KR102566543B1 - 스티어링 너클 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

스티어링 너클(10)은 중심부(12); 스티어링 너클암(26); 상부(28) 및 하부(40)를 포함한다. 스티어링 너클암(26), 상부(28) 및 하부(40)는 각각 전체적으로 또는 부분적으로 룰렛 윤곽의 표면(즉, 룰렛 곡선에 의해 형성되는 표면)으로 윤곽이 형성될 수 있고, 상부(28)는 중공의 하부(70)로부터 I 빔을 형성하는 솔리드의 상부(68)로 전환될 수 있다. 이중 빔 수평 지지부(52, 54)는 중심부(12)에 형성된다. 스티어링 너클(10)은 주조 공정으로 형성되고, 스티어링 너클암(26), 상부(28) 및 하부(40)의 룰렛 곡률은 주조 금형(30, 32)의 분할선에 수직하게 스티어링 너클(10)의 표면에 드래프트를 제공한다.

Description

스티어링 너클 및 이를 제조하는 방법

본 개시는 차량용 부품, 구체적으로는 차량용 스티어링 너클 및 주조 공정에기반해 이러한 스티어링 너클을 제조하는 방법에 관한 것이다. [본원은 2017년 12월 8일자로 출원된 미국 가출원 제62/596,151호의 우선권을 주장하며 2018년 5월 1일자로 출원된 미국 특허출원 제15/967,849호의 우선권의 이익을 주장한다]

스티어링 너클은 일반적인 차량용 부품으로, 통상적으로 차량의 각 전륜(front wheel)에 인접하여 위치한다. 스티어링 너클은 차량의 샤시, 휠의 서스펜션 스트럿 또는 쇽업소버와 차량의 스티어링 시스템 사이에서 기계적 연결을 제공하고 휠베어링을 지지하는 기능을 수행한다. 스티어링 너클은 일반적으로 주조, 단조 및 주조-단조 공정을 통해 단일체로 제조된다.

스티어링 너클은 주로 "구즈넥(goose neck)" 연장부를 포함하여 제조된다. "구즈넥" 연장부는 통상적으로 단면이 직사각형이고 완전 중공(주조 공정에서 밀폐된 코어를 이용함) 또는 완전 솔리드(solid; 코어 없이 제조됨)로 형성된다. 직사각형의 완전 중공형 디자인은 직사각형의 윤곽과 "구즈넥"의 상부에 위치하는 얇은 코어에 응력 집중이 발생하고 취급 중에 코어가 파손될 위험이 있다. 이에 반해, 완전 솔리드의 디자인은 스티어링 너클의 전체 중량의 측면에서 단점을 갖는다.

스티어링 너클이나 다른 다양한 금속 부품을 제조하는데 이용되는 일반적인 주조 방법은 금형 주조(mold casting)이다. 주조는 금형 재료로 모래, 금속 또는 플라스틱을 이용하는 것으로 특징지어지는 공정이다. 사형(sand mold; 모래 주형)의 경우, 금형 공동(mold cavity) 및 게이트 시스템(gage system)은 "패턴"이라고 불리는 모형 주위의 모래를 압축하거나, 모래를 직접 조각하거나, 3D 프린팅을 이용해 형성된다. 영구 금형의 경우, 금형 공동 및 게이트 시스템은 금형 내에 직접 패턴을 가공하여 형성된다.

사형 주조, 영구 금형 주조 등과 같은 대부분의 주조 공정에서는 드래프트(draft; 형빼기 구배)가 고려된다. 제조될 부품 및 이의 패턴은, 주물사(molding sand)를 흩뜨리지 않고 패턴의 제거가 가능하며 임의의 코어를 수용하고 위치시킬 수 있는 적절한 공간을 구비해야 하기 때문에, 공정의 각 단계에서 공간을 제공하도록 설계되어야 한다. 금형으로부터 패턴을 제거할 수 있도록 하기 위해, 분할선(parting line)에 수직한 면에 "드래프트"라고 불리는 약간의 경사가 이용되어야 한다. 그러나, 통상의 스티어링 너클은 주로 직각의 모서리와 드래프트를 고려하지 않은 기타 윤곽으로 설계되기 때문에, 일반적으로 드래프트를 형성하기 위한 추가의 재료가 더해지며, 이로 인해 스티어링 너클의 중량이 증가되게 된다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하는 스티어링 너클 및 이를 제조하는 방법이 요구된다.

