KR101275951B1 - 볼 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예컨대 자동차의 차축 시스템용 볼 조인트에 관한 것이다. 볼 조인트는 링형 또는 포트형 조인트 하우징(2)을 포함하고, 볼 저널(1)의 볼(7)은 상기 조인트 하우징(2)의 내부 공간 내에 미끄럼 방식으로 수용된다. 본 발명에 따라 볼 조인트는, 조인트 하우징(2)이 볼 저널 측에 배치된 하우징 절반(4), 및 하우징 커버의 측에 배치된 하우징 절반(5)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 2개의 하우징 절반들(4, 5)은 각각 축방향 스토퍼(9)를 갖는다. 하우징 절반들(4, 5)은 상기 축방향 스토퍼에 의해 축방향으로 정확히 규정된 방식으로 서로 접촉할 수 있다. 볼 조인트는 제조 동안 공차의 재현성과 관련해서 양호하게 제어될 수 있고, 동시에 저렴하게 제조 가능하다. 또한, 본 발명에 의해, 볼 조인트의 특정 지지력이 높아질 수 있거나, 볼 조인트의 치수가 작아질 수 있다.

조인트 하우징, 볼 저널, 볼, 하우징 절반, 하우징 커버, 스토퍼.

Description

볼 조인트{BALL JOINT}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 예컨대 자동차의 차축 시스템 또는 휠 서스펜션용 볼 조인트에 관한 것이다.

상기 방식에 따른 볼 조인트는 자동차의 섀시에 또는 휠 서스펜션 또는 스티어링 영역에 예컨대 지지 조인트 또는 가이드 조인트로서 사용된다.

선행 기술에 따른 볼 조인트는 통상 일체형 하우징 및 그 안에 배치된, 대개 폴리머 재료로 이루어진 베어링 셸을 갖는다. 하우징 내에 베어링 셸을 고정하기 위해, 대개 하우징의 축방향 단부면 영역은 베어링 셸과 볼이 조인트 하우징 내에서 일정한 예비 응력 하에 가압되거나 또는 둘러싸이도록 변형된다.

상기와 같은 볼 조인트의 다른 공지된 구성은 마찬가지로 일체형 조인트 하우징을 갖는다. 조인트 하우징 내에는 통상 플라스틱으로 이루어지는 2체형 베어링 셸이 배치된다. 조인트 하우징의 폐쇄 또는 하우징 내에 베어링 셸의 고정은 일체형 베어링 셸을 가진 공지된 볼 조인트에서와 유사한 방식으로 이루어진다.

그러나, 이러한 공지된 볼 조인트의 경우, 제조 중에, 전술한 바와 같이 일반적으로 조인트 하우징의 부분 영역의 변형에 의해 이루어지는 하우징의 폐쇄시, 조인트 하우징 내에서의 볼 셸의 위치 및 특히 베어링 셸과 볼 간의 예비 응력 비 율이 최적으로 제어될 수 없거나 재현될 수 없다는 문제가 발생한다.

따라서, 공지된 볼 조인트에서는, 볼 조인트에서 예비 응력의 크기 및 그와 관련된, 볼 셸 내에서 볼의 이동을 위해 필요한 틸팅 모멘트의 기능상 중요한 특성값이 변형 공정의 정확도에 의존한다. 그 결과, 선행 기술에 공지된 볼 조인트에서는 틸팅 모멘트의 상응하게 넓은 변동 폭이 나타난다. 그러나, 특히 부하가 큰 용도의 경우, 틸팅 모멘트의 이러한 공차는 허용되지 않는다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 전술한 선행 기술의 단점들을 갖지 않는 볼 조인트를 형성하는 것이다. 특히, 상기 볼 조인트는 제조 기술 면에서 확실하게 제어 가능한 방식으로, 특히 틸팅 모멘트가 주어지는 경우에도 가능한 낮은 공차를 가져야 한다.

상기 목적은 청구항 1의 특징들을 포함하는 볼 조인트에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.

본 발명에 따른 볼 조인트는 공지된 방식으로 대개 포트형 또는 원통형 내부 공간을 가진 조인트 하우징을 포함한다. 조인트 하우징의 내부 공간에는 볼 조인트의 볼이 미끄럼 방식으로 수용된다.

