일반적으로 등속조인트는 전륜구동형 자동차의 드라이브 샤프트에 적용되는 부품으로, 전륜 조향에 의해 동력이 전달되는 각도가 변하더라도 회전 불균형이 발생하지 않고 신속하게 전륜을 구동할 수 있도록 해주는 역할을 한다.
이러한 목적으로 사용되는 등속조인트의 종류로는 변속기 측의 TJ(Tripod Joint), SFJ(Shudderless Freering Joint), 및 DOJ(Double Offset Joint) 타입과, 첨부한 도 1에 도시된 휠 측의 BJ(Birfield Joint) 등을 들 수 있다.
상기 등속조인트는 자동차의 대표적인 마모부품 중 하나로서, 일정기간 사용하게 되면 조인트 부분의 마모가 발생하며, 마모된 등속조인트는 새것으로 교환해 주어야 한다.
그러나, 등속조인트는 고가 부품이므로 그 교체시 비용이 많이 들고, 교체된 등속조인트를 그대로 폐기할 경우 자원 재활용 측면에서 비효율적인 문제가 있으므로, 차량 연식이나 부품 가격 등을 고려하여 신품이 아닌 재제조품이 널리 쓰이고 있다.
등속조인트는 기본적으로 구조가 간단하고, 특히 모든 차량의 휠 측에 적용되고 있는 BJ 타입은 주요 마모부(아우터 레이스, 케이지, 이너 레이스)가 한정되어 있기 때문에, 재제조가 용이한 편이다.
통상 등속조인트의 재제조시에 주요 마모부품의 경우에는 교체 및 가공을 하여 재제조시에 사용되나, 볼(ball)(3)의 경우에는 타 부품과 달리 마모가 되지 않으므로 대부분 재사용을 하고 있다.
그러나, 종래에는 상기한 볼을 재사용함에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
다양한 차종 및 크기의 등속조인트를 분해하는 과정에서 보통 6개의 볼(3)이 발생하나, 볼의 치수 관리가 잘 되지 않고 있으며, 관리를 한다고 해도 그 방법은 동종 차종의 등속조인트에 대해 일정한 기간 동시에 작업하여 분해시 발생하는 볼을 일괄적으로 수집 관리하는 방법이 전부이다.
이와 같이 치수 관리가 되지 않은 볼을 등속조인트의 재제조에 사용할 경우, 타 부품의 마모에 더 큰 영향을 미치게 되고, 볼과 타 부품 간의 공차 관리가 되지 않아 감성품질, 특히 소음이 발생할 수도 있다.
최악의 상황에서는 케이지(cage)(1)와 이너 레이스(Inner-Race)(2)의 이탈이 발생하여 차량이 전복되는 등 커다란 사고로 연계될 수 있다.
또한 수작업으로 볼의 크기를 관리할 경우는 특정 차종을 특정 시간에만 분해를 해야 하므로 작업 효율이 매우 떨어질 수 있으며, 차종별 폐부품을 분리 수거를 해야 하는 번거로움이 발생할 수도 있다.
그리고, 볼의 크기를 수작업으로 측정하기 위해서 별도의 측정도구가 필요하며, 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 치수 관리에 별도의 인원을 투입해야 하는 등 많은 노력이 필요하다.
이하, 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 볼 선별 장치의 구성도이다.
본 발명은 등속조인트의 재제조를 위해 등속조인트의 분해 후에 수거되는 볼을 크기별로 자동 분리하여 선별해주는 등속조인트용 볼 선별 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 볼 선별 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 진동을 발생시 켜 제공하는 진동발생부(100)와, 상기 진동발생부(100)로부터 가해지는 진동에 의해 흔들리면서 볼(3)을 크기별로 선별하여 배출하는 볼 선별부(200)를 포함하여 구성된다.
우선, 진동발생부(100)는 진동을 발생시켜 볼 선별부(200)에 가해주는 구성부로서, 진동을 이용해 볼 선별부(200) 전체를 흔들어주기 위한 구성부이다.
본 발명에서 상기 진동발생부(100)는 내부공간을 가지는 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내부에 구비되는 진동발생수단과, 상기 진동발생수단에 의해 발생한 진동을 볼 선별부(200)에 전달하는 진동전달수단을 포함하여 구성된다.
여기서, 진동발생수단은 전동모터(121)를 액추에이터로 하여 진동을 발생시키는 장치로 구성될 수 있는데, 회전력을 제공하는 전동모터(121)와, 상기 전동모터(121)의 회전축(122)에 설치되어 전동모터(121)의 구동에 의해 회전하는 회전판(123)과, 상기 회전판(123)의 상측으로 설치되는 진동판(125)과, 상기 회전판(123)의 상면과 상기 진동판(125)의 하면에 각각 설치되는 볼 베어링(124,126)을 포함하여 구성된다.