스티어링 너클은 차량에 이용되며 통상적으로 차량의 전륜에 인접하게 위치된다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 스티어링 너클은 중심부, 스티어링 너클암, 상부 및 하부를 포함한다. 중심부는 차량의 휠베어링에 대한 지지를 제공하고, 휠의 구동축이 통과하도록 관통된 개구를 구비할 수 있다. 스티어링 너클암은 대향하는 제1 및 제2 단부를 구비하고, 제1 단부는 중심부에 연결된다. 스티어링 너클암은 중심부로부터 종방향으로 돌출하고, 스티어링 너클암의 제2 단부는 자유단부가 된다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 상부는 대향하는 제1 및 제2 단부를 구비하고, 제1 단부는 중심부에 연결된다. 상부는 중심부로부터 수직하게 돌출하고, 상부의 제2 단부는 자유단부가 된다. 비제한적인 예시에서, 종측방향 평면에서 취해진 상부의 단면 윤곽은 한 쌍의 곡선을 형성할 수 있으며, 여기서 각 곡선은 타원, 포물선, 사이클로이드(cycloid), 현수선(catenary) 또는 디오클레스의 시소이드(cissoid of Diocles)의 절반이 될 수 있으며, 충분한 반경의 필렛에 의해 연결될 수 있다. 상부는 제1 단부에 인접한 제1 부분과 제2 단부에 인접한 제2 부분으로 구분된다. 몇몇 실시예에서, 제1 부분은 적어도 부분적으로 중공이며, 제2 부분은 솔리드이다. 몇몇 실시예에서, 제2 부분은 적어도 부분적으로 실질적으로 I 자형 단면 윤곽을 갖는 I 빔을 형성한다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 하부는 대향하는 제1 및 제2 단부를 구비하고, 제1 단부는 중심부에 연결된다. 하부는 상부에 수직하게 대향하고, 중심부로부터 수직하게 아래로 돌출하고, 하부의 제2 단부는 자유단부가 된다. 중심부는 하부로부터 중심부를 분리하는 바닥면을 갖는다. 적어도 하나의 종방향 연장 빔이 중심부에 장착되고, 적어도 하나의 종방향 연장 빔과 바닥면은 내부 지지를 제공한다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, 스티어링 너클은 수평 주조 공정에 의해 제조될 수 있다. 수평 주조 금형은 코프부(cope portion; 또는 상부 부분)와 드래그부(drag portion; 또는 하부 부분)에 의해 형성된다. 코프부와 드래그부가 함께 위치될 때, 코프 금형과 드래그 금형은 전체 금형 공동을 형성한다. 예컨대, 모래(sand) 또는 염(salt)과 같이 금속이 응고된 이후에 제거될 수 있는 재료로 형성된 제거 가능한 코어가 금형 공동 내에 배치되고, 통상의 주조 공정과 유사하게 금형 공동은 용융 금속으로 채워진다. 용융 금속은 전술한 바와 같이 스티어링 너클 내에서 냉각되어 응고된다. 주조 금형의 코프부와 드래그부가 분리되고, 제가 가능한 코어와 스티어링 너클은 주조 금형으로부터 제거된다. 그런 다음, 제거 가능한 코어는 스티어링 너클로부터 분리된다. 수직 종방향 분할면은 주조 금형의 코프부와 드래그부 사이에 형성되고, 제거 가능한 코어의 수직한 횡측 평면과 금형 공동의 수직한 종측 평면은 각각 분할면에 수직하거나 평행하다. 이와 달리, 주조 공정은 수직 주조 공정이 될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시의 전술한 그리고 다른 기술구성은 아래의 구체적인 설명의 추가 검토를 통해 보다 명확해 질 것이다.

본 개시에 따른 스티어링 너클은 스티어링 너클의 수직 종방향 평면이 분할선에 수직이 되도록 공동을 배향시킴으로써, 멀티 금형 공동이 단일 주조 금형 내에 용이하게 형성될 수 있고, 단일 주조 금형에서 다수의 스티어링 너클이 동시에 제조될 수 있게 된다.

또한, 이러한 생산성 향상에 더하여, 스티어링 너클의 예시적인 사이클로이드 윤곽은 분할선에 수직인 면에 드래프트를 구비해, 드래프트를 위한 중량 추가 없이 제거 가능한 코어(20) 및 스티어링 너클(10)이 금형 공동으로부터 쉽게 제거될 수 있게 된다.

도 1은 스티어링 너클의 전방 외측 사시도이다.
도 2는 스티어링 너클의 전방 내측 사시도이다.
도 3은 스티어링 너클의 후방 내측 사시도이다.
도 4는 스티어링 너클의 정면도이다.
도 5는 스티어링 너클의 측면도이다.
도 6은 도 4의 6-6 선을 따라 절단된 스티어링 너클의 상부를 도시하는 단면도이다.
도 7은 도 5의 7-7 선을 따라 절단된 스티어링 너클의 상부를 도시하는 단면도이다.
도 8은 스티어링 너클을 제조하는 방법의 일 단계에서, 주조 금형 내에 제거 가능한 코어를 삽입하는 모습을 도시한다.
도 9는 스티어링 너클을 제조하는 방법의 다른 단계에서, 스티어링 너클로부터 제거 가능한 코어를 분리하는 모습을 도시한다.
도 10은 스티어링 너클을 제조하는 멀티 공동(multi-cavity) 방법의 단일 공동 구성에서 이용되는 주조 금형의 드래그부의 평면도이다.
도 11은 스티어링 너클의 평면도이다.
도 12a는 스티어링 너클의 다른 실시예의 내측 사시도이다.
도 12b는 스티어링 너클의 또 다른 실시예의 내측 사시도이다.
도 13은 스티어링 너클과 관련된 예시적인 곡선 파라미터(curve parameters)를 도시하는 그래프이다.
도 14는 도 2의 14-14 선을 따라 절단된 스티어링 너클의 하부를 도시하는 단면도이다.
도 15는 도 2의 15-15 선을 따라 절단된 스티어링 너클의 스티어링 너클암을 도시하는 단면도이다.
첨부된 도면 전체를 통해, 유사한 도면부호들이 대응하는 구성요소들을 일관되게 지시한다.

