KR101983268B1

KR101983268B1 - 차량용 너클 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101983268B1
Application number: KR1020170102501A
Authority: KR
Inventors: 권익진; 정세웅; 권혁
Original assignee: 주식회사 일진
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2019-09-03
Also published as: KR20190017531A; EP3666626A4; EP3666626A1; WO2019031914A1

Abstract

본 개시는 경량이며, 부싱으로 강도가 보강된 차량용 너클을 제공한다. 일 실시예에 따른 차량용 너클은, 금속 재료로 형성된 부싱과, 탄소섬유강화플라스틱 재료로 형성되고, 볼 조인트가 결합 가능한 적어도 하나의 부싱 홀이 형성된 너클 바디를 포함하고, 부싱의 적어도 일부는 너클 바디의 부싱 홀에 억지끼워맞춤으로 결합될 수 있다.

Description

차량용 너클 및 그 제조방법 {KNUCKLE FOR VEHICLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 개시는 차량용 너클 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 개시는 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원의 산업기술혁신사업 지원의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 10076991, 연구과제명: 단섬유/Hot Press 공법을 이용한 Steel 대비 40% 경량화된 차량용 탄소복합재 Knuckle 개발 (Development of CFRP Knuckle using Discontinuous Carbon Fiber and Hot Press Process)]

최근 배기가스 배출에 의한 환경오염이 심각해지면서, 차량 부품들을 경량화하고 이를 통해 연비향상 및 배기가스 배출 저감을 도모하기 위한 다양한 노력이 수행되고 있다.

차량의 조향장치를 구성하는 너클의 경우, 종래에는 크롬-몰리브덴 합금강과 같은 스틸 소재나 알루미늄 소재를 이용해 제조되어 왔으나, 금속 소재는 중량이 무겁다는 문제가 있었다.

따라서 차량의 경량화 추세에 부응하여, 금속 소재의 너클을 경량의 재료로 제조할 필요가 있게 되었다.

본 개시는 차량의 경량화 추세에 부응하여, 현실적으로 적용 가능한, 금속 소재보다 가벼우면서 금속 소재와 거의 동등한 기계적 물성을 보유할 수 있는 신소재로서 카본 칩을 이용하여 제조된 너클 바디를 제공한다.

구체적으로, 너클 바디에서 다른 부품들을 장착 또는 연결하는 부위는 부싱으로 강도가 보강된 너클을 제공한다.

또한, 너클 바디에 결합된 부싱이 이탈되지 않고 견고하게 결합되어 있는 너클을 제공한다.

본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 너클은, 금속 재료로 형성된 부싱과, 탄소섬유강화플라스틱 재료로 형성되고, 볼 조인트가 결합 가능한 적어도 하나의 부싱 홀이 형성된 너클 바디를 포함하고, 부싱의 적어도 일부는 너클 바디의 부싱 홀에 억지끼워맞춤으로 결합될 수 있다.

너클 바디는 탄소섬유강화플라스틱 재료를 포함하는 카본 칩 소재를 열간 성형하여 제조될 수 있다.

부싱은 스틸 또는 알루미늄을 재료로 제조될 수 있다.

부싱은 실린더부를 포함하며, 실린더부의 외주면에는 원주방향을 따라 적어도 하나의 홈이 형성될 수 있다.

부싱 홀의 내경이 부싱의 실린더부 중 홈을 제외한 나머지 부분의 외경보다 작고, 부싱 홀의 내경과 부싱의 실린더부 중 홈을 제외한 나머지 부분의 외경의 차는 0.01~0.15mm 범위가 되도록 할 수 있다.

부싱은 실린더부의 일 단부에서 반경방향 외측으로 형성된 플랜지부를 더 포함할 수 있다.

부싱의 홈의 너비는 8mm 이상이며 부싱의 전체 길이의 1/3 이하로 할 수 있다.

너클 바디와 부싱의 적어도 홈의 사이에는 본딩제가 포함될 수 있다.

본딩제는 에폭시 수지일 수 있다.

