KR20100123863A - 무척 무부싱 조인트 설계 - Google Patents

무척 무부싱 조인트 설계 Download PDF

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KR20100123863A
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제임스 이. 배슬리
레지널드 존 오. 비버트
래빈드래너쓰 퍼새드
네이쓴 에이. 젠슨
드미트리 젤마노프
윌리암 에이 맥도널드
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마그나 시팅 인크.
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Abstract

본 발명은 피봇 조인트에 관한 것이며, 피봇 조인트는 피봇 핀에 의해 제2 부재에 피봇식으로 연결된 제1 부재를 포함한다. 제1 부재는 제1 표면, 제2 표면 및 이들을 관통 연장하는 개구를 포함한다. 개구는 제1 표면으로부터 돌출되고 돌출부 높이를 규정하는 복수의 돌출부에 의해 둘러싸인다. 제2 부재는 제1 표면, 제2 표면 및 이들을 관통 연장하는 개구를 포함한다. 피봇 핀은 제1 부재와 제2 부재의 개구를 통해 연장되며, 돌출부 높이와 동일한 견부 높이를 규정하는 견부를 구비한다. 제2 부재의 제1 표면은 돌출부 및 견부와 체결하여 피봇 조인트의 축방향 자유 이동을 제어한다. 제1 부재의 개구의 내부 표면은 피봇 핀과 체결되어 피봇 조인트의 직경방향의 자유 이동을 제어한다.

Description

무척 무부싱 조인트 설계{CHUCKLESS BUSHINGLESS JOINT DESIGN}
본 발명은 피봇 조인트(pivot joint)에 관한 것이며, 특히, 두 개의 링크(link)를 피봇식으로 연결시키기 위한 무척(chuckless) 무부싱(bushingless) 피봇 조인트에 관한 것이다.
2개의 부재 또는 링크 사이의 피봇식 연결체들은 전형적으로 링크의 쌍 사이의 복수의 피봇식 연결체를 가지는 자동차용 시트 조립체에서 특히 일반적이다. 도 1을 참조하면, 가장 일반적인 형태의 피봇식 연결체(10) 중 하나는, 상호연결되는 각각의 링크(22, 24)의 원통형 개구(18, 20)를 통해 연장되는 가단(malleable) 관형 본체 또는 섕크(shank; 16) 및 예비성형된 헤드부(14)를 구비하는 전형적인 리벳(rivet) 또는 피봇 핀(12)을 사용하여 형성된다. 섕크(16)의 테일부(tail portion; 26)는 제2 헤드를 형성하도록 가압되며, 피봇 핀(12)의 제1 헤드(14)와 제2 헤드(26) 사이에서 링크들(22, 24)을 피봇식으로 연결시킨다.
이러한 형태의 피봇식 연결체의 일 단점은, 2개의 링크(22, 24)를 피봇식으로 연결시키는 직선형 피봇 핀(12)을 이용하여, 몇몇은 축방향의 지나치게 풀려지지 않고 나머지는 축방향으로 결합(binding)되지 않으면서, 일련의 피봇 조인트를 제조하는 것은 거의 불가능하다는 점이다. 또다른 단점은, 시간이 흐르면서, 피봇 조인트(10)가 마모됨에 따라, 피봇 핀(12)이 관통 연장되는 개구(18, 20)가 확장되는 경향이 있다는 점이다. 확장된 개구(18, 20)는 피봇 핀(12)과 링크(22, 24) 사이에서 직경방향으로 너무 큰 간극을 초래하여, 피봇 조인트(10)의 풀림을 야기한다.
