KR20080066079A - 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법 및 내연기관용 캠샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간편하고 수율 좋고, 또한, 위치 정밀도, 각도 정밀도가 양호한, 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 금속 혹은 합금의 분말을 압축성형함으로써 압분체를 형성하고, 해당 압분체를 축부재에 조립할 때에, 축부재의 외주면에 형성된 볼록부를 이용하여, 해당 볼록부에 의해서 압분체의 일부를 깎아내면서, 해당 볼록부를 압분체에 파고들어가게 함으로써, 상기 압분체와 축부재를 조립하고, 그 후에 소결을 행한다.

축부재, 내연기관용 캠 샤프트, 압분체, 소결

Description

소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법 및 내연기관용 캠 샤프트{METHOD FOR MANUFACTURING SHAFT MEMBER CONNECTED TO A SINTERED PART AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE CAM SHAFT}

본 발명은 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 예를 들면, 소위 조립 캠 샤프트를 제조할 때에 응용가능한 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 자동차 엔진 등의 내연기관에 있어서 이용되는 캠 샤프트는, 금속 혹은 합금의 분말을 캠 로브 형상으로 압축성형하고, 이것을 축부재로서의 샤프트에 맞붙이고(즉, 조립하고), 그 후 소결함으로써, 캠 로브와 샤프트를 소결 확산 접합에 의해 일체화함으로써 제조되고 있다.

이러한 소위 조립 캠 샤프트를 제조함에 있어서는, 소결 부품으로서의 캠 로브를 축부재로서의 샤프트의 소정의 위치에 소정의 각도로 고정하면서 소결을 행할 필요가 있어, 종래부터 이 고정 방법이 여러 가지 개발되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에는, 축부재로서의 샤프트의 외주면에 오목부(홈부)를 형성하는 반면, 캠 로브측에는 상기 오목부에 대응하는 볼록부를 형성하는 것이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 3에는, 샤프트의 외주면 및 캠 로브의 쌍방에 오목부를 형성하고, 해당 2개의 오목부에 의해 형성되는 공극부에 핀을 삽입함으로써 쌍방을 고정하는 것이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 샤프트의 외주면에 펀치를 압압함으로써 돌기부를 형성하고, 이 돌기부를 이용해서 캠 로브와 샤프트를 임시 고정하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 공개 특허 소54-041266호 공보

특허문헌 2: 일본국 공개 특허 소60-033302호 공보

특허문헌 3: 일본국 공개 특허 평08-210110호 공보

특허문헌 4: 일본국 공개 특허 평03-168305호 공보.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 방법에 있어서는, 본래의 캠 샤프트의 기능에는 불필요한 오목부나 볼록부를 형성할 필요가 있어, 설계 자유도가 저하하는 일이 있었다. 또, 특히 샤프트의 외주면에 축방향으로 연속하는 오목부(즉, 홈부)를 형성하면 해당 오목부가 형성된 부분과 캠 로브와의 사이에는 공극이 생기는 일이 많아, 강도적으로 문제가 생길 경우도 있었다.

또한, 상기 특허문헌 3에 개시되어 있는 방법에 있어서도, 상기 특허문헌 1과 마찬가지로, 오목부를 형성할 필요가 있으므로, 설계 자유도가 저하하거나, 강도가 저하하거나 하는 문제가 생길 수 있는 것 외에, 캠 로브, 샤프트 이외에 핀부재가 필요로 되므로, 제조 공정이 번잡해지고, 수율이 저하하여, 생산비용이 높아지는 것으로 여겨진다.

