KR100903962B1 - 볼 시트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 스터드와 볼 시트 사이에 작용하는 마찰력을 저감시켜 볼 조인트의 토오크를 저감시키며, 볼 조인트의 구관절로서의 성능 향상으로 자동차의 승차감 및 조향성능을 향상시킬 수 있는 볼 시트의 제조방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 구관절의 역할을 하는 볼 스터드가 내부에 안착되도록 구변부 내면이 형성된 볼 시트의 제조방법에 있어서, a) 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하기 위한 금형 코어의 가공부분은 화학용액과의 반응에 의한 부식에 의해 불규칙하게 오목하게 파인 형상이 복수 개 촘촘하게 형성되고; b) 상기 불규칙하게 파인 표면이 형성된 금형 코어를 이용하여 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하는 것;을 특징으로 한다.

볼 조인트, 볼 시트, 윤활유, 딤플, 토오크

Description

볼 시트의 제조방법{BALL SEAT MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 자동차용 볼 조인트 및 볼 시트의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼 조인트의 마찰 토오크를 감소시킬 수 있는 볼 조인트 및 볼 시트의 제조방법에 관한 것이다.

볼 조인트는 구관절(球關節)의 기능을 갖는 이음 수단으로 널리 이용되고 있다.

도 1은 일반적인 형태의 볼 조인트를 보여주는 단면도이다.

일반적으로 볼 조인트는 구관절의 역할을 하는 볼 스터드(10), 볼 스터드(10)를 감싸 볼 스터드(10)를 보호하고 볼 스터드(10)와의 사이에 작용하는 마찰력을 조절하기 위한 볼 시트(20), 볼 스터드(10)와 볼 시트(20)를 안착시키는 소켓(40), 볼 스터드(10)가 압축하중에 의해 소켓 아래로 빠지지 않도록 볼 스터드를 밀봉하는 플러그(30) 및 볼 스터드(10)에 먼지가 유입되지 않도록 소켓(40)의 상부를 덮는 더스트커버(60)를 포함한다. 이러한 볼 조인트는 너클 또는 암(70)에 압입되어 조립된다.

이러한 자동차용 볼 조인트에 있어서, 볼 조인트의 토오크는 자동차의 승차감 및 핸들링 복원력에 영향을 미치기 때문에 볼 조인트의 토오크는 적정 수준으로 조절될 필요가 있다. 볼 조인트의 토오크가 너무 크면 구관절로서의 기능이 원활하지 못하여 자동차의 조향성능이나 승차감을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다.

볼 조인트의 토오크를 조절하고자 하는 기술적 시도는 여러 가지 방법으로 이루어지고 있는데, 그 중 한 가지 방법은 볼 스터드를 감싸는 볼 시트의 구변부 내면과 볼 스터드와의 마찰을 감소시켜 볼 조인트의 마찰 모멘트를 저감시키는 것이다.

도 2는 볼 조인트의 마찰 모멘트를 감소시키기 위해 구변부 내면에 원형 딤플이 형성된 베어링을 보여주는 단면개략도이다.

볼 시트(20)의 구변부 내면에는 원형 딤플(21)이 형성되어 있거나, 일정 폭을 갖고 볼 시트 구변부 내면(25)을 가로지르는 가로 방향 유구홈(22)이 형성되어 있거나, 일정 폭을 갖고 볼 시트 구변부 내면(25)을 세로로 종단하는 세로 방향 유구홈(23)이 형성되어 있다. 경우에 따라 원형 딤플(21), 가로 방향 유구홈(22), 세로 방향 유구홈(23)은 볼 시트(20)의 구변부 내면에 모두 함께 형성되어 있을 수도 있다. 이러한 원형 딤플(21) 및 유구홈(22,23)들은 볼 스터드(10)와 볼 시트(20) 사이의 접촉 면적을 그다지 많이 감소시키지 못한다. 그 이유는 딤플과 유구홈의 형상이 정형화되어 있기 때문이다. 따라서 여전히 볼 조인트의 마찰 모멘트는 상당히 큰 값을 갖는다.

또한 상기와 같은 기술적 시도는 대한민국 실용신안등록공보 제20-131541호에 개시되어 있다. 상기 공보에 따르면, 볼 스터드를 감싸는 볼 시트의 구변부 내면에 십자형의 윤활면과 원형의 윤활홈을 고르게 형성시키고 있다. 상기 윤활면을 따라 윤활유를 주유하고 윤활홈에 윤활유를 저장하여 볼 스터드와 볼 시트 사이에 윤활유가 윤활하도록 하여 볼 조인트의 마찰 모멘트를 저감시키고 있다.