스티어링 너클(10)은 차량에 이용되며 통상적으로 차량의 전륜에 인접하게 위치된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 스티어링 너클(10)은 중심부(12), 스티어링 너클암(26), 상부(28) 및 하부(40)를 포함한다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 스티어링 너클(10)은 중심부(12), 스티어링 너클암(26), 상부(28) 및 하부(40)가 일체형의 하나로 된 몸체로 형성되도록 주조 공정을 통해 제조될 수 있다. 비록, 차량이나 베어링과 같은 차량 부품들은 도시되지 않았으나, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 스티어링 너클(10)은 차량의 베어링 및 구동축의 외측부 주위에 실드(shield)를 형성하는 방식으로 제조되는 것으로 이해되어야 한다.

중심부(12)는 차량의 휠베어링에 대한 지지를 제공한다. 도 1 내지 도 3 및 5에 도시된 비제한적인 예에서, 중심부(12)는 휠베어링의 일부가 통과하도록 관통되게 형성된 개구(14)를 갖는다. 대안적으로, 중심부(12)는 연속적으로, 즉 추가적인 개구 없이 형성될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중심부(12)는 중공형이고 개방 단부(50)를 가지며, 개방 단부(50)는 개구(14)에 대향해 측방으로(즉, Y 축을 따라) 대향한다. 도 3에 도시 된 바와 같이, 중심부(12)의 바닥면(54)은 실질적으로 수평하다(즉, 종측방향 또는 X-Y 평면을 따라 연장한다). 수평 빔(52)은 바닥면(54)에 인접하게 구비되며, [바닥면(54)과 함께] 스티어링 너클(10)에 대한 이중 수평 빔 내부 지지를 형성한다.

스티어링 너클암(26)은 대향하는 제1 및 제2 단부(16, 18)를 포함하고, 제1 단부(16)는 중심부(12)에 연결된다. 위에서 언급한 바와 같이, 몇몇 실시예에서 스티어링 너클암(26)과 중심부(12)는 일체형의 하나로 된 몸체로서 형성된 주조물이다. 스티어링 너클암(26)은 중심부(12)로부터 종방향으로(즉, 도 1 및 도 2의 X 축을 따라) 돌출하고, 스티어링 너클암(26)의 제2 단부(18)는 자유단부가 된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 장착 브라켓(24)이 스티어링 너클암(26)의 제2 단부(18)에 형성될 수 있다. 종래의 스티어링 너클과 유사하게, 제1 장착 브라켓(24)은 차량의 스티어링 시스템과의 연결을 위해 제공될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 스티어링 너클암(26)은 수직하게 대향하는(즉, Z축에 대해 대향하는) 상부 및 하부 측면 에지(80, 82)를 구비한다. 상부 측면 에지(80)의 윤곽은 길이 대 높이 비율(length-to-height ratio)이 1.3 내지 1.8의 범위에 포함되며(여기서, 길이는 곡선에 접하고 높이는 길이에 직교하는 것으로 정의됨) 2차 도함수가 0이 아니고 연속한 방정식으로 정의되는 곡선으로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 곡선을 위한 결정 계수(coefficient of determination; R²)는 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.98의 요건을 만족한다. 대안적으로, 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.95의 요건을 만족하는 결정 계수 또한 고려된다. 본 명세서에서 사용되는 결정 계수(R²)는 통상적인 정의를 갖는 것으로 이해되어야 한다[즉, R²은 독립변수로부터 예측될 수 있는 종속 변수의 분산 비율로서 해석되는 회귀 분석의 주요 결과이다]. 여기서, 구체적으로 곡선과 관련해, R²는 곡선이 비교 곡선(즉, 사이클로이드 또는 타원)에 대해 얼마나 잘 맞거나 일치하는지를 나타낸다. 도 13은 이러한 곡선(C)을 도표적으로 도시한다. 여기서, 길이(L)는 곡선(C)에 접하게 시작하는 것으로 정의되고(도 13의 예시적인 배향에서 좌측), 높이(H)는 길이(L)에 수직하다. 곡선(C)은 룰렛(roulette)으로 알려진 곡선 세트에 속할 수 있다. 미분 기하학 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 룰렛 곡선은 사이클로이드(cycloid), 에피사이클로이드(epicycloid), 하이포사이클로이드(hypocycloid), 트로코이드(trochoid), 인벌류트(involute), 현수선(catenary), 타원, 포물선, 타원 현수선, 쌍곡선 현수선 및 디오클레스의 시소이드(cissoid of Diocles)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 곡선(C)은 전체적으로 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 시소이드의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다. 상부 측면 에지(80)는 이러한 곡선을 완전히 포함하거나 이러한 곡선의 일부로서 부분적으로 윤곽을 형성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 도 11에 도시 된 바와 같이, 스티어링 너클암(26)은 측방으로(Y축을 따라) 대향하는 제1 및 제2 측면 에지(35, 37)를 갖고, 제1 측면 에지(35)는 사이클로이드 곡률을 가질 수 있다. 그러나, 제1 측면 에지(35)는 임의의 적합한 윤곽을 가질 수 있는 것으로, 예컨대 제1 측면 에지(35)는 타원형 곡률(비제한적인 예로서)을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 제1 측면 에지(35)의 윤곽은 길이 대 높이 비율이 1.3 내지 1.8의 범위에 포함되며(여기서, 길이는 곡선에 접하고, 높이는 길이에 직교하는 것으로 정의됨) 2차 도함수가 0이 아니고 연속한 방정식으로 정의되는 곡선에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 곡선을 위한 결정 계수(R²)는 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.98의 요건을 만족한다. 대안적으로, 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.95의 요건을 만족하는 결정 계수 또한 고려된다. 전술한 바와 같이, 도 13과 관련해, 곡선은 몇몇 실시예에서 전체적 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 질수선의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다. 제1 측면 에지(35)는 임의의 이러한 곡선을 완전히 포함할 수 있거나 이러한 곡선의 일부로서 부분적으로 윤곽을 형성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이처럼, 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 특정한 형태의 곡선에 대한 언급은 전체 곡선 또는 부분 곡선을 지칭할 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 명세서에서 사용되는 "사이클로이드" 용어는 전체 사이클로이드 곡선 또는 부분 사이클로이드 곡선을 지칭할 수 있다.