본 발명에 따라 볼 조인트는, 조인트 하우징이 그 중립 위치에서 볼 저널의 종축과 관련해서 볼 저널측 하우징 절반 및 하우징 커버측 하우징 절반으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 2개의 하우징 절반들은 각각 링형 스토퍼에 의해 조인트 하우징 축방향으로 정확히 규정된 방식으로 서로 접촉할 수 있다. 여기서, "하우징 절반"은 조인트 하우징이 청구된 특성적 방식으로 2체형으로 형성된다는 것만을 의미하며, "하우징 절반"이 동일한 크기 및 형태일 필요는 없다.

달리 표현하면, 본 발명에 따른 볼 조인트의 조립시 2개의 하우징 절반에 각각 배치된, 서로 상응하는 형태의 스토퍼로 인해 항상 조인트 하우징 축방향으로 2개의 하우징 절반들의 절대적으로 정확한 상대 위치 설정이 이루어진다. 따라서, 선행 기술과는 달리, 조인트 하우징의 항상 정확히 동일한 내부 용적이 보장되고, 이는 조인트 하우징과 볼 간의, 또는 조인트 하우징 내에 배치된 베어링 셸과 볼 간의 정확히 재현 가능한 예비 응력 상태를 야기한다.

바람직하게는 하우징 절반들은 또한 각각 방사방향 스토퍼를 갖는다. 서로 상응하는 형태의 2개의 방사방향 스토퍼들은 하우징 절반들이 방사방향으로 정확히 규정되고 센터링되어 서로 접촉하게 한다.

본 발명을 실시하는데 있어서, 볼 조인트가 베어링 셸을 갖는지의 여부, 베어링 셸이 어떤 재료로 그리고 어떤 구조로 형성되는지, 또는 경우에 따라 존재하는 베어링 셸이 일체형 또는 2체형으로 형성되는지의 여부는 중요하지 않다.

특히 바람직한 실시예에 따라, 하나 이상의 하우징 절반, 바람직하게는 2개의 하우징 절반은 동시에 각각 직접 볼용 베어링 셸의 일부를 형성한다. 달리 표현하면, 조인트 하우징의 하나 또는 2개의 절반(사이에 접속된 베어링 셸 없이)의 내부면은 동시에 볼용 베어링 표면을 형성한다.

따라서, 별도의 베어링 셸을 추가로 제공할 필요가 없어서, 상응하는 공정 및 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이로 인해 치수 공차, 및 이와 관련된 볼 조인트의 예비 응력 및 틸팅 모멘트의 공차가 더욱 감소할 수 있다.

볼과 조인트 하우징 사이에, 선행 기술에 따르면 거기에 주어지는 공차 보상의 필요성으로 인해 대개 비교적 낮은 부하 부담 능력을 가진 폴리머 재료로 이루어지는, 추가의 베어링 셸이 필요 없기 때문에, 볼과 조인트 하우징의 금속 쌍 간의 허용 표면 압력이 커질 수 있다. 따라서, 볼 조인트의 수명이 연장되거나, 동일한 치수일 때 볼 조인트의 부하 부담 능력이 커지거나, 또는 볼 조인트의 크기 및 중량이 작아질 수 있다. 이러한 모든 것은 볼 조인트의 비용-효과 비율(cost-benefit ratio)을 향상시킨다.

베어링 셸과 볼 사이에 주어지는 예비 응력을 유지하면서, 볼 조인트 내에 베어링 셸을 정확히 고정하는, 선행 기술에서 종종 발생하는 문제점들도 하우징 절반들이 동시에 직접 베어링 셸을 형성하는 볼 조인트에 의해 완전히 제거된다.

베어링 셸을 형성하는 하우징 절반 또는 2개의 베어링 셸을 형성하는 하우징 절반들이 볼과의 그 접촉면 영역에 표면 경화부를 갖는 것이 특히 바람직하다. 바람직하게는 유도 경화부의 형태로 형성되는 표면 경화부로 인해, 조인트 하우징과 볼 사이의 허용 표면 압력이 훨씬 더 상승할 수 있다. 따라서, 볼 조인트는 동일한 부하 부담 능력일 때 더 작아질 수 있거나, 또는 치수가 변하지 않으면 볼 조인트의 정격 부하가 커질 수 있다. 또한, 이로 인해 마찰 계수가 더 작아지고, 볼 조인트의 틸팅 모멘트의 변동 폭이 더 작아지며 볼 조인트의 수명이 훨씬 연장될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 다른 실시예에 따라, 조인트 하우징 내부 공간은 링형 리세스를 갖는다.

