KR20050018804A - 몰드성형 볼조인트를 위한 투피스형 베어링셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼조인트용 베어링셀에 관한 것으로서, 상기 베어링셀은 제1물질로 이루어지는 심부(心部) 구성부분을 포함하고 있고, 그 심부 구성부분은 제2물질로 이루어지는 외피 성분에 의하여 완전히 둘러싸여 있다.

Description

몰드성형 볼조인트를 위한 투피스형 베어링셀{TWO-PIECE BEARING SHELL FOR A MOULDED BALLJOINT}

본 발명은 특허청구범위 제1, 7 및 11항의 특징에 따른 볼조인트, 특히 자동차용 볼조인트의 베어링셀 및 그 베어링셀의 제조방법에 관한 것이다.

독일특허 제DE 41 08 219 C2호에서 볼조인트의 베어링셀 제조법이 공개되어 있다. 상기 독일특허 제DE 41 08 219 C2호는 두 부분으로 구성하는 방법이 기술되어 있으며, 이때 제일 먼저 조인트볼 위에 슬라이딩층을 피복하도록 되어있다. 또 다른 특히 적합한 공정에서 상기 피복층 위에 망상섬유편조물(網狀纖維編組物)로 이루어진 또 하나의 피복층을 형성시킨다. 그 다음, 그와 같이 이중으로 피복된 볼 피벗(ball pivot)이 장착구 속으로 삽입한 다음 이 장착구를 볼조인트의 케이싱 속으로 착설한다. 상기 이중 플라스틱층의 구조는 상기 조인트볼의 표면에 면접한 섬유편조층(纖維編組層)을 플라스틱층 자체의 내부에 매입시켜, 냉각함으로써 이들을 결합하여 하나의 베어링셀을 형성하도록 사출 성형하는 것이다. 이 방법에 있어서는, 플라스틱을 사출하기 전에 밀봉 벨로즈(sealing bellows)의 환상연부(環狀緣部)를 케이싱 속에 미리 조립할 필요가 있다. 그 다음, 플라스틱이 경화된 후에 제조장치로부터 상기 볼조인트를 해체하여 뚜껑을 폐쇄하게 된다. 따라서 이 방법의 단점은 제조시간이 길어서 조립비용이 비싸지고, 고장이 일어나기 쉬운 것이다. 또한 상기 망상섬유 편조물을 부착하기 위하여 필요로 하는 별도의 공정은 제조비용을 추가시키게 된다.

특히 자동차용 볼조인트의 베어링셀은 또한 독일특허 제DE 296 17 276 U1호에서 공개되어 있다. 상기 독일특허 제DE 296 17 276 U1호는 베어링셀을 단일 플라스틱 재료로 사출성형기술을 사용하여 단일부품으로 제조하는 볼조인트가 공개되었다. 실제에 있어서는 그러한 제조방식은 마찰공학적으로 비교적 유리한 플라스틱을 사용할 수 있으나, 강도 면에서는 불리하며, 이때 섬유강화구조로 제조할 경우에만 양호한 강도특성을 나타낸다는 문제점을 가지고 있다. 후자의 경우에는 물론 양호한 마찰공학적 특성을 희생하게 된다. 따라서 개선방법을 통하여 동시에 양호한 기계적 및 마찰공학적 재료특성을 갖는 가공재료를 얻을 수 있을 것이며, 그러나 이 방법은 매우 높은 제조비용을 요구하게 된다.

제1도는 공동부가 부분적으로 충전된 볼조인트를 도시하고 있다.

제2도는 공동부가 완전히 충전된 제1도의 볼조인트를 도시하고 있다.

제3도는 평탄한 전단면을 갖는 볼조인트의 제조방법을 보여주는 도면이다.

제4도는 제3도의 볼조인트를 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.

제5도는 기계적 변형에 의하여 볼조인트 케이싱을 제작하는 공정을 보여주는 도면이다.

따라서, 본 발명의 과제는 저렴한 비용으로 양호한 기계적 및 마찰공학적 특성을 지닌 볼조인트 베어링셀을 제공하는 것이다. 또한 본 발명에 따른 베어링셀의 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 특허청구범위 제1 및 11항의 특징에 따른 베어링셀과 그 제조방법에 의하여 해결된다.