부싱의 축 방향으로 절단한 단면에서, 부싱의 플랜지를 제외한 축 방향 길이는 부싱 홀의 길이보다 작을 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법은, 금속 재료로 형성된 부싱을 준비하는 단계와, 탄소섬유강화플라스틱 재료로 형성되고, 너클 바디에 적어도 하나의 부싱 홀이 가공된 너클 바디를 준비하는 단계와, 부싱의 외주면에 본딩제를 도포하는 단계와, 너클 바디의 부싱 홀에 부싱의 적어도 일부를 억지 끼워맞춤으로 결합하는 단계를 포함할 수 있고, 이 때 부싱 홀의 내경은 부싱의 외경보다 작을 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법은, 부싱에 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

너클 바디를 준비하는 단계는, 탄소섬유강화플라스틱 재료를 포함하는 카본 칩 소재를 열간 성형하여 너클 바디를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

부싱을 준비하는 단계는, 스틸 또는 알루미늄을 가공하여 부싱을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

너클 바디를 준비하는 단계 및 부싱을 준비하는 단계에서, 부싱 홀의 내경과 부싱의 외경의 차는 0.01~0.15mm 범위가 되도록 가공될 수 있다.

부싱을 준비하는 단계에서, 부싱의 외주면에는 원주방향을 따라 적어도 하나의 홈을 형성할 수 있다.

너클 바디를 준비하는 단계는, 카본 칩 소재를 금형에 충전하는 단계와, 금형에 충전된 소재를 열간 성형하는 단계와, 성형된 너클을 금형으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

부싱을 준비하는 단계는, 부싱의 상면에 오목부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 너클 바디의 부싱 홀에 부싱의 적어도 일부를 결합하는 단계는, 프레스 장치의 일부를 오목부에 끼워서 부싱과 너클 바디의 부싱 홀을 축 방향으로 정렬시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예에 따른 차량용 너클 및 그 제조방법에 의하면, 경량화된 카본 칩 너클이 현실적으로 적용 가능하다.

또한, 너클 바디에 다른 부품들을 장착 또는 연결하기 위한 부싱을 견고하게 결합시킴으로써, 다른 부품들을 안정되게 장착 또는 연결할 수 있고, 다른 부품의 교체시에도 부싱이 함께 이탈되는 문제를 방지할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 개시의 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 개시의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 개시는 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 너클의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 너클을 다른 방향에서 본 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도에서 너클 바디만을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도에서 부싱만을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 너클 바디의 일부에 부싱이 결합된 상태의 단면도이다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 너클 바디의 일부에 부싱이 결합된 상태의 단면도이다.
도 7은 본 개시의 다른 실시예에 따른 부싱에 형성된 홈의 단면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 너클 및 부싱에 볼 스터드가 결합된 상태를 부싱의 축 방향으로 절단한 면에서 본 단면도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 너클의 제조방법에 대한 순서도이다.

본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

도 1 및 도 2에는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 너클(1)이 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 개시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 너클(1)은 너클 바디(10)와 너클 바디(10)에 결합된 부싱(60, 74, 76, 78)을 포함한다.

너클의 경량화를 위해, 너클 바디(10)는 카본 칩(Carbon Chip)을 이용해 제조될 수 있다.

카본 칩은 탄소섬유강화플라스틱 필름 소재를 차량용 구조물에 필요한 기계적 강도 및 양호한 생산성을 확보하기 위해 소정의 크기(예컨대, 10mm 내지 150mm의 길이 및 3mm 내지 20mm의 폭)로 분할한 칩 형태의 소재이다. 너클 바디(10)는 금형에 상술한 카본 칩을 충전하고, 고온 고압의 환경에서 열간 성형(Hot Press Forming)함으로써 제조될 수 있다.

종래의 탄소섬유강화플라스틱 필름(연속섬유)으로 너클을 형성하는 경우, 필름을 너클의 형상에 따라 절단하고 절단된 필름을 섬유조직의 방향성에 맞춰 적층한 후 열간 성형하는데, 탄소섬유강화플라스틱 필름을 절단하고 적층하는 공정이 복잡하여 생산성이 저하되고, 탄소섬유강화플라스틱 필름의 섬유조직의 방향성으로 인해 특정 방향(예를 들어, 적층 방향에 수직한 방향)으로는 강도가 저하되는 문제가 있다.