게다가, 상기 특허문헌 4에 개시되어 있는 방법에 있어서는, 캠 로브와 샤프트와의 접합 방법은 용접 접합이며, 본원 발명과 같이 소결 확산 접합에 의해 접합하는 것에 대해서는 염두에 없는 발명이다. 여기서, 특허문헌 4의 내용을 검토하면, 해당 문헌에는, 펀치에 의해 형성되는 돌기부는 캠 로브를 삽입할 때에, 해당 캠 로브에 의해 압궤(壓潰)되어 조성 변형하는 취지가 기재되어 있다. 이 기재로부터 판단하면, 캠 로브는 본 발명과 같이 금속 혹은 합금의 분말을 압축성형한 압분체(pressed powder body)가 아닌 것이 명확하며, 캠 로브와 샤프트와의 경도를 고려하면, 캠 로브쪽이 단단한 것이 명확하다. 또한, 특허문헌 4의 기재에 따르면, 캠 로브를 캠 샤프트에 삽입한 단계에서는, 이미 돌기부는 압궤되어서 없어지고 있기 때문에, 이 단계에 있어서는 이미 캠 로브는 샤프트에 고정되어 있지 않거나, 혹은 고정되어 있어도 미약한 고정인 것으로 된다. 이 상황에서, 본 발명과 같이 소결 공정을 행한 경우, 캠 로브가 회전해버려, 소망의 각도로 정밀도 좋게 캠 로브를 고정하는 것은 불가능한 것으로 여겨진다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 간편하고 수율이 좋고, 또한, 위치 정밀도, 각도 정밀도가 양호한, 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법 및 해당 제조 방법에 의해 제조된 내연기관용 캠 샤프트를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 금속 혹은 합금의 분말을 압축성형함으로써 압분체를 형성하는 압분체 형성 공정; 축부재의 외주면의 소망의 위치를, 지그를 이용해서 압압함으로써 해당 축부재의 외주면을 변형시키고, 해당 위치에 높이 0.03 내지 0.25㎜의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정; 축부재의 외주면에 형성된 볼록부를 이용하여, 해당 볼록부에 의해서 압분체의 일부를 깎아내면서, 해당 볼록부를 압분체에 파고들어가게 함으로써, 상기 압분체와 축부재를 조립하는 조립 공정; 및 상기 압분체를 소결함으로써, 압분체와 축부재를 소결 확산 접합에 의해 일체화시키는 소결 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법이다.

또, 상기 발명에 있어서는, 상기 조립 공정 종료 후, 상기 소결 공정을 행하기 전에, 상기 압분체와 축부재를 접착제에 의해 임시 고정하는 임시 고정 공정을 행해도 된다.

또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 소결 부품을 캠 로브 또는 캠 로브와 저널(journal)로 하고, 축부재를 샤프트로 하는 것도 가능하다.

또, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 축부재의 제조 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 캠 샤프트이다.

발명의 효과

본 발명에 따르면, 금속 혹은 합금의 분말을 이용해서 형성한 압분체를 축부재에 설치하고, 이것을 소결함으로써 소결 확산 접합에 의해 일체화하는, 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법에 있어서, 축부재에 압분체를 설치하기 전의 단계에서, 해당 축부재의 표면에 미세한 볼록부를 형성하고, 이것을 이용해서 압분체와 축부재를 조립 고정하고 있으므로, 상기 특허문헌 1이나 2와 같이 , 압분체(특허문헌 1이나 2에 있어서는 캠 로브)와 축부재(특허문헌 1이나 2에 있어서는 샤프트)의 쌍방에 가공을 실시할 필요가 없고, 축부재에만 가공을 실시하면 충분하므로, 수율을 향상시키는 것이 가능해지고, 또 설계상의 자유도도 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서 행하는 축부재에 대한 가공은, 그 표면에 지그를 압압함으로써 미세한 볼록부를 형성하는 것뿐이며, 최종적으로는 해당 볼록부는 압분체와의 접합 부분에 숨어버리므로, 상기 특허문헌 1이나 2와 같이, 해당 가공에 의해서 강도가 저하할 우려도 없다.

또, 이러한 본원 발명의 제조 방법에 있어서는, 특허문헌 3에 기재한 바와 같은 핀으로 대표되는 별도의 부재가 불필요하므로, 비용 저감을 도모하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 축부재의 외주면에 형성되는 미세한 볼록부를 압분체에 파고들어가게 함으로써 축부재와 압분체를 조립하여 고정하고 있으므로, 특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이, 조립 후에 있어서 압분체가 축방향으로 어긋나거나, 둘레 방향으로 회전하거나 할 우려가 없고, 그 결과, 위치 정밀도, 각도 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 방법에 있어서, 샤프트에 홈을 형성하고, 캠 로브에 돌기를 형성해서, 끼워맞춤, 소결할 경우에는, 소결 시 캠 로브만이 수축하기 때문에, 틈새가 커져 각도 어긋남(즉, 편차)이 큰 데 대해서, 본 발명에서는, 샤프트 쪽에 볼록부를 형성하고 있기 때문에, 소결시의 캠 로브(압분체)의 수축에 의해 캠 로브가 볼록부를 끌어안는 형태가 되기 때문에, 각도 정밀도가 향상한다.