본 발명에 따른 베어링셀은 2개의 구성부분으로 이루어지는 바, 그 하나는 베어링셀의 마찰공학적 특성(마찰 및 마모에 관한 특성)을 결정하는 외피부분과, 또 하나는 베어링셀의 크리프 특성(creep characteristic), 강도, 강인성 등과 같은 기계적 특성을 결정하는 심부부분(心部部分)으로 구성된다. 외피면은 조인트볼과 볼조인트 케이싱에 대하여 동시에 고도의 마찰공학적 외측마찰층을 형성하도록 실시하는 것이 바람직하다. 상기 외피부분의 내부는 저렴한 심부성분으로 채워지는 것이 유리하다. 그렇게 하여, 상기 외측마찰층의 마찰을 경감시키므로 써, 기계적 재료특성을 희생시킬 필요 없이, 볼조인트의 수명을 향상시킴과 동시에 재료비 절약이 달성된다. 별도의 가공단계에서 볼 피벗을 추가적으로 불소수지(弗素樹脂), 윤활 에나멜 및/또는 기타 마찰공학적으로 적합한 피복층으로 미리 피복하므로 써 상기 베어링셀의 마찰공학적 특성과 그 수명이 한층 더 향상될 수 있다.

상기 베어링셀의 상부에 빙 둘러 바깥쪽으로 개방된 칼라(collar)를 형성하여, 볼조인트 케이싱과 함께 결합될 환상홈을 형성한다. 따라서 상기 밀봉 벨로즈의 조립이 임의의 시점에 이루어질 수 있기 때문에 근본적으로 조립이 간소화될 수 있다.

본 발명에 따른 베어링셀의 제조방법은 조인트볼을 볼조인트 케이싱 속으로 삽입하므로 써 시작된다. 상기 조인트볼과 조인트 케이싱은 최소 2개의 부분으로 착설된 공구와 함께 하나의 공동부를 형성하고, 그 공동부 속으로 제1플라스틱을 주입하여 부분적으로 충전한다. 그 다음, 상기 제1플라스틱 안으로 제2플라스틱을 충전하여 상기 공동부를 완전히 채운다. 샌드위치 몰딩법(sandwich molding)과 양쪽 플라스틱 재료의 흐름특성(원천와류-源泉渦流)에 의하여 상기 제1플라스틱은 공동부 속의 장입부품들을 뒤덮어 주므로 써, 제1플라스틱은 베어링셀의 외피부를 형성하고, 제2플라스틱은 심부를 구성하도록 되어있다. 따라서 냉각공정 후에는 양호한 마찰공학적 및 기계적 특성을 지닌 심부와 그 심부를 둘러싸는 외피를 갖는 베어링셀이 형성된다. 그 이상의 조립단계는 원칙적으로 필요 없다. 본 발명에 따른 방법에 있어서는 조립비용이 매우 저렴하고, 따라서 가공시간도 짧아진다.

저렴한 심부성분은 특히 공동부를 완전히 충전시켜주기 때문에 외피성분을 공동부의 벽체에 압착시키는 작용을 한다. 예를 들어 섬유강화와 같은 부가적 처리를 하므로 써, 사출성형공정 동안에 플라스틱의 수축이 적어지고, 따라서 냉각단계에서 일어나는 체적의 변화를 줄일 수 있다. 추가적으로 강화된 심부성분에 팽창제를 첨가하므로 써, 함몰점, 기포 또는 비틀림이 없이 균일한 수축이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

냉각공정에서 플라스틱의 체적수축을 추가적으로 조절하기 위하여, 플라스틱의 사출 전 또는 사출 할 때 또는 사출 후에 일정시간 동안 볼 피벗 및/또는 케이싱을 가열하거나 냉각시킬 수 있다. 상기 섬유강화처리를 위한 절차는 비틀림이 감소 내지 방지되므로 써 간소화된다.

본 발명의 실시예를 첨부도면을 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에는 볼조인트의 종단면도를 도시하고 있다. 이때 도면에 도시되지 않은 사출성형금형 속에 미리 제작된 볼조인트 케이싱(1)이 삽입된다. 특히 적합한 마찰공학적 마찰층으로 피복된 볼 피벗(2)을 상기 볼조인트 케이싱(1) 속에 삽입하여, 이때 볼 피벗(2)의 단부에 형성된 조인트볼(3)이 상기 케이싱(1)과 접촉하지 않도록 위치시킨다. 상기 볼 피벗(2)과 조인트볼(3) 및 케이싱(1)은 분할형 공구(10)로 밀폐되어, 모두 함께 하나의 공동부를 형성한다. 이와 같이 형성된 공동부(4)는 제1성분(5)으로 부분적으로 충전된다. 그 뒤에서 제2성분(6)을 밀어 넣으므로 써 상기 공동부를 완전히 충전시키다(제2도). 플라스틱 재료의 원천와류특성(源泉渦流特性)에 의하여 상기 제1성분(5)은 외피성분으로서 장입부품들을 둘러싸면서 흐르고, 한편 제2성분(6)은 심부성분(心部成分)으로서 상기 외피성분 내에 형성된 빈 공간을 충전한다. 상기 플라스틱 몸체를 냉각하면 외피 및 심부 성분으로 결합된 베어링셀(5, 6)이 형성된다.