상기 설명된 단점을 해결하기 위하여, 도 2에 나타난 바와 같이, 제1 링크(102)와 제2 링크(104) 사이의 피봇 조인트(100)에 부싱(bushing; 106)을 제공하는 것이 널리 공지되어 있다. 부싱(106)은 전형적으로 제1 링크(102)의 개구(108)에 삽입된다. 부싱(106)은 전형적으로 제1 링크(102)의 두께보다 큰 두께를 가짐으로써, 피봇 핀(110)이 제1 링크(102)와 제2 링크(104)를 피봇식으로 연결시키도록 제2 링크(104)의 개구(112)와 부싱(106)을 통해 삽입될 때, 제2 링크(104)가 제1 링크(102)보다는 오히려 부싱(106)의 단부에 대하여 접하게 된다. 그러므로, 제1 링크(102)와 제2 링크(104)를 함께 유지시키도록 제2 헤드를 형성하기 위한 피봇 핀(110)의 섕크(116)의 테일부(114)의 압축은 제1 링크(102)와 제2 링크(104)가 함께 결합되도록 야기하지 않는다. 또한, 부싱(106)은 피봇 핀(110)과 제1 링크(102) 사이에서 직경방향으로 간극을 제어한다.
그러나, 한 쌍의 링크 사이에서 축방향 공차를 제어하기 위하여 부싱을 필요로 하지 않는 한 쌍의 링크를 피봇식으로 연결시키기 위한 피봇 조인트를 제공하는 것은 여전히 바람직하다. 또한, 피봇 핀과 링크들 중 하나 사이에서 직경방향의 공차를 제어하기 위한 부싱을 필요로 하지 않는 개선된 피봇 조인트를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 무척 무부싱 피봇 조인트는 제1 링크와 제2 링크를 포함한다. 제1 링크는 피봇 핀에 의해 제2 링크에 피봇식으로 연결된다. 제1 링크는 제1 링크의 표면으로부터 돌출되는 4개의 돌출부에 의해 둘러싸여 관통 연장되는 개구를 포함한다. 돌출부는 돌출부 높이를 규정한다. 제2 링크는 관통 연장되는 개구를 포함한다. 피봇 핀은 제1 부분과 제2 부분을 포함하고 이들 사이에 견부(shoulder)를 형성하는 섕크를 포함한다. 견부는 견부 높이를 규정한다. 섕크의 제1 부분은 견부 높이가 돌출부 높이와 동일하도록 제1 링크의 개구에 배치된다. 제1 링크의 개구의 내부 표면은 피봇 핀에 대해 제1 링크의 직경방향의 자유 이동을 제어하도록 섕크의 제1 부분과 체결된다. 제2 링크는 피봇 핀에 대해 제1 링크의 축방향 자유 이동을 제어하도록 돌출부와 견부에 체결된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 돌출부 높이를 규정하는 복수의 돌출부에 의해 둘러싸여 있는 개구를 구비한 제1 부재, 개구를 구비한 제2 부재 및 견부 높이를 규정하는 견부를 구비한 피봇 핀을 포함하는 피봇 조인트를 조립하기 위한 방법이 제시된다. 피봇 조인트를 조립하는 방법은, 돌출부 높이를 규정하는 복수의 돌출부를 형성하도록 제1 부재를 가압하는 단계와, 복수의 돌출부들 사이의 중심부에 제1 부재 내의 개구를 천공하키는 단계와, 제1 부재의 개구를 통해 피봇 핀을 삽입시키는 단계와, 피봇 핀에 대해 제1 부재의 직경방향의 자유 이동을 제거하기 위하여 내향으로 재료를 가압하도록 개구에 인접한 제1 부재를 변형시키는 단계와, 피봇 핀의 견부 높이 아래로 복수의 돌출부를 가압시키는 단계와, 제2 부재의 개구를 통해 피봇 핀을 삽입시키는 단계 및 피봇 핀에 대해 제1 부재의 축방향 자유 이동을 제거하기 위하여 복수의 돌출부와 견부에 대하여 제2 부재를 유지시키도록 피봇 핀을 변형시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 장점은 다음 첨부 도면과 함께 고려할 때, 후술되는 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해됨을 쉽게 알 수 있다.