상기 리세스 내에는 탄성 폴리머 재료로 이루어진 링 부재가 배치되고, 상기 링 부재는 바람직하게는 규정된 예비 응력 하에 놓인다.

이 실시예는, 이로 인해 볼 조인트의 소정 예비 응력 및 소정 마찰 모멘트 또는 틸팅 모멘트의 매우 정확한 규정이 이루어질 수 있다는 점에서 바람직하다. 마찬가지로, 이로 인해 볼 조인트에서 충격 댐핑 또는 진동 댐핑에 대한 정확히 규정 가능한 값이 설정될 수 있고, 추가로 링 부재가 볼 또는 조인트 하우징의 베어링 표면의 예상되는 마모에 대한 마모 보상 수단으로서 사용될 수 있다.

본 발명은 볼 조인트의 작동 중에 예상되는 부하에서 하우징 절반들의 확실한 결합이 보장된다면, 2개의 하우징 절반들의 결합이 구조적으로 어떤 방식으로 이루어지와는 무관하게 실시된다.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 2개의 하우징 절반들이 암나사와 수나사의 대응하는 쌍을 갖는다. 이로 인해, 볼이 2개의 하우징 절반들로 형성된 내부 공간 내에 배치된 후에, 나사 결합에 의해 2개의 하우징 절반들의 간단하며 정확하고 확실한 조립이 이루어질 수 있다. 바람직하게는 2개의 하우징 절반들에 편평한 면이 배치되고, 상기 편평한 면을 통해, 나사 결합을 위해 필요한 토크가 하우징 절반들로 전달될 수 있다.

본 발명의 대안적 실시예에 따라 하우징 절반들 중 하나는 언더 컷을 갖는다. 다른 하우징 절반은 볼 조인트의 조립시 돌출부를 갖는다. 완전히 조립된 볼 조인트에서, 제 2 하우징 절반의 돌출부가 제 1 하우징 절반의 언더 컷에 포지티브결합 방식으로 맞물림으로써, 하우징 절반들의 2개의 스토퍼들이 서로 가압된다.

상기 돌출부는 예컨대 하나의 하우징 절반의 단부면을 프레스, 롤링함으로써 형성될 수 있다.

이로 인해, 2개의 하우징 절반들 사이의 결합이 매우 신속하고 저렴하게 형성되는 한편, 2개의 하우징 절반들의 본 발명에 따른 스토퍼에 의해 여전히 하우징 절반들의 서로 정확한 위치 설정이 보장된다.

다른 바람직한 실시예에 따라, 볼 조인트는 축방향 조인트이다. 커버측 하우징 절반, 즉 저널 개구로부터 먼, 조인트 하우징의 하우징 절반은 결합 부재와 일체형으로 형성된다. 결합 부재는 일체형으로 형성된 나사 너트 또는 일체형으로 형성된 나사 볼트일 수 있다. 이로 인해, 볼 조인트는 매우 적은 수의 부품을 가진 축방향 조인트로서 형성되고, 이는 볼 조인트의 저렴한 제조 및 조립 및 확실한 작동에 도움을 준다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 볼 조인트의 제 1 실시예의 부분 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 볼 조인트의 제 2 실시예의, 도 1에 상응하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 볼 조인트의 제 3 실시예의, 도 1 및 도 2에 상응하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 볼 조인트의 제 4 실시예의, 도 1 내지 도 3에 상응하는 도면.

도 1은 본 발명에 따른 볼 조인트의 제 1 실시예를 종단면도로 도시한다.

도 1에 따른 볼 조인트는 볼 저널(1), 조인트 하우징(2) 및 밀봉 벨로우즈(3)를 포함하는 축방향 조인트이다. 조인트 하우징(2)은 2체형으로 형성되며 2개의 하우징 절반들(4, 5)을 포함한다.