본 개시의 카본 칩을 사용하여 너클 바디를 제조할 경우, 금속 소재로 형성되던 통상의 차량용 너클에 비해 경량이면서도 필요한 기계적 강도를 갖도록 제조될 수 있다. 또한, 종래의 탄소섬유강화플라스틱 필름(연속섬유)으로 너클을 형성하는 경우와 달리 필름을 너클의 형상에 따라 절단하고 절단된 필름을 섬유조직의 방향성에 맞춰 적층해야 하는 번거로움 없이 필요한 중량의 카본칩을 금형 내에 부어 넣는 단순한 작업만으로 성형이 가능하므로, 생산성이 크게 향상될 수 있다. 또한, 종래 필름의 적층으로 인해 특정한 방향으로 강도가 저하되는 문제를 해결할 수 있다.

너클 바디(10)의 중심부에는 허브 부싱 홀(12)이 관통되어 형성되고, 허브 부싱 홀(12)에는 허브 부싱(60)이 구비되어 휠 베어링 장치를 지지할 수 있다. 부싱 홀(22)에는 캘리퍼 부싱(72)이 결합되어 이를 통해 너클을 브레이크 캘리퍼에 연결할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 카본 칩으로 너클 바디(10)를 제조할 때 허브 부싱(60) 및 캘리퍼 부싱(72)을 금형에 위치시킨 상태로 함께 열간 성형하여, 부싱(60, 72)이 일체로 결합된 상태의 너클 바디(10)가 성형될 수 있다.

너클 바디(10)에는 적어도 하나의 부싱 홀(32, 42, 52)을 더 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 너클은 너클 바디(10)에 부싱(74, 76, 78)이 결합된 상태이며, 도 1 및 도 2에서 부싱 홀을 지칭하는 도면부호(32, 42, 52)는 일 실시예에 따라 형성되는 부싱 홀(32, 42, 52)의 위치를 가리킨다. 부싱 홀(32, 42, 52)은 너클 바디(10)를 관통하는 원통형 경로로 형성될 수 있다.

부싱(74, 76, 78)은 너클 바디(10)의 부싱 홀(32, 42, 52)에 결합되고, 너클 바디(10)는 부싱(74, 76, 78)을 통해 다른 부품들을 장착 또는 연결할 수 있다. 부싱 홀(32)에는 부싱(74)이 결합되어 이를 통해 너클을 타이로드에 연결할 수 있다. 부싱 홀(42)에는 부싱(76)이 결합되어 이를 통해 현가장치를 구성하는 로워 컨트롤 암에 연결할 수 있다. 부싱 홀(52)에는 부싱(78)이 결합되어 이를 통해 현가장치를 구성하는 어퍼 컨트롤 암에 연결할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도에서 너클 바디(10)만을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도에서 부싱(78)만을 도시한 단면도이다. 이하에서는 부싱 홀(52) 및 부싱(78)을 기초로 설명하나, 다른 부싱(74,76) 및 다른 부싱 홀(32, 42)에도 동일하게 적용할 수 있다.

부싱(78)은 너클 바디(10)보다 강도가 큰 알루미늄 또는 스틸 소재로 제조될 수 있다. 카본 칩 소재로 제조되는 너클 바디(10)에서 다른 부품들이 장착 또는 연결되는 부위는 상대적으로 마모 내지 손상의 위험이 높다. 본 개시의 일 실시예에 따른 너클 바디(10)에서는 다른 부품들이 장착 또는 연결되는 부위를 카본 칩 소재에 비해 강도가 큰 알루미늄 또는 스틸 소재로 강도를 보완함으로써, 다른 부품들을 안정되게 장착 또는 연결할 수 있고, 너클의 내구성을 높이는 효과를 제공할 수 있다.

예컨대, 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 부싱(78)을 도시한다. 부싱(78)은 실린더부(782)와 실린더부(782)의 일 단부에서 반경방향 외측으로 형성된 플랜지부(780)를 포함할 수 있다. 실린더부(782)는 너클 바디(10)의 부싱 홀(52)에 삽입되고, 플랜지부(780)는 부싱 홀(52)을 위에서 바라보았을 때, 부싱 홀(52)의 원주방향 외측에 걸치도록 결합될 수 있다.

부싱(78)의 상면의 중심부에는 원형의 오목부(786)를 더 포함할 수 있다. 부싱(78)이 부싱 홀(52)에 삽입될 때, 프레스 장치의 일부가 부싱(78)의 상면의 오목부(786)에 끼워짐으로써 부싱(78)과 부싱 홀(52)이 축 방향으로 정렬될 수 있고, 이 상태에서 프레스 장치를 통해 부싱(78)을 부싱 홀(52)을 향해 가압함으로써 부싱(78)의 결합을 용이하게 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 도 1, 도 2 및 도 4 내지 도 6은 도시의 편의(예컨대, 오목부(786)의 도시)를 위해 부싱(78)에 관통홀이 형성되지 않은 상태를 도시한 것이다. 즉, 후술하는 바와 같이, 부싱(78)이 너클 바디(10)에 결합된 뒤에는, 부싱(78)의 축 방향으로 관통홀을 추가적으로 형성하여 실린더부(782)는 볼 조인트가 결합할 수 있는 중공형 실린더 형태가 될 수 있다.

