KR101404982B1 - 크랭크샤프트의 제조 방법 - Google Patents

크랭크샤프트의 제조 방법 Download PDF

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지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
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Abstract

크랭크샤프트는 복수의 핀 베어링 저널 및 복수의 메인 베어링 저널을 형성하도록 몰드 내에서 주조되며, 각각의 저널들 중 적어도 하나는 핀 베어링 저널 및 메인 베어링 저널을 통해 연장되는 중공형 섹션을 갖는다. 모든 중공형 섹션을 형성하도록 몰드 내에는 단일 코어가 위치설정된다. 단일 코어는 타원형 단면 형상을 갖는 중공형 섹션을 형성하도록 타원형 형상을 형성하는 단면을 구비함으로써, 크랭크샤프트의 중량을 더욱 감소시킬 수 있다. 중공형 섹션은 각각, 크랭크샤프트 내의 응력을 최소화하는 경로를 따라 위치설정된다. 상기 경로는 크랭크샤프트의 종축에 대한 비선형 경로와, 크랭크샤프트의 고 응력 영역으로부터 멀어지게 중공형 섹션을 굴곡 또는 지향시키도록 종축에 대해 기울어진 선형 경로를 구비할 수 있다. 상기 코어의 비원형 단면은 그 자체의 축 둘레에서 나선 형상이므로, 질량 감소를 최대화할 수 있다.

Description

크랭크샤프트의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A CRANKSHAFT}
본 출원은 2011년 12월 14일자로 출원된 미국 가출원 61/570,511호를 우선권으로 하며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다.
본 발명은 크랭크샤프트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크샤프트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
엔진의 크랭크샤프트는 열차, 보트, 비행기 또는 자동차 등의 차량이 나아가게 하는 토크를 제공하도록 피스톤의 선형 왕복운동을 종축 둘레에서의 회전운동으로 변환한다. 크랭크샤프트는 엔진의 필수 부분이며, 엔진 설계의 시작점이다. 크랭크샤프트 설계는 엔진의 전체 패키지에 영향을 미쳐서, 엔진의 총 질량에 영향을 미친다. 따라서, 크랭크샤프트의 사이즈 및/또는 질량을 최소화하는 것은 엔진의 사이즈 및 질량을 감소시켜서, 차량의 전체 사이즈, 질량 및 연료 경제성에 복합적인 영향을 미친다.
크랭크샤프트는 종축으로부터 오프셋되는 적어도 하나의 크랭크핀을 구비하며, 그 크랭크핀에는 왕복하는 피스톤이 커넥팅 로드를 거쳐 부착된다. 피스톤과 크랭크샤프트 사이의 오프셋 연결부를 통해 피스톤으로부터 크랭크샤프트로 인가되는 힘은 크랭크샤프트 내에 토크를 발생시켜서, 크랭크샤프트를 종축 둘레에서 회전시킨다. 크랭크샤프트는 종축 둘레에 동심으로 배치된 적어도 하나의 메인 베어링 저널을 더 구비한다. 크랭크샤프트는 메인 베어링 저널에서 엔진 블록에 고정된다. 메인 베어링 저널 둘레에는 베어링이 배치되며, 이는 크랭크샤프트와 엔진 블록 사이에 있다.
크랭크샤프트의 중량을 감소시키기 위해, 각각의 크랭크핀과 메인 베어링 저널 내에 중공형 섹션이 형성되어, 그로부터 연장될 수 있다. 일반적으로, 크랭크샤프트는 생형 주조 공정(green sand casting process) 또는 쉘형 주조 공정(shell mold casting process) 등의 주조 공정에 의해 형성 또는 제조된다. 크랭크핀 및/또는 메인 베어링 저널 내에 형성되는 임의의 중공형 섹션은 주조 공정 동안에 몰드 내에 위치되는 복수의 상이한 코어에 의해 형성된다. 이와 같이 상이한 코어 각각은 적절한 위치에 중공형 섹션을 적합하게 형성하도록 서로에 대해 그리고 몰드에 대해 정확하게 위치설정되어야 한다.
