KR101867355B1 - 범퍼 스토퍼의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

차량의 현가장치에 사용되는 범퍼 스토퍼(bumper stopper)와, 이의 제조 방법이 개시된다. 개시된 범퍼 스토퍼는, 고무 재질의 몸체, 및 몸체의 표면에 PTFE로 이루어진 마찰 저감층을 구비한다. 마찰 저감층의 두께는 1 내지 5㎛ 이다. 개시된 범퍼 스토퍼의 제조 방법은, 금형에 용융된 고무 수지를 주입하고 경화하여 범퍼 스토퍼 형상의 몸체를 형성하는 몸체 성형 단계, PTFE 분말을 포함하는 코팅제를 몸체의 표면에 코팅하는 PTFE 코팅 단계, 및 코팅제가 코팅된 몸체를 100 내지 200℃ 의 온도로 가열하여, PTFE 분말이 소성(燒成)되어 몸체의 표면에 결합된 마찰 저감층을 형성하고 몸체의 물성(物性)을 향상시키는 열처리 단계를 구비한다. 몸체 성형 단계 및 PTFE 코팅 단계 사이에는, 몸체의 물성을 향상시키기 위한 열처리를 수행하지 않는다.

Description

범퍼 스토퍼의 제조 방법{Method for manufacturing Bumper stopper}
본 발명은 차량의 현가장치에 사용되는 범퍼 스토퍼(bumper stopper)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마찰 소음이 저감되는 범퍼 스토퍼에 관한 것이다.
차량의 현가장치(suspension system)는 차축과 차체를 연결하여 주행 중에 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 제어하여 차체와 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 해주는 장치로서 노면으로부터 충격을 완화시키는 섀시 스프링(chassis spring)과, 섀시 스프링의 자유진동을 제어하여 승차감을 좋게 하는 쇽 업소버(shock absorber)와, 차량의 롤링(rolling)을 방지하는 스태빌라이저(stabilizer) 등을 구비하여 구성된다.
쇽 업소버의 외주 상에는 코일 스프링이 장착되고, 쇽 업소버의 피스톤 로드(piston rod)의 외주 상에는, 차량 주행 중의 충격에 의해 쇽 업소버의 실린더가 차량의 섀시나 프레임(frame)에 직접 충돌하는 것을 방지하는 범퍼 스토퍼(bumper stopper)가 끼워져 있다. 차량 주행 중에 쇽 업소버의 실린더가 급격히 신축되면, 범퍼 스토퍼가 가압되어 압축되면서 충격을 흡수한다.
그런데, 상기 범퍼 스토퍼는 쇽 업소버 실린더 상단의 스트라이크 캡(strike cap)에 의해 가압되어 탄성 압축되고 탄성 복원될 때, 및 쇽 업소버 실린더가 범퍼 스토퍼에 밀착된 채 회전할 때, 상기 스트라이크 캡 및 피스톤 로드의 외주면과 마찰하여 소음이 발생한다. 이러한 마찰 소음이 차량의 정숙성을 깨고 승차감을 저하시킨다.
대한민국 등록특허공보 제10-1550932호
본 발명은 쇽 업소버의 실린더 상단에 의해 탄성 압축되고 탄성 복원될 때, 및 쇽 업소버의 실린더 상단이 밀착된 채 회전할 때에, 마찰 소음이 저감되도록 개선된 범퍼 스토퍼 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 차량의 쇽 업소버(shock absorber)의 피스톤 로드(piston rod) 상단부에 체결되는 것으로, 고무(rubber) 재질의 몸체, 및 상기 몸체의 표면에 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 마찰 저감층을 구비하고, 상기 마찰 저감층의 두께는 1 내지 5㎛ 인 범퍼 스토퍼(bumper stopper)를 제공한다.
상기 몸체에는 상기 피스톤 로드가 관통하는 중앙 통공이 형성되고, 상기 마찰 저감층은 적어도 상기 중앙 통공의 내주면 및 상기 몸체의 하단부에 형성될 수 있다.
