠(1)의 조합체에서, 심(5)은 캠(1)의 활주 표면 보다 더 큰 경도를 갖는 재료로 제조되고 심(5)의 활주면은 10 개의 점의 평균 표면 조도가 R_Z0.07-0.2㎛의 표면 조도의 범위에서 다듬질되고, 캠(1)의 활주면은 또한 개구 기공(1b)을 갖추고 있다. 위의 조합체에서, 발생 토크 및 활주부의 마모는 정합 부재와 접촉하는 분사 펌프에 의한 소성 변형과 윤활제등에 혼합된 다양한 불순물에 의한 부식으로 인해 그 표면 조도가 저하되기에 어려운 심 부재를 선택함으로서, 활주면의 유체 윤활을 유지하도록 캠 부재의 표면에 오일막 유지 기능을 제공함으로서 최소화된다.

Description

심 및 캠의 조합체 {COMBINATION BODY OF SHIM AND CAM}

본 발명은 내연 기관의 밸브 열(train) 기구에 사용되는 심 및 캠의 조합체, 및 활주 마찰 저항 및 마모 손실을 줄임으로서 기구부의 내구성을 향상시키기 위한 자동차등의 고압 연료 분사 펌프의 밸브 열의 구동 기구의 기술에 관한 것이다.

최근에, 연료 효율을 향상시키기 위해 자동차 엔진의 기계적 손실을 줄이기 위한 효과적 수단으로서, 엔진 기계부의 마찰 손실을 줄이기 위한 기술이 제시되어 왔다. 다른 것 중에서도, 큰 활주 속도와 고부하를 갖는 밸브 열 기구에서의 심 및 캠의 마찰 손실을 줄이는 것이 연료 효율의 향상에 매우 효과적이다.

한편, 가솔린이나 경유가 연소실 내로 직접 분사되는 실린더 내 직접 연료 분사식 엔진에서, 연료 공급압을 얻기 위한 왕복 기구에 사용되는 심 및 캠은 엄격한 조건 하에서 활주하는 활주부들이다. 이러한 부분들의 마찰 손실을 줄이는 일은 연료 분사 펌프의 성능 및 내구성을 향상시키기 위한 중요한 기술이다. 특히, 실린더 내 직접 연료 분사식 엔진용 연료 분사 열에서, 종래의 롤러 종동기 형태를 심 및 캠 재료가 향상된 슬리퍼 종동기 형태의 매개물로서 이용된 강철로 제조된 캠 및 캠 롤러로 전환함으로서, 그 부품 수, 크기 및 중량의 감소를 달성하여 생산비를 줄이는 것이 요구되어 왔다.

또한, 롤러 종동기 형태로부터 슬리퍼 종동기 형태로의 전환은 마찰 경계면 내의 부재 간의 마찰 손실을 최소함으로서 달성된다. 마찰 손실에 관해, 왕복 기구부가 윤활제 환경 내에 존재하게 되면, 대개 부재 또는 최소 오일 막 두께 간의 최소 틈새 및 활주면의 특성은 활주 특성 및 마찰 손실에 영향을 주는 것으로 생각되어 왔다.

전술된 마찰 손실은 다음의 식(1)에 의해 정해진다.

F = A{αSm + (1-α)St}--- (1)

여기에서, F: 마찰 손실, A: 활주 영역, α: 유막 파괴 면적율, Sm: 정합 부재가 직접 접촉되어 있는 경우의 부재의 전단 강도, St: 유막의 전단 강도, αSm: 유막이 존재하지 않는 경우의 마찰 손실(경계 윤활하의 마찰 손실), (1-α)St: 유막이 완전히 존재하는 경우의 마찰 손실(유체 윤활하의 마찰 손실). 여기에서, 마찰 손실(F)을 줄이기 위해, 유체 윤활 하의 마찰 손실의 항을 증가시키고 Sm이 대개 St 보다 더 크기 때문에 α를 줄이는 것이 필요하다.