엔진용 크랭크샤프트를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 몰드의 제1 반부와 제2 반부를 형성하여, 제1 반부와 제2 반부 사이에 캐비티를 형성하는 단계를 구비한다. 캐비티는 크랭크샤프트의 외부 형상을 형성한다. 크랭크샤프트의 외부 형상은 복수의 핀 베어링 저널 및 복수의 메인 베어링 저널을 구비한다. 몰드의 제1 반부와 제2 반부 사이의 캐비티 내에는 단일 코어가 위치설정된다. 크랭크샤프트를 형성하도록 캐비티 내에 용융 금속이 도입된다. 용융 금속은 캐비티 내로 그리고 단일 코어 주위로 흘러서, 복수의 핀 베어링 저널 중 적어도 하나 및 복수의 메인 베어링 저널 중 적어도 하나를 통해 연장되는 중공형 섹션을 동시에 형성한다.
또한, 엔진용 크랭크샤프트가 제공된다. 크랭크샤프트는 복수의 핀 베어링 저널 및 복수의 메인 베어링 저널을 갖는 샤프트를 구비한다. 복수의 핀 베어링 저널 중 적어도 하나 및 복수의 메인 베어링 저널 중 적어도 하나는, 이들을 통해 연장되는 중공형 섹션을 구비한다. 메인 베어링 저널 및 핀 베어링 저널 내의 중공형 섹션 각각은, 주조 공정 동안에 단일 코어에 의해 동시에 형성된다. 메인 베어링 저널 및 핀 베어링 저널 내의 중공형 섹션 각각은, 샤프트 내의 응력을 최소화하도록 샤프트의 종축에 대한 경로를 따라 연장된다.
따라서, 핀 베어링 저널 및 메인 베어링 저널 내의 중공형 섹션 모두는 단일 코어로부터 형성된다. 따라서, 단일 코어는 단지, 서로에 대해 그리고 몰드에 대해 모든 중공형 섹션을 자동으로 위치설정하도록 몰드에 대해 적절하게 위치설정될 필요가 있으므로, 중공형 섹션의 치수 정확도를 개선시키고, 크랭크샤프트의 제조 효율을 개선시킨다.
본 발명의 상기한 특징 및 이점 그리고 다른 특징 및 이점은 첨부한 도면과 함께 취해진 본 발명을 수행하는 최선책에 관한 하기의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 주조 크랭크샤프트의 개략적인 평면도로서, 단일 코어가 주조 크랭크샤프트에 부착된 상태를 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시한 2-2선을 따라 취해진 개략적인 단면도로서, 단일 코어의 단면 형상 및 주조 크랭크샤프트 내의 결과적인 중공형 섹션을 도시한 도면,
도 3은 크랭크샤프트를 주조하기 위한 몰드에 대한 개략적인 평면도로서, 단일 코어가 크랭크샤프트 내에 배치된 상태를 도시한 도면,
도 4는 크랭크샤프트의 개략적인 다이아그램,
도 5는 주조 크랭크샤프트의 변형 실시예에 관한 개략적인 사시도로서, 단일의 비평면 코어가 주조 크랭크샤프트에 부착된 상태를 도시한 도면,
도 6은 비평면 코어의 개략적인 사시도,
도 7은 도 5에 도시한 7-7선을 따라 취한 개략적인 단면도.
당업자는 "위", "아래", "상측", "하측", "상부", "하부" 등의 용어가 도면을 위해 기술적으로 사용되며, 첨부한 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위에 대한 제한을 나타내지 않음을 이해할 것이다.