또한 본 발명은, 금형에 용융된 고무 수지를 주입하고 경화하여 범퍼 스토퍼 형상의 몸체를 형성하는 몸체 성형 단계, PTFE(polytetrafluoroethylene) 분말을 포함하는 코팅제를 상기 몸체의 표면에 코팅(coating)하는 PTFE 코팅 단계, 및 상기 코팅제가 코팅된 몸체를 100 내지 200℃ 의 온도로 가열하여, 상기 PTFE 분말이 소성(燒成)되어 상기 몸체의 표면에 결합된 마찰 저감층을 형성하고 상기 몸체의 물성(物性)을 향상시키는 열처리 단계를 구비하고, 상기 몸체 성형 단계 및 상기 PTFE 코팅 단계 사이에는, 상기 몸체의 물성을 향상시키기 위한 열처리를 수행하지 않는 범퍼 스토퍼의 제조 방법을 제공한다.
상기 열처리 단계에서 향상되는 상기 물성에는, 상기 몸체의 탄성, 상기 몸체의 내구성, 및 상기 몸체와 상기 마찰 저감층 간 결합력 중에서 적어도 하나가 포함될 수 있다.
상기 고무 수지는 우레탄 고무(urethane rubber) 수지일 수 있다.
상기 PTFE 코팅 단계는, 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제에 상기 몸체를 침잠시키는 단계, 또는 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제를 상기 몸체의 표면에 분무(spray)하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 범퍼 스토퍼는 표면에 PTFE로 이루어진 마찰 저감층이 형성되어, 범퍼 스토퍼가 쇽 업소버에 마찰되더라도 마찰 소음이 발생되지 않는다. 따라서, 상기 범퍼 스토퍼를 구비한 차량의 정숙성과 승차감이 향상된다.
본 발명의 범퍼 스토퍼 제조 방법은, PTFE 분말을 포함한 코팅제를 몸체의 표면에 코팅한 이후에 PTFE 분말을 소성(燒成)하기 위한 열처리를 하여, 마찰 저감층을 형성함과 동시에 몸체의 물성(物性)을 향상시키고, PTFE 분말을 포함한 코팅제를 코팅하기 전에는 상기 몸체의 물성을 향상하기 위한 별도의 열처리를 수행하지 않는다. 따라서, 범퍼 스토퍼의 생산성이 향상되고 생산 비용이 절감된다.
부연하면, 본 발명과 다르게 PTFE 분말을 포함한 코팅제를 코팅하기 전에 몸체의 물성을 향상하기 위한 열처리를 수행하고, 상기 코팅제 코팅 후 PTFE 분말을 소성하기 위한 열처리를 추가로 수행하면, 예컨대, 탄성, 내구성과 같은 몸체의 물성이 오히려 저하되고 몸체와 마찰 저감층 간의 결합력도 약해져서, 범퍼 스토퍼를 탄성 신축(伸縮)되는 조건에서 사용하는 도중에 상기 마찰 저감층이 상기 몸체에서 쉽게 분리된다. 그러나, 본 발명의 범퍼 스토퍼 제조 방법에 따라 제조된 범퍼 스토퍼는 몸체와 마찰 저감층 간의 결합력이 향상되어 탄성 신축되는 조건에서 사용하더라도 마찰 저감층이 몸체에서 쉽게 분리되지 않으며, 내구성이 향상된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 범퍼 스토퍼를 구비한 현가장치를 도시한 단면도로서, 도 1은 압축되지 않은 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 탄성 압축된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 범퍼 스토퍼를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 범퍼 스토퍼 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 범퍼 스토퍼를 구비한 현가장치를 도시한 단면도로서, 도 1은 압축되지 않은 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 탄성 압축된 상태를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 범퍼 스토퍼를 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 현가장치(1)는 피스톤 로드(piston rod)(7)와 실린더(cylinder)(4)를 구비한 쇽 업소버(3), 상기 피스톤 로드(7)의 상단부에 고정된 차체 패널(9)에 고정 설치된 상부 스프링 지지 시트(12), 상기 실린더(4)의 외주에 고정 설치된 하부 스프링 지지 시트(15), 상기 상부 및 하부 스프링 지지 시트(12, 15)의 사이에서 상단 및 하단이 지지되어 설치되는 코일 스프링(coil spring)(10), 및 상기 차량 주행 중의 외부 충격에 의해 상기 실린더(4)가 상하로 진동할 때 차체 패널(9)로 충격력이 전달되는 것을 차단하는 범퍼 스토퍼(bumper stopper)(20)를 구비한다.
