KR101871010B1 - 볼 조인트 - Google Patents

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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은, 구상 베어링 영역(3)을 구비하고 이 베어링 영역(3)에 의해 활주 이동 가능하게 볼 소켓(4) 내에 지지되며 상기 볼 소켓과 함께 장착 부재(6)의 개구부(5) 내에 배치되는 볼 저널(2)과, 응고될 수 있는 재료를 이용하여 볼 소켓(4) 및 장착 부재(6)를 캡슐화함으로써 형성되는 중실 바디(12)를 포함하는 볼 조인트에 관한 것이며, 상기 중실 바디로부터 바깥쪽으로 볼 저널(2)이 축방향(11)으로 연장되고, 중실 바디(12) 내에는 볼 소켓(4)을 축방향으로 덮으면서 재료에 의해 캡슐화된, 볼 저널(2)용 액시얼 리테이너가 제공된다.

Description

볼 조인트{BALL JOINT}
본 발명은, 구상 베어링 영역을 구비하고 이 베어링 영역에 의해 활주 이동 가능하게 볼 소켓 내에 지지되어, 볼 소켓과 함께 장착 부재의 개구부 내에 배치되는 볼 저널과, 응고될 수 있는 재료를 이용하여 볼 소켓 및 장착 부재를 캡슐화함으로써 형성되는 중실 바디(solid body)를 포함하는 볼 조인트에 관한 것이며, 중실 바디로부터 바깥쪽으로 볼 저널이 축방향으로 연장된다.
레이디얼 조인트로서 형성되는 볼 조인트의 구성 및 조립은 개별 공정들과 제조 단계들에서 개별 부재들(볼 저널, 볼 소켓, 하우징, 밀봉 벨로우즈 등)의 제조 및 조립에 기반한다. 레이디얼 조인트의 전체 기능 및 특성은, 고객의 요구를 이행하기 위해, 개별 부재들의 각각의 공차 및 후속하는 공정들(템퍼링, 연삭 등)에 의해 최적화된다.
EP 0 927 310 B1은 볼 조인트 하우징을 포함하는 볼 조인트를 개시하고 있으며, 상기 볼 조인트 하우징은 관형 벽 부재를 포함하고, 이 벽 부재는 볼을 지지하면서 바깥쪽을 향해 돌출되는 볼 저널에 대해 실질적으로 동축으로 연장되면서, 볼을 간격을 두고 에워싸며, 이때 볼이 삽입된 상태에서는 하우징 재료가 벽 부재와 볼 사이에 형성된 자유 공간을 채우며, 볼의 반구 이상을 에워싸는 공동부 내에서 하우징 재료 내에 회전 운동 가능하게 볼이 지지되는 방식으로 볼을 에워싼다. 관형 벽 부재는 안쪽 및/또는 바깥쪽을 향하는 고정 부재들(anchoring element)을 포함하는 튜브 프로파일 섹션으로 구성되고, 이때 주입되는 하우징 재료는 튜브 프로파일 섹션과 볼 사이의 자유 공간만을 채우며, 튜브 프로파일 섹션의 전체 길이에 걸쳐 연장되지만, 그 전체 길이를 넘어가지 않는 방식으로 연장되며, 그럼으로써 환형 벽 부재를 형성하는 튜브 프로파일 섹션이 볼 조인트 하우징의 전체 반경 방향 외벽을 형성하게 된다. 또한, 공동부와 볼 사이에는 베어링 중간층이 제공된다.
상기 볼 조인트는 축방향 하중이 더 높을 경우 불충분한 인발 강도(pull-out strength)를 갖는다.
이에 근거하여 본 발명의 과제는, 상대적으로 높은 인발 강도를 갖는, 도입부에 언급한 유형의 볼 조인트를 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제1항에 따른 볼 조인트에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선 실시예들은 종속항들에서 제공된다.
특히 자동차를 위한 본 발명에 따른 볼 조인트는, 구상 베어링 영역을 구비하며 이 베어링 영역에 의해 활주 이동 가능하게 볼 소켓 내에 지지되어 볼 소켓과 함께 장착 부재의 개구부 내에 배치되는 볼 저널과, 응고될 수 있는 재료를 이용하여 볼 소켓 및 장착 부재를 캡슐화함으로써 형성되는 중실 바디를 포함하고, 중실 바디로부터 바깥쪽으로 볼 저널이 축방향으로 연장되며, 중실 바디 내에는 볼 소켓을 축방향으로 덮으면서 재료에 의해 캡슐화된, 볼 저널용 액시얼 리테이너(axial retainer)가 제공된다.
