KR102392831B1 - 볼조인트의 장착구조 및 그 장착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로워암에 장착되어 너클이 연결되는 볼조인트의 장착방법에 있어서, 원소재에서 볼조인트의 케이스를 가공하는 단계;와 너클과 연결되는 볼스터드를 케이스에 조립하는 단계;와 로워암의 장착홀에 안착파이프를 삽입하고 고정시키는 단계; 및 상기 케이스를 안착파이프에 결합시키는 단계;를 포함하고, 상기 안착파이프는 축방향 길이가 감소되되 일부분의 직경이 증대되는 업세팅(upsetting) 가공을 통해 장착홀에 고정되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 버링 공정 없이 안착파이프가 로워암의 장착홀에 고정되어 플랜지의 크기를 최소화할 수 있으므로 볼조인트의 중심부와 휠 사이의 거리를 최소한으로 줄일 수 있고 적절한 킹핀 경사각을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

볼조인트의 장착구조 및 그 장착방법{Installation structure of ball-joint and installation method thereof}

본 발명은 볼조인트의 장착구조 및 그 장착방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 종래의 구조 및 방법 보다 생산원가 및 중량을 줄일 수 있고 킹핀 경사각 확보에 유리한 볼조인트의 장착구조 및 장착방법에 관한 것이다.

모노코크바디 방식의 차량은 별도의 프레임이 삭제되고 차체에 파워트레인이 직접 장착된다.

따라서, 상기 모노코크바디는 차체 자체가 프레임 기능을 하여 서스펜션 및 섀시 부품들이 각각 장착되나, 파워트레인의 진동이 직접적으로 차체에 전달되는 것을 방지하며 차량 충돌시 충격을 분산하기 위하여 차량의 하부에 서브프레임(subframe)(1)이 장착된다. 상기 서브프레임(1)은 서스팬션 스트럿(strut) 및 (조향) 너클 등과 같은 조향장치 및 현가장치 등이 연결될 수 있도록 차체 하부에 장착된다.

그리고, 상기 서브프레임(1)의 양측 각각에는 휠과 연결되는 로워암(2)이 장착되되, 상기 로워암(2)의 일측 끝단에는 타이로드(3)에 의해 회동가능한 너클(4)이 연결될 수 있도록 볼조인트(5)가 도 1a 에 도시된 바와 같이 장착된다.

종래의 볼조인트 장착방식은 도 1b 에 도시된 바와 같이, 버링압입타입과 커넥터-볼팅타입이 주로 사용되었다.

버링압입타입은 로워암(2)의 홀을 펀치로 가압하여 직경을 확대시킨 후 볼조인트(5)를 압입하여 장착하는 것으로써, 펀치 가압시 홀의 테두리 부분은 아랫쪽으로 일부(2a)가 돌출되며, 그 곳에서 볼조인트(5)가 압입고정된다. 그리고, 커넥터-볼팅타입은 커넥터(6)에 볼조인트(5)를 선체결한 후에 상기 커넥터(6)를 로워암(2)에 볼팅 체결하는 방식으로 장착되었다.

한편, 서스펜션의 특성에는 다양한 인자가 영향을 미치나 킹핀 경사각(차량의 중심면과 수직을 이루는 연직면에 투영된 킹핀 중심선의 연직선에 대한 경사 각)은 지대한 영향을 미친다. 즉, 킹핀 경사각이 적절한 범위로 셋팅되면 조향 복원성 및 스티어링 조작력이 향상될 수 있다.

적절한 킹핀 경사각을 확보하기 위해서는 볼조인트(5)의 중심부와 휠 사이의 거리가 가까워야 하지만, 종래의 버링압입타입에서는 버링공정을 위해 일정크기의 플랜지(로워암의 홀 외각에 형성된 부분)가 최소한 확보되어야 하므로 이러한 거리를 축소시키기 위해서 플랜지의 폭을 감소시키는 것에는 한계가 있었다. 다만, 커넥터-볼팅 타입의 경우 킹핀 경사각을 확보하기가 용이한 장접이 있으나, 커넥터(6)의 추가적인 장착에 따라 중량이 증가하고 생산원가가 증대되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 볼조인트의 중심부와 휠 사이의 거리를 최소한으로 줄여 적절한 킹핀 경사각을 확보할 수 있되, 생산원가 및 중량을 줄일 수 있는 볼조인트의 장착구조 및 장착방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 로워암에 장착되어 볼스터드의 끝단에 너클이 연결되는 볼조인트의 장착방법에 있어서, 파이프 모양의 원소재에서 볼조인트의 케이스를 가공하는 단계;와 너클과 연결되는 볼스터드를 케이스에 조립하는 단계;와 로워암의 장착홀에 안착파이프를 삽입하고 고정시키는 단계; 및 상기 케이스를 안착파이프에 결합시키는 단계;를 포함하고, 상기 안착파이프는 축방향 길이가 감소되되 일부분의 직경이 증대되는 업세팅(upsetting) 가공을 통해 장착홀에 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기 장착홀에는 안착파이프의 업세팅 가공 시 안착파이프의 일부분이 채워져 상기 안착파이프의 회전이 방지되도록 확장홈이 형성된다.

