KR20090090157A - 캠샤프트 - Google Patents

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KR20090090157A
KR20090090157A KR1020080015461A KR20080015461A KR20090090157A KR 20090090157 A KR20090090157 A KR 20090090157A KR 1020080015461 A KR1020080015461 A KR 1020080015461A KR 20080015461 A KR20080015461 A KR 20080015461A KR 20090090157 A KR20090090157 A KR 20090090157A
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 캠샤프트에 관한 것으로서, 캠샤프트는 엔진의 흡배기 밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열되게 경량금속으로 형성된 캠과, 상기 캠의 표면에 형성된 제 1 라이너층으로 구성된 캠부와; 상기 캠과 동일한 경량금속으로 한 몸체를 이루도록 형성된 샤프트를 갖는 샤프트부를 포함한다. 따라서, 캠부와 샤프트부가 경량 금속으로 한 몸체로 형성되므로 캠샤프트의 중량을 감소시켜 차량의 연료소비를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 캠부와 샤프트부의 결합력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
캠샤프트, 캠, 샤프트, 경량 금속, 열팽창

Description

캠샤프트{Cam Shaft}
본 발명은 캠샤프트에 관한 것으로서, 특히, 샤프트부와 캠부를 경량 금속으로 형성하여 무게가 감소되어 차량의 연료소비를 감소시키면서 캠과 샤프트의 결합력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 캠샤프트에 관한 것이다.
엔진 동력계의 주요 부품인 캠샤프트(Cam Shaft)는 반복적인 회전운동을 통해 흡,배기밸브를 개폐시키는 로커아암, 타펫, 푸시로드 등에 순차적으로 동력을 주어 주기적인 정확한 타이밍으로 밸브를 개폐하도록 만들어져 있다.
특히, 자동차 엔진의 캠샤프트는 크랭크 샤프트의 회전력을 전달받아 연소실의 흡기 및 배기밸브의 개폐시기를 조절하는 부품으로서, 저온 및 고온영역(-15 ~ 120℃)에서 고회전(750 ~ 4,500RPM) 및 회전 굽힘 피로와 윤활 마모 등의 악조건에서 사용되는 부품이다.
통상 캠샤프트는 차량 엔진의 구성요소인 실린더블록과 실린더헤드 사이에 설치되는 것으로 샤프트(shaft)에 밸브를 개폐시키기 위한 엔진의 흡기밸브 및 배기밸브와 같은 수의 캠이 배열되어 있다. 상기에서 캠샤프트는 캠이 샤프트에 소정 위치에 소정 각도로 배열되어 크랭크샤프트와 평행하게 크랭크케이스의 옆부분이나 위쪽에 베어링으로 지지되도록 하고 있으며, 이와 같은 캠샤프트에는 이밖에 연료펌프를 구동하는 편심캠과 배전기나 오일펌프를 구동하는 헬리컬 기어가 부착되어 있다.
한편, 캠노즈를 포함하는 밸브캠 표면의 곡선은 약간만 변화해도 각 밸브의 개폐 시기나 리프트가 달라져 기관의 성능에 큰 영향을 주기 때문에 장시간 사용해도 밸브캠 표면의 마모나 캠샤프트의 휨을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 캠샤프트는 타이밍스프로킷을 동축 설치하여 엔진의 크랭크샤프트와 타이밍벨트로서 연계하도록 하여 상기 크랭크 샤프트의 회전력을 캠샤프트에 전달할 수 있도록 하고 있으며, 상기 캠샤프트의 회전에 따라 밸브캠에 밀착된 로커아암으로 하여금 다수개의 흡,배기밸브를 개폐토록 함과 아울러, 이에 연계된 각 장치를 작동할 수 있도록 하고 있다.
한편, 내연기관에 사용되는 기존의 캠샤프트는 칠드주철(Chilled Cast Iron)로 만들어져 왔으나, 이와 같은 주철재 캠샤프트는 엔진의 고성능화 및 경량화를 계속적으로 추구하고 있는 요구조건을 더 이상 만족시킬 수가 없게 되었다. 즉, 종래의 캠샤프트는 캠과 축 모두를 동일 재료로 사용하여 일체형의 봉형을 이루며, 이 경우의 소형법으로는 주철주물이 특수강 단조로 적용되었다.