도면을 참조하면, 유사한 참조부호는 몇 가지의 도면을 통해 유사한 부품을 지칭하며, 크랭크샤프트는 참조부호 "20"으로 전체적으로 도시된다. 도 1을 참조하면, 크랭크샤프트(20)는, 이에 한정되지는 않지만, 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진, 압축기, 혹은 일부 다른 유사한 장치 등의 엔진용으로 구성될 수 있다. 크랭크샤프트(20)는 복수의 메인 베어링 저널(26), 복수의 아암(27), 복수의 핀 베어링 저널(28) 및 적어도 하나의 카운터웨이트(30)를 형성하는 종축(24)을 따라 연장되는 샤프트(22)를 구비한다. 메인 베어링 저널(26)은 종축(24) 둘레에 동심으로 배치된다. 핀 베어링 저널(28) 각각은, 종축(24)으로부터 축방향으로 오프셋되며, 아암에 의해 메인 베어링 저널(26)에 부착된다. 아암 각각은, 메인 베어링 저널(26) 중 하나로부터 핀 베어링 저널(28) 중 하나로 연장되며, 카운터웨이트(30) 중 하나를 구비하거나 구비하지 않을 수 있다. 카운터웨이트(30) 각각은, 종축(24)으로부터 반경방향으로 이격되게 연장된다. 메인 베어링 저널(26) 각각은, 그 둘레에서 베어링(도시하지 않음)을 지지하고, 크랭크샤프트(20)를 엔진 블록(도시하지 않음)에 부착하기 위한 부착 위치를 제공한다. 핀 베어링 저널(28) 각각은, 그 둘레에서 베어링(도시하지 않음)을 지지하며, 커넥팅 로드(도시하지 않음)가 피스톤(도시하지 않음)을 크랭크샤프트(20)에 부착하는 부착 지점을 제공한다. 카운터웨이트(30)는 피스톤, 피스톤 링, 피스톤 핀 및 리테이닝 클립의 왕복 질량, 커넥팅 로드의 작은 단부, 커넥팅 로드의 큰 단부 및 베어링의 회전 질량, 및 크랭크샤프트 자체[핀 베어링 저널(28) 및 아암(27)]의 회전 질량을 오프셋한다. 메인 베어링 저널은 크랭크샤프트 축(24) 상에 있고, 임의의 카운터웨이트를 필요로 하지 않는다. 카운터웨이트(30)는 메인 베어링 저널에 작용하는 힘을 감소시켜서, 베어링의 내구성을 개선시킨다. 카운터웨이트(30)는 종축(24) 둘레에서 크랭크샤프트(20)의 회전을 밸런싱하여, 종축(24) 내에서의 진동을 감소시킨다.
도 1에 도시한 크랭크샤프트(20)의 실시예는 인라인 4개 실린더 엔진을 위한 것으로서, 3개의 핀 베어링 저널(28), 8개의 아암(27), 5개의 메인 베어링 저널(26) 및 4개의 카운터웨이트(30)를 구비한다. 도 4를 참조하면, 도 1에 도시한 크랭크샤프트(20)의 예시적인 실시예는 5개의 메인 베어링 저널(26)(90, 92, 94, 96 및 98로 각각 넘버링됨); 4개의 핀 베어링 저널(28)(100, 102, 104, 106으로 각각 넘버링됨); 8개의 아암(108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 및 122로 각각 넘버링됨); 4개의 카운터웨이트(30)(124, 126, 128 및 130으로 각각 넘버링됨)를 구비하도록 개략적으로 도시된다. 도시한 바와 같이, 카운터웨이트(124)는 아암(108)에 부착되어 아암(108)으로부터 연장되고, 카운터웨이트(126)는 아암(114)에 부착되어 아암(114)으로부터 연장되고, 카운터웨이트(128)는 아암(116)에 부착되어 아암(116)으로부터 연장되고, 카운터웨이트(130)는 아암(122)에 부착되어 아암(122)으로부터 연장된다. 그러나, 크랭크샤프트(20)가 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 상이하게 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 그와 같이, 크랭크샤프트(20)는, 이에 한정되지는 않지만, 6개 또는 8개 실린더를 갖는 V 스타일 엔진 또는 3, 5, 6 혹은 일부 다른 개수의 실린더를 갖는 인라인 스타일의 엔진을 포함하는 엔진의 어떠한 스타일 및/또는 구성을 위해 구성될 수 있다. 또한, 아암(27)이 크랭크샤프트(20)의 구조 부품이고 카운터웨이트(30)가 힘 및 진동을 감소시키도록 단지 크랭크샤프트(20)에 있기 때문에, 크랭크샤프트(20)는 임의의 구성으로 각종 아암(27)에 부착된 임의 개수의 카운터웨이트(30)를 가질 수 있다. 예를 들면, 인라인 4개의 실린더 크랭크샤프트는 6개 또는 8개의 카운터웨이트를 구비할 수 있다. 따라서, 도 1 및 4에 도시되며 본원에 기술된 특정한 크랭크샤프트(20)는 단지 예시이며, 특허청구범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다.