본 발명자는 부싱이 본딩제로만 너클 바디에 결합되어 있는 경우, 너클 바디에 연결된 부품의 교체를 위해, 특히 볼 조인트가 결합되는 부싱의 경우, 큰 외력(예컨대, 2톤)이 가해지며, 이때 부싱도 함께 너클 바디에서 이탈되는 문제점을 발견하였다. 즉, 부싱에 큰 외력이 작용할 경우 본딩제층이 변형 내지 파단되면서 부싱이 이탈될 수 있다.

본 발명자는 너클 바디(10)에 연결된 부품의 교체를 위해 부싱(78)에 외력이 가해지는 경우라도, 부싱(78)의 이탈을 방지할 수 있는 새로운 결합 방법을 도출하였다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 부싱(78)의 적어도 일부는 너클 바디(10)에 억지끼워맞춤(Press Fit)으로 결합될 수 있다. 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 너클 바디(10)의 부싱 홀(52)에 부싱(78)이 결합된 상태를 도시한다.

탄소섬유강화플라스틱 소재는 탄성이 부족하여 유연하게 변형되지 않는 문제점이 있으나, 본 발명자는 너클의 부싱 홀의 외경과 부싱의 외경에 관한 치수를 최적화하고, 부싱의 외주면에 본딩제용 홈을 가공함으로써 부싱의 억지끼워맞춤이 가능하도록 하였다. 억지끼워맞춤시 너클에 작용하는 응력은 본딩제용 홈에서 일부 완화될 수 있으므로 너클이 파단되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본딩제에 의한 접합력 및 억지끼워맞춤에 의한 압입력이 모두 작용하여 너클 바디(10)에 연결된 부품의 교체를 위해 외력이 가해지는 경우라도, 부싱(78)은 너클 바디(10)로부터 확실히 이탈되지 않게 된다.

본딩제에 의한 접합력 및 억지끼워맞춤에 의한 압입력을 동시에 적용하기 위한 구성은 이하에서 상술한다.

부싱 홀의 크기 및 부싱의 크기는 차량의 다른 요구 조건에 따라 제한적이며, 제한된 크기에서 상기 외력에 대한 충분한 저항력을 제공해야 한다. 예컨대, 부싱(78)의 실린더부(782)의 외주면에는 적어도 하나의 홈(784)이 형성되어, 이러한 홈(784)에 본딩제(미도시)를 포함함으로써 너클 바디(10)와 부싱(78) 사이에 본딩제에 의한 접합력을 제공할 수 있다. 홈(784)은 복수 개가 아니라 단일의 홈으로 제공될 수 있다. 이러한 경우, (여러 개의 홈을 설치하는 경우에 비하여) 제한된 높이의 부싱 홀(52)에서 홈(784)의 너비를 크게 할 수 있으므로, 본딩제가 파단되는 정도가 경감되고, 접착력을 크게 유지할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 홈(784)은 너비가 8mm 이상일 수 있다. 또한, 본딩제에 의한 작용력에 추가하여, 억지끼워맞춤에 의한 작용력을 제공하기 위해, 홈(784)의 너비가 부싱의 전체 길이의 1/3을 초과하지 않도록 할 수 있다. 홈(784)의 폭이 부싱의 전체 길이의 1/3을 초과하면, 부싱과 너클 바디 사이의 압입력이 부족하게 되어 최대 2톤까지의 하중에 의한 압입력을 지탱할 수 없다.