범퍼 스토퍼(20)는 피스톤 로드(7)가 관통하도록 상하 방향으로 연장된 중앙 통공(21)이 형성되고, 상단부에는 방사 방향으로 확장된 체결 고리부(ring portion)(22)가 마련된다. 상기 상부 스프링 지지 시트(12)에 마련된 인슐레이터 컵(insulator cup)(13)에 상기 체결 고리부(22)가 끼워져서 상기 피스톤 로드(7)의 상단부에 체결된다. 범퍼 스토퍼(20)의 외측면과 중앙 통공(21)의 내주면에는 범퍼 스토퍼(20)의 길이 방향을 따라 굴곡진 복수의 외측 주름(wrinkle)(25, 26, 27)과, 내측 주름(28, 29, 30)이 형성된다.
차량의 주행시 매끄럽지 못한 도로 상태나 다른 차량과의 충돌로 쇽 업소버(3)의 실린더(4)가 상승하면, 도 2에 도시된 바와 같이 코일 스프링(10)이 탄성 수축되고, 상기 실린더(4) 상단의 스트라이크 캡(strike cap)(5)이 범퍼 스토퍼(20)의 하단부(24)를 접촉 가압하여 범퍼 스토퍼(20)가 복수의 주름(25 내지 30)을 따라 접혀 탄성 수축되면서 외부로부터 전달되는 충격이 완충된다. 이때, 범퍼 스토퍼(20)의 두께는 중앙 통공(21)의 내경이 작아지도록 확장되어 상기 중앙 통공(21)의 내주면이 피스톤 로드(7)의 외주면에 밀착된다.
한편, 코일 스프링(10)이 탄성 복원되어 상기 실린더(4)가 하강하면, 도 1에 도시된 바와 같이 범퍼 스토퍼(20)가 원래의 상태로 탄성 복원된다. 이때, 상기 스트라이크 캡(5)은 상기 범퍼 스토퍼(20)의 하단부(24)와 약간 이격되고, 범퍼 스토퍼(20)의 두께는 원 상태로 복원되어 상기 중앙 통공(21)의 내주면과 상기 피스톤 로드(7)의 외주면이 약간 이격된다. 상기 중앙 통공(21)의 내주면과 상기 피스톤 로드(7)의 외주면이 이격된 간격(G)은 0.5 내지 2mm 일 수 있다.
상기 범퍼 스토퍼(20)는 고무(rubber) 재질의 몸체(31)와, 몸체(31)의 표면에 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 마찰 저감층(32)을 구비한다. 상기 고무는 예컨대, 우레탄 고무(urethane rubber)일 수 있다. PTFE는 마찰 계수가 적어 표면이 매끄럽고, 내후성, 내약품성이 우수하다. 따라서, 실린더(4)가 급격히 상승하여 범퍼 스토퍼(20)가 압축되면서 스트라이크 캡(5)과 피스톤 로드(7)의 외주면에 마찰되더라도 마찰로 인한 소음이 발생하지 않으며, 그러한 성질이 오랫동안 유지된다. 따라서, 상기 범퍼 스토퍼(20)를 구비한 차량의 정숙성과 승차감이 향상된다. 상기 마찰 저감층(32)은 몸체(31)의 표면 전 영역에 적층 형성될 수도 있고, 탄성 압축시 피스톤 로드(7) 외주면에 마찰 접촉되는 중앙 통공(21)의 내주면과, 스트라이크 캡(5)에 마찰 접촉되는 몸체 하단부(24)에만 형성될 수도 있다.
