KR20170092971A - 볼 조인트 및 그 제작방법 - Google Patents

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Abstract

볼 조인트 및 그 제작방법이 개시된다. 볼 스터드; 상기 볼 스터드의 볼을 감싸서 지지하는 베어링; 상기 볼 스터드의 일부와 상기 베어링을 수용하고 플라스틱 재질로 제작된 볼 조인트 케이스; 및 상기 볼 조인트 케이스를 수용하고 현가아암에 체결되고 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)로 제작된 볼 조인트 마운팅 케이스를 포함하여, 효과적인 중량 절감과 내구성 향상을 도모할 수 있다.

Description

볼 조인트 및 그 제작방법{Ball joint and Manufacturing method thereof}
본 발명은 볼 조인트 및 그 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber Reinforced Plastic)의 핫 프레스(Hot Press) 몰딩 공법과 플라스틱 사출 몰딩 공법을 이용하여 제작한 볼 조인트 및 그 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 현가장치는 차체와 차륜을 연결하는 장치로서, 노면으로부터 차체로 전달되는 진동이나 충격을 흡수하는 스프링, 이 스프링의 작동을 조절하는 쇽 업소버, 차륜의 작동을 제어하는 현가아암이나 링크 등으로 구성된다.
상기와 같은 현가장치의 현가아암이나 링크 등은 차체 혹은 차륜에 대해 상대적인 운동을 할 수 있도록 연결하기 위해 볼 자재이음 혹은 볼 조인트 및 부시 등을 사용하고 있다.
예를 들면, 차량의 주행 중 차륜을 통해 입력되는 횡력, 전후력, 상하력을 지지하는 로워 컨트롤 아암의 일단은, 차륜을 조향하기 위해 차륜에 체결된 너클에 볼 조인트를 통해 연결되고, 로워 컨트롤 아암의 타단은 부시를 통해 차체에 연결된다.
상기와 같은 종래의 볼 조인트는 볼 스터드의 볼을 하우징에 넣어서 회전 자재하게 만든 구조로서, 강체로 만들어진 볼을 구비한 볼 스터드와, 볼 스터드를 감싸는 하우징 혹은 볼 조인트 케이스, 하우징과 볼 스터드의 볼 사이에 개재되어 볼 스터드의 운동을 자유롭게 만드는 베어링, 하우징의 내부로 이물질의 침입을 방지하는 더스트 커버 및, 볼 조인트 케이스를 수용하여 로워 컨트롤 아암에 장착되는 볼 조인트 마운팅 케이스 등을 포함하여 구성된다.
이와 같은 종래의 볼 조인트는 스틸 재질로 만들어져 사용되고 있었지만, 최근에는 차량의 연비 향상을 위해 스틸보다 경량 재질의 알루미늄을 사용하여 단조 공법으로 제작하고 있었다.
그러나, 차량에 많은 개수로 사용되는 볼 조인트의 경량화는 차량의 연비를 더욱 향상시킬 수 있으므로, 보다 더 경량화된 볼 조인트의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, 보다 높은 중량 절감으로 보다 효과적은 경량화를 도모할 수 있고, 이와 동시에 내구성도 향상시킬 수 있는 볼 조인트 및 그 제작방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트는, 볼 스터드; 상기 볼 스터드의 볼을 감싸서 지지하는 베어링; 상기 볼 스터드의 일부와 상기 베어링을 수용하고 플라스틱 재질로 제작된 볼 조인트 케이스; 및 상기 볼 조인트 케이스를 수용하고 현가아암에 체결되고 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)로 제작된 볼 조인트 마운팅 케이스를 포함할 수 있다.
상기 볼 조인트 케이스와 상기 볼 조인트 마운팅 케이스의 상부를 덮어서 커버하는 더스트 커버; 및 상기 더스트 커버를 상기 볼 조인트 마운팅 케이스에 고정하는 링 클립을 더 포함할 수 있다.
상기 볼 조인트 마운팅 케이스에는 하나 이상의 볼트 마운팅 부싱이 삽입되어 일체로 결합될 수 있다.
상기 현가아암은 로워 컨트롤 아암이고; 상기 로워 컨트롤 아암의 일단에 상기 볼 조인트 마운팅 케이스가 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 볼 조인트 제작방법은, 하나 이상의 볼트 마운팅 부싱을 볼 조인트 마운팅 케이스와 일체로 결합시키는 단계; 볼을 구비한 볼 스터드를 제작하는 단계; 베어링을 제작하는 단계; 상기 볼을 감싸도록 상기 볼 스터드에 상기 베어링을 결합시키는 단계; 상기 볼 스터드와 상기 베어링의 조립품을 상기 볼 조인트 마운팅 케이스와 일체로 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 볼 조인트 마운팅 케이스는 탄소섬유강화플라스틱으로 제작될 수 있다.