상기 회전판(123)과 진동판(125)은 서로 평행하게 수평 설치되며, 회전판(123)은 전동모터(121)의 상측으로 배치되고, 진동판(125)은 하우징(110) 상부 내측면과의 사이에 장착된 고정용 스프링(127)에 고정되어 지지된다.
또한 상기 회전판(123)의 볼 베어링(124)과 상기 진동판(125)의 볼 베어링(126)은 상하 배치되는 양측의 볼 베어링(124,126) 간에 그에 부속된 볼(124a,126a)이 서로 접촉할 수 있도록 상기 두 판(123,124) 사이에 개재된다.
여기서, 각 볼 베어링(124,126)의 볼(124a,126a)은 각각의 판, 즉 회전판(123)과 진동판(125)에서 그 원주방향을 따라 일정 간격으로 원형 배열되는 구조가 되며, 특히 각 볼(124a,126a)들이 돌출 설치되어 양측 두 볼 베어링(124,126)의 볼들 간에 접촉이 가능하도록 되어 있다.
첨부한 도 6은 본 발명의 볼 선별 장치에서 볼 베어링의 볼들이 배열된 상태와 그 작동상태를 보여주는 도면이다.
도시된 바와 같이, 회전판(123)의 볼 베어링(124)에 부속된 원형 배열의 볼(124a)들이 진동판(125)의 볼 베어링(126)에 부속된 원형 배열의 볼(126a)들과 연속적으로 접촉하는 상태로 하측의 회전판(123)이 회전하게 되며, 상기 회전판(123)이 진동판(125) 하측에서 볼 간 접촉상태로 회전할 때, 회전판(123)의 볼 베어링(124)에 부속된 볼(124a)들은 진동판(125)의 볼 베어링(126)에 부속된 볼(126a)들의 표면을 타고 이동하게 된다.
이때, 진동판 볼 베어링(126)의 원형 배열된 볼(126a)들이 회전판 볼 베어링(124)의 원형 배열된 볼(124a)들의 표면 굴곡에 따라 상하 유동을 하게 되고, 이에 진동판(125) 전체가 상하로 요동되면서 진동하게 된다.
상기 진동전달수단은 진동판(125)의 진동을 상측의 볼 선별부(200)로 전달하는 수단으로서, 이는 진동판(125) 상면과 볼 선별부(200) 하부면 사이에 상하 방향의 진동을 전달하는 진동 스프링(131)을 설치하여 구성할 수 있다.
한편, 상기 볼 선별부(200)는 크기에 따라 등속조인트의 볼(3)이 통과할 수 있는 메쉬(220)를 이용하는 것으로서, 내부공간을 가지는 하우징(220), 상기 하우 징(220) 상부에 설치된 볼 투입구(211), 크기에 따라 볼(3)을 선별적으로 통과시키는 메쉬(220), 및 상기 하우징(220) 측면에 설치되어 상기 메쉬(220)에 의해 선별된 볼(3)이 배출되는 볼 배출구(212)를 포함하여 구성된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(220)의 상부에 볼 투입구(211)가 구비되고, 상기 하우징(220)의 측면에는 선별된 볼(3)들이 배출될 수 있도록 복수개의 볼 배출구(212)가 구비된다.
또한 하우징(220)의 내부에는 복수개의 메쉬(220)를 상하로 다단 배치하여 횡 설치하며, 각 메쉬(220)는 그 위로 투입된 등속조인트용 볼(3)들을 그 크기에 따라 선별적으로 통과시키는 구조로 되어 있다.
또한 하우징(220)의 측면에 높이를 달리하여 복수개의 볼 배출구(212)를 구비하고, 높이가 다른 상, 하 볼 배출구(212) 사이에 각 단의 메쉬(220)가 위치되도록 한다.
첨부한 도 3은 볼 선별부에서 볼 투입구와 볼 배출구의 설치위치를 보여주는 도면으로, 도시된 바와 같이, 하우징(220)의 사방 측면에 각각 높이를 달리하여 각 단의 볼 배출구(212)가 구비될 수 있다. 도면부호 131은 진동발생부에서 볼 선별부(200)로 진동을 전달하는 진동 스프링을 나타내고, 도면부호 132는 진동발생부에서 볼 선별부(200)를 지지하는 지지용 스프링을 나타낸다.
상기 메쉬(220)는 특정 크기보다 작은 볼들이 상하로 통과할 수 있도록 다수개의 홀(221)들을 형성한 구조로 구비될 수 있는데, 첨부한 도 4는 메쉬의 구조를 보여주는 평면도이다.
도시된 바와 같이, 각 메쉬(220)에는 특정 크기의 홀(221)들이 고르게 분포되도록 형성되는데, 상하로 배치되는 메쉬별로 그 홀의 크기는 상이하다.