또한, 완전한 유체 윤활 상태를 유지하기 위해, 정합 활주 부재의 활주면의 성질을 제어하는 것이 중요하다. 윤활도를 나타내는 유막 인자(Λ)는 식(2)에 의해 정해진다. 이러한 값Λ의 증가는 유체 윤활의 유지에 효과적이다.

Λ = hmin/√(Rrmsl²+Rrms2²)---(2)

여기에서, hmin: 정합 활주 부재 또는 최소 유막 두께 간의 최소 틈새, Rrmsl: 활주 부재 중 하나의 표면의 평균 평방 조도, Rrms2: 활주 부재 중 다른 표면의 평균 평방 조도. 따라서, 정합 활주 부재의 표면 조도가 미세해지면, 유체 윤활 유지에 효과적임을 알 수 있다.

전술된 기술적 배경을 기초로, 일본 특개평7-98052호의 공보에서, 심 및 캠의 조합체에 관한 기술이 제시되어 있으며, 실리콘 질화물을 내장한 세라믹이나 시알론(SIALON)으로 구성된 심의 활주 표면 조도는 10 개의 점의 평균 조도에 있어서 R_Z0.1㎛ 이하로 되고, 주철로 제조된 캠의 표면은 칠 경화되고 인산염 피막 처리막이 그 위에 형성된다.

이러한 종래 기술에 따라, 캠의 표면 조도는 경계 윤활을 받게 되는 부분에서의 마찰 손실을 줄이도록 가동 또는 작동의 초기 위상 중에 향상되어, 심과 캠 간의 활주 특성이 향상된다. 그 결과, 캠축 구동 토크는 크게 줄어들 수 있다. 또한, 캠의 표면 조도가 가동 중에 향상될 수 있기 때문에, 마찰 손실은 임의의 특별한 초음파 정밀 마무리 가공이 복잡한 형태를 갖는 캠의 표면 상에서 수행되지 않더라도 줄어들 수 있고, 이는 또한 경제적인 관점에서도 매우 효과적이라고 설명되어 있다.

슬리퍼 종동기 형태가 채용되는 경우에, 표면압이 윤활 환경에서도 높아지게 되면, 발생하게 되는 경계 윤활을 가능한 최대 억제할 수 있는 심 및 캠의 재료를 선택하는 것이 필요하다. 즉, 윤활제에 혼합된 다양한 불순물에 의한 부식등으로 인해 정합 부재와의 직접 접촉이나 표면 조도의 저하에 의해 소성 변형이 일어나지 않을 것 같은 Sm 특성을 갖는 재료를 선택하는 것이 필요하다. 특히, 편평 활주면을 갖는 심은 큰 경화를 갖는 재료가 선택되더라도 초음파 정밀 가공에 의해 미세 표면 조도를 갖는 것이 용이하여, 이러한 hmin 특성을 유지시키기 위한 수단이 안정적으로 부가되어야 한다. 또한, 캠 부재의 표면이 hmin 특성을 가속시키기 위한 수단을 갖추게 되면, 유체 윤활을 유지하는 데 효과적이다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술을 제시한다.

왕복 기구부에 사용되는 심 및 캠의 조합체에서, 심은 캠의 활주 표면 보다 더 큰 경도를 갖는 재료로 제조되고 심의 활주면은 10 개의 점의 평균 표면 조도가 R_Z0.07-0.2㎛의 범위에서 다듬질된다. 캠의 활주면에 대해, 유체 윤활 상태는 캠 부재의 표면에 존재하는 개구 기공을 이용함으로서 유지된다.

심 부재의 경우에, 실리콘 질화물로 구성된 세라믹 또는 시알론이 선택되고, 캠 부재의 경우에 철기 합금 소결체가 사용되고 소결체 내부에 분산된 기공이 이용된다. 캠의 활주면은 그 면적율이 2 내지 6%로 되고 최대 직경이 50㎛ 이하로 되도록 개구 기공을 제어하기 위해 산으로 에칭함으로서 처리되어, 유막 유지 기능을 향상시킨다.