또한, 도 15의 수직 횡측(Z-Y) 단면에 도시된 바와 같이, 상부 측면 에지(80) 및 하부 측면 에지(82)는 또한 각각 길이 대 높이 비율이 1.3 내지 1.8의 범위에 포함되며(여기서, 길이는 곡선에 접하고, 높이는 길이에 직교하는 것으로 정의됨) 2차 도함수가 0이 아니고 연속한 방정식에 의해 정의되는 곡선에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 곡선을 위한 결정 계수(R²)는 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.98의 요건을 만족한다. 대안적으로, 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.95의 요건을 만족하는 결정 계수 또한 고려된다. 전술한 바와 같이, 도 13과 관련해, 곡선은 몇몇 실시예에서 전체적 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 시소이드의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다. 상부 측면 에지(80) 및 하부 측면 에지(82)는 각각 그러한 곡선을 완전히 포함하거나 이러한 곡선의 일부로서 부분적으로 윤곽을 형성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

상부(28)는 대향하는 제1 및 제2 단부(34, 36)를 가지며, 제1 단부(34)는 중심부(12)에 연결된다. 위에서 언급한 바와 같이, 몇몇 실시예에서 상부(28) 및 중심부(12)는 일체형의 하나로 된 몸체의 부분으로 형성된 주조물이다. 상부(28)는 중심부(12)로부터 수직하게(즉, Z축을 따라) 돌출하고, 상부(28)의 제2 단부(36)는 자유단부가 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상부(28)는 실질적으로 S자형 곡률을 가질 수 있고, 상부(28)의 제2 부분(68)은 각각 사이클로이드 곡률을 갖는 측방으로 대향하는(즉, Y축을 따라 대향하는) 한 쌍의 측면 에지(60, 62)를 갖는다. 유사하게, 상부(28)의 제1 부분(70)은 각각 사이클로이드 곡률을 갖는 측방향으로 대향하는 한 쌍의 측면 에지(64, 66)를 갖는다. 측면 에지(60, 62, 64, 66)는 임의의 적합한 윤곽, 예를 들어 (비제한적인 예로서) 타원형 곡률의 윤곽을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 각각의 측면 에지(60, 62, 64, 66)의 윤곽은 길이 대 높이 비율이 1.3 내지 1.8의 범위에 포함되며(여기서, 길이는 곡선에 접하고, 높이는 길이에 직교하는 것으로 정의됨) 2차 도함수가 0이 아니고 연속한 방정식으로 정의되는 곡선에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 곡선을 위한 결정 계수(R²)는 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.98의 요건을 만족한다. 대안적으로, 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.95의 요건을 만족하는 결정 계수 또한 고려된다. 전술한 바와 같이, 몇몇 실시예에서 곡선은 도 13과 관련해 전체적으로 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 시소이드의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다. 각각의 측면 에지(60, 62, 64, 66)는 임의의 이러한 곡선을 완전히 포함하거나 이러한 곡선의 일부로서 부분적으로 윤곽을 형성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 4 및 도 6에 도시 된 바와 같이, 상부(28)의 제2 부분(68)은 I 빔과 유사한 단면 윤곽을 갖는 부분을 구비할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 로브(91, 93)는 중심 목부(95)에 의해 연결되고, 중심 목부(95)는 측방으로(즉, Y축을 따라) 연장하고, 각 로브(91, 93)는 종방향으로(즉, X축을 따라) 길게 형성된다. 