이처럼 주철주조의 소형법으로 제조하는 캠샤프트의 경우는 록커아암이나 타펫과 강하게 마찰되는 밸브캠의 노즈부 표면을 경화시킬 필요성이 있어 칠주조, 재용융 칠주조, 구상흑연주조의 고주파 소입, 또는 오스텐파 처리 등 여러 가지 방법 을 통하여 열처리를 거쳐야만 하는 문제점이 있었다.
그리고, 주철주물 캠샤프트는 연비향상 및 고속화 고출력화가 요구되는 상황에서 중량이 무거워 차량 연료소비를 가중시키고, 고속화와 고출력화를 위해 밸브수를 증가시켜야 하나, 이럴 경우 캠과 캠 사이의 간격이 좁아 제조 시 주조결함 불량이 많고 캠 표면의 내마모성이 떨어지며 내식성이 떨어지는 단점이 있다. 또한 주철주물 캠샤프트는 공법제조 특성상 대표적인 3D 업종으로 불량률이 높고, 자동화가 까다롭기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.
따라서, 이러한 기존의 일체형 주철주물 캠샤프트의 단점을 보완하고 엔진의 성능의 최적화 및 엔진의 경량화 추세에 맞추어 다밸브화에 대응이 가능하며, 내마모성이 우수한 새로운 공법을 통한 캠샤프트를 개발할 필요성이 대두되었다.
한편, 이와 같은 필요성에 의해 개발된 것이 조립식 공법에 의한 캠샤프트를 제조하는 방법이 제시되었다. 조립식 공법으로는 확산접합식 중공 캠샤프트 제조방법 또는 기계적 조립식 캠샤프트 제조방법이 있다.
먼저, 확산접합식 중공 캠샤프트의 제조방법은, 캠샤프트의 구성부품에서 밸브캠은 금속분말로 성형한 후 1차 예비소결을 1,000℃ 정도에서 실시하고, 중공튜브에 지그로 조립 소결한 후 튜브와 소결캠이 확산 접합되도록 하며, 저널댐(Journal Dam), 프론트 피스(Front Piece), 리어 피스(Rear Piece) 등은 동접합하는 금속접합 방법이다. 다음 기계적 조립식 캠샤프트의 제조방법은 중공튜브에 캠샤프트의 구성부품을 기계적 마찰로 압입 고정하여 조립 고정하는 방식 또는 캠샤프트 구성부품을 부품 사이에 플라스틱 사출로 고정 조립하여 만드는 제조방법이 있다.
이러한 중공 캠샤프트는 주철주물재 캠샤프트 보다 약 30% 정도의 경량화를 이룰 수 있다는 장점을 가지나, 제조공정이 복잡하고 제조조건의 변수가 많아 항상 일정한 제품을 다량 생산하는데 문제점이 야기되었다. 즉, 미국의 토링톤(Toring-Ton)사, 유럽의 프레스타(Presta)사가 일부 캠샤프트를 조립식 공법을 이용하여 생산하고 있으며, 일본의 니뽄피스톤링(NPR; Nippon Piston Ring)사도 조립식 캠샤프트를 생산하고 있다.
그러나, 미국의 토링톤(Toring-Ton)사는 확관방식을 적용하고 있고, 유럽이 프레스타(Presta)사는 압입방식을 적용하고 있기 때문에 결합력이 낮아 캠의 이탈이 일어나고 열처리 조건에 따라 마모성이 현저히 저하하며, 캠로즈의 두께가 5㎜ 이상이 되어야만 제작 가능하다는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다.
특히, 일본의 니뽄피스톤링(NPR)사에서 생산되고 있는 조립식 캠샤프트는 종래의 주철주물 캠샤프트로서는 만족시킬 수 없었던 요구조건을 만족시키기 위하여 마모 특성이 향상된 소결제 밸브캠에 무게가 가벼운 스틸튜브를 조합시킨 중공소결 캠샤프트이다. 즉, 분말 금속(Power Metal)을 이용하여 소결제 캠을 사용하는 조립식 캠샤프트는 강관제 샤프트에 의해 중공으로 되어 있고, 주조법이나 단조법으로서는 소형이 어려운 폭이 좁은 캠에도 적용할 수 있기 때문에 큰 폭의 경량화가 실현될 수 있는 것 외에 부품 형상의 설계 자유도나 재료 선정의 자유도가 크고, 캠과 캠 사이의 간격을 자유로이 설계가 가능한 특징을 갖고 있다.
