KR20120053961A

KR20120053961A - 내마모성이 개선된 로커암 샤프트 및 이를 포함하는 로커암 샤프트-부시 조립체

Info

Publication number: KR20120053961A
Application number: KR1020110118847A
Authority: KR
Inventors: 김성기; 오석주
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-05-29
Also published as: EP2642093A2; WO2012067426A3; CN103221646B; WO2012067426A2; KR101843196B1; EP2642093A4; EP2642093B1; US20130239741A1; CN103221646A

Abstract

본 발명은 로커암 샤프트(rocker arm shaft) 및 로커암 샤프트와 상기 로커암 샤프트를 둘러싼 로커암 부시를 포함하는 로커암 샤프트-부시 조립체에 대한 것으로서, 상기 로커암 샤프트의 표면에 미세 가공한 요철이 형성되어 있어 윤활특성이 우수하고 그 결과 내마모성이 우수하다.

Description

내마모성이 개선된 로커암 샤프트 및 이를 포함하는 로커암 샤프트-부시 조립체{ROCKER ARM SHAFT HAVING IMPROVED ABRASION RESISTANCE AND OF ROCKER ARM SHAFT-BUSH ASSEMBLY COMPRISING THE ROCKER ARM SHAFT}

본 발명은 내마모성을 개선하기 위하여 표면에 미세요철을 가공한 로커암 샤프트(rocker arm shaft)에 대한 것이다. 본 발명은 또한 표면이 미세요철로 가공된 로커암 샤프트와 상기 로커암 샤프트를 둘러싼 로커암 부시를 포함하는 로커암 샤프트-부시 조립체에 대한 것이다.

일반적으로, 엔진은 크랭크축의 회전력에 의해 캠축이 회전되고, 상기 캠축에 형성된 캠에 의해 흡기 및 배기 밸브가 일정시간 간격으로 상하로 왕복운동하면서 연소실에 연료가스와 공기의 혼합가스를 분사, 압축 및 폭발시켜 그 폭발압력에 의해 동력을 얻는 과정이 반복된다.

상기와 같이 흡기 및 배기 밸브를 작동시키기 위한 캠축, 캠, 캠 종동자(예를 들어 타펫), 푸쉬 로드, 로커암, 밸브 스프링, 밸브 등의 일련의 요소들을 포함하는 유닛을 밸브 트레인이라 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 밸브 트레인을 도시한 것으로서, 캠축(1)에는 다수 개의 캠(2)이 축선을 따라 일정간격을 두고 형성되고, 엔진 바디블록(3) 내에 상하로 슬라이딩 가능하게 구비되는 푸쉬로드(4)의 하단부에는 캠 종동자(5)를 구비한다. 또한, 상기 푸쉬로드(4)의 상단부는 로커암(6)의 일측에 피봇 연결되고, 상기 로커암(6)의 타측은 실린더 헤드블록(7)의 흡기 포트 또는 배기 포트쪽에 연결되어 밸브 스프링(8)에 의해 탄성 지지되는 밸브(9)의 상단부와 피봇 연결된다.

상기 로커암(6)에는 로커암(6)의 운동 및 지지를 위하여 로커암 샤프트(10)와 로커암 부시(11)이 구비된다. 상기 로커암(6)은 상기 로커암 샤프트(10)와 로커암 부시(11)에 의하여 왕복운동이 가능하게 되는데, 여기서 상기 로커암 샤프트(10)와 로커암 부시(11)는 엔진오일을 매개로 서로 왕복 운동을 한다.

엔진 구동에 의하여 상기 로커암 샤프트(10)와 로커암 부시(11)는 계속적인 왕복 운동을 하기 때문에 마모에 자유로울 수 없다. 특히 상기 로커암 샤프트(10)와 로커암 부시(11)의 왕복운동은 운동 속도가 0이 되는 시점이 1 주기당 2 회 발생하게 되는데, 이와 같이 운동 속도가 0이 되면 윤활이론상 윤활막이 형성되지 못한다. 상기와 같은 정지-가속의 경우에는 유막 형성이 되지 않아 상기 로커암 샤프트와 로커암 부시에 특히 심한 마찰과 마모가 일어나게 된다. 이러한 운전조건 하에서 장시간 운전할 경우 로커암 샤프트와 로커암 부시의 간극이 커지게 되고 이로 인해 내연기관 성능에 영향을 줄 수 있는 밸브 간극의 변화가 발생하고 소음과 진동이 심각해 지게 된다.