몇몇 실시예에서, 장축(A₁)은 로브(91)를 양분하고, 이에 따라 측방으로 대향하는 에지(92, 94) 각각은 (이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 비제한적인 예로서) 사이클로이드 곡선을 형성한다. 유사하게, 몇몇 실시예에서, 장축(A₂)은 로브(93)를 양분하고, 이에 따라 측방으로 대향하는 에지(96, 98) 각각은 또한 (이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 비제한적인 예로서) 사이클로이드 곡선을 형성한다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 종측 측방 평면(즉, X-Y 평면)에서 취해진 상부(28)의 목 부(110)의 단면 윤곽은 로브(91, 93) 중 하나와 유사하게 더 큰 단면을 형성한다. 즉, 장축(A₃)은 상부(28)의 목부(110)를 대칭적으로 양분하고, 이에 따른 대칭적인 (또는, 대안적으로 비대칭인) 에지(101, 102) 각각은 몇몇 실시예에서 사이클로이드 곡선을 형성한다. 그러나, 전술한 각각의 에지와 부분들은 임의의 적합한 윤곽, 예컨대 타원형 윤곽(비제한적인 예시)을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 전술한 에지 및 부분들 각각의 윤곽은 길이 대 높이 비율이 1.3 내지 1.8의 범위에 포함되며(여기서, 길이는 곡선에 접하고, 높이는 길이에 직교하는 것으로 정의됨) 2차 도함수가 0이 아니고 연속한 방정식으로 정의되는 곡선에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 곡선을 위한 결정 계수(R²)는 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R2≥0.98의 요건을 만족한다. 대안적으로, 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R2≥0.95의 요건을 만족하는 결정 계수 또한 고려된다. 전술한 바와 같이, 도 13과 관련해, 몇몇 실시예에서 곡선은 전체적으로 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 시소이드의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다. 전술한 부분들의 각각은 임의의 이러한 곡선을 완전히 포함하거나 이러한 곡선의 일부로서 부분적으로 윤곽을 형성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부(28)의 제2 단부(36)에는 제2 장착 브라켓(38)이 형성될 수 있다. 종래의 스티어링 너클과 유사하게, 제2 장착 브라켓(38)은 차량의 휠의 서스펜션 구성요소에 연결을 위해 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상부(28)는 적어도 부분적으로 중공이며, 이에 따라 스티어링 너클(10)의 전체 중량이 감소된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부(28)는 제1 단부(34)에 인접한 제1 부분(70)과 제2 단부(36)에 인접한 제2 부분(68)으로 분할된다. 전술한 바와 같이, 제1 부분(70)은 적어도 부분적으로 중공이며 중심부(12)의 중공형 내부와 개방 연통될 수 있다. 전술한 바와 같이, 도 4 및 도 6을 참조하면, 제2 부분(68)은 솔리드이고 실질적으로 I 자형 단면 윤곽을 갖는 I 빔을 적어도 부분적으로 형성한다. 또한, 상부(28)의 전체적인 윤곽과 구성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 변형될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, 도 12a의 대안적인 실시예에 도시된 바와 같이, 스티어링 너클(100)은 변형된 장착 브라켓(138)을 갖는 상단부(136)를 구비한 상부(128)를 포함한다.