또한 중공소결 캠샤프트의 소결캠 소재로 많이 사용되고 있는 PFC1, PFC2, PFC4 등은 크롬(Cr) 주체의 고경도 탄화물이 베이나이트 기지조직 중에 균일하게 분산하여 고면압 하에서 내피칭 및 내마모에 뛰어난 결과를 보여주고 있다. 따라서 이러한 중공소결 캠샤프트는 투자비가 저렴하고 환경 친화적이며, 공정이 간소화되어 불량률을 줄이고 비용 또한 절감할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 복합탄화물 형성으로 높은 내구성을 확보할 수 있으며 중공 타입이기 때문에 주철에 비하여 30% 이상 경량화 할 수 있다는 장점이 있다.
이처럼 중공소결 캠샤프트는 경량화라는 이점 외에도 설계 자유도가 크다는 장점을 가지고 있어, 최근 엔진의 다밸브화나 소형화가 진행됨에 따라 더욱더 캠의 근접 배치나 고성능화의 경향이 강하게 예견되면서 이에 채용이 확대되고 있다. 그러나 위와 같은 중공소결 캠샤프트는 캠이 샤프트에 결합할 때 캠이 위상을 가지면서 조립되어야 하기 때문에 이의 조립에 여러 가지 어려움이 뒤따랐다.
또한, 현재 사용되고 캠샤프트의 경우, 샤프트는 캠을 지지하고 회전력을 전달하는 구조 부재의 역할 뿐만 아니라 엔진오일을 저널부로 전달하는 유로 역할을 하고 있으나, 압출재 스틸튜브(Steel Tube)를 사용하고 있기 때문에 파이프의 내경 크기(Size)를 줄이는데 한계가 있었다. 예를 들어, 외경의 직경 26㎜인 경우에 내경의 직경이 13㎜ 이하로 인발하는 것이 거의 불가능하고, 이 경우에 경량화 효과를 상실하게 된다.
따라서, 냉간 시동시 엔진의 하단에 위치한 오일팬으로부터 캠샤프트까지 오일 공급이 늦어져 무급유 마모가 진행되고 있으며 이러한 마모가 캠샤프트의 수명에 가장 큰 영향을 미치고 있다.
한편, 최근 엔진의 고출력 고효율화를 얻기 위해 엔진의 구동부품들을 경량화하고 관성모멘트를 줄여 고 알피엠(RPM)을 구현함으로써 출력 증강을 도모하려는 노력이 시도되고 있으며, 과거 90년대 초까지 주류를 이루고 있던 주철재 캠샤프트에서 상기한 바와 같이 분말캠과 스틸튜브(Steel Tube)를 이용한 중공소결 캠샤프트의 개발도 이러한 배경과 같다 할 수 있다. 결국 미래에는 보다 경량화되고 냉간 시동시 마모를 극복할 수 있으며, 가격 경쟁력을 갖는 고성능 캠샤프트의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
이에 최근 본 출원인에 의해 "경량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법"에 관한 기술이 연구되어 특허출원(출원번호 10-2004-0071282)된 바 있다. 즉, 엔진의 흡,배기밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열된 캠(Cam)부와, 상기 캠부를 장착하는 샤프트부(Shaft)로 이루어진 캠샤프트의 제조방법에 있어서, 상기 캠부가 캠피스들로 별도 제작되고, 이렇게 별도로 제작된 캠피스들을 금형 내에 인서트 삽입한 후 알루미늄 주조공법을 통해 용융된 알루미늄 합금을 금형에 주입하여, 이들 캠피스들과 샤프트부(저널부)를 일체로 성형함으로서 경량의 알루미늄 캠샤프트를 구성하였다.
이와 같은 제조방법으로 구성된 경량 알루미늄 캠샤프트는 중공소결 캠샤프트에 비해 더 경량화된 캠샤프트를 제공하고, 기존의 엔진에서 냉간 시동시 발생되는 무급유 마모의 최소화에 의한 엔진의 내구성능 향상과 캠샤프트 경량화에 의한 관성모멘트 저감, 이에 따른 엔진의 고 알피엠(RPM)화를 통하여 엔진의 출력 향상 및 저연비화를 구현할 수 있도록 하였다.
