KR100542899B1 - 볼조인트형 자동차용 부시 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 볼조인트형 자동차용 부시로, 현가장치의 상하부측 아암 및 각 링크류의 일측 또는 양측에 프레싱 결합되고 차체 서브프레임에 취부되어 주행시 바퀴의 상하좌우 위치변화에 대한 서스펜션 지오메트리(Suspension Geometry) 변화로 차체에 가해지는 외력과 진동 변위량을 흡수 및 지지함은 물론 차체의 변위를 최소화할 수 있도록 하면서 구면체의 홀더와 홀더의 구면에 밀착되도록 고안된 내파이프가 상대적으로 회전운동을 할 수 있도록 형성하여 고무부의 물성 변형없이도 원추운동과 회전운동이 가능하게 되어 내구력과 소음문제점을 혁신적으로 개선하고자 한 볼조인트형 자동차용 부시에 관한 것으로,
내파이프의 외주면에 일정 곡률을 갖게 일체로 형성한 구면체와,
상기 구면체의 외주면과 같은 곡률로 습동 접촉면과 양측에 공간을 형성한 구면체삽입부를 형성하게 장방형상을 한 절곡홀더부재와,
상기 절곡홀더부재의 외주면과 일정 간격을 두고 형성되는 외파이프와의 사이에 고무재로 가류 형성되는 일정 간격을 두고 관통되는 보이드를 형성한 방진부재를 포함한 구성으로 이루어지는 볼조인트형 자동차용 부시를 제공하는 뛰어난 효과가 있다.
부시, 자동차, 내파이프, 외파이프, 절곡홀더부재, 구면체

Description

볼조인트형 자동차용 부시 {BALL JOINT TYPE BUSH FOR VEHICLE}
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 부시의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 필로우 볼 부시를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 볼조인형 자동차용 부시를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 볼조인형 자동차용 부시를 도시한 부분 절개 사시도.
도 5는 도3의 A-A를 도시한 도면.
도 6은 도5의 B-B를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 볼조인트형 자동차용 부시에 적용되는 절곡홀더부재를 도시한 사시도.
도 8은 도7의 C-C를 도시한 측단면도.
도 9는 본 발명에 따른 볼조인트형 자동차용 부시에 스페이서가 개재됨을 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 부시에 적용되는 절곡홀더부재의 다른 예의 적용을 도시한 도면.
도 11은 도10의 D-D를 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 부시에 적용되는 절곡홀더부재의 다른 예를 도시한 사시도.
도 13은 도12의 E-E를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
22:볼조인트형 자동차용 부시 24:구면체
26:절곡홀더부재 28:보이드
30:방진부재 32:내파이프
34:곡면부 36:단면부
38:습동 접촉면 40:제1구면체삽입부
42:외파이프 44:브이홈
46:제2구면체삽입부 48:스페이서
본 발명은 볼조인트형 자동차용 부시에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현가장치의 상하부측 아암 및 각 링크류의 일측 또는 양측에 프레싱 결합되고 차체 서브프레임에 취부되어 주행시 바퀴의 상하좌우 위치변화에 대한 서스펜션 지오메트리(Suspension Geometry) 변화로 차체에 가해지는 외력과 진동 변위량을 흡수 및 지지함은 물론 차체의 변위를 최소화할 수 있도록 하면서 구면체의 홀더와 홀더의 구면에 밀착되도록 고안된 내파이프가 상대적으로 회전운동을 할 수 있도록 형성하여 고무부의 물성 변형없이도 원추운동과 회전운동이 가능하게 되어 내구력과 소음 문제점을 혁신적으로 개선하여 외부로부터의 지속적으로 가해지는 외력에 의한 피로 강성 저하를 방지할 수 있도록고자 한 볼조인트형 자동차용 부시에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 부시는 차체와 서스펜션 부품 연결부에 사용되어 불규칙한 노면으로부터 발생하는 진동과 충격을 완화시켜 승차감을 향상시키는 부품이며, 이는 주행중 타이어를 통해 들어오는 횡력, 전후력, 상하력을 지지하여 타이어의 이상거동을 방지하는 기능을 수행하게 되어 있다.
또, 차체 하부의 현가장치에서 아암 및 링크류와 차체의 연결은 금속부재 사이에 고무를 접착시킨 고무 부시(bush)가 사용되고 있는 것으로, 이와 같은 고무 부시는 도 1에 도시된 바와 같이 내외부튜브(R11) (R12) 사이에 방진고무(R13)를 개재시켜 몸체(R10A)를 구성한 구조로 되어 있다.