심 부재는 질화물로 구성된 세라믹 또는 크롬 탄화물 및 티타늄의 코팅막 또는 다이아몬드 또는 DLC의 코팅막으로 코팅된 강철 재료로 된 표면을 갖는다. 캠 부재는 철기 합금 소결체로 제조되고 캠 부재 경도는 열 처리에 의해 증가된다. 그 결과, 양 부재의 내마모성이 향상된다.

도1은 본 발명이 내연 기관의 밸브 열 기구에 사용되는 실시예를 도시한 도면.

도2는 본 발명이 내연 기관의 연료 분사 펌프에 사용되는 실시예를 도시한 도면.

도3은 본 발명의 심과 캠 간의 활주 경계면을 국부적으로 확대 도시한 도면.

도4는 본 발명의 평가 시험 장치의 개략도.

도5는 본 발명의 캠 마모 손실의 측정부위를 도시한 도면.

도6은 캠 표면의 개구 기공, 발생 토크 및 캠 마모 손실 간의 관계를 도시한 측정 결과를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 캠

2 : 밸브

3 : 실린더 블록

5 : 심

이후에, 본 발명에 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도1은 본 발명의 심 및 캠의 조합체가 내연 기관의 밸브 열 기구에 사용되는 적용예를 도시한 도면이고, 도2는 연료 분사 펌프에 사용되는 적용예를 도시한 도면이다.

도1에서, 직접 작용식 흡기/배기 밸브에서, 그 밸브(2)는 캠(1)의 회전과 함께 캠(1)의 프로파일을 따라 엔진의 연소실에 대해 왕복 운동을 하게 된다. 심(5)이 안착되는 오목부(4a)는 실린더 블록(3)에 의해 지지된 밸브 리프터(4)의 단부면 내에 마련된다. 심(5)은 그 두께를 조절함으로서 캠(1) 및 밸브 리프터(4)와 같은 부품의 축적된 오류를 상쇄함으로서 밸브(2)의 개방/폐쇄 작용의 정확도를 유지시키기 위한 부재이다. 따라서, 심(5)은 오목부(4a)의 측벽(4b)에 의한 포집, 코킹에 의한 끼워맞춤, 또는 땜납등에 의한 접착에 의해서 안착될 수 있다. 코터(7)를 갖춘 스프링 리테이너(6)에 고정된 밸브(2)의 단부는 항상 스프링(8)에 의해 압박되어, 밸브 리프터(4)의 내부 상에 맞닿게 된다.

따라서, 밸브(2)가 캠(1)의 회전과 함께 엔진의 흡기 및 배기를 위해 왕복 운동을 할 때, 캠(1) 및 심(5)의 접촉부는 국부적으로 큰 표면압과 함께 서로에 대해 활주한다. 따라서, 내마모성 및 내열성이 요구되고 마찰로 인한 적은 기계적 손실을 갖는 재료를 선택하는 것이 필요하다.

한편, 도2에 도시된 연료 분사 펌프에서, 캠(21)의 회전과 함께 왕복 운동하는 플런저(22)는 실린더 본체(23) 내에서 활주식으로 수용되고 플런저(22)의 플랜지(22a)에 마련된 오목부(22b) 내에 안착된다. 스프링(26)은 스프링 리테이너(25)와 플랜지(22a) 사이에서 수축식으로 제공되어 심(24)은 캠(21)의 프로파일 상에 맞닿도록 항상 압박된다. 또 다른 통로를 통한 압력 하에서의 연료 공급은 연료구(27)로부터 환형 챔버(28)에 이르게 된다. 플런저(22)의 전방단에 배치된 배출구(29)가 환형 챔버(28)와 연통할 때, 연료는 출구(30)를 통해 연료 인젝터로 공급된다.

캠(21)의 하사점에서, 배출구(29)와 환형 챔버(28) 간의 연통이 방해되어, 연료 분사가 중지된다. 아뭏든, 연료 분사 펌프에 사용되는 심 및 캠의 조합체는 도1의 심(5) 및 캠(1)과 같이 동일 필요 특성을 만족시킬 필요가 있다. 이후에, 밸브 열 기구에 사용되는 경우에 대해 예로서 설명하기로 한다.