핀 베어링 저널(28) 중 적어도 하나 및 메인 베어링 저널(26) 중 적어도 하나는, 그들을 통해 연장되는 중공형 섹션(32)을 구비한다. 핀 베어링 저널(28) 및 메인 베어링 저널(26) 내의 중공형 섹션(32) 각각은, 상세하게 후술되는 바와 같이 종축(24)을 따라 대체로 연장되지만, 종축(24)에 반드시 평행하지는 않다. 크랭크샤프트(20) 내의 중공형 섹션(32)은 크랭크샤프트(20)를 형성하는데 사용되는 금속 용적을 감소시킴으로써, 크랭크샤프트(20)의 전체 중량을 감소시킨다. 또한, 종축(24)으로부터 축방향으로 오프셋된 핀 베어링 저널(28)의 중량을 감소시킴으로써, 카운터웨이트(30)의 질량이 대응하는 양으로 감소될 수 있으므로, 크랭크샤프트(20)의 전체 중량을 더욱 감소시킨다.
중공형 섹션(32) 각각은, 샤프트(22)의 종축(24)에 대한 경로(34)를 따라 연장된다. 중공형 섹션(32) 각각의 경로(34)는 샤프트(22)의 각종 구성요소들 사이에서, 즉 인접하는 메인 베어링 저널(26), 핀 베어링 저널(28) 및 아암(27) 사이에서 샤프트(22) 내의 응력을 최소화하도록 구성된다. 중공형 섹션(32)의 경로(34)는 크랭크샤프트(20)의 고 응력 영역(54)으로부터 멀어지게 중공형 섹션(32)을 굴곡하도록 설계된 비선형 경로(36)를 구비할 수 있거나, 또는 크랭크샤프트(20)의 고 응력 영역(54)으로부터 멀어지게 중공형 섹션(32)이 각을 이루도록 종축(24)에 대해 경사진 선형 경로(38)를 구비할 수 있다. 핀 베어링 저널(28) 및 메인 베어링 저널(26) 내의 중공형 섹션(32) 각각의 특정 경로(34), 및 중공형 섹션(32) 각각의 단면 형상은, 크랭크샤프트(20)의 특정 형상, 사이즈 및 구성에 따라 다르다.
도 2를 참조하면, 중공형 섹션(32) 각각은, 형상을 형성하는 단면을 구비한다. 중공형 섹션(32) 각각의 단면 형상은, 이에 한정되지는 않지만, 비원형 형상을 포함할 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 중공형 섹션(32)의 단면 형상은 타원형 형상을 포함한다. 중공형 섹션(32) 각각의 타원형 단면 형상은 장축(40) 및 단축(42)을 구비한다. 바람직하게 장축(40)은, 이에 한정되지는 않지만, 25 mm 내지 40 mm 범위의 거리를 구비한다. 중공형 섹션(32)의 타원형 형상은 크랭크샤프트(20)를 형성하는데 사용되는 소재의 감소를 최소화함으로써, 크랭크샤프트(20)의 중량 감소를 최소화한다.
도 1을 다시 참조하면, 복수의 메인 베어링 저널(26) 각각과, 핀 베어링 저널(28) 각각 내의 중공형 섹션(32) 각각은, 주조 공정 동안에 단일 코어(44)에 의해 동시에 형성된다. 단일 코어(44)는, 이에 한정되지는 않지만 카운터웨이트(30) 등의 샤프트(22)의 다른 섹션과 간섭하거나 또는 이와는 달리 접촉하지 않고서, 핀 베어링 저널(28) 및 메인 베어링 저널(26) 각각을 통해 중공형 섹션(32)의 정확한 위치로 연장되도록 형성된다.