일 실시예에 따르면, 부싱 홀(52)의 내경(D1)은 부싱(78)의 실린더부(782) 중 홈(784)을 제외한 나머지 부분의 외경(D2)보다 작고, 부싱 홀(52)의 내경(D1)과 부싱(78)의 실린더부(782) 중 홈(784)을 제외한 나머지 부분의 외경(D2)의 차는 0.01~0.15mm 범위인 것이 바람직하다. 외경의 차가 0.01mm보다 작으면, 억지끼워맞춤에 의한 압입력이 충분하지 않아서 외력이 작용시 부싱이 이탈되어버릴 수 있다. 또한, 외경의 차가 0.15mm 보다 크면, 너클 바디(10)에 부싱(78)을 억지끼워맞춤시 너클 바디(10)를 구성하는 카본 칩 내의 탄소 섬유에 파단이 발생하여 너클의 강도가 저하되거나 너클이 파손되어 버릴 수 있다.

표 1은 부싱 홀(52)의 내경(D1)과 부싱(78)의 실린더부(782) 중 홈(784)을 제외한 나머지 부분의 외경(D2)의 차(표 1에서는 상기 수치를 압입량으로 정의함)에 따라, 압입 하중 및 최소 이탈 하중을 측정한 것이다. 압입 하중은 부싱이 너클 바디에 완전히 압입될 때까지 작용한 하중의 범위이고, 최소 이탈 하중은 너클 바디에 압입되어 있는 부싱을 다시 이탈시키기 위해 최소한으로 작용한 하중이다.

측정 결과에 따르면, 압입량이 0.01mm보다 작은 경우, 부싱이 너클 바디에 완전히 압입될 때까지 0 초과 0.1ton 사이의 하중을 가하였고, 결합된 부싱을 다시 너클 바디로부터 이탈시키기 위한 최소 이탈 하중은 0.1ton으로 측정되었다. 압입량이 0.01mm 미만이면 너클 바디에 연결된 부품의 교체를 위해 외력(약 2톤)이 가해질 경우 부싱이 함께 이탈되어버린다. 한편, 압입량이 0.15mm를 초과할 경우에는, 부싱을 너클 바디에 압입하는 과정에서 너클이 파손되고 크랙이 발생되었다.

이에 비해, 압입량이 0.01~0.15mm인 경우에는 부싱이 너클 바디에 완전히 압입될 때까지 0 초과 10ton 사이의 하중을 가하였고, 결합된 부싱을 다시 너클 바디로부터 이탈시키기 위한 최소 이탈 하중은 15ton으로 측정되었다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 압입량으로 할 경우, 부싱을 너클 바디로부터 이탈시키기 위해서는 적어도 15ton의 하중이 필요하다. 이에 따라, 너클 바디에 연결된 부품의 교체를 위해 외력(약 2톤)이 가해지더라도, 부싱이 너클 바디로부터 이탈되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

압입량	압입 하중(ton)	최소 이탈 하중(ton)
0.01mm 미만	0 초과 ~ 0.1	0.1
0.01~0.15mm	0 초과 ~ 10	15
0.15mm 초과	부싱 압입시 너클 파손 및 크랙 발생

본 명세서에서 부싱 및 부싱 홀의 치수는 억지끼워맞춤에 의해 변형되기 전, 즉 너클 바디(10)의 부싱 홀(52)에 부싱(78)을 억지끼워맞춤으로 결합하기 전의 치수를 말한다.

일 실시예에 따르면, 부싱(78)의 실린더부(782)의 외주면에 본딩제를 도포한 후 너클 바디(10)에 억지끼워맞춤으로 결합함으로써, 너클 바디(10)의 부싱 홀(52)과 부싱(78)의 사이, 특히 적어도 홈(784)에 본딩제가 더 포함될 수 있다.

일 실시예에 따르면 본딩제는 에폭시 수지일 수 있다. 에폭시 수지는 경화되면서 재료면에 큰 접착력을 가질 수 있으므로, 너클 바디(10)와 부싱(78)의 억지끼움결합에 의한 압입력에 더하여 결합력을 한층 더 증가시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 부싱(78)이 너클 바디(10)에 결합된 후에, 부싱(78)의 축 방향으로 관통홀이 형성되어 볼 조인트가 결합될 수 있다. 예컨대, 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 너클 바디(10) 및 부싱(78)에 볼 조인트의 볼 스터드(200)가 결합된 상태를 부싱의 축 방향으로 절단한 면에서 본 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 볼 스터드 조립 너트(300)를 너클 바디(10)의 일측으로부터 볼 스터드(200)에 결합시킴으로써 볼 스터드(200)가 축 방향으로 추가적으로 너클(1)에 고정된다. 부싱(78)의 축 방향으로 절단한 단면 방향에서 부싱의 플랜지부(78)를 제외한 축 방향 길이(L1)가 부싱 홀(52)의 길이(L2)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 볼 스터드 조립 너트(300)가 부싱(78)에는 접촉하지 않고, 너클 바디(10)에만 접촉하게 됨으로써, 볼 스터드(200)로부터 전달되는 하중이 화살표 방향(P)으로 너클 바디(10)에만 전달되고, 부싱(78)에는 전달되지 않는다. 즉, 볼 스터드(200)에 의해 전달되는 하중이 부싱(89)과 너클 바디(10)의 결합 부위에 미치는 영향이 크게 감소되고, 부싱(78)이 너클 바디(10)로부터 이탈되는 우려는 더욱 감소된다.