중실 바디 내에 캡슐화를 통해 통합되어 볼 소켓을 덮는 액시얼 리테이너에 의해 볼 조인트의 인발 강도가 증가된다.
본 발명의 제1 실시예에 따라서, 액시얼 리테이너는, 볼 소켓을 축방향으로 덮는, 장착 부재의 에지 섹션들에 의해 형성되며, 상기 에지 섹션들은 바람직하게 볼 소켓을 에워싸는, 장착 부재의 개구부의 에지를 따라 배치된다. 바람직하게는 에지 섹션들이 교호적으로 서로 반대 방향으로 연장된다. 특히 에지 섹션들은 축방향에 대해 기울어져 있으며, 이때 바람직하게는 에지 섹션들의 자유 단부들이 볼 소켓을 축방향으로 덮는다. 그럼에도, 에지 섹션들은 바람직하게는 실질적으로 축방향으로 연장된다. 에지 섹션들은 별도의 구조 부재로서 제조되어 장착 부재에 고정될 수 있다. 그러나 바람직하게는 에지 섹션들이 장착 부재와 함께 단일 재료 유닛을 형성한다. 특히 에지 섹션들은 장착 부재로부터 만곡된다.
본 발명의 제2 실시예에 따라서, 액시얼 리테이너는, 볼 저널이 볼 소켓과 함께 내부에 안착되는 컵 모양 케이스에 의해 형성된다. 이 경우 볼 저널은 특히 케이스 개구부를 통해서 케이스로부터 외부로 바람직하게는 축방향으로 연장된다. 바람직하게는 케이스 개구부를 한정하는 케이스의 에지가 적어도 일부 영역에서 반경 방향 안쪽을 향해 볼 저널의 방향으로 만곡되며, 그럼으로써 상기 에지는 볼 소켓을 축방향으로 덮는다.
케이스는 바람직하게 장착 부재의 개구부를 통과하여 연장된다. 특히 케이스는 중실 바디에 의해 장착 부재에서 축방향으로 고정된다. 바람직하게는 케이스가 특히 장착 부재의 케이스 개구부 반대편 측면에 원주 방향으로 연장되는 반경 방향 돌출부를 포함하며, 이 돌출부의 외경은 장착 부재의 개구부의 지름보다 더 크다. 그럼으로써 케이스는 추가로 축방향으로 장착 부재에 고정된다.
본 발명의 한 개선예에 따라서, 중실 바디는 재료의 사출 시 형성되고 환형 홈을 구비한 고정 견부(fixing shoulder)를 포함하며, 상기 환형 홈에는 밀봉 벨로우즈가 고정될 수 있거나 고정되어 있다. 밀봉 벨로우즈는 바람직하게 볼 저널에까지, 특히 볼 저널의 저널 영역에까지 연장된다.
볼 소켓은 베어링 영역에 사출 성형될 수 있다. 그러나 바람직하게는 볼 소켓이 별도의 구조 부재로서 형성되고, 특히 베어링 영역 상에 스냅 방식으로 결합된다.
볼 저널 및/또는 장착 부재는 바람직하게 각각 금속으로, 특히 강으로 구성된다. 예컨대 장착 부재는 박판으로 구성된다. 볼 소켓은 특히 플라스틱으로, 바람직하게는 폴리옥시메틸렌(POM)으로 구성된다. 가능하다면 케이스는 바람직하게 금속으로, 특히 강으로 구성된다. 응고될 수 있는 재료는 예컨대 플라스틱 또는 금속으로 구성된다. 응고될 수 있는 재료는 특히 아연, 알루미늄, 또는 마그네슘으로, 또는 예컨대 PA66 GF30과 같은 섬유 강화 폴리아미드로 구성된다.
베어링 영역은 바람직하게는 구상 베어링 표면을 포함하고, 이 베어링 표면은 볼 소켓의 바람직하게는 중공 구상인 베어링 표면에 안착된다. 볼 저널은 특히 베어링 영역에 연결되는 저널 영역을 포함하고, 이 저널 영역은 볼 소켓과, 중실 바디와, 가능하다면 케이스로부터 돌출된다.