도 1은 본 발명의 제조 방법의 공정을 나타낸 순서도;

도 2는 본 발명의 제조 방법에 있어서의 볼록부 형성 공정을 설명하기 위한 설명도로, 도 2(a)는 해당 공정의 순서를 나타낸 개략 단면도이고, 도 2(b)는 볼록부가 형성된 샤프트의 외주면의 확대 단면도;

도 3은 본 발명의 제조 방법에 있어서의 조립 공정을 설명하기 위한 설명 도.

부호의 설명

20…샤프트 21…지그 22…볼록부

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 본 발명의 제조 방법에 대해서, 도면을 이용해서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제조 방법의 공정을 나타낸 순서도이다.

또, 본 발명은 캠 샤프트의 제조 방법에 한정되는 것은 아니고, 소결 부품과 축부재를 소결 확산 접합에 의해 일체화해서 형성하는 물품 일반을 제조할 때에 적용가능하지만, 보다 구체적으로 설명하기 위해서, 샤프트에 별도 제작한 캠 로브 및 저널 등의 소결 부품을 조립해서 이루어지는, 소위 조립 캠 샤프트를 제조할 경우를 예로 들고, 이하에서는, 소결 부품을 캠 로브로 하고, 축부재를 샤프트로 해서 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제조 방법은, 금속 혹은 합금의 분말을 압축성형함으로써 압분체를 형성하는 압분체 형성 공정 S1; 축부재의 외주면의 소망의 위치를, 지그를 이용해서 압압함으로써 해당 축부재의 외주면을 변형시키고, 해당 위치에 미세한 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정 S2; 압분체와 축부재를 조립하는 조립 공정 S3; 상기 압분체와 축부재를 접착제에 의해 임시 고정하는 임시 고정 공정 S4; 및 상기 압분체를 소결함으로써, 압분체와 축부재를 소결 확산 접합에 의해 일체화하는 소결 공정 S5로 구성되어 있다.

이하에 각 공정에 대해서 구체적으로 설명한다.

(1) 압분체 형성 공정

본 발명의 제조 방법에 있어서의 압분체 형성 공정 S1은, 금속 혹은 합금의 분말을 재료로 하고, 이것을 압축성형함으로써 압분체를 형성하는 것을 목적으로 하고 있다. 이 압분체의 형상에 대해서는, 특히 한정되는 것은 아니고, 최종 성형품의 형상 등을 고려해서, 적절하게 설계하면 되고, 예를 들어 캠 샤프트를 제조할 경우에는, 해당 압분체는 캠 로브의 형상을 나타내는 것으로 된다.

해당 공정 S1에 있어서 이용하는 금속 혹은 합금의 분말에 대해서는, 본 발명은 특히 한정되는 것은 아니고, 종래 공지의 어떠한 금속 혹은 합금의 분말도 이용할 수 있지만, 소결에 의한 압분체의 수축률((압분체 치수-소결체 치수)/압분체 치수×100)이 4 내지 7%가 되는 바와 같은, 예를 들면 스테인레스계 합금 분말을 이용하는 것이 바람직하다.

해당 공정 S1에 있어서 형성되는 압분체는, 나중에 설명하는 조립 공정 S3에 있어서, 축부재(예를 들어, 샤프트)에 형성된 볼록부가 파고들게 되는, 즉, 어느 정도의 부하가 걸리는 것으로 되기 때문에, 해당 조립 공정 S3에 있어서 받는 부하에 견딜 수 있는 정도의 경도를 가지고 있을 필요가 있다. 구체적으로는, 440 내지 690㎫ 정도의 압력을 가해서 압분체를 형성하는 것이 바람직하고, 압분체의 상대 밀도는 70% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(2) 볼록부 형성 공정

본 발명의 제조 방법에 있어서의 볼록부 형성 공정 S2는, 축부재의 외주면의 소망의 위치를, 지그를 이용해서 압압함으로써 해당 축부재의 외주면을 변형시키고, 해당 위치에 미세한 볼록부를 형성하는 것을 목적으로 한다.