바람직하게, 크랭크샤프트(20)는, 일반적으로 이해되는 바와 같이, 이에 한정되지는 않지만 생형 주조 공정 또는 쉘형 주조 공정 등의 주조 공정을 통해 형성된다. 이로써, 도 3을 참조하면, 크랭크샤프트(20)를 제조 또는 주조하는 것은, 몰드(50)의 제1 반부(46)와 제2 반부(48) 사이에 캐비티(52)를 형성하여 크랭크샤프트(20)의 외부 형상을 형성하도록 몰드(50)의 제1 반부(46)와 제2 반부(48)를 형성하는 단계를 구비한다. 제1 반부(46)는 코프(cope) 또는 상측 반부로서 지칭될 수 있고, 제2 반부(48)는 드래그(drag) 또는 하측 반부로서 지칭될 수 있다. 일반적으로 이해되는 바와 같이, 몰드(50)의 제1 반부(46)와 제2 반부(48)는, 크랭크샤프트(20)의 소정의 마무리된 외부 형상의 반부를 형성하는 형판(template)을 생형사 또는 일부 달리 적절한 매체의 형태로 압착함으로써 형성되어, 크랭크샤프트(20)의 그 반부의 부정적인 자국을 남길 수 있다. 몰드(50)를 형성하도록 제1 반부(46)와 제2 반부(48)를 함께 조합할 때, 그 내의 부정적인 자국은 캐비티(52)를 완성하도록 붙어 있어, 크랭크샤프트(20)의 외부 형상을 형성한다. 크랭크샤프트(20)의 외부 형상은 핀 베어링 저널(28), 아암(27), 메인 베어링 저널(26) 및 카운터웨이트(30)를 구비한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 크랭크샤프트(20)는 4개의 핀 베어링 저널(28), 8개의 아암(27), 5개의 메인 베어링 저널(26) 및 4개의 카운터웨이트(30)를 구비한다. 따라서, 몰드(50)의 제1 반부(46)와 제2 반부(48)는 4개의 핀 베어링 저널(28), 5개의 메인 베어링 저널(26), 카운터웨이트(30)를 갖는 4개의 웹 및 임의의 카운터웨이트(30)가 없는 4개의 웹을 형성하는 캐비티(52)를 형성하도록 구성된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 핀 베어링 저널(28) 및 메인 베어링 저널(26)의 특정 개수는 본원에 도시 및 기술된 예시적인 실시예와 상이할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 단일 코어(44)는 복수의 핀 베어링 저널(28) 중 적어도 하나 및 복수의 메인 베어링 저널(26) 중 적어도 하나를 통과하는 형상을 갖도록 단일 피스로 형성된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 단일 코어는 핀 베어링 저널(28) 중 모두인 4개 및 메인 베어링 저널(26) 중 3개 내에 중공형 섹션을 형성하도록 구성된다. 단일 코어(44)는, 예컨대, 주조 시에 공극을 형성하는 코어를 형성하기 위해 일반적으로 이해되는 바와 같이 사형 주조 공정을 통해 형성될 수 있다. 단일 코어(44)는, 단일 코어(44)의 종방향 중심에 대해 대칭적으로 형성되어, 반전가능(reversible)하게 할 수 있다. 이는 단일 코어(44)가 몰드(50) 내에 쉽게 위치설정되게 하여, 주조 공정을 실수를 없애는데 도움을 준다.