도 1은 제1 종래 기술 피봇 조인트의 단편적 측단면도이고,
도 2는 제2 종래 기술 피봇 조인트의 단편적 측단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피봇 조인트의 단편적 측단면도이고,
도 4a는 피봇 조인트의 제1 조립 단계를 설명하는 제1 링크의 단편적 평면 사시도이고,
도 4b는 제1 조립 단계를 설명하는 제1 링크의 단편적 저면 사시도이고,
도 4c는 제2 조립 단계를 설명하는 제1 링크의 단편적 평면 사시도이고,
도 4d는 도 4c의 4D-4D 라인과 리벳을 따라 취해진 단편적 측단면도이고,
도 4e는 제3 조립 단계를 설명하는 부분적으로 조립된 피봇 조인트의 단편적 측단면도이고,
도 4f는 제4 조립 단계를 설명하는 부분적으로 조립된 피봇 조인트의 단편적 평면 사시도이고,
도 4g는 도 4f의 4G-4G 라인에 따라 취해진 단편적 측단면도이고,
도 4h는 제5 조립 단계를 설명하는 부분적으로 조립된 피봇 조인트의 단편적 측단면도이다.
도 3 내지 도 4h를 참조하면, 피봇식 연결 또는 피봇 조인트가 일반적으로 200으로 도시된다. 피봇 조인트(200)는 마모를 감소시키고, 동시에, 바람직하지 않은 축방향 및 직경방향의 자유 이동(free-play)을 거의 제거한다. 본 발명의 피봇 조인트(200)는 특히 차량 시트 조립체의 피봇식 연결 부재 또는 링크를 위한 단순한 피봇 조인트로서 사용하기 위해 설계되었다. 그러나, 피봇 조인트(200)가 본 발명의 범위 내에서 임의의 다양한 부재를 피봇식으로 연결시키기 위해 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
피봇 조인트(200)는 제1 링크 또는 피봇 링크(202) 및 제2 링크 또는 고정 링크(204)를 포함한다. 각각의 제1 링크(202)와 제2 링크(204)는 관통 연장되는 원통형 개구(206, 208)를 포함한다. 제1 링크(202)의 개구(206)는 제2 링크(204)의 개구(208)보다 크다. 복수의 돌출부(embossment; 210)는 도 4c 및 도 4e에 나타난 바와 같이, 제1 링크(202) 내의 개구(206)의 원주 주위에 배치된다. 더 보다 상세하게는, 도시된 실시예에서, 네 개의 돌출부(210)는 개구(206)의 원주 주위에 등거리로 이격된다. 그러나, 임의의 개수의 돌출부(210)가 본 발명의 범위 내에서 개구(206) 주위에 배치될 수 있음이 이해된다.
피봇 조인트(200)를 조립하기 이전에, 각각 돌출부(210)는 상부 표면(214)을 형성하는 제1 링크(202)의 제1 표면(212)으로부터 상향 연장된다. 제1 링크(202)는 도 4d에서 가장 잘 나타나는, 높이(Hl)를 규정한다. 돌출부(210)는 또한 도 4d에 나타나는, 제1 링크(202)의 높이(Hl)보다 더 큰 높이(H2)를 규정한다. 도 4a에 나타나는, 제1 링크(202)의 제1 표면(212)으로부터 돌출하는 돌출부(210)를 형성하기 위해, 도 4b에 나타나는 제1 링크(202)의 제2 표면(216)은 엠보싱 공구(embossing tool)를 사용하여 가압된다. 이후, 개구(206)는 도 4c에 나타난 바와 같이, 돌출부들(210) 사이의 중심에서 제1 링크(202)를 통하여 관통된다.
제1 링크(202) 및 제2 링크(204)는 각각의 제1 링크(202) 및 제2 링크(204)에서 개구(206, 208)를 통하여 연장되는 리벳 또는 피봇 핀(218)에 의해 함께 피봇식으로 결합된다. 더 보다 상세하게는, 리벳(218)은 헤드부(220), 세장형 섕크(222) 및 테일부(224)를 포함하는 견부 리벳이다. 헤드부(220)는 접촉 표면(226)을 포함하고 섕크(222)는 접촉 표면으로부터 연장된다. 섕크(222)는 리벳 견부(232)를 사이에 형성하는 제1 부분(228)과 제2 부분(230)을 포함한다.