그러나 이러한 기존의 고무 부시(R10)는 주행시 노면의 요철변화, 즉 지오메트리(Geometry) 변화에 따른 위치 변화와 비틀림 변위, 그리고 충격흡수 및 지지를 위한 자체의 강성 및 내구성의 지속적인유지에 어려움이 있었다.
이를 좀더 구체적으로 설명하면, 부시의 3축방향, 즉 축방향과 축 직각방향, 비틀림 방향의 힘에 대한 강성과, 노면 변화에 의한 차륜의 상하운동으로 발생되는 축 직각 방향의 압력하중에 대한 충격 흡수 및 지지, 축 방향에 대한 요동 및 회전에 대한 강성은 모두 고무 자체의 탄성 및 감쇄 특성에 의존하기 때문에 지속적인 진동과 비틀림, 순간적인 대 변위 압력에 의한 고무 탄성체의 인장, 압축, 비틀림에 대한 피로 강성 문제가 있게 된다.
이와 같은 피로 강성의 문제는 순간적인 큰 압력과 지속적인 변위 때문에 고무자체는 그 변형이 누적되고, 변형이 가장 큰 집중 변형 부분에서 피로 균형이 발생됨에 따라 조기 파손 및 노이즈 발생 등의 내구성 문제이다.
따라서 종래의 고무 부시는 자동차의 조정성 및 안전성은 물론 승차감의 저하를 유발시키게 되는 결함이 있었던 것이다.
상기 고무부시가 적용에 따른 문제 해소를 위해 개발된 필로우 볼 부시가 제안되어 알려지고 있다.
먼저, 필로우 볼 부시(pillow ball bush)란 현가장치 또는 스티어링 계통을 구성하고 있는 아암 및 링크류의 끝단이나 일측에 설치되어 차량의 몸체(sub frame)를 상호 연결하는 조인트(joint)로서 종래의 필로우 볼 부시(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 양측면을 관통하는 관통구멍(11a)이 구비된 스터드부재(11)와, 이 스터드부재(11)에 구비된 원형돌기부(11b)의 외주면을 감싸도록 설치되는 베어링부재(12)와, 이 베어링부재(12)와 상기 스터드부재(11)를 연결하면서 스터드부재(11)의 양끝단을 감싸 보호하도록 된 더스트커버부재(13)와, 상기 스터드부재(11) 및 베어링부재(12)와 더스트커버부재(13)사이의 틈으로 충진되는 MR(Magneto-rheological)유체성분의 그리스(14;grease)와, 상기 베어링부재(12)의 외주면을 감싸 보호하도록 설치되는 내부케이스부재(15)와, 상기 더스트커버부재(13)와 내부케이스부재(15)사이의 틈으로 끼워져 결합되는 시이트부재(16)와, 상기 내부케이스부재(15)의 외주면을 감싸 보호하도록 된 고무재질의 충격흡수부재(17)와, 이 충격흡수부재(17)의 외주면을 감싸 보호하도록 된 외부파이프부재(18)로 이루어져 있다.
이러한 필로우 볼 부시는 차량 주행 및 코너링(Cornering)시의 차륜 상하 운동에 대한 지오메트릭 변화 및 전후, 좌우 외부 압력 하중에 대한 차량 체결위치를 정확하게 고정 및 확보할 수 있음은 물론 필로우 볼 부시의 축방향 및 축 직각방향 그리고 비틀림 방향에 대한 회전 및 습동을 원활히 하여 차량의 조정성 및 안전성을 최적화할 수 있으며, 비틀림 방향에 대한 변형을 제거하여 부품 내구성을 확보할 수 있게 하고 있다.
그러나 필로우 볼 부시는 기존의 고무 부시보다 다부품으로 이루어져 있어 가격면에서 고가로 제품의 경쟁력이 처진다.
또, 상기와 같은 종래의 필로우 볼 부시(10)에 의하면, 축의 원주방향으로 회전되는 스프링특성(Q1) 및 축의 상하방향으로 유동되는 스프링특성(Q2)은 서로 결합되는 아암 및 링크부재의 스프링특성 기능에 맞도록 설계단계에서 미리 조절된 후 고정되기 때문에, 상기 아암 및 링크부재의 스프링특성 기능이 조금이라도 변화될 경우에는 상기 스터드부재(11)의 원형돌기부(11b)와 베어링부재(12)의 내주면이 완전 밀착되도록 결합되어 있어, 상기 필로우 볼 부시(10)는 아암 및 링크류의 부재들을 서로 결합시키기 위한 조인트(joint)의 기능만 수행할 뿐, Q1 또는 Q2방향의 스프링특성 기능을 제대로 수행하지 못할 뿐만 아니라 이로인해 승차감이 나빠지고 조정안정성이 감소되는 문제점이 있었다.