도 1에 도시한 바와 같이, 단일 코어(44)는 원형 또는 비원형 단면을 갖고 평면 형상을 형성하는 소재의 길이를 구비하도록 형성될 수 있다. 그러나, 단일 코어(44)를 다른 엔진 구성에 사용하기 위해, 단일 코어(44)는, 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 비평면 3차원 형상을 형성하는 원형 또는 비원형 단면을 갖는 소재의 길이를 구비하도록 형성될 수 있다. 추가적으로, 단일 코어(44)는, 이에 한정되지는 않지만, 카운터웨이트(30) 등의 크랭크샤프트(20)의 다른 섹션과 접촉 또는 간섭하지 않고서, 메인 베어링 저널(26) 및 핀 베어링 저널(28) 내의 모든 중공형 섹션(32)을 구성 또는 형성하도록 단일의 일체 부재로 형성될 수 있다. 변형적으로, 단일 코어(44)는, 이에 한정되지는 않지만 메인 베어링 저널(26), 핀 베어링 저널(28) 또는 카운터웨이트(30) 등의 크랭크샤프트(30)의 일부를 부분적으로 형성하는 방식으로 형성될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 단일 코어(44)의 단면 형상은, 이에 한정되지는 않지만 타원형을 형성하도록 구성될 수 있다. 단일 코어(44)의 단면 형상은 선형 경로 또는 비선형 경로를 따라 연장될 수 있고, 변형적으로 단면 형상의 중심축 둘레에서 나선 형상으로 형성될 수 있다. 단일 코어(44)의 단면 형상은, 중공형 섹션(32)의 단면 형상을 구성 및/또는 형성한다. 상술한 바와 같이, 타원형 형상은 25 mm 내지 40 mm 범위의 거리를 갖는 장축(40)과, 15 mm 내지 35 mm 범위의 거리를 갖는 단축(42)을 구비한다. 단일 코어(44)의 특정 단면 형상은 크랭크샤프트(20)의 특정 사이즈, 형상 및 구성에 따라 다르며, 크랭크샤프트(20)에 모든 요구되는 강도 및/또는 강성도를 제공하면서, 크랭크샤프트(20)를 형성하는데 사용되는 소재량을 최소화하도록 구성된다. 따라서, 코어의 단면 형상, 및 그에 의해 형성되는 중공형 섹션(32)은 본원에 도시 및 기술된 단일 코어(44)의 단면 형상과는 상이할 수 있다.
단일 코어(44)는 경로(34)를 구성하도록 형성되며, 이 경로(34)를 따라 중공형 섹션(32) 각각이 연장된다. 따라서, 단일 코어(44)는 종축(240에 대한 비선형 경로(36)를 구성하도록 형성될 수 있다. 비선형 경로(36)는, 상술한 바와 같이, 종축(24)에 대해 기울어진 만곡 또는 비선형 경로(36) 또는 선형의 경사진 경로(38)를 구비할 수 있다. 중공형 섹션(32) 각각의 경로(34)는 크랭크샤프트(20)의 고 응력 영역으로부터 멀어지게 중공형 섹션(32)을 만곡 또는 경사지게 하도록 구성되어, 크랭크샤프트(20)의 중량을 최소화하면서, 크랭크샤프트(20)의 강도를 개선하도록 크랭크샤프트(20)의 고 응력 영역 주위에 훨씬 많은 소재를 보유한다. 예를 들면, 인접한 메인 베어링 저널(26)과 핀 베어링 저널(28) 사이의 크랭크샤프트(20)의 영역(54)은 고 응력 영역(54)으로서 형성될 수 있다. 이로써, 중공형 섹션(32)이 인접한 메인 베어링 저널(26) 및 핀 베어링 저널(28) 중 어느 하나를 통해 따르는 경로(34)는, 인접한 메인 베어링 저널(26) 및 핀 베어링 저널(28) 사이의 교차점으로부터 멀어지게 중공형 섹션(32)을 지향시켜서, 샤프트(22)의 강도를 증대시키도록 이와 같은 영역(54) 내에서의 소재를 최소화시킨다.
메인 베어링 저널(26) 및 핀 베어링 저널(28)을 통해 모든 중공형 섹션(32)을 형성하는 단일의 일체 코어로서 단일 코어(44)가 적절하게 형성되면, 단일 코어(44)는 몰드(50)의 제1 반부(46)와 제2 반부(48) 사이의 캐비티(52) 내에 위치설정된다. 몰드(50)의 제1 반부(46)와 제2 반부(48)에 대해 적절하게 위치설정되면, 단일 코어(44)는 메인 베어링 저널(26) 및 핀 베어링 저널(28) 각각을 통해 모든 중공형 섹션(32)을 형성하도록 자동으로 적절하게 위치설정된다.