도 2는 볼록부 형성 공정 S2를 설명하기 위한 설명도로, 도 2(a)는 해당 공정의 순서를 나타내는 개략단면도이고, 도 2(b)는 볼록부가 형성된 샤프트의 외주면의 확대 단면도이다.

도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 해당 공정에 있어서는, 축부재로서의 샤프트(20)의 외주면의 소망의 위치를, 지그(21)를 이용해서 압압하는 것이 행해진다. 그리고, 해당 공정의 종료 후에 있어서는, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 샤프트(20)의 외주면은 변형되어, 해당 위치에는 미세한 볼록부(22)가 형성된다.

해당 미세한 볼록부(22)는 나중에 설명하는 조립 공정 S3에 있어서, 캠 로브 형상의 압분체와 샤프트(20)와의 조립에 있어서 이용된다.

해당 미세한 볼록부(22)의 높이(h)는, 볼록부(22)가 후술하는 조립 공정 S3에 있어서, 전술한 압분체에 파고들어감으로써 압분체를 고정할 수 있는 정도이면 되고, 이 목적을 달성할 수 있는 정도의 높이이면 적절하게 설정할 수 있다. 그러나, 필요 이상으로 높게 하는 것은, 압분체의 조립 시 장해로 될 우려가 있는 동시에, 조립 시 압분체에 과도한 부하를 걸어서 압분체를 분쇄해버리는 원인으로 될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 볼록부를 필요 이상으로 높게 하는 것은, 고하중으로 되기 때문에, 지그의 수명의 저하, 볼록부 형성 하중의 증대, 게다가 조립 시의 압입 하중 증대에 의한 설비 하중의 증대에 의해서 생산성의 악화를 초래하여 바람직하지 못하다. 해당 볼록부의 높이는, 구체적으로는, 0.03 내지 0.25㎜ 정도가 바람직하다. 특히 바람직한 것은, 볼록부를 3개소 형성할 경우에는 0.03 내지 0.2㎜정도이며, 볼록부를 2개소 형성할 경우에는 0.05 내지 0.2㎜ 정도이며, 볼록부를 5개소 형성할 경우에는 0.03 내지 0.1㎜ 정도이다.

한편, 미세한 볼록부(22)를 형성하기 위해서 필연적으로 형성되는 오목부(23)에 대해서는, 본 발명의 제조 방법에 있어서 이용되는 일은 없고, 따라서, 그 형상(깊이나 크기)은 특히 한정되지 않는다. 그러나, 해당 오목부(23)는 될 수 있는 한 작은 것이 바람직하고, 그 때문에 지그(21)의 선단 형상 등을 연구하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 있어서 이용되는 지그(21)에 대해서는, 전술한 미세한 볼록부(22)를 효율적으로 형성하는 것이 가능하면 특히 한정되는 일은 없고, 적절하 게 선택하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 예를 들어, 그 선단이 원추형상으로 되어 있는 것이 바람직하고, 그 각도는 40 내지 80°정도인 것이 바람직하다. 또한, 그 원추 선단의 R(곡률반경)은 1㎜ 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직한 것은 0.05 내지 0.5㎜ 정도이다. 원추 각도가 40° 미만이면 지그(21)의 수명이 짧아질 우려가 있는 한편, 80° 보다 크면 적당한 볼록부(22)를 얻는 것이 곤란하게 될 가능성이 있기 때문이다. 또한, 그 선단의 R이 1㎜보다 크면 적당한 볼록부(22)를 형성하는 것이 곤란해지고, 또 지그(21)를 압압하기 위한 압력이 커져 버리기 때문이다.

또한, 해당 지그(21)의 경도에 대해서는, 본 발명의 방법을 실시하기 위해서는, 축부재로서의 샤프트의 경도와 동등하거나 그 이상인 것이 바람직하고, 예를 들면, 초경(超硬)이나 하이스(고속도 공구강) 등을 이용하면 된다.