상기 안착파이프가 업세팅 가공되면 장착홀의 아랫쪽과 윗쪽 각각에서 링 모양의 리브가 형성되어 상하방향으로의 이탈이 단속된다.

상기 볼스터드는 볼이 형성된 부분에서 직경이 가장 크게 형성된 모양을 가지며, 상기 케이스는 볼이 형성된 부분이 안착파이프의 내측에 위치하도록 상기 안착파이프에 결합된다.

그리고, 상기 케이스는 프레스의 가압에 의한 공작물의 구부림, 드로잉(drawing) 등을 통해 상기 공작물의 성형이 이뤄지는 프레스 가공이나 공작물을 길이 방향으로 압축하여 전체의 단면을 증가시키는 스웨이징(swaging) 가공 중 어느 하나 또는 두 개의 조합에 의해 가공된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 케이스의 원소재는 한국산업규격(KS: Korean Industrial Standards) 기준 STKM13B 인 탄소강관으로 제조된다.

따라서, 본 발명에 따른 볼조인트의 장착구조는, 장착홀이 타공된 로워암;과 상기 장착홀에 삽입되어 고정되는 안착파이프; 및 케이스가 상기 안착파이프에 끼워져 고정장착되는 볼조인트;를 포함하고, 상기 안착파이프는 장착홀의 아랫쪽과 윗쪽 각각에서 링 모양의 리브가 형성된다. 그리고, 안착파이프에서 이탈이 방지되도록 상기 볼조인트의 케이스에는 스냅링이 체결된다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 버링 공정 없이 안착파이프가 로워암의 장착홀에 고정되어 플랜지의 크기를 최소화할 수 있으므로 볼조인트의 중심부와 휠 사이의 거리를 최소한으로 줄일 수 있고 적절한 킹핀 경사각을 확보할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 커넥터와 같은 부자재가 요구되지 않으므로 생산원가 및 중량을 절감할 수 있다.

도 1a 는 로워암에 볼조인트가 장착되는 위치가 도시된 도면,
도 1b 는 종래의 볼조인트 장착방식들이 도시된 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법에 따라 볼조인트가 로워암에 장착된 모습이 도시된 도면,
도 3 은 원소재가 볼조인트의 케이스로 성형되는 모습을 도시한 도면,
도 4 는 로워암의 장착홀에 안착파이프가 장착된 후 볼조인트가 장착되는 모습을 순차적으로 도시한 도면,
도 5 는 볼스터드와 케이스가 결합된 후 안착파이프와 결합되는 모습을 순차적으로 도시한 도면,
도 6 은 종래 구조(버링압입타입)의 볼조인트 단면 모습과 본 발명 구조의 볼조인트 단면 모습을 비교하여 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 도 2 에 도시된 바와 같이 로워암(20)에 장착되어 볼스터드(12)의 끝단에 너클이 연결되는 볼조인트(10)의 장착방법에 관한 것으로써, 이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 장착방법은 볼조인트(10)의 케이스(11)를 가공하는 단계와 볼스터드(12)를 케이스(11)에 조립하는 단계와 로워암(20)의 장착홀(21)에 안착파이프(30)를 삽입하고 고정시키는 단계 및 상기 케이스(11)를 안착파이프(30)에 결합시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 케이스(11)를 가공하는 단계는 도 3 에 도시된 바와 같이 상하가 개구된 컵 모양의 원소재를 가공하여 케이스(11)를 성형하되, 프레스의 가압에 의한 공작물의 구부림, 드로잉(drawing) 등을 통해 상기 공작물의 성형이 이뤄지는 프레스 가공이나 공작물을 길이 방향으로 압축하여 전체의 단면을 증가시키는 스웨이징(swaging) 가공 중 어느 하나 또는 두 개의 조합에 의해 케이스(11)로 성형되도록 가공된다.

그리고, 로워암(20)의 장착홀(21)에 안착파이프(30)를 삽입하고 고정시키는 단계와 케이스(11)를 안착파이프(30)에 결합시키는 단계는 도 4 에 도시된 바와 같이 진행된다.

상기 안착파이프(30)의 장착은 로워암(20)의 끝단에 미리 타공된 장착홀(21)에 파이프 모양의 원소재를 끼워 넣은 후, 상하방향에서 프레스로 원소재를 가압하여 축방향 길이가 감소되되 일부분의 직경이 증대되는 업세팅(upsetting) 가공으로 이뤄진다.

이때, 상기 장착홀(21)에는 안착파이프(30)의 업세팅 가공 시 안착파이프(30)의 일부분이 채워져 상기 안착파이프(30)의 회전이 방지되도록 확장홈(22)이 형성되며, 상기 안착파이프(30)가 업세팅 가공되면 장착홀(21)의 아랫쪽과 윗쪽 각각에서 링 모양의 리브(31a, 31b)가 형성되어 상하방향으로 안착파이프(30)의 이탈이 단속된다.