심(5) 및 캠(1)은 정합 부재와의 직접 접촉으로 인해 소성 변형 및 마모를 가속화하지 않도록 가능한 단단하게 되는 것이 바람직하다. 특히, 심(5)은 간단한 형태로 되기 때문에, 캠(1) 보다 더 단단한 재료가 선택되더라도, 유체 윤활을 유지시키기 위한 초음파 정밀 가공에 의해 미세한 활주면을 얻는 것이 용이하다. 또한, 세라믹은 윤활제 내에 혼합된 다양한 불순물에 의한 부식을 방지하기 위한 바람직한 재료이다.

특히, 80 중량% 이상의 실리콘 질화물 또는 시알론을 내장한 세라믹에서, 일본 공업 규격 R 1601인 "미세 세라믹용 굽힘 강도 검사 방법"을 기초로 한 굽힘 강도의 평균값은 700MPa 이상이고 그 내충격성은 보통의 세라믹 보다 더 크다. 그리고, 활주면이 10 개의 점의 평균 표면 조도가 R_Z0.07-0.2㎛로 다듬질되고, 식 (1)의 마찰 손실(F)을 줄이는 데 효과적이다.

그러나, 세라믹은 단단하기는 하지만 취성을 갖는 약점을 갖는다. 따라서, 그 약점을 보완하기 위해, 그 기본 재료로서 구조 탄소강, 탄소 공구강, 및 합금 공구강과 같은 금속 합금 재료로 심(5)을 형성하고, 표면의 추가 경화 및 내부식성을 얻기 위해 그 재료를 단단한 코팅막으로 도포하는 것이 효과적이다. 일예로, 일본 공업 규격 G 4105인 "크롬 몰리브덴강 재료"로서 규정된 SCM420이 열처리된 후에, 활주면이 10 개의 점의 평균 표면 조도가 R_R0.07-0.2㎛로 다듬질되면 그 재료는 이온 도금 또는 화학 증착(CVD)과 같은 물리 증착(PVD)에 의해 약 0.5 내지 5㎛의 막 두께를 갖는 크롬 또는 티타늄의 질화물 또는 탄화물 또는 다이아몬드나 DLC로 코팅된다. 부수적으로, 매끄럽고 단단한 코팅막을 기본 재료의 표면 조도의 손실 없이도 얻을 수 있다. 부수적으로, 코팅막 발생 상태는 세라믹, 다이아몬드나 DLC로 제조된 코팅막이 정합 재료에 대한 활주에 의해 박리되지 않도록 기본 재료로 적절한 접착 강도를 유지하도록 고려되어야 한다.

한편, 캠(1)에 단단한 재료를 이용하고 미세 표면을 갖도록 재료를 처리하게 되면, 유체 윤활을 유지하도록 식(2)의 오일막 인자Λ를 증가시켜, 가공수가 많아지게 된다. 종래 기술에 따라, 캠(1)의 재료로서, 처리하는 가공수를 줄이기 위해 칠 주철이 이용되기는 하지만, 철기 합금 소결 본체는 본 발명에 이용된다.

공지된 분말 야금술에 의해 형성된 캠(1)에서, 뛰어난 윤활성은 내부에 분산된 적절한 기공을 효과적으로 이용함으로서 얻을 수 있고, 적절한 기계적 강도는 부가적 기계 요소를 혼합함으로서 얻을 수 있고 또한 적절한 경도는 열 처리에 의해 얻을 수 있다. 분말 압축성 및 경제적 성능의 관점에서, 부가 금속 요소로서 일예로 1.5 중량%의 Mo, 0.3 중량%의 Cu, 0.8 중량%의 C, 필수 요소와 균형 요소 Fe를 함유하고 부가 요소의 총 성분이 10% 이하인 낮은 계열의 합금을 이용하는 것이 바람직하다. 캠축에 끼워맞춰지는 소정 위치에서 관통 구멍을 갖는 캠(1)의 소결체는 납땜, 확산 소결 접착등에 의해 캠축과 일체형으로 된다.