한편, 예를 들어 샤프트로 대표되는 축부재의 경도에 대해서는, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 최종 제품의 용도나 요구되는 성능에 따라서 적절하게 설정하는 것이 가능하지만, 전술한 바와 같이, 미세볼록부(22)를 형성하고, 형성된 볼록부(22)를 이용해서, 이것을 압분체에 파고들어가게 하는 것이 필요하기 때문에, 어느 정도의 경도를 가지는 것이 필요하다. 구체적으로는, 예를 들어, 캠 샤프트용의 샤프트의 경우에는, 그 표면경도는 HRB75 내지 105 정도가 바람직하다. 표면경도가 HRB75 미만이면 지그(21)를 압압해도 소망의 높이(h)를 가지는 볼록부(22)를 형성하는 것이 곤란해질 경우가 있고, 한편, 표면경도가 HRB105보다 크면 지그(21)의 수명이 저하해버리기 때문이다. 이러한 경도를 가지는 재료로서는, 예 를 들어, S45C, STKM13, 나아가서는, SUJ2 재료 등을 들 수 있다.

또한, 해당 공정 S2에 있어서, 지그(21)를 샤프트(20)의 표면에 압압할 때의 압력에 대해서는, 상기 지그(21)의 경도나 샤프트(20)의 경도 등의 밸런스를 고려하여, 전술한 소망의 높이(h)를 가지는 볼록부(22)를 형성할 수 있을 정도로 설정하면 되고, 특히 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 490 내지 2450N 정도인 것이 바람직하다. 압력이 490N보다 작으면, 볼록부의 높이(h)를 소망의 값으로 할 수 없는 일이 있는 반면, 2450N을 넘으면, 불필요한 오목부(23)의 깊이가 깊어져, 샤프트(20)의 두께 여하에 따라서는, 샤프트 전체가 변형될 우려가 있기 때문이다.

또, 해당 공정 S2에 있어서는, 압분체 1개에 대하여 적어도 1개 이상의 볼록부(22)를 형성하면 되고, 형성하는 수는 특히 한정되지 않으며, 경우에 따라서는 5개 정도 형성해도 된다. 예를 들어, 조립 캠 샤프트의 제조에 본 발명의 방법을 적용할 경우에 있어서, 캠 로브 1개에 대하여, 1개의 볼록부(22)를 형성할 경우에 있어서는, 해당 볼록부(22)는 캠 로브에 있어서의 노즈(nose) 부분(가장 두께가 두꺼운 부분)에 대응하는 위치(샤프트의 둘레 방향에 대한 각도)에 설치하는 것이 바람직하다. 한편, 캠 로브 1개에 대해서, 2개의 볼록부(22)를 형성할 경우에 있어서는, 해당 볼록부(22)는, 캠 로브에 있어서의 노즈 부분에 대응하는 위치로부터 0 내지 +35°의 위치와, 0 내지 -35℃의 위치에 설치하는 것이 바람직하고, 25 ± 10°, -25±10°의 위치가 더욱 바람직하고, 25 ± 7°, -25±7°의 위치가 특히 바람직하다. 3개의 볼록부를 형성할 경우에 있어서는, 캠 로브에 있어서의 노즈 부분에 대응하는 위치로부터 0 내지 +35°의 위치와, 0°의 위치와, 0 내지 -35°의 위치에 설치하거나, 혹은, 노즈 부분에 대응하는 위치로부터 0 내지 +35°의 위치와, +180°의 위치와, 0 내지 -35°의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 4개의 볼록부를 형성할 경우에 있어서는, 캠 로브에 있어서의 노즈 부분에 대응하는 위치로부터, 0 내지 +35°의 위치와, 0°의 위치와, 0 내지 -35°의 위치와, +180°의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 또, 5개의 볼록부를 형성할 경우에 있어서는, 캠 로브에 있어서의 노즈 부분에 대응하는 위치로부터 0 내지 +35°의 위치와, O°의 위치와, 0 내지 -35°의 위치와, +150°의 위치와, -150°의 위치에 설치하거나, 0 내지 +35°의 위치와, 180°의 위치와, 0 내지 -35°의 위치와, +150°의 위치와, -150°의 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼록부를 형성하는 위치 각도에 대해서는, 높은 정밀도를 필요로 하지 않는다. 축부재에 형성하는 볼록부의 수와 위치는, 본 발명의 방법을 조립 캠 샤프트의 제조에 적용할 경우에는, 전술한 바와 같은 수와 위치의 조합이 바람직하지만, 소결 부품과 축부재를 소결 확산 접합에 의해 일체 제조할 때에는, 압분체의 형상과 강도를 고려해서 설치하면 되고, 특히 한정되는 일은 없다.

