KR20110088554A - 분말금속 로커아암 - Google Patents

Abstract

분말금속 로커아암이 제공된다. 로커아암은, 엔진 구성부품들 사이의 운동을 전달하는 것을 보조하도록 엔진의 실린더 헤드에 연결될 수 있다. 로커아암은, 실린더 헤드에 대한 로커아암의 회동동작을 용이하게 하기 위하여 그 내부에 형성된 회동 구멍을 포함한다. 로커아암은 금속합금 분말로 형성된다. 금속합금 분말은 압축되어 미가공 부재를 형성한다. 구멍들과 다른 중량을 감소시키는 특징부위들과 같은 보조 특징부위들은 미가공 부재에 형성될 수 있다. 미가공 부재는 소결되어 로커아암을 형성한다.

Description

분말금속 로커아암{Powder metal rocker arm}

본 발명은 로커아암(rocker arm)과 이 로커아암의 제조방법에 관한 것으로, 특히 분말금속 로커아암과 분말금속으로부터 로커아암을 제조하는 제조방법에 관한 것이다.

디젤 및 가솔린 내연기관(엔진)들은 일반적으로, 실린더에 위치된 하나 이상의 피스톤들을 포함한다. 엔진은, 실린더 내에서 연료와 공기의 혼합물을 점화시킴으로써 동력을 발생시켜, 피스톤이 실린더 내에서 움직이게 한다. 연료와 공기는, 실린더의 몸체에 위치된 흡기밸브를 통해 실린더로 유입된다. 연료와 공기의 혼합물의 점화에 의하여 발생된 배기물은 실린더의 하우징에 위치된 배기밸브를 통해 실린더로부터 배출된다. 엔진은, 연료와 공기의 혼합물의 점화 및 점화에 의하여 생성된 배기물의 배출을 용이하게 하기 위하여 상기 밸브들을 적절하게 개폐한다.

로커아암은, 흡기 및 배기밸브들의 개폐를 용이하게 하도록 엔진에 위치될 수 있다. 로커아암의 일단은 대체로 엔진의 캠샤프트에 직접 또는 간접으로 결합되고 또 로커아암의 타단은 대체로 밸브와 직접 또는 간접으로 접촉한다. 로커아암은 롤러샤프트 또는 볼조인트 상에 회동하도록 배열되어, 캠 샤프트가 로커아암의 일단을 움직임에 따라 로커아암의 타단이 밸브를 개방 또는 폐쇄한다.

승용차 및 트럭엔진용 로커아암은, 일반적으로 고합금강 주물(castings) 또는 단조물(forgings)로 제조된다. 로커아암은 종종 아암의 몸체를 관통하는 구멍(apertures)들과 아암의 표면 상에 특징부위(feature) 및 윤곽들을 포함한다. 이러한 구멍들과 표면 특징부위들은 보조(secondary)공정, 주조후(post-casting) 공정들에 의하여 형성될 수 있다. 예컨대 구멍들은 고합금강 아암을 드릴천공함으로써 로커아암에 형성되고 또 표면특징부위들은 아암의 표면상에서 재료를 밀링가공함으로써 형성된다. 주조 또는 단조된 로커아암의 표면들은 일반적으로, 내마모성과 같은 로커아암의 표면물성을 개선하기 위하여 보조공정으로 처리될 필요가 있다.

그런데, 보조 및 주조후 공정들은 종종 복잡하고 어려우며 시간이 소요되는바, 이는 원가, 스크랩율 및 제조시간의 증가로 이어진다.

따라서, 아암 제조시간 및 비용을 줄이고 또 보다 정확하고 신뢰성있는 로커아암을 생산하는 로커아암 제조방법 및 로커아암을 위한 기술이 필요하다.