상기 심부성분을 위한 재료로서는 적합한 기계적 특성을 지닌 모든 열가소성 플라스틱을 고려할 수 있다. 이때 강화처리는 예를 들어 섬유, 운모, 광물 또는 유리로 이루러진 구상입자(고도의 압축강도를 갖는) 등을 사용할 수 있다.

상기 외피성분은 강화처리를 하지 않고, 특히 적합한 마찰공학적 첨가물을 함유하는 열가소성 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다. 유리한 재료로서는 폴리아마이드(PA), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌 황화물(PPS), 폴리설폰 등이 우수한 플라스틱 재료로서 알려져 있다. 적합한 마찰공학적 첨가물로서는 예를 들어 테플론(PTFE), 페르플루오로알콕시 공중합체(PFA), 페르플루오로 폴리에테르(PFPE), 흑연, 실리콘유(-油), 기타 마찰 첨가제 또는 왁스 등과 같은 불소수지들이다.

마찬가지로 열경화성 플라스틱의 사용도 고려할 수 있다. 외피성분과 심부성분을 동일한 플라스틱으로 구성하고, 단지 적절한 수정을 가하여, 예를 들어 PA 6.6을 외피성분으로서, 그리고 PA 6.6 GF60을 심부성분으로서 강화하지 않고 사용하여 차이를 둘 수 있다.

상기 볼 피벗(2)의 대체 피복을 위하여 예를 들어 테플론(PTFE), 페르플루오로알콕시 공중합체(PFA), 페르플루오르-에틸렌-프로필렌 수지(FEP), 또는 폴리클로로 트리플루오로 에틸렌(PCTFE)과 같은 모든 불소수지(弗素樹脂)들을 사용할 수 있다.

적절한 공동부 형틀을 사용하여 상기 베어링셀의 상단부 둘레에 바깥쪽으로 향한 환상(環狀) 칼라(collar)를 형성시켜, 이 칼라가 볼조인트 케이싱(1)과 함께 환상홈(9)을 형성하므로 써, 그 환상홈(9) 속에 밀봉 벨로즈를 고정시킬 수 있도록 되어있다.

제3도에는 평탄한 정부(頂部)(8)를 갖는 조인트볼(3)을 위한 베어링셀을 제조하기 위한 다른 방법이 도시되어 있으며, 이때 상기 극점(8)은 때때로 조인트볼을 회전 제작할 때 가공재료를 마무리 절단에 의하여 생긴다. 상기 조인트볼(3)의 평탄한 정부(8)에도 불구하고 추가적인 마모를 일으키지 않고 원활한 가동성을 보장하기 위하여, 프레스바(press bar)(7)로 하여금 상기 조인트볼(3)의 평탄 정부(8)에 대하여 압축하도록 되어있다. 본 발명에 따라 계속 공동부를 충전할 때, 상기 평탄 정부(8)의 부위를 더 이상 함께 분사시키지 않으므로 써 가동성을 유지시킨다. 주입위치는 단지 예를 들어 도시하였으며, 실제로사출성형을 할 때 공지된 주입위치로 바꿀 수 있다.

제4도는 제3도의 A-A선을 연하는 단면도 이다. 베어링셀의 잘못 회전을 방지하기 위하여 형상결합(확실결합-確實結合)시켜 고정하기 위하여, 공동부를 형성하는 볼조인트 케이싱(1)의 내벽에 회전방지요부(11)를 형성시켜, 주입된 플라스틱이 상기 요부(11) 속으로 유입되므로 써, 플라스틱의 경화 후에 형상결합에 의한 고정이 이루어져 회전이 방지된다.