(3) 조립 공정

본 발명의 제조 방법에 있어서의 조립 공정 S3은, 축부재의 외주면에 형성된 볼록부를 이용하여, 해당 볼록부에 의해서 압분체의 일부를 깎아내면서, 해당 볼록부를 압분체에 파고들어가게 함으로써, 상기 압분체와 축부재를 조립하는 것을 목적으로 한다.

도 3은 조립 공정 S3을 설명하기 위한 설명도이다.

해당 공정 S3에 있어서는, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 전술한 볼록부 형성 공정 S2에 의해 미세한 볼록부가 형성된 샤프트(20)의 일단부로부터, 캠 로브 형상의 압분체를 삽입하고, 해당 미세한 볼록부에 의해, 압분체에 형성되어 있는 샤프트 삽입용 구멍의 내면을 깎아내면서, 해당 볼록부(22)를 파고들어가게 함으로써 조립을 행한다. 이때, 압분체의 탄성 변형을 가지고 있기 때문에 압분체 삽입 후에는 삽입 방향으로도, 이것과 역방향으로도 어긋나는 일은 없다.

이와 같이, 압분체(캠 로브)의 일부를 깎아내면서 축부재(샤프트)에 형성된 볼록부를 압분체에 파고들어가게 함으로써, 종래에 비해서 정밀도 좋게 압분체를 축부재에 고정할 수 있다.

이 경우에 있어서, 압분체의 폭방향(삽입 방향)의 두께(W)의 1/2 정도까지 볼록부(22)를 파고들어가게 하는 것이 바람직하다. 단, 압분체의 폭방향의 두께(W)가 20㎜를 초과하는 것에 대해서는, 삽입량을 10㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 압분체(캠 로브)와 축부재(샤프트)와의 틈새(clearance)(간극)에 대해서는, 상기 볼록부 형성 공정 S2에 있어서 축부재 외주면에 형성되는 볼록부(22)의 높이(h)의 크기에 의해 적절하게 설정가능하지만, 예를 들어 직경 0.05 내지 0.2㎜ 정도인 것이 바람직하다. 해당 틈새가 직경 0.05㎜ 미만이면 압분체의 삽입 자체가 곤란해져 수율이 저하하는 등의 문제가 생길 경우가 있는 한편, 틈새가 직경 0.2㎜보다 크면 압분체에 대한 볼록부(22)의 파고들어감이 얕아져서, 그 만큼 고정이 곤란해지기 때문이다. 마찬가지 관점에서, 압분체에 대하여 축부재의 볼록 부(22)가 0.01㎜ 이상 파고들어가도록, 틈새를 설정하는 것이 바람직하다.

도 3(c) 및 도 3(d)는, 예를 들어, 복수의 캠 로브를 샤프트에 고정할 경우의 조립 공정 S3의 수순을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 복수의 캠 로브를 고정할 경우에는, 전술한 볼록부 형성 공정 S2와, 해당 조립 공정 S3을 반복해서 행하는 것이 바람직하다. 볼록부 형성 공정 S2를 연속해서 행하면, 샤프트의 일단부로부터 캠 로브를 삽입할 때에, 앞쪽에 형성된 볼록부를 캠 로브가 통과하는 것으로 되고, 이때 캠 로브의 일부를 쓸데없이 깎아내 버리는 것으로 되어, 강도적으로 문제가 생길 경우가 있기 때문이다.

(4) 임시 고정 공정

본 발명의 제조 방법에 있어서의 임시 고정 공정 S4는, 상기 조립 공정 S3에 의해 축부재(샤프트)에 조립된 압분체(캠 로브)를 소결 공정 전에 임시 고정하는 것을 목적으로 한다.

해당 공정 S4는, 본 발명의 제조 방법에 있어서는 필수적인 공정은 아니지만, 정밀도 향상을 위해서는 행하는 것이 바람직하다.