단일 코어(44)가 캐비티(52) 내에 위치설정되고 몰드(50)의 제1 반부(46)가 몰드(50)의 제2 반부(48)에 대해 고정되면, 크랭크샤프트(20)를 형성하도록 캐비티(52) 내에 용융 금속이 도입된다. 용융 금속은 캐비티(52) 내로 그리고 단일 코어(44) 주위로 흘러서, 각각의 핀 베어링 저널(28) 및 각각의 메인 베어링 저널(26)을 통해 연장되는 중공형 섹션(32) 각각을 동시에 형성한다. 용융 금속이 캐비티(52) 내로 도입, 예컨대 주입된 후에, 용융 금속은 냉각 및 고형화된다. 일단 고형화되면, 몰드(50)의 제1 반부(46) 및 제2 반부(48)가 분리되어, 주조 크랭크샤프트(20) 및 단일 코어(44)를 노출시킬 수 있다. 그 다음, 단일 코어(44)는, 단일 코어(44)를 형성하는 소재를 파단(breaking), 칩핑(chipping) 및/또는 내보냄(flushing away)으로써 크랭크샤프트(20)로부터 제거되어, 중공형 섹션(32)이 크랭크샤프트(20) 내에 형성된 상태에서 크랭크샤프트(20)를 나올 수 있다.
중공형 섹션(32)이 형성될 위치 이외에서 크랭크샤프트(20)를 접촉하지 않는 단일 피스로서 단일 코어(44)가 형성되기 때문에, 크랭크샤프트(20)의 나머지 부분은 메인 베어링 저널(26) 및 핀 베어링 저널(28) 내의 중공형 섹션(32)을 형성하도록 다수의 코어를 이용하는 일부 종래의 주조 공정에서 발생할 수 있는 임의의 블라인드 홀(blind holes), 함몰부 등이 없이 형성된다. 따라서, 크랭크샤프트(20)의 질량은 크랭크샤프트(20)의 성능을 최대화하고 크랭크샤프트(20)의 사이즈를 최소화하도록 적절하게 위치설정될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 크랭크샤프트의 변형 실시예를 참조부호 "220"으로 도시한다. 크랭크샤프트(220)는 V-8 엔진에 사용되도록 설계된다. 크랭크샤프트(220)는 복수의 메인 베어링 저널(226), 복수의 핀 베어링 저널(228) 및 복수의 카운터웨이트(230)를 구비한다. 크랭크샤프트(220)의 핀 베어링 저널(228)은 공통 평면을 따라 배치되지 않는다. 이로써, 각각의 메인 베어링 저널(226) 및 핀 베어링 저널(228) 내에 복수의 중공형 섹션을 형성하는데 단일 비평면 코어(244)가 사용된다.
단일 비평면 코어(244)는 적어도 하나의 연결부(260)를 구비한다. 연결부(260)는 메인 베어링 저널(226) 중 하나, 핀 베어링 저널(228) 중 하나 또는 카운터웨이트(230) 중 하나의 적어도 일부를 형성하는 표면을 구비한다. 이는 비평면 코어(244)의 사이즈가 이러한 영역에서 증대되게 함으로써, 비평면 코어(244)의 강도를 개선시킨다. 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 연결부(260)는 메인 베어링 저널(226) 중 하나의 외부면(264)을 형성하는 반경방향 내부면(262)을 구비한다. 그러나, 단일 비평면 코어(244)는 핀 베어링 저널(228) 중 하나, 메인 베어링 저널(226) 중 하나 또는 카운터웨이트(230) 중 하나의 적어도 일부를 형성하는 하나 이상의 다른 연결부(260)를 구비하도록 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
도 7은 참조하면, 도 7에 도시된 메인 베어링 저널(226)의 중공형 섹션(232)은, 중공형 섹션(232)의 중심(266) 둘레에서 나선 형상으로 형성된다. 이로써, 비평면 코어(244)는 메인 베어링 저널(226)을 통해 연장되는 중공형 섹션(232)의 나선형 경로를 형성하는 유사한 나선 형상을 또한 구비한다. 중공형 섹션(232)의 이와 같은 나선형 구성은, 중량 감소를 최대화하도록 경로(234)로부터의 단축 높이 및 거리가 최적화되게 한다. 메인 베어링 저널(226) 및 핀 베어링 저널(228) 중 임의의 것 내의 중공형 섹션의 임의의 것은, 그들 각각의 중심을 따라 나선 형상으로 연장된다.