종래에는 로커암 샤프트와 로커암 부시의 내마모성 개선을 위해서 주로 부시의 재료와 소재를 개선하는 방향으로 연구가 이루어졌다. 그러나, 상기와 같은 재료 및 소재의 개선은 제조 단가 상승을 유발시키고, 특히, 최근에는 엔진 작동환경이 로커암 샤프트와 로커암 부시의 마모를 더욱 유발시키는 방향으로 변해감에 따라 재료나 소재의 개선만으로 마모를 저감시키는 데에는 한계가 있다.

이와 같이 엔진 성능 향상 등을 위해서는 로커암 샤프트와 로커암 부시의 마모를 감소시키는 것이 필요하며, 특히 경제적인 관점에서 재료나 소재 개선 이외의 보다 경제적인 방법으로 로커암 샤프트와 로커암 부시의 마모를 감소시켜 내마모성을 향상시키는 것이 필요하다.

이에 본 발명자들은 윤활제를 매개로 상대 운동하는 두 표면에서의 마찰과 상기 마찰에 의한 마모에 대하여 연구하여 상기 마찰에 의한 마모를 줄일 수 있는 방법에 대하여 연구하였다.

본 발명에서는, 소재 변경과 같은 고비용을 발생하지 않고 비교적 간단한 방법으로 로커암 샤프트와 로커암 부시에서의 마모를 감소시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 또한 비교적 적은 제작비용과 제작 시간으로 제조될 수 있는, 내마모성이 향상된 로커암 샤프트 및 로커암 샤프트와 로커암 부시의 조립체를 제공하고자 한다.

본 발명에서는 로커암 샤프트와 로커암 부시의 마모를 감소시키기 위하여 요철이 형성된 로커암 샤프트를 제공하고자 한다.

또한 본 발명에서는 마모 개선 효과의 극대화를 위하여 요철의 위치와 형태를 최적화한 로커암 샤프트를 제공하고자 한다.

본 발명은 표면에 요철이 형성되어 내마모성이 향상된 로커암 샤프트를 제공한다.

본 발명의 일례에에서는, 로커암 부시(11) 내부에 수납되어 윤활제를 매개로 하여 상기 로커암 부시(11)와 상대운동을 하여 로커암(6)이 왕복운동할 수 있도록 하는 로커암 샤프트(10)로서, 상기 로커암 부시(11)와 접하는 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 중 적어도 일부분에 복수개의 홈 형태의 요철(21)이 형성되어 있는 로커암 샤프트(10)를 제공한다.