상기 조립 공정 S3에 대한 설명으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 있어서는, 압분체의 일부를 축부재에 형성된 볼록부에 의해 깎아내면서 부착 공정이 행해지기 때문에, 압분체의 삽입 방향으로의 어긋남은 생기기 어려운 반면, 압분체의 삽입 방향과는 반대의 방향(즉, 압분체를 되돌리는 방향)으로의 고정은, 상기 삽입 방향의 그것과 비교해서 약한 경우를 고려할 수 있다. 단, 이것은 양자를 비교했을 경우의 이야기이며, 압분체의 탄성 변형에 따라서 볼록부가 압분 체에 파고들어가고 있으므로, 삽입 방향과 역방향이어도 고정은 되고 있다. 이러한 경우를 고려했을 경우, 보다 높은 정밀도를 기대할 경우에는, 해당 임시 고정 공정을 행하는 것이 바람직하다.

해당 공정 S4의 구체적인 수단에 대해서는, 본 발명의 방법은 특히 한정되는 것은 아니고, 종래부터 행해지고 있는 조립 캠 샤프트의 제조 방법 등에 있어서 이용되고 있는 각종 수단을 임의로 선택해서 이용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 접착제를 축부재와 압분체와의 접합 부분에 도포해도 된다. 이 경우에 이용되는 접착제로서는, 알파시아노아크릴레이트계를 들 수 있다.

(5)소결 공정

본 발명의 제조 방법에 있어서의 소결 공정 S5는, 축부재(샤프트)에 조립되어, 필요에 따라서 임시 고정된 압분체(캠 로브)를 소결함으로써, 해당 압분체와 축부재를 소결 확산 접합에 의해 일체화하는 것을 목적으로 한다.

해당 공정 S5에 있어서는, 종래 공지의 소결 공정과 마찬가지이며, 특히 본 발명의 제조 공정에 있어서 한정되는 것은 아니다.

구체적으로는, 예를 들면, 1100 내지 1200℃에서 소결하는 것이 바람직하고, 그 시간은, 제조하고자 하는 제품의 크기나 이용되는 금속 혹은 합금의 분말의 종류 등에 따라 다르지만, 대체로 0.5 내지 2시간이 바람직하다. 1200 ℃ 이상에서 소결하면, 변형이 지나치게 크거나, 미소한 「부풀음」이 발생되어 버릴 경우가 있어 바람직하지 못하다.

또한, 소결 공정에 있어서의 압분체의 수축률은 4 내지 7% 정도로 하는 것이 바람직하고, 수축량이 이것보다 적을 경우에는 확산 접합이 불충분해질 경우가 있다.

실시예

본 발명의 제조 방법을 실시예를 이용해서 더욱 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

상기 도 1에 나타낸 본 발명의 제조 방법에 의해 10개의 캠 샤프트(샤프트 1개에 대해서 캠 로브 1개)를 제조하였다. 그 각각을 샘플 번호 1 내지 10이라 한다.

각 샘플의 샤프트에 형성된 각각의 볼록부의 위치와 높이는, 이하의 표 1에 나타낸 바와 같다. 샘플 번호 1 내지 4는 볼록부의 수가 2개, 샘플 번호 5 내지 7은 볼록부의 수가 3개, 샘플 번호 8 내지 10은 볼록부의 수가 5개이다.

또, 합금의 분말로서는 Fe-8Cr-1.9Ni-2Mo-2.7C를 이용하고, 샤프트는 STKM13 재료의 냉간 인발 파이프를 이용하였다.

또한, 지그의 선단 부분의 재질은 다이아몬드로 하고, 그 선단 부분의 형상은 원추 각도=60°, 원추 선단의 R=0.2㎜인 원추형상으로 하였다.

제조한 캠 샤프트에 있어서, 임시 고정 공정 종료 후의 캠 로브의 샤프트 둘레 방향에 있어서의 위치를 0°로 하고, 소결 공정 종료 후의 캠 로브의 위치가 상기 임시 고정 공정 종료 후의 캠 로브의 위치(0°)로부터 몇도 어긋나 있는지를 샘플마다 측정하였다. 또, 캠 로브의 삽입 방향에서 보아서 시계 방향 회전을 플러스(+)로 하고 반시계 방향 회전을 마이너스(-)로 한다.

그 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

볼록부의 크기가 본 발명의 제조 방법의 범위 밖인 점 이외에는, 상기 실시예와 마찬가지 방법에 의해 2개의 캠 샤프트를 제조하였다. 각각을 샘플 번호 11 내지 12라 한다.

해당 샘플의 측정 결과를 상기 실시예와 마찬가지로 이하의 표 1에 나타낸다.