열처리에 대해, 소결체는 소결체를 형성하기 위한 공정 중에 다이에서 압축되면서 균일한 경도를 갖는 마르텐사이트상을 얻기 위해 고온상인 오스텐나이트로부터 신속히 냉각되고, 그후 템퍼링 공정이 실행된다. 그 결과, 캠(5)의 표면 경도는 약 550 내지 700의 비이커 경도로 조절되고 표면 조도는 R_Z5㎛ 이하로 유지된다. 또한, 그것을 다이에서 압축하는 동안의 소결체의 열처리는 열적 변형을 억제하는 효과 및 캠(1)의 프로파일의 치수 변경을 제공한다.

도3은 심(5) 및 캠(1) 간의 활주 경계면을 국부적으로 확대된 상태로 도시한 도면이다. 캠(1)의 소결체 내부에 분산된 기공(1a) 중에, 표면 근방에 존재하는 기공들은 산으로 에칭함으로서 오일 구멍과 같은 개구 기공(1b)을 형성하게 되어, 오일막(9)의 유지 보수성을 향상시킬 수 있게 된다. 에칭에 의해 형성된 개구 기공(1b)은 면적율이 2 내지 6%이고 최대 개구 직경이 50㎛로 되도록 조절되는 것이 바람직하다. 이렇게 캠(1)의 표면에 개구 기공(1b)을 제공함으로서, 식(2)에 도시된 오일막 인자Λ는 증가될 수 있다.

다음으로, 위의 기술 사상에 따라 제작된 심 및 캠의 조합체 상의 평가 시험 결과에 대해 설명하기로 한다. 도4는 시험 장치의 개략도이다. 캠축(10)을 구동하기 위한 모터(11)와 심 및 캠의 조합체에서 발생된 토크를 측정하기 위한 토크 미터(12)는 1800cc의 배기량을 갖는 4기통 엔진의 밸브 열 기구 상에 설치된다. 부가적으로, 윤활제를 공급하기 위한 (도시되지 않은) 펌프가 제공된다. 그후, 캠(1)의 발생 토크 및 마모 손실이 측정된다. 캠(1)의 마모 손실로서, 도5에 도시된 L이 측정된다.

종래 기술을 기초로 한 심 및 캠의 시료로서, 다음과 같은 명세서의 것들이 제공된다. 3mm의 두께를 갖고 60 부피% 이상의 실리콘 질화물을 함유한 세라믹으로 제조된 심은 다이아몬드 연삭 휘일로 10개의 점의 평균 조도에서 R_Z0.2㎛로 연삭된다. 주철로 제조된 캠에 대해, 표면은 칠 경화되고 인산염막이 형성되고, 그후 표면은 10개의 점의 평균 조도에서 R_Z3.2㎛로 기계 가공된다.

본 발명의 심(5)에 대해, 3mm의 두께를 갖고 80 중량% 이상의 실리콘 질화물(Si₃N₄)(일본 공업 규격 R 1601을 기초로 한 3 개의 점의 굽힘 강도가 850MPa인) 세라믹으로 제조된 심은 다이아몬드 연마 휘일로 연삭되고, 다이아몬드 입자로 래핑되고 그후 연마된다. 이에 의해, 10개의 점의 평균 조도에서 R_Z0.4, R_Z0.2 및 R_Z0.1㎛를 갖는 표면 조도에서 3가지 종류의 시료가 준비된다.

또한, 3mm의 두께를 갖는 SCM420은 기본 재료로서 열처리되고 증착에 의해 단단한 코팅막으로 코팅된다. 열 처리된 SCM420으로 제조된 심(5)을 동일 초음파 정밀 가공함으로서, 10 개의 평균 조도가 R_Z0.4, R_Z0.2, R_Z0.1 및 R_Z0.07㎛의 표면 조도를 각각 갖는 4가지 종류의 시료가 준비된다. 그들 중에, Cr 또는 Ti의 질화물이 공지된 방법에 따른 증착에 의해 3㎛의 막 두께와 10개의 점의 평균 조도가 R_Z0.4, R_Z0.2 및 R_Z0.1㎛의 시료들에 적용되는 것들과, 공지된 방법에 따른 증착에 의해 다이아몬드 또는 DLC가 1㎛의 막 두께와 10개의 점의 평균 조도가 R_Z0.2 및 R_Z0.07㎛의 시료들에 적용되는 것들이 준비된다.