한편, 상기 요철은 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 전체에 형성될 수도 있지만, 로커암 샤프트(10) 외면(20)의 일부에만 형성될 수도 있다. 즉, 상기 요철(21)은 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 전체에 형성될 필요없이 로커암 부시(11)와의 접촉이 많은 부분에만 형성되어도 된다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 중에서 상기 요철(21)이 형성되어 있는 영역의 비율은 전체 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 면적의 20% 내지 50%에 해당하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 요철(21)은 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 로커암(6)을 매개로 하여 연결된 밸브가 50% 개방되었을 때 로커암 부시(11)와 최대 선접촉 하중이 발생하는 로커암 샤프트(10)의 해당 부분(30)을 중심으로 양쪽에 형성되도록 할 수 있다(40 참조). 이때, 상기 요철이 형성되는 부위는, 상기 최대 선접촉 하중이 발생하는 부분의 중심을 기준으로 중심각이 72° 내지 180°인 부채꼴의 호에 해당하는 부분에 형성되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 요철(21)이 형성되어 있는 영역 중에서 상기 요철(21) 부분이 차지하는 표면적 합의 비율은 5% 내지 30%만큼이 되도록 할 수 있다. 이는 파선 형태의 요철을 예시하고 있는 도 6을 참고하면 쉽게 이해될 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 요철(21)은 파선 형태이며, 상기 파선의 긴 변이 로커암 샤프트(10)의 축방향과 평행하게 배치된 것이 가능하다. 상기 파선 형태의 요철에서, 상기 파선의 깊이는 10 내지 30㎛이고, 상기 파선의 긴 변 길이는 100 내지 500㎛의 범위로 할 수 있다. 이 경우, 상기 파선이 형성되어 있는 영역에서 파선 부분이 차지하는 표면적의 비율은 5 내지 30%이다. 상기 파선이 형성되어 있는 영역에서 파선 부분이 차지하는 표면적의 비율을 밀도라고도 할 수 있는데, 여기서 "밀도" 라는 표현은 "파선 배치의 조밀도"로 이해하면 될 것이다. 상기 밀도는 아래 계산식 1과 같이 계산될 수 있다.

<계산식 1>

밀도 = (La X Lb)/{(La+Lc)X(Lb+Ld)}

여기서 La는 파선의 짧은 변의 길이(두께)이며, Lb는 파선의 긴변의 길이이며, Lc는 두께 방향에서의 파선 사이의 간격이며, Ld는 길이방향에서의 파선 사이의 간격이다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 요철(21)은 상기 로커암(6)을 매개로 하여 연결된 밸브가 50%개방되었을 때 로커암 부시(11)와 최대 선접촉 하중이 발생하는 로커암 샤프트(10)의 해당부분을 중심으로 양쪽에 형성되며, 상기 요철(21)이 형성되는 부위는, 상기 최대 선접촉 하중이 발생하는 부분(30)을 중심으로 하여 중심각이 72° 내지 180°인 부채꼴의 호에 해당하는 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되되, 상기 요홈의 직경은 100μm으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되되, 상기 요홈의 깊이는 10~20μm으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되되, 상기 요홈의 간격은 350μm ~ 450μm으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 상기 설명한 로커암 샤프트(10) 및 상기 로커암 샤프트(10)가 수납되는 로커암 부시(11)를 포함하는 로커암 샤프트-부시 조립체를 제공한다.

본 발명은 또한 상기 로커암 샤프트-부시 조립체를 포함하는 로커암을 제공한다.

본 발명에 따르면, 로커암 샤프트의 표면에 미세요철을 형성함으로써 로커암 샤프트와 로커암 부시의 마모를 현저하게 감소시킬 수 있다. 본 발명에서는 마모 개선 효과를 극대화시키기 위하여 미세요철의 형상과 크기 및 위치를 최적화 하여, 과도한 제조비용이나 시간을 들이지 않고도 마모 저감 효과를 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 로커암 샤프트(10)와 로커암 부시(11)가 적용되는 밸브 트레인의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에서 상기 로커암 샤프트와 로커암 부시의 단면을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 로커암 샤프트(10)와 로커암 부시(11)가 적용되는 로커암(6)에서 실런더의 밸브가 50% 개방되었을 때 로커암 부시(11)와 최대 선접촉 하중이 발생하는 로커암 샤프트(10) 부분(30)을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 로커암 샤프트(10)에 대한 사시도이다.
도 5는 로커암 샤프트(10)에 요철이 형성되지 않은 경우와 비교하여 요철이 형성된 경우의 마모량 감소율을 보여주는 도면으로서, 각도로 표시된 요철 형성 영역과 마모량 감소와의 관계를 보여준다.
도 6은 요철이 파선형태로 형성된 본 발명의 일 실시예에 대한 것으로서, 파선 형태의 요철 부위에 대한 확대도이다.
도 7은 로커암 샤프트와 로커암 부시의 접촉영역 크기에 관한 설명도이다.
도 8은 요철이 원형 요홈 형태로 형성된 본 발명의 다른 실시예에 대한 것으로 원형 요홈 형태의 요철부위에 대한 확대도이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 윤활제를 매개로 상대 운동을 하는 두 표면 중 적어도 한 표면에 미세 요철을 가공하여 마찰 및 마모를 저감하는 기술에 관한 것이다.