그러나, 상술한 종래 기술은 볼 스터드와 볼 시트 간의 접촉 면적을 충분히 줄이지 못하여 볼 조인트는 여전히 큰 마찰 모멘트를 갖는다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 볼 스터드와 볼 시트 사이에 작용하는 마찰력을 저감시켜 볼 조인트의 토오크를 저감시키며, 볼 조인트의 구관절로서의 성능 향상으로 자동차의 승차감 및 조향성능을 향상시킬 수 있는 볼 조인트 및 볼 시트의 제조방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

삭제

본 발명의 볼 시트 제조방법은, 구관절의 역할을 하는 볼 스터드가 내부에 안착되도록 구변부 내면이 형성된 볼 시트의 제조방법에 있어서, a) 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하기 위한 금형 코어의 가공부분은 화학용액과의 반응에 의한 부식에 의해 불규칙하게 오목하게 파인 형상이 복수 개 촘촘하게 형성되고; b) 상기 불규칙하게 파인 표면이 형성된 금형 코어를 이용하여 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하는 것;을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 볼 시트 제조방법은, 구관절의 역할을 하는 볼 스터드가 내부에 안착되도록 구변부 내면이 형성된 볼 시트의 제조방법에 있어서, a) 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하기 위한 금형 코어의 가공부분은 화학용액과의 반응에 의한 부식에 의해 불규칙하게 오목하게 파인 형상이 복수 개 촘촘하게 형성되고; b) 상기 불규칙하게 파인 표면이 형성된 금형 코어를 이용하여 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하는 것;을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 볼 스터드와 점 접촉 또는 선 접촉이 이루어지도록 베어링 구변부 내면을 불규칙한 형상으로 함으로써 볼 스터드와 베어링 사이의 접촉면적이 크게 감소하여 볼 조인트의 토오크가 저감되어 볼조인트의 구관절로서의 성능 향상으로 자동차의 승차감과 핸들링 복원력의 향상으로 조향성능이 향상될 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 볼 조인트는, 도 1에 도시된 바와 같이, 볼 스터드(10), 상기 볼 스터드(10)가 내부에 안착되는 볼 시트(20), 볼 스터드(10)와 볼 시트(20)를 안착시키는 소켓(40), 볼 스터드(10)가 압축하중에 의해 소켓(40) 아래로 빠지지 않도록 볼 스터드(10)를 밀봉하는 플러그(30) 및 볼 스터드(10)에 먼지가 유입되지 않도록 소켓(40)의 상부를 덮는 더스트커버(60)를 포함하여 종래와 기본적인 구조는 동일하다. 이하 본 발명의 특징인 볼 시트(20)에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 볼 시트 구변부 내면을 보여주는 단면개략도, 도 4는 본 발명의 볼 시트에 볼 스터드가 접촉된 상태를 보여주는 단면개략도이다.

볼 시트(20)의 구변부 내면(21) 형상은 사람의 피부 문양과 같이 불규칙한 형상으로 되어 있다. 이러한 형상은 볼 스터드(10)와 접촉되는 접촉 면적을 최소화시키기 위한 것이다.

종래와 같이 정형화된 형상(예를 들어, 원형)의 딤플을 형성시킨다면 볼 스터드(10)와 접촉되는 면적을 줄이는데 한계가 있다.

본 발명의 경우 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)은 볼 스터드(10)의 외주면(10a)과 점 접촉 또는 선 접촉되는 부분이 형성되도록 불규칙하게 오목하게 파인 형상이 복수 개 촘촘하게 형성되어 있다.

따라서 볼 스터드(10)와 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)은 면 접촉, 점 접촉, 선 접촉이 동시에 이루어지므로 접촉 면적이 최소화된다.

상기 볼 스터드(10) 외주면(10a)과 상기 볼 시트(20)의 구변부 내면(21) 사이에는 윤활유가 채워져 마찰력을 저감시킨다.

이하 상기와 같은 볼 시트(20)의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 볼 시트 제조 방법을 보여주는 공정흐름도이다.

볼 시트(20)를 제조하기 위한 금형 코어(100)가 입고되면, 입고된 금형 코어(100)의 상태를 확인하고 금형 표면의 먼지 및 이물질을 제거한다.