마찰 저감층(32)의 두께는 1 내지 5㎛ 이다. 마찰 저감층(32)의 두께가 1㎛ 보다 작은 경우 거의 없는 것과 같아서 마찰 저감 효과가 없고, 마찰되는 부분이 쉽게 손상되어 내구성이 미흡하다. 반대로, 마찰 저감층(32)의 두께가 5㎛ 보다 큰 경우에는, 범퍼 스토퍼(20)의 반복적인 탄성 압축과 복원, 및 마찰열이 발생하는 경우 몸체(31)와 마찰 저감층(32)의 열팽창률 차이 등의 원인으로 인해 마찰 저감층(32)이 몸체(31)에서 쉽게 분리될 수 있다.
한편, 상기 스트라이크 캡(5)의 표면에도 PTFE로 이루어진 마찰 저감층이 적층될 수도 있다. 이 경우, 범퍼 스토퍼(20) 하단부(24)와 스트라이크 캡(5)이 접촉시에 마찰 소음이 더욱 신뢰성 있게 방지된다.
이하에서, 상기 범퍼 스토퍼(20)의 제조 방법을 상세히 설명한다. 상기 범퍼 스토퍼(20)의 제조 방법은, 몸체 성형 단계와, PTFE 코팅 단계와, 열처리 단계를 구비한다. 상기 몸체 성형 단계는, 금형에 용융된 고무 수지를 주입하고 경화하여 범퍼 스토퍼(20) 형상의 몸체(31)를 형성하는 단계이다. 상기 고무 수지는 예컨대, 우레탄 고무 수지일 수 있다. 이 단계에서 상기 중앙 통공(21), 체결 고리부(22), 하단부(24), 복수의 외측 주름(25, 26, 27) 및 복수의 내측 주름(28, 29, 30)이 형성된다. 구체적으로 상기 몸체 성형 단계는, 상기 몸체(31)의 형상에 대응되는 캐비티(cavity)가 형성되도록 상부 및 하부 금형을 형합(型合)하고, 상기 캐비티에 용융된 고무 수지를 주입하고, 그 상태로 금형을 냉각하여 상기 캐비티 내부의 고무 수지를 경화시키고, 상기 상부 및 하부 금형을 형개(型開)하여 몸체(31)를 취출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 PTFE 코팅 단계는, PTFE 분말을 포함하는 코팅제를 상기 몸체(31)의 표면에 코팅(coating)하는 단계이다. 상기 코팅제는 액상의 베이스(liquid base)와, 이에 혼합된 PTFE 분말을 포함한다. 상기 액상의 베이스는 예컨대, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 톨루엔(toluene), IPA(icosapentaenoic acid) 중의 하나를 포함한 액체일 수 있다.
상기 PTFE 코팅 단계는, 예를 들어, 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제에 몸체(31)를 침잠시킨 후 꺼내어 상기 액상의 베이스가 증발되도록 건조시켜 수행할 수 있다. 또는, 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제를 몸체(31)의 표면에 분무(spray)한 후 상기 액상의 베이스가 증발되도록 건조시켜 수행할 수 있다. 상기 액상의 베이스를 증발시키기 위하여 상온(常溫)보다 높고 100℃ 보다 낮은 온도로 가열하거나, 상기 온도 범위의 열풍을 불어넣을 수도 있다.
상기 열처리 단계는 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제가 코팅된 몸체(31)를 100 내지 200℃의 온도로 가열하여, PTFE 분말이 소성(燒成)되어 몸체(31)의 표면에 결합된 마찰 저감층(32)을 형성하고 몸체(31)의 물성(物性)을 향상시키는 단계이다. 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제의 코팅 두께와, 상기 소성 온도 및 소성 시간을 적절하게 조정하여 마찰 저감층(32)이 1 내지 5㎛ 의 두께를 갖도록 한다.