두 표면이 평행하다면 액체 윤활제를 매개로 상기 두 표면이 상대운동을 할지라도 그 윤활제 안에는 유체 동압이 발생하지 않는다는 것은 유체윤활 이론으로부터 잘 알려진 사실이다. 예외의 경우도 있지만, 유체 동압은 일반적으로 유막두께가 미끄럼 방향에 따라 감소하는 쐐기효과가 있을 때 발생한다. 동압 스러스트 베어링과 저널 베어링을 예로 들면, 스러스트 베어링은 조립 오차를 통해 그리고 저널 베어링은 편심률을 통해 이 쐐기 효과를 발생시킨다.

하지만, 일반적으로 기계공작물은 미세한 굴곡이나 표면 조도에 의한 표면 굴곡을 가지고 있다. 이로 인해 두 표면이 평행하게 상대 운동을 할지라도 미끄럼 방향에 따라 국부적으로 유막두께가 감소하는 영역이 존재하며, 이 영역에서 발생하는 유막압력은 두 표면 사이의 윤활성을 개선시킨다. 반면, 미끄럼 방향에 따라 유막두께가 증가하는 영역 또한 존재하는 데 이 영역에서는 일반적으로 기포가 발생하여 주변 압력과 유사한 압력을 갖게 된다. 따라서, 상대 운동을 하는 두 표면 중 적어도 한 표면에 다수의 미세 요철을 가공하면 그 두 표면이 평행하게 상대운동을 할지라도 두 면 사이에 유체 동압이 발생하고 이로 인해 윤활성을 개선시킬 수 있다. 또한 상기와 같은 표면 미세 요철은 마모 입자 포획이나 미세 오일 저장소 역할을 한다.

이에 본 발명에서는, 로커암 부시(11) 내부에 수납되어 상기 로커암 부시(11)와 상대운동을 하여 로커암(6)이 왕복운동할 수 있도록 하는 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 중 적어도 일부분에 복수개의 홈 형태의 요철(21)을 형성하였다.

한편 보다 효율적인 마찰 및 마모 감소를 위해서는 상기 요철의 형태, 규격 및 배열 방법 등도 역시 중요하다. 마찰 및 마모가 최소가 되도록 하는 요철의 형태, 배열 및 규격은 두 면의 접촉 형태, 하중, 미끄럼 속도 등의 운전 조건에 따라 크게 영향을 받는다. 예를 들어, 접촉부의 형태가 선 형상인 것과 점 형상인 것 그리고 면 형상인 것은 마찰 및 마모를 최소로 하기 위한 요철의 형태 및 배열 방법이 달라진다.

이에 본 발명에서는 상기 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11)의 동작 특성에 맞도록 요철의 형태, 규격 및 배열 등을 최적화하였다. 또한 불필요한 부분에 요철을 형성할 경우 제조비용의 상승을 초래하기 때문에, 본 발명에서는 최적의 영역에만 요철을 형성하도록 하였다.

본 발명의 다양한 실시예에 대한 일례로서 도 4 및 도 6에서는 로커암 샤프트(10)의 표면에, 상기 로커암 샤프트(10)의 마찰 운동 방향에 수직한 방향으로 나란한 파선 형태로 요철을 형성하였다. 여기서 상기 로커암 샤프트(10)의 마찰 운동 방향에 수직한 방향은 로커암 샤프트(10)의 축방향이라고 할 수 있다.

한편, 상기 요철은 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11) 사이에서 마모를 가속시키는 마모입자를 포획하고, 윤활제가 부족한 상황에서 윤활제를 공급하는 기능을 하고, 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11) 사이의 유막압력을 증대시키는 역할을 하여 마모를 저감시키기에 유리하다.