장착 부재는 그 적도(equator)의 높이에서 베어링 영역을 에워싸며, 그럼으로써 볼 저널과 장착 부재 사이에 반경 방향 힘이 양호하게 전달될 수 있다. 바람직하게는 장착 부재가 장착 부재의 개구부를 에워싸는 환형 섹션을 포함하고, 이 환형 섹션은 바람직하게는 납작하게 형성된다. 장착 부재는 바람직하게는 섀시 부품 또는 이 섀시 부품의 일부분을 형성한다. 섀시 부품은 예컨대 컨트롤 암 또는 휠 캐리어이다.
본 발명에 따른 볼 조인트는 특히 레이디얼 조인트로서 형성되고, 바람직하게는 감소된 개수의 구조 부재를 포함한다. 특히 본 발명에 따른 볼 조인트는 감소된 개수의 조립 공정으로 제조될 수 있다. 사출 공정(플라스틱, 아연, Al, Mg 등)을 이용하여, 사전 장착된 볼 저널이 볼 소켓 및 하우징과 조립됨으로써 볼 조인트는 바람직하게 조인트 카트리지로서 완성된다. "하우징"이란 개념은 특히 장착 부재를 의미하거나, 장착 부재와 케이스로 형성된 어셈블리를 의미한다. 후속하여 볼 조인트는 밀봉 벨로우즈를 포함하는 밀봉 시스템의 조립을 통해 완전해진다. 하우징은 힘 전달의 향상을 위해, 특히, 볼 소켓이 및/또는 볼 저널과 볼 소켓으로 형성된 어셈블리가 축방향 및 반경 방향으로 지지되는 방식으로 형성된다. 밀봉 시스템의 수용부의 형성은 하우징에 의해 이루어지고, 그리고/또는 바람직하게는 고정 견부의 형태로 사출된 재료에 의해 완전하게 또는 부분적으로 이루어진다. 바람직하게는 하우징은 액시얼 리테이너를 포함한다. 각각의 관점에 따라서 하우징은 중실 바디도 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 볼 조인트는 반경 방향의 하중을 받는 종래의 제품 또는 섀시 부품에서, 예컨대 플랜지 조인트, 컨트롤 암 조인트, 또는 외부 조인트로서 사용될 수 있다. 성능 특성은 추가 요소들(예: 유지력의 증대)에 의해 향상될 수 있다. 축방향 및 반경 방향의 하중 방향으로 달성되는 하중 용량의 강화/증대는 예컨대 케이스의 사용을 통해 실현될 수 있다.
특히 하기의 장점들이 제공된다.
- 사출성형 공정을 통해, 사출되는 재료(응고될 수 있는 재료)가 실제 치수에 부합하게 형성되기 때문에, 템퍼링 공정은 불필요하다.
- 구조 부재 개수의 감소.
- 조립 공정 개수의 감소.
- 공지된 시스템(POM 볼 소켓, 그리스) 및 최적화된 예압에 의한 우수한 풀림 토크(loosening torque) 대 마찰 토크의 비.
본 발명은 하기에서 도면을 참조하여 바람직한 실시예들에 따라서 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 볼 조인트의 부분 사시도이다.
도 2는 도 1에 따르는 볼 조인트의 상면도이다.
도 3은 도 1에 따르는 볼 조인트를 부분적으로 절개하여 도시한 또 다른 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 볼 조인트의 측면도이다.