상세한 설명 및 도면은 본 발명을 뒷받침하고 기술하지만, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해서만 정의된다. 본 발명을 수행하기 위한 최선책 및 다른 실시예가 상세하게 기술되었지만, 각종 변형된 설계 및 실시예가 첨부된 특허청구범위에서 정의된 발명을 실시하기 위해 존재한다.

Claims (10)

  1. 크랭크샤프트를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 크랭크샤프트의 외부 형상을 형성하는 제1 반부 및 제2 반부를 갖는 몰드의 캐비티 내에 단일 코어를 위치설정하는 단계로서, 상기 크랭크샤프트의 외부 형상은 복수의 핀 베어링 저널 및 복수의 메인 베어링 저널을 구비하는, 상기 단일 코어의 위치설정 단계;
    상기 크랭크샤프트를 형성하도록 상기 캐비티 내에 용융 금속을 도입하는 단계로서, 상기 용융 금속은 상기 캐비티 내로 그리고 상기 단일 코어 주위로 흘러서 상기 복수의 핀 베어링 저널 중 적어도 하나 및 상기 복수의 메인 베어링 저널 중 적어도 하나를 통해 연장되는 중공형 섹션을 동시에 형성하는, 상기 용융 금속의 도입 단계; 및
    상기 복수의 핀 베어링 저널 중 적어도 하나 및 상기 복수의 메인 베어링 저널 중 적어도 하나를 통과하는 형상을 갖는 단일 피스로서 상기 단일 코어를 형성하는 단계
    를 포함하는,
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단일 코어를 형성하는 단계는, 평면 형상을 형성하는 소재의 길이를 구비하도록 상기 단일 코어를 형성하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단일 코어를 형성하는 단계는, 비평면의 3차원 형상을 형성하는 소재의 길이를 구비하도록 상기 단일 코어를 형성하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    단일 피스로서 상기 단일 코어를 형성하는 단계는, 상기 코어의 종방향 중심에 대해 대칭이 되도록 상기 단일 코어를 형성하는 단계를 구비하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단일 코어를 형성하는 단계는, 비원형 단면 형상을 형성하는 단면을 갖는 소재의 길이를 구비하도록 상기 단일 코어를 형성하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단일 코어의 비원형 단일 형상은 타원형을 구비하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핀 베어링 저널 중 적어도 하나 및 상기 복수의 메인 베어링 저널 중 적어도 하나를 통과하는 형상을 갖는 단일 피스로서 상기 단일 코어를 형성하는 단계는, 상기 복수의 핀 베어링 저널 중 적어도 하나 또는 상기 복수의 메인 베어링 저널 중 적어도 하나를 통해 연장되는 상기 중공형 섹션 중 적어도 하나를 위해 상기 크랭크샤프트의 종축에 대한 비선형 경로를 형성하도록 상기 단일 코어를 형성하는 단계를 구비하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비선형 경로는, 상기 크랭크샤프트의 고 응력 영역으로부터 멀어지게 상기 중공형 섹션을 선형으로 지향하도록 상기 종축에 대해 기울어진 경사진 경로를 구비하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    단일 피스로서 상기 단일 코어를 형성하는 단계는, 상기 메인 베어링 저널 중 하나, 상기 핀 베어링 저널 중 하나 또는 복수의 카운터웨이트 중 하나의 적어도 일부분을 형성하는 표면을 갖는 적어도 하나의 연결부를 구비하도록 상기 단일 코어를 형성하는 단계를 구비하는
    크랭크샤프트의 제조 방법.
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