상기에서도 설명한 바와 같이, 불필요한 부분에 요철을 형성할 경우 제조비용의 상승을 초래하기 때문에, 최적의 영역에만 요철을 형성하는 것이 중요하다. 본 발명에 따르면, 상기 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 전체 영역 중에서 20 내지 50% 정도의 영역에만 요철(21)이 형성되어도 충분한 마모 저감 효과를 나타낼 수 있다. 그렇다면, 어느 부분에 요철을 형성하느냐 하는 것이 중요하다.

이와 관련하여, 도 1에 도시된 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11)는 그 특성상 특정 영역에서만 접촉을 하게 된다. 그 접촉영역의 원주방향 중심은 도 2에서 보는 바와 같이 로커암에 작용하는 힘의 합력의 방향을 따라 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11)가 접촉하는 중심이 된다. 이를 중심으로 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11)는 도 2에 “M”으로 표시된 화살표와 같이 운동한다.

이에 본 발명의 일례에서는, 상기 로커암에 의하여 조절되는 밸브의 열림량이 50%일 때를 기준으로 로커암에 작용하는 힘의 합력의 방향 중심(30)을 계산하고 이를 중심으로 미세 요철의 가공영역을 정하여 미세 요철 가공의 효율을 극대화 하였다(도 3 참조).

본 발명의 일례에 따르면, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 로커암(6)을 매개로 하여 연결된 밸브가 50% 개방되었을 때 로커암 부시(11)와 최대 선접촉 하중이 발생하는 로커암 샤프트(10)의 해당 부분(30)을 중심으로 양쪽에 요철이 형성되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 요철이 형성되는 부위는, 상기 최대 선접촉 하중이 발생하는 중심부(30)를 중심으로 하여 중심각이 72° 내지 180°인 부채꼴의 호에 해당하는 부분(40)에 형성되도록 한다.

구체적으로, 도 2에서 보는 바와 같이 로커암 샤프트(10)의 외경과 로커암 부시(11)의 내경의 차이로 인하여 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11) 사이에는 간극(D)이 존재한다. 상기 간극(D)에 따라 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11)의 접촉 영역의 크기가 달라질 수 있다. 따라서, 상기 접촉영역을 고려한 요철 형성 영역은 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11) 사이에 작용하는 하중과 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11)의 탄성변형을 고려해 계산하여야 한다. 예컨대 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11) 사이의 간극(D)이 10㎛일 때는 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11) 180°의 영역에서 접촉이 일어나며, 상기 간극이 50㎛일 때는 약 72°정도의 영역에서 접촉이 발생한다.

이와 같이, 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11)의 운전특성과 물리적 현상을 분석하여 상기 요철의 가공영역을 결정한 것이다.

도 5는 로커암 샤프트(10)에 요철이 형성되지 않은 경우와 비교하여, 요철이 형성된 면적대비 마모량 감소율 측정결과이다. 여기서 각도는, 로커암 샤프트(10)의 단면에서 보았을 때, 부채꼴의 호 형태로 형성된 요철 형성 영역(40)의 범위에 해당하는 각도이며, 요철의 구조는 하기 표 1에 개시된 실시예 10의 규격을 따랐다. 도 5에서 보면, 요철 형성 영역(40)에 대응하는 호의 각도가 72° 미만인 경우에는 마모량 감소의 효과가 크지 않기 때문에 요철(21) 형성 영역의 각도를 72°이상으로 한다. 한편 각도가 180°를 초과하더라도 마모량 감소의 효과가 더 이상 증가하지 않는다는 것을 알 수 있는 바, 굳이 180°이상의 범위에 까지 요철을 형성하여 추가적인 제조비용과 시간을 소모할 필요는 없을 것이다.

도 6에 도시된 본 발명의 일례에서는 상기 요철(21)이 파선 형태이며, 상기 파선의 긴 변이 로커암 샤프트(10)의 축방향과 평행하게 배치되어 있다. 상기 파선 형태의 요철은 가공이 용이하여 경제적이고, 마모입자의 포획, 윤활제 공급, 유막 압력 증대 효과가 우수하다.