그 후 금형 코어(100)에서 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)을 성형하기 위한 가공부분(100a)을 제외한 나머지 부분들을 마스킹 테이프(Masking tape)로 덮어준다.

상기 가공부분(100a)에는 자외선 또는 레이저에 반응하는 피막(300)을 입히고, 그 피막(300) 위에 성형하고자 하는 문양이 흑백의 영역으로 구분된 필름을 붙인다. 피막(300)과 필름은 일체형으로 이루어질 수도 있다.

이 상태에서 자외선 또는 레이저를 조사하여 현상을 한다. 흑색 영역의 부분은 자외선 또는 레이저가 통과하지 못하므로 피막(300)이 아무런 반응을 하지 않고, 백색(투명) 영역의 부분은 자외선 또는 레이저가 통과하여 피막(300)과 반응하게 된다.

현상 과정을 거친 금형 코어(100)를 화학용액(400)과 반응시켜 자외선 또는 레이저와 반응한 피막(300)의 영역을 부식(etching)시킨다.

여기서 화학용액(400)은 산 용액 또는 알칼리 용액이 될 수 있다. 금형 코어(100)의 재질이 스틸(steel)인 경우에는 산 용액과 반응하여 부식(etching)이 잘 일어나고, 금형 코어(100)의 재질이 알루미늄인 경우에는 알칼리 용액과 반응하여 부식(etching)이 잘 일어난다.

산 용액으로는 황산, 염산, 질산 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있고, 강산일수록 반응성이 좋아진다. 알칼리 용액으로는 수산화나트륨이 사용될 수 있고, 강알칼리일수록 반응성이 좋아진다. 산과 알칼리의 농도는 반응조건을 고려하여 적당한 범위를 선정할 수 있다.

부식 과정을 거친 후에는 연마제로 표면 연마를 하여 제품의 광택조절을 하고, 마스킹 테이프를 제거한 후 부식의 이상유무를 확인한다.

상기와 같은 화학적인 부식 방법을 통해 제조된 금형 코어(100)를 이용하여 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)을 성형하게 된다. 볼 시트(20)는 플라스틱 재질을 사용하므로, 플라스틱 사출 공정에 의해 제조된다.

이와 같은 과정을 통해 제조된 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)에는 상기 피막(300)에 형성된 흑백의 문양과 동일한 모양이 형성된다. 즉, 부식(etching)이 일어난 피막(300)의 백색(투명) 영역에 해당하는 구변부 내면(21)은 움푹 파여진 영역이 되고, 부식(etching)이 일어나지 않은 피막(300)의 흑색 영역에 해당하는 구변부 내면(21)은 불규칙하게 돌출된 형상으로 된다.

화학적인 부식 방법은 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)에 형성될 모양을 피막(300)을 부식(etching)시켜 손 쉽게 형성시킬 수 있어 제조가 쉬운 장점이 있다.

상기에서는 화학적인 부식 방법에 대해 설명하였으나, 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)을 불규칙한 형상으로 형성시키기 위한 방법은 이에 한정되지 않고 금형 코어(100)의 가공부분(100a)에 에너지 또는 외력을 가하여 불규칙한 형상으로 제조하는 물리적인 가공 방법을 사용할 수도 있다.

먼저, 금형 코어(100)의 가공부분(100a)을 조각에 의한 기계가공으로 성형하는 방법이 있다. 이 방법은 시간이 많이 소요되어 화학적인 부식 방법에 비해 비효율적이다.

다음으로, 금형 코어(100)의 가공부분(100a)에 에너지 또는 외력을 가하는 레이저가공 또는 샌드블라스팅가공에 의해 가공할 수 있다. 레이저를 조사하여 금형 코어(100) 가공부분(100a)을 불규칙하게 오목하게 파인 형상으로 만들거나, 금강사를 강한 압력으로 금형 코어(100) 가공부분(100a)에 분사하여 불규칙하게 오목하게 파인 부분을 만들 수 있다.

상기와 같이 화학적인 방법 또는 물리적인 방법에 의해 만들어진 볼 시트(20)의 구변부 내면(21)은 볼 스터드(10) 외주면과 접촉시 점 접촉 또는 선 접촉 되는 부분이 많이 형성될 수 있어, 접촉 면적을 획기적으로 줄일 수 있어 볼 조인트의 토오크를 저감시킬 수 있다.