2개의 하우징 절반들(4, 5)은 나사(6)에 의해 서로 결합되어, 조인트 하우징 자체뿐만 아니라, 동시에 볼(7)용 베어링 표면을 형성한다. 2개의 하우징 절반들(4, 5)의 정확하며 재현 가능한 상대 위치 설정은 8에서의 방사방향 스토퍼(8) 및 9에서의 축방향 스토퍼 또는 끼워맞춤에 의한 축방향 센터링에 의해 보장된다.

볼 조인트는 또한 본 실시예에서 탄성중합체 재료로 제조된 탄성 링 부재(10)를 포함하며, 상기 링 부재는 규정된 예비 응력 하에 하우징 절반(5)의 링 홈 내에 배치된다. 링 부재(10)에 의해, 볼 조인트의 소정 예비 응력 및 볼 조인트의 운동시 주어진 마찰 모멘트 또는 틸팅 모멘트가 구조적으로 매우 정확히 그리고 최대의 재현 가능성으로 규정된다.

이로 인해, 볼 조인트의 충격 또는 진동 댐핑 값이 정확히 규정되거나 조정될 수 있고 또한 링 부재는 시간이 지남에 따라 나타나는, 볼과 조인트 하우징의 베어링 표면의 마모를 보상하는데 사용될 수 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 도면에서 볼 때 우측의 하우징 절반(5)은 일체형으로 성형된 나사 볼트(11)를 가지며, 도시된 축방향 조인트는 상기 나사 볼트(11)에 의해 인접 부품과 확실하게 연결될 수 있다. 2개의 하우징 절반들(4, 5) 은 편평한 면들(12, 13)을 가지며, 상기 편평한 면들은 볼 조인트의 조립시 2개의 하우징 절반들(4, 5)의 나사 결합을 위해 필요한 토크를 간단하고 확실하게 도입하기 위해 사용된다.

도 2에 따른 볼 조인트는 방사방향 스토퍼(8) 및 링 홈 또는 링 부재(10)의 위치만이 도 1에 따른 실시예와는 다르다. 도 1과는 달리, 도 2에 따른 볼 조인트에서 방사방향 스토퍼(8)는 하우징 절반(4)의 축방향 단부 영역에 배치된다. 도 1에 따른 볼 조인트에서 하우징 절반(5) 내의 리세스로 형성되는, 탄성 링 부재(10)의 수용을 위한 링 홈은 도 2에 따른 볼 조인트에서는 2개의 하우징 절반들(4, 5)의 상호 작용에 의해서 형성된다.

축방향 조인트의 형태인, 본 발명에 따른 볼 조인트의 제 3 실시예가 도 3에 도시된다. 도 1 및 도 2에 따른 실시예와 도 3에 따른 실시예 간의 중요한 차이점은 도 3에 따른 볼 조인트에서 2개의 하우징 절반들(4, 5)의 결합이 나사 결합에 의해서가 아니라 저널측 하우징 절반(4)의 소성 변형에 의해 이루어진다는 것이다.

예컨대, 가압 또는 롤링에 의해 형성될 수 있는 변형은 도면 부호 14로 표시된, 저널측 하우징 절반(4)의 단부면 영역에서 이루어진다. 상기 변형에 의해 하우징 절반(4)의 단부면 영역에 링형 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부는, 2개의 하우징 절반들(4, 5)이 풀려질 수 있게 서로 결합되도록, 도면 부호 14에 있는 하우징 절반(5)의 언더 컷에 포지티브 결합 방식으로 맞물린다. 축방향 스토퍼(9) 및 방사방향 스토퍼 또는 2개의 하우징 절반들(4, 5)의 끼워맞춤(8)은 서로 가압됨으로써, 2개의 하우징 절반들(4, 5)의 정확하게 규정된 상대 위치가 보장된다.

도 4는 축방향 조인트로서 형성된 본 발명에 따른 볼 조인트의 제 4 실시예를 도시한다. 도 4에 따른 축방향 조인트는 그 중요한 특징 면에서 도 3에 따른 축방향 조인트에 상응한다. 다만, 도면 부호 14에서 도 3에 따른 축방향 조인트에서와 같이 저널측 하우징 절반(4)이 커버측 하우징 절반(5)을 둘러싸는 것이 아니라, 반대로 저널측 하우징 절반(4)이 커버측 하우징 절반(5)에 의해 둘러싸인다는 것이 다르다. 도 4에 따른 축방향 조인트에서 가압(14)은 저널측 하우징 절반(4)의 변형에 의해 이루어지는 것이 아니라 커버측 하우징 절반(5)의 변형에 의해 이루어진다. 커버측 하우징 절반(5)은 인접한 부품과의 확실한 결합을 위해 나사 볼트(11)를 직접 지지한다.