다른 실시예로서, 본딩제용 홈(784')을 부싱(78')의 실린더부의 외주면이 아니라, 부싱(78')이 삽입되는 너클 바디(10')의 부싱 홀 내주면에 형성할 수 있다. 도 6은 다른 실시예에 따른 너클 바디(10')의 일부에 부싱(78')이 결합된 상태의 단면도이다. 이로 인해 억지끼워맞춤시 너클 바디에 작용되는 응력의 완화 및 본딩제에 의한 부싱과 너클 바디의 결합력 향상 효과를, 부싱(78)에 홈(784)을 형성하는 경우와 유사하게 얻을 수 있다.

상기 실시예들들에서, 본딩제용 홈(784, 784')의 형상은, 도 7과 같이 너비 방향으로 양 끝에서 너클 바디와 부싱이 맞닿는 부분은 부드러운 곡면 형상의 홈(884)으로 대체될 수 있다. 이로 인해, 부싱(78,78')이 너클 바디(10,10')의 부싱 홀에 삽입시, 홈(784,784')의 모서리 부분에 의해 너클에 응력이 집중되는 문제를 해결할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법의 순서도가 도시되어 있다. 차량용 너클은 금속 재료로 형성된 부싱(78)을 준비하는 단계(S100)와, 탄소섬유강화플라스틱 재료로 형성되고, 너클 바디에 적어도 하나의 부싱 홀(52)이 가공된 너클 바디(10)를 준비하는 단계(S200)와, 부싱(78)의 외주면에 본딩제를 도포하는 단계(S300)와, 너클 바디(10)의 부싱 홀(52)에 부싱(78)을 억지끼워맞춤으로 결합하는 단계(S400)와, 부싱(80)에 관통홀을 형성하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.

부싱(78)을 준비하는 단계(S100)에서 부싱(78)은 스틸 또는 알루미늄 재료를 가공하여 제조될 수 있다.

너클 바디(10)를 준비하는 단계(S200)는, 너클 성형을 위해 필요한 중량만큼 카본 칩 소재를 금형에 충전하는 소재 충전 단계와, 금형에 충전된 소재를 열간 성형하는 열간 성형 단계와, 성형된 너클을 금형으로부터 탈형하고 외부에 부착된 잉여의 소재를 트리밍(trimming)하여 제거하는 탈형 및 트리밍 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 카본 칩을 사용하여 너클 바디(10)를 제조할 경우, 종래의 탄소섬유강화플라스틱 필름(연속섬유)으로 너클을 형성하는 경우와 달리 필름을 너클의 형성에 따라 절단하고 절단된 필름을 섬유조직의 방향성에 맞춰 적층해야 하는 번거로움 없이 필요한 중량의 카본칩을 금형 내에 부어 넣는 단순한 작업만으로 성형이 가능하므로, 생산성이 크게 향상될 수 있다.

부싱(78)을 준비하는 단계(S100)에서, 부싱(78)은 실린더부(782)와 실린더부(782)의 일 단부에 반경방향 외측으로 형성된 플랜지부(780)를 포함하도록 형성될 수 있다.

너클 바디를 준비하는 단계(S200)에서, 너클 바디(10)에는 적어도 하나의 부싱 홀(52)을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 부싱 홀(52)의 내경(D1)은 부싱(78)의 실린더부(782) 중 홈(784)을 제외한 나머지 부분의 외경(D2)보다 작고, 부싱 홀(52)의 내경(D1)과 부싱(78)의 실린더부(782) 중 홈(784)을 제외한 나머지 부분의 외경(D2)의 차가 0.01~0.15mm 범위가 되도록 제조할 수 있다.