분말금속 로커아암이 제공된다. 로커아암은, 이 로커아암이 구조물에 대하여 회동하는 것을 허용하도록 자체에 형성된 회동 구멍을 포함한다. 로커아암은, 엔진 구성부품들 사이의 운동을 전달하는 것을 보조하도록 엔진의 실린더 헤드에 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 로커아암은 금속합금 분말로 형성된다. 금속합금 분말은 압축되어 중간 또는 미가공 부재(intermediate member)를 형성한다. 구멍들과 다른 중량을 감소시키는 특징부위들과 같은 보조 특징부위들은 미가공 부재에 형성될 수 있다. 이어, 미가공 부재는 소결(sinter)되어 로커아암을 형성한다.

본 발명의 작용과 함께 목적 및 이점들은 첨부된 도면과 관련하여 이하의 상세설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 한 쌍의 로커아암이 실린더 헤드와 조립된 것을 나타낸 사시도이다.
도 2는, 도 1의 로커아암의 사시도이다.
도 3은, 회동핀에 의해 로커아암 지지대에 결합된 도 1의 한 쌍의 로커아암의 사시도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 로커아암의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 5는, 도 4의 로커아암의 사시도이다.
도 6은, 로커아암을 제조하는 방법의 플로우차트이다.

본 발명은, 신규한 로커아암과 분말금속으로 로커아암을 제조하는 신규한 방법을 제공한다. 로커아암을 제조하기 위한 보조공정들에 소요되는 시간 및 비용이 실질적으로 감소 또는 제거되되록 로커아암은 분말금속으로 제조될 수 있다.

로커아암(10)이 제공된다. 로커아암(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이 엔진에 조립될 수 있다. 그러나, 로커아암(10)은, 임의 장치와 관련하여 조립 또는 사용될 수 있다. 또한, 엔진 또는 장치는 단일의 로커아암(10) 또는 복수의 로커아암(10)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 로커아암(10)이 엔진의 실린더 헤드(12)에 결합된다.

로커아암(10)은 실린더 헤드(12)의 일부에 대하여 회동하도록 배열될 수 있다. 예컨대, 로커아암(10)은 로커아암 지지대(14)에 연결될 수 있다. 로커아암 지지대(14)는 실린더 헤드(12)에 장착될 수 있다. 로커아암 지지대(14)는, 로커아암(10)이 실린더 헤드(12)에 대하여 회동하는 것을 허용하는 회동핀(16)을 포함할 수 있다. 회동핀(16)은 로커아암 지지대(14)에 일체로 연결되거나 이에 교대로 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회동핀(16)은, 로커아암 지지대(14)를 관통하여 연장할 수 있다. 각 로커아암(10)은 회동핀(16)의 단부에 결합된다. 로커아암(10)은, 실린더 헤드(12)에 대하여 로커아암(10)이 회동하는 것을 허용하도록 회동핀(16)에 대하여 회동가능하다.

로커아암(10)은, 실린더 헤드의 구성부품들에 연결되어, 한 구성부품으로부터 다른 구성부품으로 운동을 전달할 수 있다. 예컨대, 각 로커아암(10)의 제1단부(18)는 로드(20)에 부착될 수 있다. 로드(20)는 캠 샤프트(도시 안 됨)에 결합될 수 있다. 로드(20)는, 이 로커아암(10)이 로드(20)의 수직운동에 대응하여 회동하도록 로커아암에 부착될 수 있다. 로드(20)의 일부를 수용하기 위하여 로커아암(10)의 제1단부(18)에 하나 이상의 구멍들이 형성될 수 있다. 구멍들은 로드(20)의 나사부를 수용하기 위하여 나사가 형성될 수 있다. 변형예로, 로드(20)는 공지의 다른 수단에 의하여 로커아암(10)에 연결될 수도 있다.