PTFE 분말이 소성되는 온도로 가열하여 적절한 시간 동안 유지하고 냉각하면 고무 재질의 몸체(31)도 열처리되어 물성이 향상되게 된다. 상기 향상되는 몸체(31)의 물성에는, 몸체(31)의 탄성, 몸체(31)의 내구성, 및 몸체(31)와 마찰 저감층(32) 간 결합력 등이 포함된다. 따라서, 범퍼 스토퍼(20)는 탄성 압축되면서 더 많은 충격을 흡수할 수 있고, 탄성 압축과 복원이 반복되더라도 마찰 저감층(32)이 몸체(31)에서 분리되지 않으며, 오랜 기간 동안 성능이 유지된다.
본 발명의 범퍼 스토퍼(20) 제조 방법에 의하면, 상기 몸체 성형 단계와 상기 PTFE 코팅 단계 사이에 몸체(31)의 물성을 향상시키기 위한 열처리를 수행하지 않는다. 만약, 몸체 성형 단계 후에 몸체의 물성을 향상시키기 위한 열처리를 수행하고, 몸체(31) 표면에 PTFE 분말을 포함한 코팅제를 코팅하고, 상기 PTFE 분말을 소성(燒成)하기 위해 다시 가열을 하게 되면, 중복되는 가열로 몸체(31)의 물성이 오히려 열화(劣化)될 수 있다. 즉, 범퍼 스토퍼(20)의 사용 중에 마찰 저감층(32)이 몸체(31) 표면에서 쉽게 분리되고 내구성이 저하될 수 있는 바, 이를 방지하기 위하여 상기 몸체 성형 단계와 상기 PTFE 코팅 단계 사이에 몸체(31)의 물성 향상을 위한 열처리를 수행하지 않는다. 부수적으로, 한번의 열처리 과정이 생략되므로, 범퍼 스토퍼(20)의 생산성이 향상되고 생산 비용이 절감된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 현가장치 3: 쇽 업소버
4: 실린더 7: 피스톤 로드
20: 범퍼 스토퍼 22: 체결 고리부
31: 몸체 32: 마찰 저감층

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 금형에 용융된 고무 수지를 주입하고 경화하여 범퍼 스토퍼 형상의 몸체를 형성하는 몸체 성형 단계;
    액상 베이스 및 상기 액상 베이스에 혼합된 PTFE(polytetrafluoroethylene) 분말을 포함하는 코팅제를 상기 몸체의 표면에 코팅(coating)하는 PTFE 코팅 단계;
    상기 PTFE 코팅 단계 이후에, 상기 액상 베이스를 증발시키는 액상 베이스 증발 단계; 및
    상기 액상 베이스 증발 단계 이후에, 상기 코팅제가 코팅된 몸체를 100 내지 200℃ 의 온도로 가열하여, 상기 PTFE 분말이 소성(燒成)되어 상기 몸체의 표면에 결합된 마찰 저감층을 형성하고 상기 몸체의 물성(物性)을 향상시키는 열처리 단계;를 구비하고,
    상기 몸체 성형 단계 및 상기 PTFE 코팅 단계 사이에는, 상기 몸체의 물성을 향상시키기 위한 열처리를 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 범퍼 스토퍼의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 열처리 단계에서 향상되는 상기 물성에는, 상기 몸체의 탄성, 상기 몸체의 내구성, 및 상기 몸체와 상기 마찰 저감층 간 결합력 중에서 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 범퍼 스토퍼의 제조 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 고무 수지는 우레탄 고무(urethane rubber) 수지인 것을 특징으로 하는 범퍼 스토퍼의 제조 방법.
  6. 제3 항에 있어서
    상기 PTFE 코팅 단계는, 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제에 상기 몸체를 침잠시키는 단계, 또는 상기 PTFE 분말을 포함하는 코팅제를 상기 몸체의 표면에 분무(spray)하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 범퍼 스토퍼의 제조 방법.
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