그러나, 종래 기술에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트는 알루미늄의 샤프트부에 열팽창 계수가 다르고 중량이 큰 주철로 형성된 캠부가 인서트 삽입되어 결합되므로 캠부에 의해 중량을 감소시키는데 한계가 있을 뿐만 아니라 열팽창계수의 차이로 인해 샤프트부와 캠부의 결합력이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 캠부와 샤프트부가 경량 금속으로 형성되어 중량을 감소시킬 수 있는 캠샤프트를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 캠부와 샤프트부가 한 몸체로 형성되어 결합력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 캠샤프트를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캠샤프트는 엔진의 흡배기 밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열되게 경량금속으로 형성된 캠과, 상기 캠의 표면에 형성된 제 1 라이너층으로 구성된 캠부와; 상기 캠과 동일한 경량금속으로 한 몸체를 이루도록 형성된 샤프트를 갖는 샤프트부를 포함한다.
상기에서 샤프트부는 상기 샤프트의 표면에 형성된 제 2 라이너층을 더 포함한다.
상기에서 캠과 샤프트가 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 동시에 콜드챔버 다이캐스팅(Cold Chamber Diecasting) 공법, 중력금형 주조공법, 저압 주조공법, 스퀴지캐스팅(Squeeze Casting) 공법 및 세미솔리드 캐스팅(Semisolid Casting) 공법 중 어느 하나의 주조 공법에 의해 주조되어 형성된다.
상기에서 제 1 및 제 2 라이너층이 300 ∼ 600㎛의 두께로 300 ∼ 1,000Hv의 경도를 갖도록 용사(thermal spray), 증착, 양극산화(anodizing), 전기도금 및 이온 질화 등의 방법 중 어느 하나로 형성된다.
상기에서 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 용사 방법에 의해 산화알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화마그네슘(MgO) 및 질화마그네슘(Mg3N2)의 세라믹 중 선택되는 어느 하나, WC 또는 Cr3C2의 금속탄화물(Metal Carbides), Al2O3+TiO2의 금속산화물(Metal Oxide), 써밋 또는 철을 포함하는 금속으로 형성된다.
상기에서 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면의 각각에 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), TRD(Thermo Reactive Deposition and Diffusion) 및 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition) 중의 어느 하나의 증착 방법에 의해 TiCN, TiAlN, TiAlCN, TiAlON 및 TiAlSiCNO 중에서 선택된 어느 하나, 또는, 이들의 조합이 증착되어 형성된다.
상기에서 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면을 케로나이트(Keronite) 방법을 포함하는 상기 양극산화 기술에 의해 형성된다.
상기에서 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면을 상기 전기도금에 의해 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금의 최외각층을 크롬(Cr), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 및 코발트(Co)를 포함하는 초경금속 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 도금하는 것에 의해 형성된다.
상기에서 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면을 이온 질화 방법에 의해 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금의 표면에 질화알루미늄(AlN) 또는 질화마그네슘(Mg3N2)으로 형성된다.
상기에서 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면에 전기 도금된 철 또는 철의 합금과, 상기 전기 도금된 철 또는 철의 합금을 표면 처리하거나 증착하는 것에 의해 형성되는데, 전기 도금된 철 또는 철의 합금은 표면을 질화 또는 탄화 방법으로 표면 처리하거나, 또는, 표면 상에 TiCN, TiAlN, TiAlCN, TiAlON 및 TiAlSiCNO 중에서 선택된 어느 하나, 또는, 이들의 조합이 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), TRD(Thermo Reactive Deposition and Diffusion) 및 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성된다.
따라서, 본 발명은 캠부와 샤프트부가 경량 금속으로 한 몸체로 형성되므로 캠샤프트의 중량을 감소시켜 차량의 연료소비를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 캠부와 샤프트부의 결합력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 캠샤프트의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 캠부와 샤프트부를 A-A선 및 B-B선으로 각각 절단한 단면도이다.
본 발명에 따른 캠샤프트(1)는 엔진의 흡배기 밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열된 캠부(3)와, 상기 캠부(3)를 장착하는 샤프트부(5)로 이루어는데. 캠부(3)는 캠(7)과 제 1 라이너층(liner layer : 9)으로 구성되며, 샤프트부(5)는 샤프트(11)와 제 2 라이너층(13)으로 구성된다.
상기에서 캠(7)과 샤프트(11)는 동일한 경량 금속, 예를 들면, 알루미늄 합금이나 내열성 마그네슘 합금으로 한 몸체를 이루도록 형성된다. 상기에서 캠(7)과 샤프트(11)는 콜드챔버 다이캐스팅(Cold Chamber Diecasting) 공법, 중력금형 주조공법, 저압 주조공법, 스퀴지캐스팅(Squeeze Casting) 공법 및 세미솔리드 캐스팅(Semisolid Casting) 공법 등에서 어느 하나의 주조 공법에 의해 동시에 한 몸체를 이루도록 형성될 수 있다.