각 로커아암(10)의 제2단부(22)는, 밸브스템(24)과 같은 실린더 헤드(12)의 보조 구성부품과 접촉할 수 있다. 로커아암(10)의 제2단부(22)는 터치 패드(touch pad: 25)를 포함할 수 있다. 터치 패드(25)는 회동운동을 밸브스템(24)으로 전달하기 위하여 밸브스템(24)과 접촉할 수 있다. 예컨대, 제2단부(22)의 아래쪽 방향의 회동운동은 밸브 스템(24)을 아래쪽 방향으로 이동시켜 밸브를 개방한다. 실린더 헤드는, 밸브를 주어진 위치로 밀어부치기 위하여 스프링(26)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 로커아암(10)의 제2단부(22)가 위쪽 방향으로 이동함에 따라, 스프링(26)은 밸브를 폐쇄위치로 밀어부칠 수 있다.

도 1에 도시된 구성에서, 캠 샤프트가 로드(20)를 위로 이동시킴에 따라, 로커아암(10)의 제1단부(18)가 위쪽방향으로 이동하고, 로드가 아래쪽 방향으로 이동하면 로커아암(10)의 제1단부(18)가 아래쪽 방향으로 이동한다는 것을 당업자는 수비게 이해할 수 있다. 이러한 구성은, 로커아암(10)이 회동핀(16)을 중심으로 회동하게 하고 또 로커아암(10)의 제2단부(22)가 로커아암(10)의 제1단부(18)의 반대방향으로 이동하도록 한다. 이러한 운동이 흡기밸브(27) 및 배기밸브(28)를 개폐시킨다.

상술한 바와 같이, 로커아암(10)의 구성은, 로커아암(10)이 복수의 구멍들을 포함하는 것을 필요하도록 한다. 예컨대, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 회동핀 구멍(30)은 로커아암(10)의 몸체를 관통하여 회동핀(16)이 위치되도록 한다. 회동핀 구멍(30)은, 로커아암(10)의 몸체를 관통하여 연장할 수 있고 또 로커아암(10)의 몸체에 대체로 중앙에 위치될 수 있다. 앞서 참조되었듯이, 로드 구멍(32)은 로커아암(10)의 제1단부(18)에 위치되어 로드(20)를 로커아암(10)에 부착할수 있도록 한다. 또한, 로커아암(10)의 제1단부(18)에 나사구멍(34)이 형성되어, 로드(20)를 로커아암(10)에 보다 견고하게 고정하는 세트 스크류(36)가 수용될 수 있다. 나사구멍(34)은, 세트 스크류(36)가 로드(20)를 결합하여 이 로드(20)를 제 위치에 지지하도록 각이 질 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 로커아암(10)의 제2단부(22)는, 밸브 스템(24)과 접촉하여 이를 움직이는 터치 패드(25)를 포함한다.

도 4와 도 5에 도시된 다른 실시예에서, 스템(24)을 직접 로커아암(50)에 결합하기 위하여 로커아암(50)의 제2단부(54)에 밸브스템 구멍(52)이 구비될 수 있다. 로커아암(50)을 실린더 헤드(12)의 구성부품들에 부착하는 것을 용이하게 하도록 구성된 구멍들에 추가하여, 로커아암(50)은 중량을 감소하는 표면 특징부위들을 포함할 수 있다. 엔진 구성부품의 감소된 중량은 항상 바람직하고, 특히 이동하는 차량용으로 설계된 경우는 그러하다. 중량의 감소는 차량의 연료효율을 증가시키고 또 엔진 내에서 움직이는 부품들의 모멘트를 상쇄시키거나 또는 균형을 유지시킬 필요성을 감소시킨다. 도 4와 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 로커아암(50)은, 로커아암(50)의 중량을 감소시키기 위하여 로커아암(50)의 몸체에 오목부(56)들을 포함할 수 있다. 이러한 오목부(56)들은 구조적인 완전성 및 강도를 위협함이 없이 로커아암(50)의 중량을 감소시키도록 되어 있다.