여기서, 상기 파선의 깊이는 10 내지 30㎛이고, 상기 파선의 긴 변 길이는 100 내지 500㎛의 범위로 할 수 있다. 이 경우, 상기 파선이 형성되어 있는 영역에서 파선 부분이 차지하는 표면적의 비율은 5 내지 30%이다. 상기 파선이 형성되어 있는 영역에서 파선 부분이 차지하는 표면적의 비율을 밀도라고도 할 수 있는데, 여기서 "밀도" 라는 표현은 "파선 배치의 조밀도"로 이해하면 될 것이다. 상기 밀도는 아래 계산식 1과 같이 계산될 수 있다.

<계산식 1>

밀도 = (La X Lb)/{(La+Lc)X(Lb+Ld)}

상기 요철(21)이 형성되어 있는 영역 중에서 상기 요철(21) 부분이 차지하는 표면적 합의 비율은 5 내지 30%만큼이 되도록 할 수 있다. 이는 파선 형태의 요철을 예시하고 있는 도 6을 참고하면 쉽게 이해될 수 있다. 참고로 도 6에서 Le는 요철의 깊이이다. 상기와 같은 정도로 파선 형태의 요철이 형성될 경우, 마모입자 포획, 윤활제 공급, 유막압력 증대 효과가 뛰어나다.

본 발명에서는, 파선 형태의 요철에 의한 로커암 샤프트(10)과 로커암 부시(11) 사이의 마모 개선 효과를 확인하기 위하여 상기 파선형태의 요철의 짧은 변의 길이(La), 긴변의 길이(Lb), 두께 방향에서의 파선 사이의 간격(Lc), 길이방향에서의 파선 사이의 간격(Ld)을 설계변수로 하여 아래 표와 같이 변수에 대해 마모 시험을 수행하였다. 비교예로서는 요철이 형성되지 않은 경우를 예를 들었다.

여기서 밀도는 상기 계산식 1에 개시된 바와 같이 구해진 것이다.

	Lb(㎛)	Le(㎛)	밀도(%)	마모량(㎛)
실시예 1	100	10	5	3.93
실시예 2	100	20	13	2.86
실시예 3	100	30	21	5.13
실시예 4	300	10	13	3.05
실시예 5	300	20	21	3.33
실시예 6	300	30	5	3.52
실시예 7	500	10	21	3.01
실시예 8	500	20	5	3.74
실시예 9	500	30	13	3.43
실시예10	300	20	13	2.57
비교예	-	-	-	7.05

시험 계획법에 기초하여 상기 표 1의 시험을 설계하고 시험을 수행하여 마모량을 표기하였다. 여기서의 미세요철 가공 범위는 180°였다. 마모량(Wear) 측정은 통상적으로 실시되는 마모깊이로 측정하였다.

상기 표 1에서 비교예는 미세요철을 가공하지 않은 것에 대한 시험결과인데, 실시예 10과 비교예를 비교할 경우, 실시예 10은 비교예 대비 마모량이 60% 이상 감소하였다. 다른 실시예에서도 마모 개선효과가 뛰어났다. 즉, 50%의 밸브 열림량 때 로커암 부시가 로커암 샤프트에 미치는 힘의 방향을 중심으로 180도의 영역에서 로커암 샤프트(10)의 외주면에 긴변의 길이 0.3mm, 깊이 0.02mm, 밀도 13%의 파선홈 형태의 요철을 가공하면 가공하면 마모가 60% 이상 감소될 수 있음을 확인하였다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로커암 샤프트(10)의 외주면에 마련된 원형의 요홈을 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 미세요철은 마찰이 발생하는 습동면에 직사각형 배열을 가지는 원형의 미세요철을 특징으로 한다.

일반적으로 내연기관에서 로커암 조립체의 작동환경은 로커암 부시가 로커암 샤프트의 중심축을 중심으로 삽입된 상태에서 습동면 상에서 직선 왕복 운동의 형태를 가진다. 왕복운동을 하는 습동면상에 형성된 윤활면은 그 물리적인 특성상 운동방향이 바뀌는 영역에서 윤활성능이 떨어지게 되고 이로 인해 윤활면의 마모 발생을 촉진시킨다.