다음 표는 종래 제품과 본 발명에 의한 부식 제품의 토오크를 비교 실험한 결과이다.

		조립 1일후	조립 10일후	조립 20일후	조립 30일후
종래 제품	기동토오크	64.4	84.9	114.7	106.8
	작동토오크	22.5	12.2	21	19.4
부식 제품	기동토오크	70.4	58	71.8	70.4
	작동토오크	25	17.8	22.4	20

위 표를 보면, 종래 볼 조인트를 조립하고 나서 1일 후에는 기동토오크가 64.4 였다가 30일 후에는 106.8로 증가하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 볼 조인트는 조립하고 나서 1일 후와 30일 후에 기동토오크가 동일하게 70.4 로서 변함이 없는 것을 알 수 있다. 볼 조인트 조립 후 30일 후의 기동토오크를 비교하면 본 발명의 부식 제품이 기동토오크가 훨씬 작은 것으로 나타났다.

이상, 본 발명의 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 형태의 볼 조인트를 보여주는 단면도,

도 2는 볼 조인트의 마찰 모멘트를 감소시키기 위해 구변부 내면에 원형 딤플이 형성된 베어링을 보여주는 단면개략도,

도 3은 본 발명의 볼 시트 구변부 내면을 보여주는 단면개략도,

도 4는 본 발명의 볼 시트에 볼 스터드가 접촉된 상태를 보여주는 단면개략도,

도 5는 본 발명의 볼 시트 제조 방법을 보여주는 공정흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 볼 스터드 20 : 볼 시트

21 : 구변부 내면 30 : 플러그

40 : 소켓 60 : 더스트커버

100 : 금형 코어 100a : 가공부분

200 : 마스킹 테이프 300 : 피막

400 : 화학용액

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 구관절의 역할을 하는 볼 스터드가 내부에 안착되도록 구변부 내면이 형성된 볼 시트의 제조방법에 있어서,

   a) 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하기 위한 금형 코어의 가공부분은 화학용액과의 반응에 의한 부식에 의해 불규칙하게 오목하게 파인 형상이 복수 개 촘촘하게 형성되고;

   b) 상기 불규칙하게 파인 표면이 형성된 금형 코어를 이용하여 상기 볼 시트 의 구변부 내면을 성형하는 것;

   을 특징으로 하는 볼 시트의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 a)단계는,

   상기 금형 코어의 가공부분 이외의 부분을 마스킹 테이프로 덮고;

   상기 가공부분에는 자외선 또는 레이저에 반응하는 피막을 씌운 후 상기 자외선 또는 레이저와 피막이 불규칙한 문양으로 반응하도록 자외선 또는 레이저를 조사하며;

   상기 화학용액에 상기 가공부분의 자외선 또는 레이저 조사 영역을 반응시키는 것;

   을 특징으로 하는 볼 시트의 제조방법.
5. 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 금형 코어는 스틸 재질이고, 상기 화학용액은 황산, 염산, 질산 또는 이들의 혼합물을 포함하는 산 용액인 것을 특징으로 하는 볼 시트의 제조방법.
6. 제3항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 금형 코어는 알루미늄 또는 마그네슘 재질이고, 상기 화학용액은 수산화나트륨을 포함하는 알칼리 용액인 것을 특징으로 하는 볼 시트의 제조방법.
7. 구관절의 역할을 하는 볼 스터드가 내부에 안착되도록 구변부 내면이 형성된 볼 시트의 제조방법에 있어서,

   a) 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하기 위한 금형 코어의 가공부분에 에너지 또는 외력을 가하는 물리적인 가공에 의해 불규칙하게 오목하게 파인 형상이 복수 개 촘촘하게 형성되고;

   b) 상기 불규칙하게 파인 표면이 형성된 금형 코어를 이용하여 상기 볼 시트의 구변부 내면을 성형하는 것;

   을 특징으로 하는 볼 시트의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 물리적인 가공은 레이저 가공 또는 샌드블라스팅 가공인 것을 특징으로 하는 볼 시트의 제조방법.
9. 제3항, 제4항, 제7항, 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 금형 코어의 가공부분은 볼 시트를 볼 스터드와 조립시 점 접촉 또는 선 접촉되는 부분이 발생하도록 형성된 것을 특징으로 하는 볼 시트의 제조방법.

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