일반적으로, 공지된 로커아암의 제조방법들은, 미가공(rough) 로커아암을 주조 또는 단조한 후에, 보조공정들을 통하여 구멍들과 중량을 감소하는 특징부위들을 형성한다. 예컨대, 구멍들은 로커아암(50)의 몸체에 드릴천공될 수 있고, 중량을 감소하는 특징부위들은 로커아암(50)의 표면에 밀링가공될 수 있으며, 로커아암(50)의 몸체는 터치패드를 형성 또는 마무리하기 위하여 연마될 수 있다. 이러한 보조공정들은 로커아암의 제조에 시간 및 비용을 추가하게 된다. 본 발명은 이러한 보조공정들을 위해 필요한 비용 및 시간을 감소 또는 제거한다.

본 발명의 일 실시예에서, 로커아암(10, 50)은 분말금속, 바람직하기에는 저합금 철분말(powder iron)으로 제작된다. 분말금속은, 분말야금공정을 통해 로커아암으로 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 공정(60)은 합금분말을 혼합하는 단계(62)와, 압축된 미가공(intermediate) 로커아암을 형성하기 위하여 합금분말을 다이(die)내에서 압축하는 단계(64) 및, 압축된 분말을 추가로 결합하고 최종(final) 로커아암을 형성하기 위하여 미가공 로커아암을 소결하는 단계(68)를 포함한다. 미가공 로커아암과 같은 미가공 구성부품은, 해당 기술분야에서 종종 생(生: green)구성부품으로 불린다.

분말야금 공정은 공지의 주조 또는 단조된 로커아암에 비하여 몇 가지 이점들을 제공한다. 예컨대, 생(green) - 즉, 압축 후 및 소결 전 - 로커아암은, 보조공정들을 통하여 수정을 하기에 충분한 구조적 완전성을 갖는다. 따라서, 로커아암(50)을 제작하는 공정은, 미가공 구성부품(로커아암)에 특징부위들을 형성하는 단계(66)를 포함한다. 예컨대, 회동핀 구멍(30), 로드 구멍(32), 나사가 형성된 구멍(36) 및, 밸브스템 구멍(52)과 같은 특징부위들은, 생 로커아암을 관통하여 드릴천공될 수 있다. 생 로커아암이 드릴공정을 수행하기에 충분한 구조적인 완전성을 갖지만, 고합금강의 주조 또는 단조로 제작된 로커아암보다 생 로커아암을 드릴천공하는 것이 실질적으로 더 용이하다. 추가적인 예들에서, 터치패드(25)는 생 로커아암을 연마함으로써 최종 형성되고 또 중량감소 특징부위(56)들은 생 로커아암을 밀링가공함으로써 최종 형성된다. 생 로커아암을 연마 및 밀링작업하는 것은, 주조 또는 단조된 로커아암을 연마 또는 밀링작업하는 것보다 실질적으로 더 용이하다. 소결하기 전에 로커아암(10, 50)에 보조공정들을 수행하는 것은, 공지된 주조 또는 단조된 로커아암과 비교할 때, 로커아암(10, 50)을 생산하는데 필요한 비용 및 시간을 감소시킨다.

소결 전에 보조공정들을 수행하는 것과 함께 분말야금 공정들은, 주조 또는 단조된 로커아암의 실제(net) 형상 보다, 원하는 최종 형상에 실질적으로 더 가까운 실제 형상을 갖거나 또는 원하는 형상을 갖는 소결된 로커아암을 제조한다. 소결된 로커아암이 원하는 형상이면, 추가적인 보조공정들이 필요하지 않게 되어, 공지된 로커아암에 비해 시간 및 비용절감을 제공한다. 소결된 로커아암의 실제 형상이 최종의 원하는 형상이 되도록 추가적인 보조공정들이 필요하다면, 그러한 공정들은 주조 또는 단조된 로커아암을 마무리하기 위하여 필요한 공정들과 비교하여 사소한 것이어서 시간 및 비용절감을 제공한다. 또한, 원하는 형상에 보다 가까운 실제 형상은, 보조 공정에서의 에러를 줄이고 또 스크랩율을 감소시킨다.