(종래예 1)

종래 공지의 조립 캠 샤프트의 제조 방법에 의해 3개의 캠 샤프트(샤프트 1개에 대해서 캠 로브 1개)를 제조하였다. 그 각각을 샘플 번호 13 내지 15라 한다.

또, 합금의 분말, 샤프트 등의 조건에 대해서는 상기 실시예와 마찬가지로 하였다.

또한, 종래 공지의 조립 캠 샤프트의 제조 방법이란, 구체적으로는, 샤프트의 외주에 축방향으로 뻗는 홈을 형성하는 한편, 이 샤프트에 접합해야 할 캠 로브의 내주면에는 돌기부를 형성하고, 돌기부와 홈을 일치시켜서 캠 로브를 샤프트에 끼워맞춘 후, 소결함으로써 샤프트에 캠 로브를 접합시키는 방법이다(전술한 특허문헌 2의 제1도 내지 제3도 참조).

상기 실시예 1과 마찬가지의 평가를 행한 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.

	제1볼록부		제2볼록부		제3볼록부		제4볼록부		제5볼록부		어긋난 각도
샘플번호	위치	크기	위치	크기	위치	크기	위치	크기	위치	크기
1(실시예)	+30°	0.12	-30°	0.12							0.55
2(실시예)	+30°	0.16	-30°	0.16							0.32
3(실시예)	+30°	0.20	-30°	0.20							0.17
4(실시예)	+30°	0.24	-30°	0.24							0.03
5(실시예)	+30°	0.08	-30°	0.08	180°	0.08					0.50
6(실시예)	+30°	0.12	-30°	0.12	180°	0.12					0.23
7(실시예)	+30°	0.18	-30°	0.18	0°	0.18					0.03
8(실시예)	+30°	0.03	-30°	0.03	180°	0.03	+150°	0.03	-150°	0.03	0.93
9(실시예)	+30°	0.06	-30°	0.06	180°	0.06	+150°	0.06	-150°	0.06	0.45
10(실시예)	+30°	0.09	-30°	0.09	0°	0.06	+150°	0.09	-150°	0.09	0.07
11(비교예)	+30°	0.26	-30°	0.26							균열 발생
12(비교예)	+30°	0.02	-30°	0.02	180°	0.02	+150°	0.02	-150°	0.02	3.00
13(종래예)											1.95
14(종래예)											2.00
15(종래예)											1.98

(실시예 1, 비교예 1 및 종래예 1의 대비)

상기 표 1로부터도 명확한 바와 같이, 본 발명의 방법은, 비교예 및 종래예와 비교해서, 상기 임시 고정 공정 종료 후의 캠 로브의 위치(0°)로부터의 어긋남이 작아, 대단히 정밀도가 높은 것을 알 수 있었다.

특히, 볼록부의 높이를 0.03으로 한 실시예의 샘플 번호 8과, 볼록부의 높이를 0.02로 한 비교예의 샘플 번호 12를 대비하면, 어긋난 각도가 크게 변화하고 있어, 본 발명의 범위로 볼록부의 높이를 결정하는 것이 유효한 것을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 금속 혹은 합금의 분말을 압축성형함으로써 압분체를 형성하는 압분체 형성 공정;

   축부재의 외주면의 소망의 위치를, 지그를 이용해서 압압함으로써 해당 축부재의 외주면을 변형시켜, 해당 위치에 높이 0.03 내지 0 25㎜의 볼록부를 형성하는 볼록부 형성 공정;

   상기 축부재의 외주면에 형성된 볼록부를 이용하여, 해당 볼록부에 의해서 압분체의 일부를 깎아내면서, 해당 볼록부를 압분체에 파고들어가게 함으로써, 상기 압분체와 축부재를 조립하는 조립 공정; 및

   상기 압분체를 소결함으로써, 압분체와 축부재를 소결 확산 접합에 의해 일체화하는 소결 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 조립 공정 종료 후, 상기 소결 공정을 행하기 전에, 상기 압분체와 축부재를 접착제에 의해 임시 고정하는 임시 고정 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소결 부품은 캠 로브이고, 상기 축부재는 샤프트인 것을 특징으로 하는, 소결 부품이 접합된 축부재의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 축부재의 제조 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 캠 샤프트.

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