제 1 라이너층(9)은 캠(7)의 표면에 형성되어 엔진의 흡배기 밸브를 개폐할 때 내마모성 및 내식성을 향상시킨다. 상기에서 제 1 라이너층(9)은 1㎛ ∼ 10㎜, 바람직하기는, 300 ∼ 600㎛ 정도의 두께로 300 ∼ 1000Hv 정도의 경도를 갖도록 용사(thermal spray), 증착, 양극산화(anodizing), 전기도금 및 이온 질화 등의 방법 중 어느 하나로 형성된다.
상기에서 제 1 라이너층(9)이 용사 방법으로 형성되는 경우, 산화알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화마그네슘(MgO) 및 질화마그네슘(Mg3N2) 등의 세라믹 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 라이너층(9)이 WC 또는 Cr3C2의 금속탄화물(Metal Carbides), Al2O3+TiO2의 금속산화물(Metal Oxide), 써밋 또는 철 등의 금속이 용사 방법으로 형성될 수도 있다.
또한, 제 1 라이너층(9)이 증착 방법으로 형성되는 경우, TiCN, TiAlN, TiAlCN, TiAlON 또는 TiAlSiCNO의 각각, 또는, 이들의 조합이 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), TRD(Thermo Reactive Deposition and Diffusion) 및 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 증착되어 형성된다.
또한, 제 1 라이너층(9)이 양극산화(anodizing) 방법으로 형성되는 경우, 캠(7)을 구성하는 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금을 케로나이트(Keronite) 등의 양극산화 기술에 의해 형성된다.
또한, 제 1 라이너층(9)이 전기도금 방법으로 형성되는 경우, 캠(7)을 구성하는 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금의 최외각층을 크롬(Cr), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 및 코발트(Co) 등의 초경금속들 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 도금하는 것에 의해 형성된다.
그리고, 제 1 라이너층(9)이 이온 질화 방법으로 형성되는 경우, 캠(7)을 구성하는 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금의 표면에 질화알루미늄(AlN) 또는 질화마그네슘(Mg3N2) 등으로 형성된다.
그리고, 제 1 라이너층(9)이 캠(7)의 표면에 철 또는 철의 합금 등을 전기도금한 후, 이 도금된 철 또는 철의 합금 등을 표면 처리하거나 증착하는 것에 의해 형성된다. 상기에서 도금된 철 또는 철의 합금 등의 표면 처리는 질화 또는 탄화 등의 방법으로 진행되고, 증착은 TiCN, TiAlN, TiAlCN, TiAlON 및 TiAlSiCNO 중에서 선택된 어느 하나, 또는, 이들의 조합이 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), TRD(Thermo Reactive Deposition and Diffusion) 및 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 진행된다.
상기에서 본 발명에 따른 캠샤프트(1)는 캠부(3)와 샤프트부(5)가 동일한 경량 금속, 예를 들면, 알루미늄 합금이나 내열성 마그네슘 합금으로 주조 등의 방법으로 한 몸체를 이루도록 형성되므로 열팽창 특성의 차이로 인하여 접합강도가 저하되는 것이 방지된다.
그리고, 캠부(3)의 캠(7)이 경량 금속, 예를 들면, 알루미늄 합금이나 내열성 마그네슘 합금으로 구성되므로 캠샤프트(1)의 경량화를 이루며, 또한, 제 1 라이너층(9)에 의해 캠(7)이 내마모성 및 내식성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 캠부(3)를 구성하는 캠(7)의 표면에 제 1 라이너층(9)이 형 성될 뿐만 아니라 샤프트부(5)를 구성하는 샤프트(11)의 표면에 제 2 라이너층(13)이 형성될 수도 있다. 상기에서 제 2 라이너층(13)은 제 1 라이너층(9)과 동일한 방법으로 동시에 형성될 수 있는데, 이 제 2 라이너층(13)은 샤프트(11)의 표면을 경화시키므로 샤프트부(5)의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 캠샤프트는 캠과 샤프트가 동일한 경량 금속, 예를 들면, 알루미늄 합금이나 내열성 마그네슘 합금으로 콜드챔버 다이캐스팅(Cold Chamber Diecasting) 공법, 중력금형 주조공법, 스퀴지캐스팅(Squeeze Casting) 공법 및 세미솔리드 캐스팅(Semisolid Casting) 공법 등에서 어느 하나의 주조 공법에 의해 동시에 한 몸체를 이루도록 형성되고, 이 캠과 샤프트의 표면에 내마모성 및 내식성을 향상시키기 위한 제 1 및 제 2 라이너층이 1㎛ ∼ 10㎜, 바람직하기는, 300 ∼ 600㎛ 정도의 두께로 300 ∼ 1,000Hv 정도의 경도를 갖도록 용사(thermal spray), 증착, 양극산화(anodizing), 전기도금 및 이온 질화 등의 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하나의 실시 예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 캠샤프트의 사시도.