상기한 종래의 원통형 방진 고무부시의 경우 좌,우 방향으로 원추운동(conical) 및 회전운동(rotational)이 고무에 의해 구속을 받으므로 운동이 부드럽지 못하고 운동이 발생되는 경우 고무부가 변형되어 보이드부(구멍) 또는 고무변형에 의한 접촉부위에서 마찰음이 발생될 뿐 만 아니라 고무의 과대한 변형에 의해 조기 파손의 원인이 되고 있다.
그리고 상,하 방향으로의 축방향 운동과 내,외파이프중 어느 파이프를 중심으로 두고 수평운동의 발생등에 의해 고무의 내구성 저하등이 발생하는 문제점이 있다.
상기한 바와 같이 이루어지는 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 현가장치의 상하부측 아암 및 각 링크류의 일측 또는 양측에 프레싱 결합되고 차체 서브프레임에 취부되어 주행시 바퀴의 상하좌우 위치변화에 대한 서스펜션 지오메트리(Suspension Geometry) 변화로 차체에 가해지는 외력과 진동 변위량을 흡수 및 지지함은 물론 차체의 변위를 최소화할 수 있도록 하면서 구면체의 홀더와 홀더의 구면에 밀착되도록 고안된 내파이프가 상대적으로 회전운동을 할 수 있도록 형성하여 고무부의 물성 변형없이도 원추운동과 회전운동이 가능하게 되어 내구력과 소음 문제점을 혁신적으로 개선하여 외부로부터의 지속적으로 가해지는 외력에 의한 피로 강성 저하를 방지할 수 있도록고자 한 볼조인트형 자동차용 부시를 제공하는데 있다.
이를 실현하기 위한 본 발명은
내파이프의 외주면을 일정 곡률로 형성한 곡면부와, 이 곡면부의 양측으로 단면적을 갖는 단면부로 형성된 구면체와,
상기 구면체의 외주면과 같은 곡률로 습동 접촉면과 양측에 장방형상을 한 공간에 구면체삽입부를 형성한 절곡홀더부재와,
상기 절곡홀더부재의 외주면과 일정 간격을 두고 형성되는 외파이프와의 사이에 고무재로 가류 형성되는 방진부재에 일정 간격을 두고 형성한 보이드를 포함한 구성으로 이루어지는 볼조인트형 자동차용 부시를 제공하는데 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 볼조인형 자동차용 부시를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 볼조인형 자동차용 부시를 도시한 부분 절개 사시도이다.
그리고 도 5는 도3의 A-A를 도시한 도면이고, 도 6은 도5의 B-B를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 볼조인트형 자동차용 부시에 적용되는 절곡홀더부재를 도시한 사시도이다.
또, 도 8은 도7의 C-C를 도시한 측단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 볼조인트형 자동차용 부시에 스페이서가 개재됨을 도시한 도면이다.
그리고 도 10은 본 발명에 따른 부시에 적용되는 절곡홀더부재의 다른 예의 적용을 도시한 도면이고, 도 11은 도10의 D-D를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 부시에 적용되는 절곡홀더부재의 다른 예를 도시한 사시도이고, 도 13은 도12의 E-E를 도시한 도면이다.
볼조인트형 자동차용 부시(22)는 크게 구면체(24), 절곡홀더부재(26), 보이드(28)를 형성한 방진부재(30)로 구성되어 이루어지고 있다.
상기 구면체(24)는 내파이프(32)의 외주면을 일정 곡률로 형성한 곡면부(34)와, 이 곡면부(34)의 양측으로 단면적을 갖는 단면부(36)로 형성되어 이루어지고 있다.
상기 구면체(24)는 구면접촉구조로 형성하여 구속력을 가지게 형성하고 있으며, 마찰력을 최소화하기 위해 저마찰형 재료나, 저마찰형 첨가제가 함유된 소재로 제작되고 있다.
상기 절곡홀더부재(26)는 구면체(24)의 외주면과 같은 곡률로 습동 접촉면(38)과 양측에 장방형상의 공간을 마련 제1구면체삽입부(40)를 형성하여 이루어지고 있다.
또한 절곡홀더부재(26)는 구면접촉구조로 형성하여 구속력을 가지게 형성하고 있으며, 마찰력을 최소화하기 위해 저마찰형 재료나, 저마찰형 첨가제가 함유된 소재로 제작되고 있다.