본 발명의 캠(1)에 대해, 철기 합금 소결체로 제조되고 650 비이커 경도의 표면 경도를 갖고 담금질 경화 및 어니링의 열처리에 의해 제조된 균일 마르텐사이트 상을 갖는 재료가 캠 프로파일을 10개의 점의 평균 조도가 R_Z3.2㎛로 다듬질하도록 소정 기계 가공된다. 그리고, 오일통으로서 개구 기공(1b)이 오일막(9)의 유지 보수성을 향상하도록 면적율이 5%로 되고 최대 개구 기공이 40㎛로 되도록 산으로 에칭함으로서 조절되는 시료가 준비된다.

활주 속도가 크랭크축 회전 속도의 면에서 1000 내지 4000 rpm이고 윤활유 온도가 -40 내지 150℃인 것이 정상 밸브 열 기구를 위한 작동 상태이지만, 여기에서는 캠축(10)은 2000rpm으로 윤활제 온도는 80℃로 설정된다. 작동 개시후에 1시간 및 500 시간의 발생된 토크의 변화는 500 시간 경과 후에 종래 기술의 시료들의 백분율 및 캠의 마모 손실(L)이 ㎛의 단위로 표현되고 표1에 나타낸 바와 같이 나타낸다.

표 1

표1의 결과를 고려하여, 종래 기술의 시료(1)가 본 발명의 유사한 표면 조도로 다듬질된 시료(3, 6, 8, 10, 12)와 비교해 보면, 표면 조도가 R_Z0.2로 다듬질되더라도, 500시간 후의 캠 마모 손실이 커지게 된다. 그 이유는 본 발명의 캠 표면 상에 형성된 오일 구멍으로서 개구 기공(1b)의 기능을 유지시키는 오일막(9)이 나타나게 되는 결과로 판단된다.

그러나, 본 발명의 심(5)에 있어서 그 효과는 오일 구멍(1b)이 캠(1)에 존재하더라도 시료(2, 5)의 표면 조도 R_Z0.4㎛의 면에서 반으로 줄어듬을 알 수 있다. 그러나, 심(5)이 시료(4, 7, 9, 11, 13)의 경우에 표면 조도 R_Z0.07 내지 R_Z0.1㎛로 다듬질되더라도, 그 효과는 현저히 증가되지 않고, R_Z0.07㎛ 이하의 표면 조도로 다듬질되더라도, 소모된 시간당 일의 양이 증가되더라도 어떠한 효과도 기대할 수 없게 된다. 따라서, 심(5)의 표면 조도는 R_Z0.07 내지 0.2㎛로 다듬질되는 것이 바람직하다.

다음으로, 캠(1)의 표면에서의 개구 기공의 수 및 크기에 대한 발생 토크 및 캠 마모량 간의 관계에 대한 평가 결과에 대해 설명하기로 한다. 이러한 평가 시험의 경우에, 도4와 유사한 시험 장치가 사용된다. 시험 시료의 심(5)의 경우에, 표1의 시료(4)와 동등한 것이 준비된다. 캠(1)의 경우에, 표1의 시료 2 내지 13과 동등한 철기 합금 소결체의 표면은 최대 개구 기공이 40㎛이고 면적율이 1%이고 2%의 증분으로 2 내지 8%인 5가지 종류의 시료를 준비하도록 산으로 에칭함으로서 처리된다.

시험 상태에 대해, 캠축(10)은 2000rpm으로 설정되고 ㅈ머도가 고온에서 강하되는 150℃의 윤활유 온도로 설정되어 오일막이 파손되기 쉽다. 작동 개시후의 500 시간의 발생 토크 변동은 종래 기술인 표1의 시료(1)의 조합체의 백분율로 나타낸다. 또한, 500 시간 후의 캠 마모 손실(L)은 도6의 ㎛의 단위로 나타낸다.