볼조인트가 사용될 때 받는 높은 부하 때문에 조인트볼의 상부의 베어링셀을 볼조인트 케이싱 재료에 의하여 추가적으로 지지되도록 하므로 써, 볼 피벗 및 조인트볼이 조인트로부터 빠지는 위험을 감소시키는 것이 바람직하다. 이러한 조인트볼의 언더 컷을 형성시키기 위하여, 볼조인트 케이싱을 원통형 슬리브 형태로 피봇핀의 위로부터 씌우게 되어 있으며, 이때 상기 원통형 슬리브는 조인트볼의 상부를 거의 완전히 둘러싸게 되어있고, 조립을 위하여 아래쪽으로 개방하여 형성되어 있다. 상기 원통 슬리브형 볼조인트 케이싱의 아래 부분은 사출성형장치 자체에서 또는 전단계의 공정을 통하여 이루어지는 기계적 변형과정에서 힘(F)을 가하면서 압축하여 생기는 구멍이 후속하는 주입공정에서 요구되는 크기가 되도록 가공한다. 다른 방법으로서, 상기 볼조인트 케이싱을 상기 조인트볼의 상부를 개방하여 형성하고, 조인트볼을 삽입한 다음, 사출성형장치 자체 또는 전단계의 공정을 통하여 가해지는 힘(F)을 이용하여 압축시킬 수도 있다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

볼조인트 케이싱(1) 볼 피벗(2)

조인트볼(3) 공동부(4)

제1성분(5) 제2성분(6)

프레스바(7) 정부(8)

환상홈(9) 분할형 공구(10)

회전방지요부(11)

Claims (14)

1. 베어링셀(5, 6)이 제1물질로 이루어진 심부(6)를 갖고 있으며, 그 심부(6)는 제2물질로 이루어진 외피성분(5)으로 완전히 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀.
2. 제1항에 있어서,

   상기 심부(6)는 강화된 열가소성 공중합체로 이루어져 있으며, 이때 강화처리는 섬유, 운모, 광물질에 의하여, 또는 유리로 형성된 구상입자에 의하여 처리되는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 외피성분은 강화처리를 하지 않고, 특히 적합한 마찰공학적 첨가물을 함유하는 열가소성 공중합체, 특히 폴리아마이드(PA), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌 황화물(PPS), 폴리설폰(PSU) 등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀.
4. 제3항에 있어서,

   적합한 마찰공학적 첨가물로서는 예를 들어 테플론(PTFE), 페르플루오로알콕시 공중합체(PFA), 페르플루오로 폴리에테르(PFPE), 흑연, 실리콘유(-油), 기타 마찰 첨가제 또는 왁스 등과 같은 불소수지인 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 베어링셀의 상부에는 바깥쪽에 밀봉 벨로즈를 고정시키기 위한 하나의 환상홈(9) 또는 환상 요부 및/또는 만입부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 베어링셀은 볼조인트 케이싱 내에서 회전하지 못하도록 형상결합하여 고정되는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀.
7. 선행 청구범위 중 하나에 따른 베어링셀(5, 6)을 사용하는 볼조인트.
8. 제7항에 있어서,

   상기 볼 피벗(2)은 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 볼조인트.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 볼 피벗(2)의 피복은 불소수지, 특히 테플론(PTFE), 페르플루오로알콕시 공중합체(PFA), 페르플루오르-에틸렌-프로필렌 수지(FEP), 또는 폴리클로로 트리플루오로 에틸렌(PCTFE), 윤활 에나멜 또는 기타 마찰공학적으로 적합한 피복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼조인트.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조인트볼을 삽입한 후에 볼조인트 케이싱이 그 조인트볼 위로 특히 250ㅀ 내지 320ㅀ의 큰 각도범위로 둘러싸도록 케이싱을 변형시키는 것을 특징으로 하는 볼조인트.
11. 제1공정단계에서 조인트볼(3)을 공동부(4) 속으로 삽입하는 볼조인트용 베어링셀(5, 6)의 제조방법에 있어서, 후속하는 공정단계에서 제1공중합체 재료(5)를 공동부(4) 속으로 주입하고, 다음 공정단계에서 제2공중합체 재료(6)를 상기 제1공중합체 재료(5) 속으로 분사주입하는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    제일 먼저 분사 주입된 중합체(5)는 외피 성분으로서, 두 번째 분사 주입된 중합체(6)는 심부 성분으로서의 역할을 하며, 이때 외피 및 심부 성분의 용량 비율은 임의로 조절할 수 있으며, 특히 외피성분의 체적은 심부성분 보다 작게 하므로 써, 특히 외피의 두께가 얇게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀 제조방법.
13. 제11항 또는 12항에 있어서,

    상기 공동부(4)는 최소한 부분적으로 또는 전적으로 볼조인트 케이싱(1)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀 제조방법.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    볼 피벗(2) 및/또는 볼조인트 케이싱(1)은 분사 주입전 및/또는 분사 주입을 하는 동안에 베어링셀(5, 6)의 재를 분사주입공정 다음에 일정한 시간 동안 가열하여, 미리 설정된 온도로 조절하는 것을 특징으로 하는 볼조인트용 베어링셀 제조방법.