하부(40)는 대향하는 제1 및 제2 단부(42, 44)를 가지며, 제1 단부(42)는 중심부(12)에 연결된다. 전술한 바와 같이, 하부(40) 및 중심부(12)는 몇몇 실시예에서 일체형의 하나로 된 몸체의 부분으로 형성된 주조물이다. 하부(40)는 상부(28)에 수직하게 대향하고 중심부(12)로부터 수직으로 돌출하며, 하부(40)의 제2 단부(44)는 자유단부가 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하부(40)는 측방으로(Y 방향으로) 대향하는 한 쌍의 측면 에지(72, 74)를 갖는다. 도 14에서 하부(40)를 형성하는 벽부(56)의 측방 종단면도에 도시된 바와 같이, 벽부(56)의 측방 종방향 윤곽은 길이 대 높이 비율이 1.3 내지 1.8의 범위에 포함되며(여기서, 길이는 곡선에 접하고, 높이는 길이에 직교하는 것으로 정의됨) 2차 도함수가 0이 아니고 연속한 방정식으로 정의되는 곡선에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 곡선을 위한 결정 계수(R²)는 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.98의 요건을 만족한다. 대안적으로, 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.95의 요건을 만족하는 결정 계수 또한 고려된다. 전술한 바와 같이, 도 13과 관련해, 몇몇 실시예에서 곡선은 전체적으로 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 시소이드의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다. 전술한 바와 같이, 벽부(56)의 단면 윤곽은 임의의 이러한 곡선을 완전히 포함하거나 이러한 곡선의 일부로서 부분적으로 윤곽을 형성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 도 4를 참조하면, 측면 에지(74)의 수직 측방(Z-Y) 윤곽은 또한 길이 대 높이 비율이 1.3 내지 1.8의 범위에 포함되며(여기서, 길이는 곡선에 접하고, 높이는 길이에 직교하는 것으로 정의됨) 2차 도함수가 0이 아니고 연속한 방정식으로 정의되는 곡선에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 곡선을 위한 결정 계수(R²)는 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.98의 요건을 만족한다. 대안적으로, 사이클로이드 또는 타원과 비교할 때 R²≥0.95의 요건을 만족하는 결정 계수 또한 고려된다. 전술한 바와 같이, 도 13과 관련해, 몇몇 실시예에서 곡선은 전체적으로 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 시소이드의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다. 전술한 바와 같이, 측면 에지(74)의 단면 윤곽은 임의의 이러한 곡선을 완전히 포함하거나 이러한 곡선의 일부로서 부분적으로 윤곽을 형성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 도 2에 도시 된 바와 같이, 하부(40)의 제2 단부(44)에는 제3 장착 브라켓(46)이 형성된다. 종래의 스티어링 너클과 유사하게, 제3 장착 브라켓(46)은 차량의 서스펜션과의 피봇 연결을 위해 제공되는 피봇 장착 브라켓 일 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하부(40)는 부분적으로 오픈 쉘(open shell)을 형성하는 벽부(56)에 의해 형성된다. 수직 지지 빔(58; 수직 방향 또는 Z 방향을 따라 연장함)은 도시된 바와 같이 벽부(56)의 내부면에 고정된다. 수직 지지 빔(58)의 상단부는 바닥면(54)에 인접하고 근접하며, 일체형의 하나로 된 실질적으로 T 자 형상의 지지 구조를 형성해 수직, 측방 및 종방향 내부 지지를 제공한다. 전술한 바와 같이, 몇몇 실시예에서 상부(28)는 적어도 부분적으로 중공이 되고 중심부(12)와 하부(40)가 각각 중공이 되어 이에 따라 스티어링 너클의 전체 중량이 감소되고, 이중 수평 빔 지지부[즉, 전술한 바와 같이, 수평 빔(52)과 바닥면(54)에 의해 제공되는 이중 지지부]와 수직 빔(58)에 의해 내부 지지 구조가 제공된다.

스티어링 너클(10)의 전체 구성은 특정 유형의 차량 및/또는 스티어링 너클(10)의 이용에 따라 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 앞선 실시예에서는, 예컨대 단일 수평 빔(52)만 바닥면(54)과 함께 이용되어 이중 빔 내부 수평 지지부를 형성하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 적절한 임의의 수의 내부 빔이 사용될 수 있고 이러한 내부 빔은 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 도 12a의 대안적인 실시예에서, 스티어링 너클(100)은, 바닥면(54)과 유사하지만 수평 빔(52)이 도시된 바와 같이 개구(114) 위에 위치되는 빔(152)으로 대체된 바닥면(154)을 포함한다. 구체적으로, 이러한 대안적인 디자인과 관련해, 빔(152)은 스티어링 너클암(126)의 강성과 관련된 지지를 제공하고, 바닥면(154)은 하부(140)의 강성 및/또는 중심부(112)의 하부를 위한 지지를 제공한다.

바닥면(154)과 빔(152)이 단지 예시적인 목적으로 도시되어 있으나, 이러한 구성요소 및 중심부(112)의 전체 윤곽과 상대 치수는 다른 구성요소들에 대해 변형될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 스티어링 너클(10)에서 한 쌍의 베어링 볼트 보스는 개구(14) 위에 위치하고, 단일 베어링 볼트 보스는 수평 빔(52)에 연결된다. 도 12a의 스티어링 너클(100)에서, 한 쌍의 하부 베어링 볼트 보스는 바닥면(154) 위에 그러나 개구(114) 아래에 형성되고, 한 쌍의 상부 베어링 볼트 보스는 개구(114) 위에서 빔(152)에 근접하여 형성된다. 이는 단지 예시적인 구성을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 유사하게, 하부(140)는 임의의 적절한 전체 구성 및 상대 치수를 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 도 12a에는, 예컨대 수직 지지부(158)가 스티어링 너클(10)의 수직 지지부(58)와 관련해 대안적인 구성 및 위치로 도시되어 있다. 유사하게, 도 12B의 스티어링 너클(200)은 대안적인 구성의 다른 예시, 구체적으로 바닥면[254; 바닥면(54, 154)에 대응함]의 각도와 개구(214) 위에 위치되는 실질적으로 아치형인 측방 지지 빔(252)의 이용과 관련된 대안적인 구성의 다른 예시를 도시한다.