상기 습동접촉면(38)은 상,하단의 외경보다 구면체(24)를 구속하게 곡면부(34)의 곡률과 일치하게 일정 곡률로 형성되어 이루어지고 있다.
상기 제1구면체삽입부(40)는 상,하단의 외경을 구면체(24)의 외경과 동일하게 형성하면서 구면체(24)의 두께를 수용할 수 있는 폭으로 형성하여 이루어지고 있다.
상기 방진부재(30)는 절곡홀더부재(26)의 외주면과 일정 간격을 두고 형성되는 외파이프(42)와의 사이에 고무재로 가류 형성되면서 일정 간격을 두고 관통되는 보이드(28)를 형성하여 이루어지고 있다.
상기 구면체(24)는 절곡홀더부재(26)의 제1구면체삽입부(40)를 통해 삽입후 90°로 회전시켜 주면 곡면부(34)가 일정 곡률로 형성된 습동접촉면(38)에 위치시켜 조립하게 되면 구속상태로 조립 가능하다.
또, 상기한 절곡홀더부재(26)는 내측으로 돌출되는 브이홈(44)을 마주하게 양측에 형성하여 제작할 수 도 있으며, 이때도 구면접촉구조로 형성하여 구속력을 가지게 형성하고 있으며, 마찰력을 최소화하기 위해 저마찰형 재료나, 저마찰형 첨가제가 함유된 소재로 제작되고 있다.
이러한 절곡홀더부재(26)는 브이홈(44)의 일측 대각선상에서 마주하는 습동접촉면(38)의 일부를 구면체(24)의 두께를 수용할 수 있는 폭에 걸쳐 곡률을 형성하지 않고 여기에 제2구면체삽입부(46)를 마련하여 이루어지고 있다.
그리고 장방형상의 절곡홀더부재(26)에 구면체(24) 조립후 공간상태를 유지하고 있는 제1구면체삽입부(40)에 스페이서(48)를 삽입 조립하여 구속력을 확대하고 있다.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 설명하면, 외파이프(42)의 내주면에 보이드(28)를 형성하는 고무재의 방진부재(30)를 일정 두께로 형성하면서 내측에 절곡홀더부재(26)를 개재하여 가류 형성한다.
상기한 절곡홀더부재(26)가 방진부재(30)와 더블어 외파이프(42)내에 가류 형성되면 구면체(24)를 형성하고 있는 내파이프(32)를 절곡홀더부재(26)에 삽입한다.
상기 내파이프(32)를 절곡홀더부재(26)에 삽입시 구면체(24)의 곡면부(34)를 제1,2구면체삽입부(40)(46)에 일치시킨 후 습동접촉면(38)이 형성된 위치까지 삽입한 후 내파이프(32)를 90°각도로 회전시켜 구면체(24)의 단면부(36)가 제1,2구면체삽입부(40)(46)를 향하도록 위치시키면 곡면부(34)와 습동접촉면(38)은 기밀한 조립이 된다.
상기한 구면체(24)와 절곡홀더부재(26)가 조립 완료됨에 따라 내파이프(32)는 구면체(24)에 의해 구속된 상태를 유지하게 되며, 견고한 구속력 발휘를 위해서 구면체(24) 조립후 공간으로 존재하는 제1구면체삽입부(40)에 선택적으로 스페이서(48)를 삽입하게 되면 내파이프(32)의 구면체(24)에 구속력의 증대가 이루어진다.
상기한 바와 같이 내파이프와 외파이프의 조립으로 예를 들어 현가장치를 구성하는 상하부측 아암과 조정·트레일·레터럴링크등의 링크류 일측 혹은 양측에 결합하면서 차체 서브 프레임에 취부 되어 외력이 전달되면,
수직축선상에 있는 내파이프(32)가 외력에 의해 상,하로 운동할때 내파이프(32)에 형성된 구면체(24)는 조립홀더부재(26)의 습동접촉면(38)에 기술하게 조립되어 있어 외력을 흡수하게 되며, 이때 구면체(24)나 절곡홀더부재(26)는 저마찰 재료로 재작되어 있어 내구성을 확보하게 된다.
그리고 내파이프(32)의 일단측만의 회전이 화살표A와 같이 발생하는 원추운동일 경우에나 화살표B와 같이 수평상태에서 회전운동이 발생하더도, 구면체(24)가 절곡홀더부재(26)에 의해 기밀하게 구속력이 습동접촉면(38)내에서 발생하므로서 축 직각 방향에 대한 진동흡수는 물론 내파이프(32)의 위치 고정 및 축 방향의 변 위에 대응해서 충분한 자체 탄성 강도 및 감쇄 효과를 갖게 된다.