도 1 내지 도 3으로부터는, 조인트 볼이라고도 지칭되고 활주 가능하게 볼 소켓(4) 내에 지지되는 구상 베어링 영역(3)을 구비한 볼 저널(2)을 포함하는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼 조인트(1)에 대한 다양한 부분을 확인할 수 있다. 볼 저널(2)은 회전 및 회동 가능하게 볼 소켓(4) 내에 안착되고, 이 볼 소켓은 장착 부재(6)의 관통 개구부(5) 내에 배치된다. 장착 부재(6)가 조인트 볼(3)의 적도의 높이에서 편향되지 않는 볼 저널(2)을 에워싸며, 그럼으로써 장착 부재(6)는 볼 저널(2) 내로 유도되는 반경 방향 힘을 흡수할 수 있게 된다. 장착 부재(6)로부터, 축방향(11)에 대해 기울어져서 연장되면서 그 자유 단부들로써 볼 소켓(4)을 축방향으로 덮는 에지 섹션들(7, 8, 9 및 10)이 만곡된다. 이때 에지 섹션들은 교호적으로 서로 반대 방향으로 만곡되며, 도면에 따르면 에지 섹션들(8 및 10)은 상부 방향으로, 그리고 에지 섹션들(7 및 9)은 하부 방향으로 연장된다. 에지 섹션들 또는 이 에지 섹션들 중에서 적어도 서로 맞은편에 위치하는 2개의 에지 섹션은, 장착 부재(6)에 축방향으로 볼 소켓(4)과 볼 저널(2)로 형성된 어셈블리를 고정하기 위해서, 개구부(5) 내에 상기 어셈블리를 삽입하기 전에는 축방향(11)으로 연장되며, 개구부(5) 내에 상기 어셈블리를 삽입한 후에야 비로소 볼 저널(2)의 방향으로 반경 방향 안쪽을 향해 기울어진다.
이제 볼 저널(2)과, 볼 소켓(4)과, 장착 부재(6)로 형성된 장치는 응고될 수 있는 재료로 캡슐화되며, 상기 재료는 응고된 후 도 1에 투명하게 윤곽선(13)으로만 표시되어 있는 중실 바디(12)를 형성한다. 중실 바디(12)는 환형 홈(15)을 가진 고정 견부(14)를 포함하며, 상기 환형 홈에는 개략적으로 도시된, 볼 저널(2)의 저널 영역(24)에까지 연장되는 밀봉 벨로우즈(16)가 고정된다. 또한, 도 2로부터는, 볼 저널(2)의 자유 단부(17)에 리세스(18)가 구비되며, 상기 리세스 내로는 키 페이스부(19)(key face)가 제공되어 있음을 알 수 있다(도 2 및 도 3에는 밀봉 벨로우즈가 삭제되어 있다).
도 4로부터는 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼 조인트(1)의 측면도를 확인할 수 있으며, 여기서 제1 실시예와 유사하거나 동일한 특징들은 제1 실시예에서와 동일한 도면 부호로 표시되어 있다. 볼 저널(2)은 볼 소켓(4) 내에 활주 이동 가능하게 지지되고, 볼 소켓은 케이스 개구부(21)를 포함하는 컵 모양 케이스(20) 내에 배치되며, 상기 케이스 개구부를 통해서는 볼 저널(2)이 케이스(20)로부터 외부로 연장된다. 케이스 개구부(21)를 한정하는 케이스(20)의 에지부(22)는 반경 방향 안쪽을 향해 만곡됨으로써, 볼 저널(2)과 볼 소켓(4)으로 형성된 어셈블리를 축방향(11)으로 고정한다. 케이스(20)는 장착 부재(6)의 관통 개구부(5)를 통과하여 연장되고, 장착 부재(6)의 케이스 개구부(21) 반대편 측면에 원주 방향으로 연장되는 반경 방향 돌출부(23)를 포함하며, 이 돌출부의 외경은 개구부(5)의 지름보다 더 크다.
볼 저널(2)과, 볼 소켓(4)과, 케이스(20)와, 장착 부재(6)로 형성된 장치는 응고될 수 있는 재료로 캡슐화되고, 이 재료는 응고된 후 도 4에 투명하게 윤곽선(13)으로만 표시되어 있는 중실 바디(12)를 형성한다. 중실 바디(12)는 환형 홈(15)을 가진 고정 견부(14)를 포함하고, 상기 환형 홈에는 볼 저널(2)의 저널 영역(24)에까지 연장되는 밀봉 벨로우즈가 고정될 수 있다.