그리고, 상기 안착파이프(30)로 볼스터드(12)와 결합된 케이스(11)가 끼워지며, 외부의 이물질 침투와 내부의 윤활제 누유를 방지하는 더스트커버(16);와 상기 더스트커버(16)를 고정시키는 고정클립(17); 및 상기 케이스(11)가 안착파이프(30)에서 이탈되는 것을 방지하는 스냅링(15);이 끼워져 장착이 완료된다.

상기 볼스터드(12)는 도 5 에 도시된 순서와 같이 케이스(11)에 결합이 이뤄진다. 볼스터드(12)의 볼 부분에 베어링(13)이 겹합된 상태로 케이스(11)에 끼워진 후, 볼과 베어링(13)의 이탈을 방지하도록 캡(14)이 그 위에 덮여지고, 케이스(11)의 끝단 부분은 컬링가공으로 구부려진다. 그리고, 이 상태에서 안착파이프(30)로 진입한 후, 위에 설명된 바와 같이 더스트커버(16) 및 스냅링(15)이 끼워져 장착이 완료된다. 공지의 구조와 마찬가지로 상기 더스트커버(16)는 상단과 하단에 고정클립(17)이 끼워져 장착이 이뤄진다.

본 발명에서 상기 볼스터드(12)는 도 6 에 도시된 바와 같이, 볼이 형성된 부분에서 직경이 가장 크게 형성된 모양을 가지며, 상기 케이스(11)는 볼이 형성된 부분이 안착파이프(30)의 내측에 위치하도록 상기 안착파이프(30)에 결합된다. 즉, 볼이 회전하는 부분에서 하중이 집중되므로 종래의 구조에서 케이스의 A 부분은 다른 부분 보다 두껍게 형성되어 중량이 증대되는 문제가 있었으나, 본 발명의 구조에서는 케이스(11)의 B 부분을 상대적으로 얇게 형성하여도 안착파이프(30)가 이를 지지하므로 강성 저하를 방지할 수 있다.

또한, 종래의 구조에서는 케이스가 한국산업규격(KS: Korean Industrial Standards) 기준 S45C 강관 등으로 제조되었으나, 본 발명의 실시예에서 상기 케이스(11)는 보다 경량 소재인 STKM13B 인 탄소강관 등으로 제조될 수 있다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 버링 공정 없이 안착파이프(30)가 로워암(20)의 장착홀(21)에 고정되어 플랜지의 크기를 최소화할 수 있으므로(버링 공정이 삭제되므로) 볼조인트의 중심부와 휠 사이의 거리를 최소한으로 줄일 수 있고 적절한 킹핀 경사각을 확보할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 커넥터와 같은 부자재가 요구되지 않으므로 생산원가 및 중량을 절감할 수 있다. 또한, 안착파이프(30)가 케이스(11)의 두께를 보충해주는 구조이므로 강성저하 발생없이 보다 경량의 소재를 사용할 수 있으므로 생산원가 및 중량을 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 볼조인트
11 : 케이스
12 : 볼스터드
20 : 로워암
21 : 장착홀
30 : 안착파이프

Claims (8)

1. 로워암에 장착되어 너클이 연결되는 볼조인트의 장착방법에 있어서,
   원소재에서 볼조인트의 케이스를 가공하는 단계;와
   너클과 연결되는 볼스터드를 케이스에 조립하는 단계;와
   로워암의 장착홀에 안착파이프를 삽입하고 고정시키는 단계; 및
   상기 케이스를 안착파이프에 결합시키는 단계;를 포함하고,
   상기 안착파이프는 축방향 길이가 감소되되 일부분의 직경이 증대되는 업세팅(upsetting) 가공을 통해 장착홀에 고정되는 것을 특징으로 하는 볼조인트의 장착방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 장착홀에는 안착파이프의 업세팅 가공 시 안착파이프의 일부분이 채워져 상기 안착파이프의 회전이 방지되도록 확장홈이 형성된 것을 특징으로 하는 볼조인트의 장착방법.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 안착파이프가 업세팅 가공되면 장착홀의 아랫쪽과 윗쪽 각각에서 링 모양의 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 볼조인트의 장착방법.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 볼스터드는 볼이 형성된 부분에서 직경이 가장 크게 형성된 모양을 가지며, 상기 케이스는 볼이 형성된 부분이 안착파이프의 내측에 위치하도록 상기 안착파이프에 결합된 것을 특징으로 하는 볼조인트의 장착방법.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스는 프레스 가공이나 스웨이징(swaging) 가공 중 어느 하나 또는 두 개의 조합에 의해 가공되는 것을 특징으로 하는 볼조인트의 장착방법.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 케이스의 원소재는 한국산업규격(KS: Korean Industrial Standards) 기준 STKM13B 인 탄소강관으로 제조된 것을 특징으로 하는 볼조인트의 장착방법.
   
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