도 8 및 도 9에 도시 된 바와 같이, 스티어링 너클(10)은 주조 공정에 의해 제조될 수 있다. 사형 주조에서 알려진 바와 같이, 주조 금형은 각각 드래그부(30; 또는, 하부 부분) 및 코프부(32; 또는, 상부 부분)에 의해 형성된다. 코프부(30)와 드래그부(32) 각각은 주물사(112; molding sand)를 포함하며, 드래그 금형 및 코프 금형(115, 116; 즉, 금형 공동)이 주조 금형의 드래그부(30)와 코프부(32)에 각각 형성된다. 드래그부(30)와 코프부(32)가 함께 배치될 때, 드래그 금형(115)과 코프 금형(116)은 전체 금형 공동을 형성한다.

압축 모래 등으로 형성되는 제거 가능한 코어(20)가 금형 공동 내에 배치되고, 종래의 사형 주조 공정과 유사하게 금형 공동은 용융 금속으로 채워진다. 전술한 바와 같이, 용융 금속은 냉각되어 스티어링 너클(10)로 응고된다. 주조 금형의 드래그부(30)와 코프부(32)가 분리되고, 제거 가능한 코어(20)와 스티어링 너클(10)이 주조 금형으로부터 제거된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제거 가능한 코어(20)는 스티어링 너클(10)로부터 분리되어 최종 제품, 즉 스티어링 너클(10)을 형성한다.

도 8에는, 주조 금형 내에 형성되는 단일 금형 공동이 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 멀티 금형 공동은 단일 주조 금형 내에 형성될 수 있다. 도 10은 복수의 드래그 금형(115)을 갖는 드래그부(30)만 도시하고 있으나, 이는 간략화 및 예시의 목적으로 제공된 것으로 대응하는 코프부가 유사하게 복수의 코프 금형을 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 도시된 바와 같이, 금형은 스티어링 너클(10)의 수직 종방향 평면(즉, Z-X 평면)이 분리선(즉, 횡방향 수직 또는 Y-Z 평면)에 수직하도록 배향된다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 스티어링 너클(10)의 측방향 폭은 종방향 폭에 비해 실질적으로 작다. 따라서, 스티어링 너클(10)의 수직 종방향 평면이 분할선에 수직이 되도록 공동을 배향시킴으로써, 멀티 금형 공동이 단일 주조 금형 내에 용이하게 형성될 수 있고, 단일 주조 금형에서 다수의 스티어링 너클(10)이 동시에 제조될 수 있게 된다. 이러한 생산성 향상에 더하여, 전술한 바와 같은 스티어링 너클(10)의 예시적인 사이클로이드 윤곽은 분할선에 수직인 면에 드래프트를 구비해, 드래프트를 위한 중량 추가 없이 제거 가능한 코어(20) 및 스티어링 너클(10)이 금형 공동으로부터 쉽게 제거될 수 있게 된다. 전술한 바와 같이, 도 13과 관련해, 몇몇 실시예에서 곡선은 전체적으로 또는 부분적으로 예컨대 타원, 포물선, 사이클로이드, 현수선 또는 디오클레스의 시소이드의 절반과 같은 룰렛 곡선에 의해 형성된다.

스티어링 너클 및 이를 제조하는 방법은 전술한 특정 실시예로 제한되지 않으며, 본 명세서에 기재된 실시예, 도면의 도시, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자 실시할 수 있도록 상세하게 전술한 바에 의해 후술하는 청구범위 내에 포함되는 임의의 그리고 모든 실시형태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (42)