1: 볼 조인트
2: 볼 저널
3: 볼 저널의 베어링 영역 / 조인트 볼
4: 볼 소켓
5: 장착 부재 내 관통 개구부
6: 장착 부재
7: 에지 섹션
8: 에지 섹션
9: 에지 섹션
10: 에지 섹션
11: 볼 조인트의 축방향
12: 중실 바디
13: 중실 바디의 윤곽선
14: 고정 견부
15: 환형 홈
16: 밀봉 벨로우즈
17: 볼 저널의 자유 단부
18: 리세스
19: 키 페이스부(key face)
20: 케이스
21: 케이스 개구부
22: 케이스의 에지
23: 원주 방향으로 연장되는 반경 방향 돌출부
24: 볼 저널의 저널 영역

Claims (10)

  1. 구상 베어링 영역(3)을 구비하고 이 베어링 영역(3)에 의해 활주 이동 가능하게 볼 소켓(4) 내에 지지되며 상기 볼 소켓과 함께 장착 부재(6)의 개구부(5) 내에 배치되는 볼 저널(2)과, 응고될 수 있는 재료를 이용하여 상기 볼 소켓(4) 및 상기 장착 부재(6)를 캡슐화함으로써 형성되는 중실 바디(12)를 포함하는 볼 조인트이며, 상기 중실 바디로부터 바깥쪽으로 볼 저널(2)이 축방향(11)으로 연장되는, 볼 조인트에 있어서,
    상기 중실 바디(12) 내에는, 볼 소켓(4)을 축방향으로 덮으면서 재료에 의해 캡슐화된, 볼 저널(2)용 액시얼 리테이너가 제공되고,
    상기 중실 바디의 반경방향 외측 둘레는 상기 장착 부재(6)에 의해 둘러싸이고,
    상기 액시얼 리테이너는 상기 장착 부재(6)로부터 교호적으로 서로 반대 축방향으로 연장되는 복수의 에지 섹션들(7, 8, 9, 10)에 의해 형성되고, 상기 에지 섹션들(7, 8, 9, 10)은 상기 축방향에 대해 기울어져 있으며, 상기 에지 섹션들(7, 8, 9, 10)의 자유 단부들이 상기 볼 소켓(4)을 덮는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 구상 베어링 영역(3)을 구비하고 이 베어링 영역(3)에 의해 활주 이동 가능하게 볼 소켓(4) 내에 지지되며 상기 볼 소켓과 함께 장착 부재(6)의 개구부(5) 내에 배치되는 볼 저널(2)과, 응고될 수 있는 재료를 이용하여 상기 볼 소켓(4) 및 상기 장착 부재(6)를 캡슐화함으로써 형성되는 중실 바디(12)를 포함하는 볼 조인트이며, 상기 중실 바디로부터 바깥쪽으로 볼 저널(2)이 축방향(11)으로 연장되는, 볼 조인트에 있어서,
    상기 중실 바디(12) 내에는, 볼 소켓(4)을 축방향으로 덮으면서 재료에 의해 캡슐화된, 볼 저널(2)용 액시얼 리테이너가 제공되고,
    상기 중실 바디의 반경방향 외측 둘레는 상기 장착 부재(6)에 의해 둘러싸여 있고,
    상기 액시얼 리테이너는 컵 모양 케이스(20)에 의해 형성되고, 상기 케이스 내에는 볼 저널(2)이 볼 소켓(4)과 함께 안착되며, 상기 컵 모양 케이스(20)는 축방향으로 연장되는 환형의 측벽을 갖고, 상기 측벽의 축방향 일단부는 단부벽에 의해 막혀 있고, 상기 측벽의 축방향 반대 단부의 에지부는 상기 컵 모양 케이스(20)의 개구부(21)를 형성하고, 상기 볼 저널은 상기 컵 모양 케이스(20)의 개구부(21)를 통해 상기 컵 모양 케이스(20)로부터 외부로 연장되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
  6. 제5항에 있어서, 케이스 개구부(21)를 한정하는 케이스(20)의 에지부(22)는 적어도 일부 영역에서 반경 방향 안쪽을 향해 볼 저널(2)의 방향으로 만곡되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 케이스(20)는 장착 부재(6)의 개구부(5)를 통과하여 연장되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
  8. 제7항에 있어서, 케이스(20)는 원주 방향으로 연장되는 반경 방향 돌출부(23)를 포함하고, 이 돌출부의 외경은 장착 부재(6)의 개구부(5)의 지름보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
  9. 제1항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중실 바디(12)는 재료의 사출 시 형성되고 환형 홈(15)을 구비한 고정 견부(14)를 포함하며, 상기 환형 홈에는 밀봉 벨로우즈(16)가 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
  10. 제1항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 볼 소켓(4)은 베어링 영역(3) 상에 스냅 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
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