그러나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원형의 요홈이 마련된 로커암 샤프트는 상기 원형 요홈에 의해 왕복운동을 하는 로커암 조립체 윤활면의 윤활성능을 크게 개선시켜 마모 발생량을 현저하게 감소시킬 수 있다.

본 발명은 로커암 샤프트의 표면에 미세요철을 형성함으로써, 과도한 제조비용이나 시간을 들이지 않고 마모 저감 효과를 얻을 수 있는 로커암 샤프트에 적용될 수 있다.

2: 캠 5: 캠 종동자
6: 로커암 10: 로커암 샤프트
11: 로커암 부시 12: 미세 구멍이 형성되지 않은 마찰 영역
20: 로커암 샤프트의 외면 21: 요철
30: 합력의 방향 중심 41: 요철형성 영역
D: 간극 M: 축의 상대 운동

Claims

로커암 부시(11) 내부에 수납되어 윤활제를 매개로 하여 상기 로커암 부시(11)와 상대운동을 하여 로커암(6)이 왕복운동할 수 있도록 하는 로커암 샤프트(10)로서,
상기 로커암 부시(11)와 접하는 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 중 적어도 일부분에 복수개의 홈 형태의 요철(21)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제 1항에 있어서,
상기 요철(21)은, 상기 로커암(6)을 매개로 하여 연결된 밸브가 50% 개방되었을 때 로커암 부시(11)와 최대 선접촉 하중이 발생하는 로커암 샤프트(10)의 해당 부분(30)을 중심으로 양쪽에 형성되며,
상기 요철이 형성되는 부위는, 상기 최대 선접촉 하중이 발생하는 부분(30)을 중심으로 하여 중심각이 72° 내지 180°인 부채꼴의 호에 해당하는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제 1항에 있어서, 상기 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 중에서 상기 요철(21)이 형성되어 있는 영역의 비율은 전체 로커암 샤프트(10)의 외면(20) 면적의 20 내지 50%에 해당하는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제 1항에 있어서, 상기 요철(21)이 형성되어 있는 영역 중에서 상기 요철(21) 부분이 차지하는 표면적 합의 비율은 5 내지 30%에 해당하는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제 1항에 있어서, 상기 요철(21)은 파선 형태이며, 상기 파선의 긴 변이 로커암 샤프트(10)의 축방향과 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제 5항에 있어서,
상기 파선의 깊이(Le)는 10 내지 30㎛이고, 상기 파선의 긴 변 길이(Lb)는 100 내지 500㎛이며,
상기 파선이 형성되어 있는 영역에서 파선 부분이 차지하는 표면적의 비율은 5 내지 30%인 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제1항에 있어서,
상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제 7항에 있어서,
상기 요철(21)은 상기 로커암(6)을 매개로 하여 연결된 밸브가 50%개방되었을 때 로커암 부시(11)와 최대 선접촉 하중이 발생하는 로커암 샤프트(10)의 해당부분을 중심으로 양쪽에 형성되며,
상기 요철(21)이 형성되는 부위는, 상기 최대 선접촉 하중이 발생하는 부분(30)을 중심으로 하여 중심각이 72° 내지 180°인 부채꼴의 호에 해당하는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제7항에 있어서,
상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되되, 상기 요홈의 직경은 100μm내지 150μm으로 마련되는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제7항에 있어서,
상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되되, 상기 요홈의 깊이는 10μm 내지 20μm으로 마련되는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제7항에 있어서,
상기 요철(21)은 원형의 요홈으로 마련되되, 상기 요홈의 간격은 350μm 내지 450μm으로 마련되는 것을 특징으로 하는 로커암 샤프트(10).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 의한 로커암 샤프트(10); 및
상기 로커암 샤프트(10)가 수납되는 로커암 부시(11); 를 포함하는 로커암 샤프트-부시 조립체.