추가적인 이점들은, 원재료 비용의 감소 및 주조 후 또는 단조 후 표면처리의 제거 또는 감소이다. 저합금 분말은 통상적으로 고합금 주조 또는 단조 강철보다 저렴하다. 또한 주조 또는 단조된 로커아암은 일반적으로, 내마모성과 같은 표면 물성을 개선하기 위하여 추가적인 표면처리를 필요로 한다. 압축 및 소결에 의해 제조된 표면들은 일반적으로 로커아암에 충분한 표면 물성을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부 도면에 도시되고 또 상세한 설명에 기재되었으나, 본 발명은 개시된 바람직한 실시예들에 한정되지 않고, 여기에 기재된 발명은 청구범위를 벗어남이 없이 여러 가지의 재구성, 수정 및 대체가 가능하다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (20)

1. 제1단부와;
   상기 제1단부와 대향하는 제2단부;
   회동핀을 수용할 수 있는 회동 구멍;을 포함하는 로커아암으로서,
   상기 로커아암은, 이 로커아암을 형성하기 위하여 압축되고 소결되는 금속 합금분말로 구성되고; 및
   상기 로커아암이 소결되기 전에, 적어도 하나의 구멍이 로커아암에 형성되는 로커아암.
2. 제1항에 있어서, 상기 로커아암에 오목부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암.
3. 제2항에 있어서, 상기 오목부는, 로커아암이 소결되기 전에 로커아암에 형성되는 것을 특징으로 하는 로커아암.
4. 제1항에 있어서, 상기 회동 구멍은, 로커아암이 소결되기 전에 로커아암에 형성되는 것을 특징으로 하는 로커아암.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1단부는, 캠 샤프트에 결합된 로드에 연결된 것을 특징으로 하는 로커아암.
6. 제1항에 있어서, 상기 로커아암의 제2단부에 형성된 터치패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암.
7. 제6항에 있어서, 상기 터치패드는, 로커아암이 소결되기 전에 로커아암에 형성되는 것을 특징으로 하는 로커아암.
8. 로커아암 지지대 부재와;
   상기 로커아암 지지대 부재에 연결된 회동핀;
   상기 회동핀에 회동가능하게 연결된 제1로커아암;을 포함하는 로커아암 조립체로서,
   상기 제1로커아암은, 이 제1로커아암을 형성하기 위하여 압축되고 소결되는 금속 합금분말로 구성되고; 및
   상기 제1로커아암이 소결되기 전에, 적어도 하나의 보조 특징부위가 로커아암에 형성되는 로커아암 조립체.
9. 제8항에 있어서, 상기 보조 특징부위는 제1로커아암에 형성된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암 조립체.
10. 제8항에 있어서, 상기 로커아암 지지대 부재에 연결된 제2로커아암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암 조립체.
11. 제8항에 있어서, 상기 로커아암 지지대 부재는, 엔진의 실린더 블럭에 연결된 것을 특징으로 하는 로커아암 조립체.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1로커아암의 제1단부는, 로드에 연결된 것을 특징으로 하는 로커아암.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1로커아암의 제2단부는, 밸브스템에 연결된 것을 특징으로 하는 로커아암.
14. 제12항에 있어서, 상기 제1로커아암의 제2단부는, 상기 로드를 수용하도록 된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암.
15. 미가공 로커아암 부재를 형성하기 위하여 금속분말을 다이 내에 압축하고;
    상기 미가공 로커아암 부재에 보조 특징부위를 형성하며; 및
    로커아암을 형성하기 위하여 상기 미가공 로커아암 부재를 소결하는; 로커아암의 제조방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 보조 특징부위는, 미가공 로커아암 부재에 형성된 중량을 감소하는 특징부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암의 제조방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 보조 특징부위는, 미가공 로커아암 부재에 형성된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 구멍은, 미가공 로커아암 부재에 형성된 회동 구멍인 것을 특징으로 하는 로커아암의 제조방법.
19. 제15항에 있어서, 상기 합금분말을 압축하기 전에 이 합금분말을 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암의 제조방법.
20. 제15항에 있어서, 상기 미가공 로커아암 부재의 단부에 터치패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로커아암의 제조방법.
    

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