또, 절곡홀더부재(26)의 습동접촉면(38)에서는 구면체(24)와 저마찰되며, 다시, 습동 및 회전시 토크는 물체를 그 회전축 주위로 회전시키려는 회전력인 토크(Torque)를 발생하게 되는데, 이때 회전 토크는 차륜 상하 운동시 노면의 요철부 변화, 지오메트리 각도 변화에 따라 추종됨으로써 기존의 고무 부시와 같이 고무 탄성체 비틀림에 의한 변형 및 저항이 거의 없어 높은 내구성을 확보할 수 있게 된다.
그리고, 상기 볼조인트형 자동차용 부시(22)는 다른 물체에 볼트로 체결되며, 외력이 전달된 구면체(24)는 자유로운 미끄럼운동 및 회전운동을 함과 동시에 부시의 요동 및 회전중심을 결정하게 됨은 물론이다.
상기한 바와 같은 볼조인트형 자동차용 부시(22)는 구면체(24)의 곡면부(34)와 절곡홀더부재(26)의 습동접촉면(38)에 밀착되도록 고안된 내파이프(32)가 구면체(24)에 의해 상대적으로 회전운동을 할 수 있도록 하므로써 고무재인 방진부재(30)의 변형없이 원추운동과 회전운동이 가능하게 되어 내구력과 소음문제를 혁신적으로 개선할 수 있게 된다.
수직 축선상인 내파이프(32)의 승강에 따른 화살표C와 같이 축방향 운동시 구속력을 가질 수 있도록 습동접촉면(38)이 구면접촉구조로 하며 운동이 마찰력을 최소화하기 위해 저마찰형 재료를 개재시키거나 내파이프(32)를 저말찰형 첨가제가 함유된 소재로 제작 내구성을 증대시키게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량 주행 및 코너링시의 차륜 상하 운동에 대한 지오메트릭 변화 및 전후,좌우 외부 압력 하중에 대한 차량 체결위치를 정확하게 고정 및 확보할 수 있음은 물론 볼조인트형 자동차용 부시의 축방향 및 축직각방향 그리고 비틀림 방향에 대한 회전 및 습동을 원활히 하여 차량의 조정성 및 안정성을 최적화할 수 있으며, 비틀림 방향에 대한 변형을 제거하여 부품 내구성을 확보할 수 있는 효과를 갖게된다.
상기한 바와 같은 볼조인트형 자동차용 부시는 구면체의 곡면부와 절곡홀더부재의 습동접촉면에 밀착되도록 고안된 내파이프가 구면체에 의해 상대적으로 회전운동을 할 수 있도록 하므로써 고무재인 방진부재의 물성 변형없이도 원추운동과 회전운동이 가능하게 되어 내구력과 소음문제를 혁신적으로 개선할 수 있어 자동차 부품산업상 유용한 기술이다.

Claims (5)

  1. 내파이프의 외주면을 일정 곡률로 형성한 곡면부와, 이 곡면부의 양측으로 단면적을 갖는 단면부로 형성된 구면체와,
    상기 구면체의 외주면과 같은 곡률로 습동 접촉면과 양측에 장방형상을 한 공간에 구면체삽입부를 형성한 절곡홀더부재와,
    상기 절곡홀더부재의 외주면과 일정 간격을 두고 형성되는 외파이프와의 사이에 고무재로 가류 형성되는 방진부재에 일정 간격을 두고 형성한 보이드를 포함한 구성으로 이루어지는 볼조인트형 자동차용 부시.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구면체는 일정 곡률의 곡면부와 일정 두께를 형성하게 단면부를 형성하면서 저마찰형 소재로 제작되어 마찰력을 최소화하게 됨을 특징으로 하는 볼조인트형 자동차용 부시.
  3. 제1항에 있어서, 상기 절곡홀더부재의 습동접촉면은 상,하단의 외경보다 구면체를 구속하게 확대된 곡면부의 곡률과 일치하게 일정 곡률로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 볼조인트형 자동차형 부시.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절곡홀더부재의 구면체삽입부는 상,하단의 외경을 구면체의 외경과 동일하게 형성하면서 구면체의 두께를 수용할 수 있는 폭으로 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 볼조인트 자동차형 부시.
  5. 제1항에 있어서, 구면체는 절곡홀더부재의 구면체삽입부를 통해 삽입된 후 90°회전시켜 구속력 가지게 함을 특징으로 하는 볼조인트 자동차형 부시.
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