피봇 조인트(200)의 조립 동안, 리벳(218)의 섕크(222)는 헤드부(220)의 접촉 표면(226)이 제1 링크(202)의 제2 표면(216)과 체결되도록 제1 링크(202)의 개구(206)를 통해 삽입되고, 섕크(222)의 제1 부분(228)은 내부의 개구(206)에 배치된다. 이 단계에서, 섕크(222)의 제1 부분(228)은 개구(206) 내에 느슨하게 배치되며, 도 4e에 나타난다. 제1 링크(202)의 높이(Hl)은 리벳 견부(232)의 높이(H3) 이하이고, 돌출부(210)의 높이(H2)는 리벳 견부(232)의 높이(H3)보다 더 크다.
이후, 압연가공 링 공구(coining ring tool)는 도 4f에 나타나는, 제1 링크(202)의 제1 표면(212)에서 개구(206)의 원주 주위에 아치형 홈(arcuate trough; 234)을 형성하는데 사용된다. 도시된 실시예에서, 일 홈(234)은 각각의 인접한 돌출부들(210) 사이에 형성됨으로써, 전부 합하여 네 홈(234)이 있게 된다. 임의의 수의 홈(234)이 본 발명의 범위 내에서 제1 링크(202)에서 형성될 수도 있음을 알 수 있다. 제1 링크(202)의 압연가공은 개구(206)의 원주 주위로부터 섕크(222)의 제1 부분(228)을 향하여 내향으로 링크 재료를 가압하여, 제1 링크(202)와 리벳(218)의 섕크(222) 사이에서 직경방향의 자유 이동을 제거한다. 그러므로, 베어링 표면(236)은 개구(206)의 내부 표면과 섕크(222)의 제1 부분(228) 사이에 형성되고, 도 4g에 나타난다.
다음으로, 돌출부(210)의 상부 표면(214)는 엠보스 재-히트 펀치 공구(emboss re-hit punch tool)를 사용하여, 도 4h에 나타나는, 리벳 견부(232)의 높이(H3) 아래로 가압된다. 리벳 견부(232)의 높이(H3) 아래로의 돌출부(210)의 가압은 돌출부(210)의 상부 표면(214)과 리벳 견부(232)로 구성되는 균일한 표면을 제공한다. 제1 링크(202)와 제2 링크(204)가 함께 피벗식으로 결합될 때, 제2 링크(204)는 이하에 상세히 기술된 바와 같이, 균일한 표면에 대하여 인접한다. 돌출부(210)를 가압하는데 요구되는 압력의 크기는 돌출부 재료를 이동시키기에 충분할 것이지만, 리벳 견부(232)를 변형시키지 않을 것이 이해된다.
도 3에 나타난 바와 같이, 이후, 제2 링크(204)의 제1 표면(238)이 모두 동일 높이(H3)에 있는 돌출부(210)의 상부 표면(214)과 리벳 견부(232)로 구성되는 균일한 표면과 인접할 때까지, 섕크(222)의 제2 부분(230)은 제2 링크(204)의 개구(208)를 통해 삽입된다. 피봇 조인트(200)는 리벳(218)의 테일부(224)를 스테이킹(staking) 또는 스핀 리벳팅(spin-riveting)하여 완성됨으로써, 제1 링크(202)와 제2 링크(204)를 함께 유지시키기 위하여 테일부(224)를 변형시킨다. 리벳(218)의 테일부(224) 변형은 돌출부(210)의 상부 표면(214)과 리벳 견부(232)에 접하게 제2 링크(204)를 유지시킴으로써, 리벳(218)의 헤드부(220)와 제2 링크(204)의 제1 표면(238) 사이에서 제1 링크(202)의 축방향 자유 이동을 제거한다. 이와 달리, 제1 링크(202)와 제2 링크(204)를 함께 유지시키도록 너트(nut; 미도시)를 나사식으로 수용하기 위해 리벳(218)의 테일부(224)가 나사식으로 될 수 있음이 고려된다. 또한, 제1 링크(202)가 제2 링크(204)에 대해 피봇될 때 이들 사이의 마찰 크기를 제한하기 위하여, 리벳 견부(232)와 돌출부(210)는 제2 링크(204)의 제1 표면(238)이 제1 링크(202)의 제1 표면(212)에 접촉하는 것을 방지한다.
