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KR101427904B1 - 컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 이동캠 또는 고정캠 제조방법 - Google Patents

컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 이동캠 또는 고정캠 제조방법 Download PDF

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KR101427904B1
KR101427904B1 KR1020140086866A KR20140086866A KR101427904B1 KR 101427904 B1 KR101427904 B1 KR 101427904B1 KR 1020140086866 A KR1020140086866 A KR 1020140086866A KR 20140086866 A KR20140086866 A KR 20140086866A KR 101427904 B1 KR101427904 B1 KR 101427904B1
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KR
South Korea
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cam
fixed
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piece
outer shaft
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KR1020140086866A
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김용균
박융상
송준호
강근호
송종훈
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주식회사 미보
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Priority to US15/324,410 priority patent/US20170159790A1/en
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Abstract

본 발명은 컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 제조방법에 관한 것으로써, 특히, 고정캠 또는 이동캠 중 적어도 하나는 캠과 이너피스를 디퓨전 본딩으로 고정하는 소결캠을 적용하여 가공량이 절감되며, 캠표면 경도 향상을 위한 열처리 공정이 불필요하여 제조공정이 단순해지고, 캠표면에 살빼기를 할 수 있어서 경량화가 가능하고 이너피스의 폭을 축소할 수 있어 공간이 협소한 엔진에도 적용 가능한 컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 제조방법에 관한 것이다.

Description

컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 이동캠 또는 고정캠 제조방법{Concentric cam shaft and manufacturing method of rotation cam and fixed cam for concentric cam shaft}
본 발명은 컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 제조방법에 관한 것으로써, 특히, 고정캠 또는 이동캠 중 적어도 하나는 캠과 이너피스를 디퓨전 본딩으로 고정하는 소결캠을 적용한 컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 컨센트릭 캠샤프트는 미국공개특허공보 제2012-0260873호, 미국공개특허공보 제2010-0170458호에 제시되어 있다.
미국공개특허공보 제2012-0260873호 및 미국공개특허공보 제2010-0170458호에는 이동캠이 샤프트와 핀으로 고정되기 위해 축방향으로 확장된 핀 고정부 영역을 포함하고 있다. 이러한 캠은 단조가공 또는 환봉소재 가공 등을 통해 일체로 성형된다.
그러나, 이러한 종래의 제조방법은 캠과 핀 고정부 영역을 포함한 환봉소재를 가공하여야 하므로 제조시 버려지는 소재의 양이 많은 문제점이 있으며, 제조후에 표면경도를 높이기 위해 별도의 표면 열처리를 해야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 제조방법은 단조가공시 작업성을 향상시키기 위해 캠과 핀 고정부 영역의 경계면에 구배가 필요하여 불필요한 덧살 증가로 중량이 증가하는 문제점이 있다. 그리고, 핀 고정부 영역이 일정 이상의 폭을 가져야만 하여 부품을 컴팩트하게 유지할 수 없다.
미국공개특허공보 제2012-0260873호 미국공개특허공보 제2010-0170458호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고정캠 또는 이동캠 중 적어도 하나는 캠과 이너피스를 디퓨전 본딩으로 고정하는 소결캠을 적용하여 가공량이 절감되며, 캠표면 경도 향상을 위한 열처리 공정이 불필요하여 제조공정이 단순해지고, 캠표면에 살빼기 구조를 적용할 수 있어서 경량화가 가능하고 이너피스의 폭을 축소할 수 있어서 공간이 협소한 엔진에도 적용가능한 컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 컨센트릭 캠샤프트의 이동캠 제조방법은, 외측샤프트에 대하여 회전 가능하게 중공이 형성된 이너피스와 상기 이너피스에 대하여 고정되는 이동캠피스를 별도로 성형하여 준비하는 단계와, 상기 이동캠피스를 상기 이너피스에 결합하는 결합단계를 포함하고, 상기 결합단계에서 상기 이동캠피스는 디퓨젼 본딩에 의해 상기 이너피스에 대해 고정되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 컨센트릭 캠샤프트의 고정캠 제조방법은, 외측샤프트가 끼워지게 중공이 형성된 이너피스와 상기 이너피스에 대하여 고정되는 고정캠피스를 별도로 성형하여 준비하는 단계와, 상기 고정캠피스를 상기 이너피스에 결합하는 결합단계를 포함하고, 상기 결합단계에서 상기 고정캠피스는 디퓨젼 본딩에 의해 상기 이너피스에 대해 고정되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 컨센트릭 캠샤프트는, 장공이 형성되는 외측샤프트와 상기 외측샤프트의 외주면에 고정되는 고정캠을 포함하는 고정부와, 상기 외측샤프트의 내부에 끼워지는 내측샤프트와, 상기 외측샤프트의 외측에 배치되는 이동캠과, 상기 이동캠과 상기 내측샤프트를 연결하며 상기 장공에 삽입되는 핀을 포함하는 이동부를 포함하며, 상기 고정캠과 상기 이동캠 중 적어도 하나는 디퓨전 본딩에 의해 상기 외측샤프트의 외측에 배치되는 이너피스에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동캠은 상기 이너피스가 끼워지는 제2관통공이 형성되고, 상기 이동캠의 측부에 상기 제2관통공에 연통되도록 홈이 형성될 수 있다.