즉, 상측의 메쉬(220)일수록 홀(221)의 크기(홀 지름)가 크게 형성되어 있는데, 각 메쉬의 홀을 통과하지 못한 볼(3)들은 해당 단의 볼 배출구(212)를 통해 배출되고, 그 메쉬의 홀을 통과한 볼들은 그 하측의 메쉬 위로 투입되며, 하측의 메쉬에서 홀을 통과하지 못한 볼들은 해당 단의 볼 배출구를 통해 배출되나 홀을 통과한 볼들은 그 다음 하측의 메쉬 위로 투입된다.
첨부한 도 5는 본 발명에서 볼이 각 단의 메쉬(에 의해 크기별로 분리되는 상태를 보여주는 개략도이다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 최상단의 메쉬(220)는 가장 큰 크기의 볼(3)들이 홀을 통과하지 못하고 그보다 작은 볼들만이 통과하도록 구비되며, 이때 메쉬의 홀을 통과하지 못한 볼들은 해당 단의 볼 배출구(212), 즉 최상단의 볼 배출구를 통해 배출된다.
또한 최상단의 메쉬(220)를 통과한 볼들은 두 번째 단의 메쉬 위로 투입되어, 두 번째 단의 홀을 통과하지 못한 볼들은 두 번째 단의 볼 배출구(212)를 통해 배출되고, 홀을 통과한 볼들은 세 번째 단의 메쉬 위로 투입된다.
세 번째 단의 메쉬(220) 위로 투입된 볼들 중 그 메쉬의 홀을 통과하지 못한 볼들은 세 번째 단의 볼 배출구(212)를 통해 배출되고, 홀을 통과한 볼들은 최하단의 메쉬 위로 투입되는 바, 최하단의 메쉬 위로 투입된 볼들은 최하단의 볼 배출구를 통해 배출된다.
이러한 볼 선별부(200)에서는 하측의 진동발생부(100)가 진동을 가하게 될 때 그 진동에 의해 흔들리면서 볼 선별이 수행되는데, 상기와 같이 볼 투입구(211)로 투입된 볼(3)들이 그 크기에 따라 각 단의 메쉬(220)를 통과하지 못하고 볼 배출구(212)로 배출되거나 아랫단의 메쉬로 차례로 이동하게 되면서 선별적으로 분리되어 배출되게 된다.
바람직한 실시예에서, 각 단의 메쉬(220)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 투입된 볼(3)들이 아래로 흘러 해당 볼 배출구(212)쪽으로 쉽게 이동할 수 있도록 볼 배출구쪽이 아래가 되게 경사를 주어 설치한다.
볼 배출구(212)는, 도 3에서와 같이, 하우징(220) 접합부인 입구에 비해 출구를 크게 하여 출구면적을 확장시킨 확장관 구조로 구비될 수 있다.
또한, 도 4에서와 같이, 하우징(220) 내부에서 볼이 접촉하게 되는 내측면에는 고무 등과 같은 완충부재(231)를 덧대어 볼이 가하는 충격에 의해 진동 및 소음이 발생하는 것을 막고, 하우징(220) 및 메쉬(220) 등의 손상을 방지한다.
도시한 예에서는 4단 구성, 즉 4개의 메쉬와 볼 배출구를 설치한 예를 들었으나, 메쉬와 볼 배출구의 개수는 다양하게 변경 실시가 가능하다.
메쉬는 볼 크기의 공차를 감안하여 볼 크기별로 홀을 가공한 뒤 설치해야 하고, 분리하고자 하는 볼의 크기에 맞게 각 메쉬의 홀 크기를 설정해야 하며, 메쉬들을 홀의 크기가 큰 순서대로 위에서 아래로 배치하여 설치한다.
본 발명에서 볼 선별부(200)는 진동발생부(100)의 상측으로 진동할 수 있게 설치되는데, 이를 위해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 볼 선별부(200)와 진동발생 부(100)가 지지용 스프링(132)으로 접합 및 지지되며, 볼 선별부(200)의 하우징(220) 하부면과 진동발생부(100)의 하우징(110) 상부면 사이에 복수개의 지지용 스프링(132)을 개재한다. 즉, 볼 선별부(200)가 지지용 스프링(132)에 의해 지지된 상태에서 진동 스프링(131)을 통해 가해지는 진동에 의해 진동하게 되는 것이다.
이에 따라, 본 발명의 볼 선별 장치에서는 진동발생부(100)가 볼 선별부(200)에 진동을 가해주는 상태에서 볼(3)이 볼 선별부(200)의 볼 투입구(211)로 투입되면, 각 메쉬(220)를 통과하지 못한 볼들이 크기별로 각 볼 배출구(212)를 통해 배출되어 분리될 수 있게 된다.
이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.