도 2는 도 1의 캠부를 A-A선으로 절단한 단면도.
도 3은 도 1의 샤프트부를 B-B선으로 절단한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 캠샤프트 3 : 캠부
5 : 샤프트부 7 : 캠
9 : 제 1 라이너층 11 : 샤프트
13 : 제 2 라이너층

Claims (13)

  1. 엔진의 흡배기 밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열되게 경량금속으로 형성된 캠과, 상기 캠의 표면에 형성된 제 1 라이너층으로 구성된 캠부와;
    상기 캠과 동일한 경량금속으로 한 몸체를 이루도록 형성된 샤프트를 갖는 샤프트부를 포함하는 캠샤프트.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 샤프트부는 상기 샤프트의 표면에 형성된 제 2 라이너층을 더 포함하는 캠샤프트.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 캠과 샤프트가 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 동시에 주조되어 형성된 캠샤프트.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 캠과 샤프트가 콜드챔버 다이캐스팅(Cold Chamber Diecasting) 공법, 저압 주조공법, 중력금형 주조공법, 스퀴지캐스팅(Squeeze Casting) 공법 및 세미솔리드 캐스팅(Semisolid Casting) 공법 중 어느 하나의 주조 공법에 의해 주조되어 형성된 캠샤프트.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라이너층이 300 ∼ 600㎛의 두께로 300 ∼ 1,000Hv의 경도를 갖도록 용사(thermal spray), 증착, 양극산화(anodizing), 전기도금 및 이온 질화의 방법 중 어느 하나로 형성된 캠샤프트.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 용사 방법에 의해 산화알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화마그네슘(MgO) 및 질화마그네슘(Mg3N2)의 세라믹 중 선택되는 어느 하나, WC 또는 Cr3C2의 금속탄화물(Metal Carbides), Al2O3+TiO2의 금속산화물(Metal Oxide), 써밋 또는 철을 포함하는 금속으로 형성된 캠샤프트.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면의 각각에 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), TRD(Thermo Reactive Deposition and Diffusion) 및 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition) 중의 어느 하나의 증착 방법에 의해 TiCN, TiAlN, TiAlCN, TiAlON 및 TiAlSiCNO 중에서 선택된 어느 하나, 또는, 이들의 조합이 증착되어 형성된 캠샤프트.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면을 케로나이트(Keronite) 방법을 포함하는 상기 양극산화 기술에 의해 형성된 캠샤프트.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면을 상기 전기도금에 의해 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금의 최외각층을 크롬(Cr), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 및 코발트(Co)를 포함하는 초경금속 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 도금하는 것에 의해 형성된 캠샤프트.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면을 이온 질화 방법에 의해 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금의 표면에 질화알루미늄(AlN) 또는 질화마그네슘(Mg3N2)으로 형성된 캠샤프트.
  11. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라이너층이 상기 알루미늄 합금 또는 내열성 마그네슘 합금으로 이루어진 상기 캠 및 샤프트 표면에 전기 도금된 철 또는 철의 합금과, 상기 전기 도금된 철 또는 철의 합금을 표면 처리하거나 증착하는 것에 의해 형성된 캠샤프트.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전기 도금된 철 또는 철의 합금의 표면을 질화 또는 탄화 방법으로 표면 처리하는 캠샤프트.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 전기 도금된 철 또는 철의 합금 상에 TiCN, TiAlN, TiAlCN, TiAlON 및 TiAlSiCNO 중에서 선택된 어느 하나, 또는, 이들의 조합이 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), TRD(Thermo Reactive Deposition and Diffusion) 및 PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 형성된 캠샤프트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101321181B1 (ko) * 2012-01-09 2013-10-23 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨 스월 형성을 위한 인테이크 캠샤프트
KR101433832B1 (ko) * 2013-02-04 2014-08-26 조호현 내식성을 강화한 마그네슘 케로나이트 방법

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