이와 같이, 부싱 홀(52)과 부싱(78)을 가공하여 억지끼워맞춤하면, 너클 바디(10)의 카본 칩의 탄소섬유가 변형되지 않으면서 너클 바디(10)와 부싱(78)사이에 충분한 압입력을 얻을 수 있다.

부싱(78)을 준비하는 단계(S100)에서, 실린더부(782)의 외주면에는 원주방향을 따라 적어도 하나의 홈(784)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 홈(784)은 너비가 8mm 이상이며 부싱의 전체 길이의 1/3 이하인 범위가 되도록 가공될 수 있다.

너클 바디(10)의 부싱 홀(52)에 부싱(78)을 억지끼워맞춤으로 결합하는 단계(S400)에서는, 프레스 장치의 일부를 오목부(786)에 끼워서 부싱(78)과 너클 바디(10)의 부싱 홀(52)을 축 방향으로 정렬시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 상태에서 프레스 장치를 통해 부싱(78)을 부싱 홀(52)을 향해 가압함으로써 부싱 홀(52)에 부싱(78)의 결합을 용이하게 할 수 있다.

너클 바디(10)의 부싱 홀(52)에 부싱(78)을 억지끼워맞춤으로 결합하는 단계(S400) 전에, 부싱(78)의 실리더부(782)의 외주면에 본딩제를 입히는 단계(S300)를 더 포함할 수 있다. 본딩제는 억지끼워맞춤시 부싱(78)의 외주면, 특히 홈(784)에 충분한 양의 본딩제가 포함되어 부싱(78)과 너클 바디(10) 사이에 포함된 본딩제가 경화되면서, 너클 바디(10)와 부싱(78) 사이의 결합력을 증가시킬 수 있다.

너클 바디(10)와 부싱(78)이 완전히 결합된 후에는, 부싱(78)에 관통홀(미도시)을 형성하는 가공 공정을 더 포함할 수 있다(S500). 상기 관통 홀은 차량의 다른 부품을 너클에 연결하기 위한 볼 조인트를 조립하기 위한 것으로, 관통홀은 부싱(78)의 축 방향(X)으로 관통하도록 형성될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 너클 바디를 준비하는 단계(S200)에서 부싱 홀(52)의 내주면에 본딩제용 홈(784')을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법 및 이러한 제조방법에 따라 제조된 차량용 너클은 다음과 같은 이점을 가질 수 있다.

카본 칩을 열간 성형해서 차량용 너클을 제조하기 때문에, 종래에 이용되고 있는 금속 소재의 너클 제품에 비해 상당히 경량으로 너클을 제조할 수 있게 된다. 또한, 종래의 탄소섬유강화플라스틱 필름(연속섬유)으로 너클을 형성하는 경우와 달리 필름을 너클의 형성에 따라 절단하고 절단된 필름을 섬유조직의 방향성에 맞춰 적층해야 하는 번거로움 없이 필요한 중량의 카본칩을 금형 내에 부어 넣는 단순한 작업만으로 성형 준비가 완료될 수 있게 된다. 따라서, 생산성이 크게 향상되고 양산화가 실현될 수 있게 된다.

또한, 너클 바디에 다른 부품들을 장착 또는 연결하기 위한 부위에 금속 소재의 부싱을 결합시킴으로써 너클 바디의 부족한 강도를 보완할 수 있고, 부싱을 너클 바디에 견고하게 결합시킴으로써, 상기 다른 부품들을 안정되게 장착 또는 연결할 수 있고, 상기 다른 부품의 교체시에도 부싱의 이탈을 방지하는 것이 가능하다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

1 … 너클, 10 … 너클 바디, 12 … 허브 부싱 홀, 22, 32, 42, 52 … 부싱 홀, 60… 허브 부싱, 72 … 캘리퍼 부싱, 74, 76, 78, … 부싱, 780 … 플랜지부, 782 … 실린더부, 784 … 오목부