본 발명의 피봇 조인트(200)는 첨부 도면 4a 내지 도 4h에서 설명되는, 다음과 같은 단계에 따라 제조되고 조립된다. 제1 단계에서, 제1 링크(202)의 제2 표면(216)은 제1 표면(212)으로부터 돌출되는 돌출부(210)를 형성하기 위해 엠보싱 공구를 사용하여 가압된다. 이러한 단계에서, 각각의 돌출부(210)는 높이(H2)를 규정하는, 제1 링크(202)의 제1 표면(212)으로부터 상부 표면(214)까지 상향 연장된다.
제2 단계에서, 개구(206)는 돌출부들(210) 사이의 중심에서 제1 링크(202)를 통하여 관통된다.
제 3단계에서, 리벳(218)의 섕크(222)는 헤드부(220)의 접촉 표면(226)이 제1 링크(202)의 제2 표면(216)과 체결되도록 제1 링크(202)의 개구(206)를 통해 삽입된다. 섕크(222)의 제1 부분(228)은 개구(206) 내에 느슨하게 배치된다. 이러한 단계에서, 돌출부(210)의 높이(H2)는 리벳 견부(232)의 높이(H3)보다 더 크다.
제4 단계에서, 제1 링크(202)의 제1 표면(212)은 인접한 돌출부들(210) 사이에 아치형 홈(234)을 형성하도록 압연가공된다. 홈(234)의 형성은 제1 링크(202)와 리벳(218) 사이의 직경방향의 자유 이동을 제거하기 위하여 섕크(222)의 제1 부분(228)을 향해 내향으로 개구(206)의 원주 주위로부터 링크 재료를 가압한다.
제5 단계에서, 돌출부(210)의 상부 표면(214)은 제2 링크(204)의 제1 표면(238)과의 체결을 위한 균일한 표면을 제공하도록 리벳 견부(232)의 높이(H3) 아래로 가압된다.
제6 단계에서, 섕크(222)의 제2 부분(230)은 제2 링크(204)의 제1 표면(238)이 돌출부(210)의 상부 표면(214)과 리벳 견부(232)에 인접할 때까지 제2 링크(204)의 개구(208)를 통해 삽입된다.
제7 단계에서, 피봇 조인트(200)는 테일부(224)를 변형시키고 제1 링크(202)와 제2 링크(204)를 함께 유지하기 위해 리벳(218)의 테일부(224)를 스테이킹 또는 스핀 리벳팅함으로써 완성된다. 돌출부(210)의 상부 표면(214)과 리벳 견부(232)에 접하게 제2 링크(204)를 유지하는 것은 리벳(218)의 헤드부(220)와 제2 링크(204)의 제1 표면(238) 사이에서의 제1 링크(202)의 축방향 자유이동을 제거한다.