도6의 발생 토크의 변화의 결과를 고려시에, 캠(1)의 표면에서의 개구 기공(1b)의 면적율이 2% 이하로 되면, 오일막(9)을 유지하기 위한 용량은 오일 구멍으로서의 개구 기공이 충분히 분산되지 않기 때문에 적다. 면적율이 6% 이상이면, 윤활에 필요한 오일막을 유지하기 위한 용량이 유지되더라도, 캠(1)의 강도는 저하되고 또한 표면 조도는 이에 의해 야기된 마모에 의해 줄어들게 되어, 발생 토크의 일부 증가가 문제점을 나타내게 된다. 캠 마모 손실의 경우에, 개구 기공(1b)의 면적율이 6%를 초과하게 되면, 캠(1) 및 심(5)의 불균일한 활주 표면 간의 분사 펌프 접촉은 증가되어, 마모가 가속됨을 알 수 있다. 따라서, 안정된 유체 윤활을 유지하기 위해, 면적율이 2 내지 6%로 되고 최대 직경이 50㎛ 이하로 되도록 개구 기공(1b)을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 심 및 캠의 조합체의 심에 있어서, 캠 보다 더 단단한 재료가 선택되고 그 활주면이 표면 조도가 R_Z0.07 내지 0.2㎛로 초음파 정밀 가공되기 때문에, 유체 윤활이 유지될 수 있다. 또한, 80 중량% 이상의 실리콘 질화물 또는 시알론으로 구성된 세라믹으로 제조된 심은 윤활제에 혼합된 다양한 불순물로 인한 부식 방지에 바람직하고 또한 내충격성이 뛰어나다. 그리고, 금속 합금 재료로 구성된 심 기본 재료의 표면 상에 질화물이나 크롬 및 티타늄의 탄화물 및 다이아몬드나 DLC로 제조된 코팅막을 증착함으로서, 표면 경도, 내충격성 및 내부식성이 향상될 수 있다.

한편, 캠은 철기 합금 소결체로 형성되어 열처리되고, 그후 그 활주면은 그 면적율이 2 내지 6%이고 최대 직경이 50㎛인 개구 기공을 제공하도록 산으로 에칭 처리되어, 오일막 유지 기능을 향상시킨다. 따라서, 안정된 유체 윤활 상태가 유지될 수 있고 캠 마모량은 종래 기술의 심 및 캠의 조합체와 비교하여 20 내지 30% 향상될 수 있다.

Claims

왕복 기구부에 사용되는 심 및 캠의 조합체에 있어서,

심은 캠의 활주 표면 보다 더 큰 경도를 갖는 재료로 제조되고 심의 활주면은 10 개의 점의 평균 표면 조도가 R_Z0.07-0.2㎛의 범위에서 다듬질되고, 캠의 활주면은 개구 기공을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 심 및 캠의 조합체.
제1항에 있어서, 심 부재는 세라믹으로 제조되고 캠 부재는 철기 합금 소결체로 제조되는 것을 특징으로 하는 심 및 캠의 조합체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 심 부재의 세라믹은 실리콘 질화물 또는 시알론인 것을 특징으로 하는 심 및 캠의 조합체.
제1항에 있어서, 심 부재는 Cr 및 Ti의 질화물 또는 탄화물로 제조된 세라믹의 코팅막으로 코팅된 금속 합금 재료로 된 표면을 구비하고 캠 부재는 철기 합금 소결체로 제조되는 것을 특징으로 하는 심 및 캠의 조합체.
제1항에 있어서, 심 부재는 다이아몬드 또는 DLC의 코팅막으로 코팅된 금속 합금 재료로 된 표면을 구비하고 캠 부재는 철기 합금 소결체로 제조되는 것을 특징으로 하는 심 및 캠의 조합체.
제4항 또는 제5항에 있어서, 철기 합금 소결체로 제조된 캠의 활주면은 2 내지 6%의 면적율과 50㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 개구 기공을 갖는 것을 특징으로 하는 심 및 캠의 조합체.
제6항에 있어서, 캠의 활주면에 존재하는 캠 부재의 개구 기공은 산 처리로 에칭함으로서 표면의 개구 기공의 수 및 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 심 및 캠의 조합체.