Claims

금속 재료로 형성된 부싱과,
탄소섬유강화플라스틱 재료로 형성되고, 볼 조인트가 결합 가능한 적어도 하나의 부싱 홀이 형성된 너클 바디를 포함하고,
상기 부싱의 적어도 일부는 상기 너클 바디의 상기 부싱 홀에 억지끼워맞춤으로 결합되고,
상기 부싱의 축 방향으로 절단한 단면에서, 상기 부싱의 길이가 상기 부싱 홀의 길이보다 작고,
상기 너클 바디는 탄소섬유강화플라스틱 재료를 포함하는 카본 칩 소재를 금형에 충전한 다음 고온 및 고압의 환경에서 열간 성형함으로써 제조되는, 차량용 너클.
삭제
제1항에 있어서,
상기 부싱은 스틸 또는 알루미늄을 재료로 제조되는, 차량용 너클.
제3항에 있어서,
상기 부싱은 실린더부를 포함하며, 상기 실린더부의 외주면에는 원주방향을 따라 적어도 하나의 홈을 포함하는, 차량용 너클.
제3항에 있어서,
상기 부싱은 실린더부를 포함하며, 상기 너클 바디의 부싱 홀의 내주면에는 원주방향을 따라 적어도 하나의 홈을 포함하는, 차량용 너클.
제4항에 있어서,
상기 부싱 홀의 내경이 상기 부싱의 상기 실린더부 중 상기 홈을 제외한 나머지 부분의 외경보다 작고, 상기 부싱 홀의 내경과 상기 부싱의 상기 실린더부 중 상기 홈을 제외한 나머지 부분의 외경의 차는 0.01~0.15mm 범위인, 차량용 너클.
제5항에 있어서,
상기 부싱 홀의 상기 홈을 제외한 부분의 내경이 상기 부싱의 상기 실린더부의 외경보다 작고, 상기 부싱 홀의 상기 홈을 제외한 부분의 내경과 상기 부싱의 상기 실린더부의 외경의 차는 0.01~0.15mm 범위인, 차량용 너클.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 부싱은 상기 실린더부의 일 단부에서 반경방향 외측으로 형성된 플랜지부를 더 포함하는, 차량용 너클.
제8항에 있어서,
상기 홈의 너비는 8mm 이상이며 상기 부싱의 전체 길이의 1/3 이하인, 차량용 너클.
제9항에 있어서,
상기 너클 바디와 상기 부싱의 적어도 상기 홈의 사이에는 본딩제가 포함되어 있는, 차량용 너클.
제10항에 있어서,
상기 본딩제는 에폭시 수지인, 차량용 너클.
삭제
차량용 너클의 제조 방법에 있어서,
금속 재료로 형성된 부싱을 준비하는 단계와,
탄소섬유강화플라스틱 재료로 형성되고, 너클 바디에 적어도 하나의 부싱 홀이 가공된 너클 바디를 준비하는 단계와,
상기 부싱의 외주면에 본딩제를 도포하는 단계와,
너클 바디의 상기 부싱 홀에 상기 부싱의 적어도 일부를 억지 끼워맞춤으로 결합하는 단계를 포함하고,
상기 부싱 홀의 내경은 상기 부싱의 외경보다 작고,
상기 부싱의 축 방향으로 절단한 단면에서, 상기 부싱의 길이가 상기 부싱 홀의 길이보다 작고,
너클 바디를 준비하는 단계는, 탄소섬유강화플라스틱 재료를 포함하는 카본 칩 소재를 금형에 충전한 다음 고온 및 고압의 환경에서 열간 성형하여 너클 바디를 형성하는 단계를 포함하는, 차량용 너클의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 부싱에 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함하는, 차량용 너클의 제조 방법.
삭제
제14항에 있어서,
상기 부싱을 준비하는 단계는, 스틸 또는 알루미늄을 가공하여 상기 부싱을 제조하는 단계를 포함하는, 차량용 너클의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 부싱 홀의 내경과 상기 부싱의 외경의 차는 0.01~0.15mm 범위인, 차량용 너클의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 부싱을 준비하는 단계에서, 상기 부싱의 외주면에 원주방향을 따라 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계를 더 포함하는, 차량용 너클의 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 너클 바디를 준비하는 단계는, 카본 칩 소재를 금형에 충전하는 단계와, 금형에 충전된 소재를 열간 성형하는 단계와, 성형된 너클을 금형으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 차량용 너클의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 부싱을 준비하는 단계는, 부싱의 상면에 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 너클 바디의 상기 부싱 홀에 상기 부싱의 적어도 일부를 결합하는 단계는, 프레스 장치의 일부를 상기 오목부에 끼워서 상기 부싱과 상기 너클 바디의 상기 부싱 홀을 축 방향으로 정렬시키는 단계를 더 포함하는, 차량용 너클의 제조 방법.