1. 중심부와,
   대향하는 제1 단부 및 제2 단부를 구비하는 스티어링 너클암과,
   대향하는 제1 단부 및 제2 단부를 구비하는 상부와,
   대향하는 제1 단부 및 제2 단부를 구비하는 하부를 포함하고,
   상기 스티어링 너클암의 제1 단부는 상기 중심부에 연결되고, 상기 스티어링 너클암은 상기 중심부로부터 종방향으로 돌출하고, 상기 스티어링 너클암의 제2 단부는 자유단부가 되고,
   상기 상부의 제1 단부는 상기 중심부에 연결되고, 상기 상부는 상기 중심부로부터 수직하게 돌출하고, 상기 상부의 제2 단부는 자유단부가 되고,
   상기 하부의 제1 단부는 상기 중심부에 연결되고, 상기 하부는 상기 상부와 수직으로 대향하며 상기 중심부로부터 수직으로 돌출되고, 상기 하부의 제2 단부는 자유단부가 되고,
   상기 상부는 제1 단부에 인접한 제1 부분과 제2 단부에 인접한 제2 부분을 포함하고,
   상기 상부의 제1 부분은 적어도 부분적으로 중공으로 형성되고,
   상기 상부의 제2 부분은 적어도 부분적으로 솔리드이며 I 자형 단면 윤곽을 갖는 I 빔 구조를 형성하는,
   스티어링 너클.
2. 제1항에 있어서,
   종측 측방 평면에서 상기 상부의 단면 윤곽은 각각 그와 연관된 제1 및 제2 곡률을 갖는 한 쌍의 곡선을 형성하고, 상기 제1 및 제2 곡률은 각각 적어도 부분적으로 제1 룰렛 곡선(roulette curve)으로 형성되고,
   상기 상부의 제1 부분은 각각 연관된 제1 곡률을 갖는 측방으로 대향하는 한 쌍의 측면 에지를 구비하고, 상기 상부의 제2 부분은 각각 연관된 제2 곡률을 갖는 측방으로 대향하는 한 쌍의 측면 에지를 가지고,
   상기 상부의 제1 부분 및 제2 부분의 측방으로 대향하는 제1 및 제2 측면 에지 각각의 제1 및 제2 곡률은 각각 적어도 부분적으로 제2 룰렛 곡선으로 형성되는스티어링 너클.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스티어링 너클암은 수직으로 대향하는 상부 및 하부 측면 에지를 구비하는,
   스티어링 너클.
4. 제3항에 있어서,
   상기 스티어링 너클암의 상부 측면 에지의 수직 종방향 단면 윤곽은 적어도 부분적으로 제3 룰렛 곡선으로 형성되는,
   스티어링 너클.
5. 제3항에 있어서,
   상기 스티어링 너클의 상부 측면 에지 및 상기 하부 측면 에지의 수직 횡방향 단면 윤곽은 각각 적어도 부분적으로 제4 룰렛 곡선 및 제5 룰렛 곡선으로 형성되는,
   스티어링 너클.
6. 제1항에 있어서,
   상기 스티어링 너클암은 측방으로 대향하는 제1 및 제2 측면 에지를 구비하고,
   상기 스티어링 너클암의 제1 측면 에지는 제6 룰렛 곡선에 의해 형성되는 측방 종방향 단면 윤곽을 갖는,
   스티어링 너클.
7. 제1항에 있어서,
   상기 하부는 부분적으로 오픈 쉘(open shell)을 형성하는 적어도 하나의 벽부를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 벽부의 측방 종방향 단면 윤곽은 제2 룰렛 곡선으로 형성되는,
   스티어링 너클.
8. 삭제
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항항에 있어서,
   상기 제1 내지 제7 룰렛 곡선 중 하나 이상은 비교 곡선과 대비할 때 결정 계수가 0.98 이상이고, 상기 비교 곡선은 타원과 사이클로이드로 구성된 그룹에서 선택되는,
   스티어링 너클.
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제7 룰렛 곡선 중 하나 이상은 비교 곡선과 대비할 때 결정 계수가 0.95 이상이고, 상기 비교 곡선은 타원과 사이클로이드로 구성된 그룹에서 선택되는,
    스티어링 너클.
11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 스티어링 너클을 제조하는 방법이며,
    코프 금형부 및 드래그 금형부를 갖는 주조 금형을 제공하는 단계와,
    금형 공동 내에 제거 가능한 코어를 삽입하는 단계와,
    용융 금속으로 상기 금형 공동을 채우는 단계와,
    상기 용융 금속을 냉각시켜 스티어링 너클을 형성하는 응고된 금속 구조물을 형성하는 단계와,
    상기 주조 금형의 코프 금형부와 드래그 금형부를 분리하는 단계와,
    상기 주조 금형으로부터 제거 가능한 코어 및 스티어링 너클을 분리하는 단계와,
    상기 스티어링 너클로부터 상기 제거 가능한 코어를 분리하는 단계를 포함하고,
    코프 금형 및 드래그 금형은 각각 주조 금형의 코프 금형부 및 드래그 금형부에 형성되고,
    상기 코프 금형부 및 상기 드래그 금형부는 금형 공동을 형성하고,
    상기 주조 금형의 코프 금형부와 드래그 금형부 사이에는 수직 측방 분할면이 형성되고,
    상기 제거 가능한 코어의 종방향 수직면과 상기 금형 공동의 종방향 수직면은 각각 상기 분할면에 수직한,
    스티어링 너클의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 스티어링 너클은 중심부; 스티어링 너클암; 상부; 하부; 및 상기 하부로부터 상기 중심부를 분리하는 바닥면을 포함하는,
    스티어링 너클의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서,
    내부의 종방향 및 측방향 지지를 제공하기 위해 상기 스티어링 너클의 중심부에 장착되는 적어도 하나의 수직 지지 빔을 형성하는 단계와,
    상기 수직 지지 빔의 상단부가 상기 바닥면에 인접하고 근접하게 위치해 내부의 종방향, 측방향 및 수직방향 지지를 제공하기 위한 일체형의 하나로 된 실질적으로 T 자형의 내부 지지 구조를 형성하도록, 상기 하부에 장착되며 실질적으로 수직하게 연장하는 수직 지지 빔을 형성하는 단계와,
    부분적으로 오픈 쉘을 형성하도록 상기 하부에 적어도 하나의 벽부를 형성하는 단계를 포함하는,
    스티어링 너클의 제조 방법.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
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