전술한 구성에서, 상기 핀은 스파이럴 스프링으로 구비되며, 상기 이너피스에는 상기 이동캠이 디퓨전 본딩에 의해 고정되며, 상기 이너피스에 형성된 상기 핀이 삽입되는 제1키홈은 일측이 개방되도록 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 컨센트릭 캠샤프트 및 컨센트릭 캠샤프트의 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
캠과 이너피스를 디퓨전 본딩으로 고정하여 가공량이 절감되며, 캠표면 경도 향상을 위한 열처리 공정이 불필요하여 제조공정이 단순해지고, 캠표면에 살빼기를 할 수 있어서 경량화가 가능하고 이너피스의 폭을 축소할 수 있어 공간이 협소한 엔진에도 적용 가능하다.
외측샤프트에 대해 슬라이딩이 반복적으로 이루어지는 이너피스의 내마모성 요구를 만족함과 동시에 각 부품을 별도로 가공하여 결합시켜서 기계가공시 버려지는 양을 최소화할 수 있으며, 이로 인한 가공시간도 단축되며, 각각의 부품에서 요구하는 최적의 물성치를 갖는 소재로 각각 형성할 수 있어서, 내구성은 극대화되면서 제조단가는 최소화시킬 수 있다.
상기 이동캠은 상기 이너피스가 끼워지는 제2관통공이 형성되고, 상기 이동캠의 측부에 상기 제2관통공에 연통되도록 홈이 형성되는 것과 같이 살빼기 구조가 적용될 수 있다.
컨센트릭 캠샤프트의 핀은 스파이럴 스프링으로 구비되어, 핀 설치후 탄성력으로 인해 견고하게 핀을 고정할 수 있다.
상기 이너피스에 형성된 상기 핀이 삽입되는 제1키홈은 일측이 개방되도록 형성되어, 핀 압입성이 향상되고 이너피스의 폭을 추가로 축소 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 컨센트릭 캠샤프트 부분 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 다양한 컨센트릭 캠샤프트 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 컨센트릭 캠샤프트 조립을 위한 분리사시도.
도 9은 본 발명의 제2실시예에 따른 컨센트릭 캠샤프트 조립상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 컨센트릭 캠샤프트 조립상태를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
=============================<제1실시예>=============================
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 컨센트릭 캠샤프트는, 장공(51)이 형성되는 외측샤프트(50)와 상기 외측샤프트(50)의 외주면에 고정되는 고정캠(60)을 포함하는 고정부와, 상기 외측샤프트(50)의 내부에 끼워지는 내측샤프트(10)와, 상기 외측샤프트(50)의 외측에 배치되는 이동캠(40)과, 상기 이동캠(40)과 상기 내측샤프트(10)를 연결하며 상기 장공(51)에 삽입되는 핀(20)을 포함하는 이동부를 포함하며, 상기 고정캠(60)과 상기 이동캠(40) 중 적어도 하나는 디퓨전 본딩에 의해 상기 외측샤프트(50)의 외측에 배치되는 이너피스(30, 70)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 고정부는 장공(51)이 형성되는 외측샤프트(50)와 상기 외측샤프트(50)의 외주면에 고정되는 고정캠(60)을 포함한다.