도 4에 따른 볼 조인트는 특히 컴팩트하고 강하게 구현되고, 또한 추가로 구조적 간소화와, 그에 따라 특히 밀봉 벨로우즈(3)용 하우징측 고정 홈의 디자인과 관련한, 잠재적인 비용 절감이 이루어진다.

결과적으로, 본 발명에 의해 제조 기술면에서 특히 용이하게 제어될 수 있고, 그에 따라 높은 품질을 유지하면서 저렴하게 제조될 수 있는 볼 조인트가 형성된다. 본 발명에 따른 볼 조인트는 특정 지지력 향상을 위한 또는 선택적으로 치수를 줄이기 위한 높은 잠재력을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 볼 조인트에 의해, 제조 비용의 상당한 증가 없이, 시장의 품질 향상 요구가 충족될 수 있다.

따라서, 본 발명은 볼 조인트의 질적 향상에 많이 기여하고, 특히 자동차에서 부하가 큰 차축- 및 스티어링 시스템 및 휠 서스펜션의 영역에 가이드 조인트로서 볼 조인트를 사용할 때 그 잠재력을 나타낸다.

Claims (11)

1. 자동차의 차축 시스템용 볼 조인트로서, 링형 또는 포트형 조인트 하우징(2)을 포함하고, 볼 저널(1)의 볼(7)이 상기 조인트 하우징(2)의 내부 공간 내에 미끄럼 방식으로 수용되는, 볼 조인트에 있어서,

   상기 조인트 하우징(2)은 볼 저널 측에 배치된 하우징 절반(4), 및 하우징 커버 측에 배치된 하우징 절반(5)으로 이루어지며, 상기 2개의 하우징 절반들(4, 5)은 각각 축방향 스토퍼(9)를 갖고, 상기 하우징 절반들(4, 5)은 상기 축방향 스토퍼에 의해 조인트 하우징 축방향으로 정확히 미리 규정된 방식으로 서로 접촉할 수 있으며,

   상기 하우징 절반들(4, 5)은 각각 방사방향 스토퍼(8)를 가지며, 상기 방사방향 스토퍼(8)에 의해 상기 하우징 절반들(4, 5)이 방사방향으로 정확히 센터링되어 서로 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 하우징 절반들(4, 5) 중 적어도 하나는 상기 볼(7)용 베어링 셸의 일부인 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
4. 제 3항에 있어서, 상기 베어링 셸을 형성하는 상기 하우징 절반들(4, 5)은 상기 볼(7)과의 접촉면의 영역에서 표면 경화부를 갖는 것을 특징으로 하는 볼 조 인트.
5. 제 1항 또는 제3 항에 있어서, 상기 조인트 하우징(2)의 내부 공간은 링형 리세스를 가지며, 상기 리세스 내에 탄성 폴리머 재료로 이루어진 링 부재(10)가 배치되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
6. 제 5항에 있어서, 상기 링 부재(10)는 규정된 예비 응력 하에 놓이는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
7. 제 1항 또는 제3 항에 있어서, 상기 하우징 절반들(4, 5)은 암나사(6)와 수나사(6)의 대응 쌍을 갖는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
8. 제 1항 또는 제3 항에 있어서, 상기 하우징 절반들은 편평한 면(12, 13)을 갖는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
9. 제 1항 또는 제3 항에 있어서, 상기 하우징 절반들(4, 5) 중 하나가 언더 컷을 가지며, 상기 언더 컷에, 다른 하우징 절반의 상응하는 형태의 돌출부(14)가 포지티브 결합 방식으로 맞물리는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
10. 제 1항 또는 제3 항에 있어서, 상기 볼 조인트가 축방향 조인트인 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
11. 제 10항에 있어서, 상기 커버측 하우징 절반(5)은 연결 부재(11)와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.

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