본 발명은 본 명세서에서 설명의 방식으로 기술되었고, 사용된 용어는 제한 보다는 설명의 단어 특성으로 의도되었음을 이해할 수 있다. 본 발명의 다수의 변형 및 변경이 상기 교시의 견지에서 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 본 발명이 특히 상세한 설명에서 구체적으로 열거된 바와 다르게 실행될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1 부재, 제2 부재 및 피봇 핀을 포함하는 피봇 조인트이며,
    제1 부재는 제1 표면, 대향하는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에서 상기 제1 부재를 통해 연장되는 개구를 포함하며, 상기 개구는 상기 제1 표면으로부터 돌출되고 돌출부 높이를 규정하는 복수의 돌출부에 둘러싸이며,
    제2 부재는 제1 표면, 대향하는 제2 표면 및 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에서 상기 제2 부재를 통해 연장되는 개구를 포함하며,
    피봇 핀은 상기 제1 부재의 상기 개구와 상기 제2 부재의 상기 개구를 통해 축방향으로 연장되어 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 피봇식으로 연결하고, 상기 돌출부 높이와 동일한 견부 높이를 규정하는 견부를 구비하며,
    상기 제2 부재의 상기 제1 표면은 상기 복수의 돌출부와 상기 견부와 체결함으로써 상기 피봇 조인트의 축방향 자유 이동을 제어하며,
    상기 제1 부재의 상기 개구의 내부 표면은 원주 방향으로 피봇 핀과 체결됨으로써 상기 피봇 조인트의 직경방향의 자유 이동을 제어하는
    피봇 조인트.
  2. 제1항에 있어서, 피봇 조인트는 상기 제1 부재의 상기 개구 주위에서 상기 제1 표면으로부터 상부 표면까지 돌출되는 적어도 두 개의 이격된 돌출부들을 더 포함하고,
    상기 돌출부 높이는 상기 돌출부의 상기 상부 표면과 상기 제1 부재의 상기 제2 표면 사이에서 규정되는
    피봇 조인트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 부재의 제1 표면과 대향하는 제2 표면 사이의 거리는 제1 높이를 규정하며,
    상기 돌출부 높이는 상기 제1 높이보다 큰
    피봇 조인트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 피봇 핀은 헤드부 및 상기 헤드부로부터 말단 테일부까지 연장되는 세장형 섕크부를 포함하는
    피봇 조인트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 피봇 핀의 상기 섕크부는 상기 헤드부로부터 연장되는 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 상기 테일부까지 연장되는 제2 부분을 포함하며,
    상기 제1 부분은 상기 제2 부분의 직경보다 큰 직경을 가지며 이들 사이에서 상기 견부를 형성하는
    피봇 조인트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 피봇 샤프트의 상기 헤드부와 상기 테일부 사이에 상기 제1 링크와 상기 제2 링크를 유지시키기 위하여, 상기 피봇 샤프트의 상기 헤드부는 상기 제1 링크의 상기 제1 표면과 체결하기 위한 제1 접촉 표면을 포함하고, 상기 테일부는 상기 제2 링크의 상기 제2 표면과 체결하기 위한 제2 접촉 표면을 형성하는 지주부를 포함하는
    피봇 조인트.
  7. 돌출부 높이를 규정하는 복수의 돌출부에 의해 둘러싸여 있는 개구를 구비한 제1 부재, 개구를 구비한 제2 부재 및 견부 높이를 규정하는 견부를 구비한 피봇 핀을 포함하는 피봇 조인트를 조립하는 방법이며,
    돌출부 높이를 규정하는 복수의 돌출부를 형성하도록 제1 부재를 가압하는 단계와,
    복수의 돌출부들 사이의 중심부에 제1 부재 내의 개구를 천공하는 단계와,
    제1 부재의 개구를 통해 피봇 핀을 삽입시키는 단계와,
    피봇 핀에 대해 제1 부재의 직경방향의 자유 이동을 제거하기 위하여 상기 피봇 핀에 대해 내향으로 재료를 가압하도록 개구에 인접한 제1 부재를 변형시키는 단계와,
    피봇 핀의 견부 높이 아래로 복수의 돌출부를 가압시키는 단계와,
    제2 부재의 개구를 통해 피봇 핀을 삽입시키는 단계 및
    피봇 핀에 대해 제1 부재의 축방향 자유 이동을 제거하기 위하여 복수의 돌출부와 견부에 대하여 제2 부재를 유지시키도록 피봇 핀을 변형시키는 단계를 포함하는
    피봇 조인트 조립 방법.
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