외측샤프트(50)는 제1중공이 형성된 관이며, 상기 제1중공에 연통되도록 장공(51)이 원주방향을 따라 형성되어 있다.
장공(51)은 여러개 형성될 수 있으며, 여러개의 장공(51)은 외측샤프트(50)의 길이방향을 따라 배치된다.
고정캠(60)은 금속분말을 압축하여 예비 성형된다. 고정캠(60)에는 이너피스(70)가 끼워지는 제1관통공이 형성된다.
이너피스(70)는 외측샤프트(50)의 외측에 배치된다.
이너피스(70)는 고리형상으로 형성되며, 고정캠(60)과 동일한 폭을 갖도록 형성된다.
고정캠(60)은 디퓨전 본딩을 통해 이너피스(70)에 고정된다. 따라서, 고정캠(60)과 외측샤프트(50) 사이에 이너피스(70)가 배치된다.
이너피스(70)가 열간압입 또는 강제압입을 통해 외측샤프트(50)에 고정되어, 고정캠(60)은 외측샤프트(50)에 고정된다.
고정캠(60)은 여러개 구비되어 각각 장공(51)에 근접하도록 배치된다.
고정캠(60)은 서로 다른 리프트를 갖는 복수개의 캠이 일체로 형성될 수 있다. 또한, 일체로 형성된 복수개의 캠의 캠로브가 서로 엇갈리도록 형성될 수 있다.
상기 이동부는 상기 외측샤프트(50)의 내부에 끼워지는 내측샤프트(10)와, 상기 외측샤프트(50)의 외측에 배치되는 이동캠(40)과, 상기 이동캠(40)과 상기 내측샤프트(10)를 연결하며 상기 장공(51)에 삽입되는 핀(20)을 포함한다.
상기 이동부는 상기 고정부에 대해 길이방향을 따라 배치되는 축을 중심으로 회전된다.
내측샤프트(10)는 중실로 형성된 샤프트이며, 외측샤프트(50)의 상기 제1중공에 끼워진다. 내측샤프트(10)의 외경은 외측샤프트(50)의 내경보다 작다.
내측샤프트(10)에는 제2키홈(11)이 폭방향으로 관통하도록 형성된다. 제2키홈(11)은 장공(51)에 연통된다.
이동캠(40)에는 이너피스(30)가 끼워지는 제2관통공이 형성된다.
이너피스(30)는 외측샤프트(50)의 외측에 배치된다. 따라서, 이동캠(40)과 외측샤프트(50) 사이에는 이너피스(30)가 배치된다.
이너피스(30)에는 제2중공이 형성되며, 상기 제2중공에 외측샤프트(50)가 끼워진다. 이동캠(40)과 외측샤프트(50) 사이에 배치되는 이너피스(30)는 외측샤프트(50)에 대해 슬라이딩(회전)가능하다.
이너피스(30)는 S45C와 같은 탄소강으로 형성된다.
이너피스(30)에는 제1키홈(31)이 폭방향으로 관통하도록 형성된다. 제1키홈(31)은 장공(51) 및 제2키홈(11)에 연통된다.
제1키홈(31)은 일측(이너피스(30)의 길이방향)이 개방되지 않도록 형성된다.
이동캠(40)은 두개가 구비되어 하나의 이너피스(30)의 양단에 고정될 수 있다. 두개의 이동캠(40) 사이에는 제1키홈(31)이 배치된다.
이동캠(40)은 금속분말을 압축하여 통해 예비 성형된다.
이동캠(40)은 디퓨전 본딩을 통해 이너피스(30)에 고정된다.
따라서, 이동캠(40)과 이너피스(30) 사이의 모서리는 직각을 이룬다.
핀(20)은 환봉 형상으로 구비되어 장공(51)을 관통하고 원형상의 제1,2키홈(31, 11)에 압입된다.
이하, 전술한 구성을 갖는 컨센트릭 캠샤프트의 제조방법을 설명한다.
상기 이동부와 상기 고정부를 이하와 같은 방법으로 각각 준비한다.
이동캠 제조방법은, 외측샤프트(1)에 대하여 회전 가능하게 제2중공이 형성된 이너피스(3)와 상기 이너피스(3)에 대하여 고정되는 이동캠피스(4)를 별도로 성형하여 준비하는 단계와, 상기 이동캠피스(4)를 상기 이너피스(3)에 결합하는 결합단계를 포함하고, 상기 결합단계에서 상기 이동캠피스(4)는 디퓨젼 본딩에 의해 상기 이너피스(3)에 대해 고정되는 것을 특징으로 한다.
이너피스(3)는 소재를 가공하여 최종 이너피스(30) 형상에 유사 또는 동일하도록 준비한다.
이동캠피스(4)는 금속분말을 압축하여 예비성형한다.
이너피스(3)를 이동캠피스(4)에 끼운 후에 디퓨전 본딩을 통해 이동캠피스(4)를 이너피스(3)에 고정시킨다.
이와 같은 상기 결합단계 이후에 이너피스(3) 및 이동캠피스(4)에 추가가공을 할 수 있다.
이너피스(3)의 내경은 외측샤프트(5)의 외경보다 크다.
고정캠 제조방법은, 외측샤프트(5)가 끼워지게 중공이 형성된 이너피스(7)와 상기 이너피스(7)에 대하여 고정되는 고정캠피스(6)를 별도로 성형하여 준비하는 단계와, 상기 고정캠피스(6)를 상기 이너피스(7)에 결합하는 결합단계를 포함하고, 상기 결합단계에서 상기 고정캠피스(6)는 디퓨젼 본딩에 의해 상기 이너피스(7)에 대해 고정되는 것을 특징으로 한다.
이너피스(7)는 소재를 가공하여 최종 이너피스(70) 형상에 유사 또는 동일하도록 준비한다.
고정캠피스(6)는 금속분말을 압축하여 예비성형한다.
이너피스(7)를 고정캠피스(6)에 끼운 후에 디퓨전 본딩을 통해 고정캠피스(6)를 이너피스(7)에 고정시킨다.
이와 같은 상기 결합단계 이후에 이너피스(7) 및 고정캠피스(6)에 추가가공을 할 수 있다.
이너피스(7)를 외측샤프트(5)에 열간압입 또는 강제압입하여 고정시킨다.
이너피스(7)의 내경은 외측샤프트(5)의 외경보다 작다.
이와 같이 준비된 이동부를 상기 고정부에 이하 설명하는 바와 같이 조립한다.
외측샤프트(5)에 고정캠피스(6)에 고정된 이너피스(7)를 압입하고, 이동캠피스(4)에 고정된 이너피스(3)를 헐겁게 끼운다. 이와 같이, 외측샤프트(5)에 고정캠피스(6)와 이동캠피스(4)를 교대로 끼워넣는다.
내측샤프트(1)를 외측샤프트(5)에 끼우고, 장공 및 제1,2키홈이 연통되도록 위치를 일치시킨다. 장공 및 제1,2키홈에 핀(2)을 압입하여 조립이 완료된다.
=============================<제2실시예>=============================
전술한 실시예에서와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명 및 도시를 생략하기로 한다.
제2실예에 따른 본 실시예의 컨센트릭 캠샤프트는, 도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 이동부는 하나의 이너피스(30')에 하나의 이동캠(40)이 고정된다.
이러한 상기 이동부는 하나의 고정캠(60)의 일측에 배치되거나, 하나의 고정캠(60)의 양측에 배치될 수 있다.
또한, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 이동캠(40)은 측부(일측 또는 양측)에 살빼기 되어 있어서 일측 또는 양측에 홈(42', 42)이 형성된다. 홈(42', 42)은 상기 제2관통공에 연통되도록 형성된다. 상기 측부는 이동캠(40)의 축에 수직한 양측에 배치되는 면을 의미한다.
나아가, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 일측에 형성되는 홈(42')은 하부에 개방부(43)가 형성될 수 있다. 개방부(43)는 제1키홈(31)에 연통된다.
이동캠(40)의 개방부(43)를 통해 핀(20)을 이너피스(30')의 제1키홈(31)에 압입할 수 있으므로 이너피스(30')의 길이를 최소화할 수 있다. 즉, 핀(20)이 홈(42') 내부에 배치된다.
이러한 상기 이동부는 두개의 고정캠(60) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1키홈(31')은 일측(이너피스(30')의 길이방향)이 개방되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1키홈(31')은 이너피스(30')가 조립될 때 외측샤프트(50)에 끼워지는 방향으로 개방되어 있다.
또한, 제1키홈(31')은 사각형상(다각형)으로 형성된다.
핀(20')의 내측샤프트삽입부(22)는 단면이 원형상으로 형성되고, 이너피스삽입부(21)는 단면이 사각형상으로 형성된다.
이와 같이 제1키홈(31')이 형성될 경우에는, 장공(51)과 제2키홈(11)이 연통되도록 내측샤프트(10)를 외측샤프트(50)에 끼운후에, 제2키홈(11)에 핀(20')을 압입시킨다. 이어서 외측샤프트(50)를 이너피스(30)에 삽입하면 삽입과 동시에 핀(20')이 제1키홈(31')에 압입된다. 이와 같이 압입된 핀(20')과 이너피스(30')의 죔쇄를 이용하여 강제압입으로 이너피스(30')를 내측샤프트(10)에 고정할 수 있다.
=============================<제3실시예>=============================
전술한 실시예에서와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명 및 도시를 생략하기로 한다.
제3실예에 따른 본 실시예의 컨센트릭 캠샤프트는, 도 10에 도시된 바와 같이, 핀(20'')은 탄성변형이 가능한 스파이럴 스프링으로 구비될 수 있다. 이와 같이 핀(20'')을 스파이럴 스프링으로 구비하면, 핀(20'') 압입시 핀(20'')의 외경이 작아지도록(수축되도록) 탄성변형시켜서 용이하게 핀(20'')을 압입할 수 있고, 핀(20'') 압입 후에는 탄성변형된 핀(20'')의 복원력(팽창)때문에 견고하게 고정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 내측샤프트 20 : 핀
30,70 : 이너피스 40 : 이동캠
50 : 외측샤프트 60 : 고정캠
51 : 장공 31 : 제1키홈
11 : 제2키홈

Claims (6)

  1. 외측샤프트에 대하여 회전 가능하게 중공이 형성된 이너피스와 상기 이너피스에 대하여 고정되는 이동캠피스를 별도로 성형하여 준비하는 단계;
    상기 이동캠피스를 상기 이너피스에 결합하는 결합단계;를 포함하고,
    상기 결합단계에서 상기 이동캠피스는 디퓨젼 본딩에 의해 상기 이너피스에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 컨센트릭 캠샤프트의 이동캠 제조방법.
  2. 외측샤프트가 끼워지게 중공이 형성된 이너피스와 상기 이너피스에 대하여 고정되는 고정캠피스를 별도로 성형하여 준비하는 단계;
    상기 고정캠피스를 상기 이너피스에 결합하는 결합단계;를 포함하고,
    상기 결합단계에서 상기 고정캠피스는 디퓨젼 본딩에 의해 상기 이너피스에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 컨센트릭 캠샤프트의 고정캠 제조방법.
  3. 장공이 형성되는 외측샤프트와 상기 외측샤프트의 외주면에 고정되는 고정캠을 포함하는 고정부;
    상기 외측샤프트의 내부에 끼워지는 내측샤프트와, 상기 외측샤프트의 외측에 배치되는 이동캠과, 상기 이동캠과 상기 내측샤프트를 연결하며 상기 장공에 삽입되는 핀을 포함하는 이동부를 포함하며,
    상기 고정캠과 상기 이동캠 중 적어도 하나는 디퓨전 본딩에 의해 상기 외측샤프트의 외측에 배치되는 이너피스에 고정되는 것을 특징으로 하는 컨센트릭 캠샤프트.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 이동캠은 상기 이너피스가 끼워지는 제2관통공이 형성되고,
    상기 이동캠의 측부에 상기 제2관통공에 연통되도록 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 컨센트릭 캠샤프트.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 핀은 스파이럴 스프링으로 구비되는 것을 특징으로 하는 컨센트릭 캠샤프트.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 이너피스에는 상기 이동캠이 디퓨전 본딩에 의해 고정되며,
    상기 이너피스에 형성된 상기 핀이 삽입되는 제1키홈은 일측이 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 컨센트릭 캠샤프트.
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