상기 탄소섬유강화플라스틱을 핫 프레스 공법으로 상기 볼 조인트 마운팅 케이스를 제작할 수 있다.
카본 칩을 사용하여 제품 형상이 고려된 차지를 제작하고, 상기 차지를 금형에 삽입하여 열과 압력을 가해서 상기 볼 조인트 마운팅 케이스를 제작할 수 있다.
상기 압력은 70bar 이상일 수 있다.
상기 카본 칩은 프리프레그(Prepreg; UD Tape) 또는 토우 프리프레그(Tow Prepreg)에서 절단된 카본 칩일 수 있다.
상기 카본 칩은 T700 그레이드(Grade)의 탄소 섬유와 에폭시 수지의 혼합물일 수 있다.
상기 볼 스터드와 상기 베어링의 조립품을 상기 볼 조인트 마운팅 케이스와 일체로 결합시키는 단계는, 상기 볼 조인트 마운팅 케이스와 상기 조립품을 금형에 삽입하여 플라스틱 수지로 사출 성형할 수 있다.
상기 플라스틱 수지는 상기 볼 조인트 마운팅 케스와 상기 조립품 사이에 개재되어 볼 조인트 케이스를 형성할 수 있다.
상기 볼 스터드에 더스트 커버를 씌운 후 링 클립을 끼워서 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 볼을 감싸도록 상기 볼 스터드에 상기 베어링을 결합시키는 단계에서 윤활유를 주입할 수 있다.
상기 볼 스터드에 더스트 커버를 씌운 후 링 클립을 끼워서 고정시키는 단계에서 윤활유를 주입할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트 및 그 제작방법에 의하면, 볼 조인트 마운팅 케이스를 탄소섬유강화플라스틱으로 핫 프레스 공법으로 제작하고, 볼 조인트 케이스를 플라스틱 소재로 사출 성형하여, 종래의 스틸 재질로 제작된 볼 조인트에 비해 중량을 40% 이상으로 절감할 수 있고, 차량에 적용할 경우에 차량의 연비를 보다 향상시킬 수 있다.
또한 볼 조인트 마운팅 케이스의 내부에 볼 스터드와 베어링이 삽입된 상태에서 볼 조인트 케이스가 사출 성형됨에 따라 고강도, 고내구성 및 내충격성을 보다 향상시킬 수 있으며, 차량의 로워 컨트롤 아암과 같은 현가아암에 적용할 경우에 차량의 조향 성능과 승차감을 향상시킬 수 있다.
이와 더불어 레이 아웃 패턴 디자인이 불필요하여 볼 조인의 설계 및 해석이 용이해지고, 레이 아웃 패턴에 따른 적층 공정이 불필요해져 복합재 부품의 제작 시간을 획가적으로 단축시켜 생산성의 향상의 도모할 수 있다.
그리고 금속 재질의 볼트 마운트 부시를 볼 조인트 마운팅 케이스에 인서트하여 일체로 성형함에 따라 내구성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 레이 아웃 확보가 용이해지는 등의 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트의 저부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트가 장착된 로워 컨트롤 아암의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제작방법으로 볼 조인트 마운팅 케이스를 제작하는 공정 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제작방법으로 플라스틱 수지를 사출 성형하는 공정 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트 제작방법의 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트(100)는, 강체로 제작되고 볼을 구비한 볼 스터드(10)와, 볼 스터드(10)의 볼을 감싸서 볼 스터드(10)의 회동 운동을 자유롭게 지지하는 베어링(20), 볼 스터드(10)의 일부와 베어링(20)을 수용하는 볼 조인트 케이스(30), 볼 조인트 케이스(30)를 수용하고 도시되지 않은 현가아암에 체결되는 볼 조인트 마운팅 케이스(40), 볼 조인트 케이스(30)와 볼 조인트 마운팅 케이스(40)의 상부를 덮어서 이물질의 침입을 방지하는 더스트 커버(50), 및 상기 더스트 커버(50)를 볼 조인트 마운팅 케이스(40)에 고정하는 링 클립(60)을 포함할 수 있다.
볼 조인트 마운팅 케이스(40)에는 하나 이상의 볼트 마운팅 부싱(70)이 삽입되어 일체로 결합될 수 있다.
볼 조인트 케이스(30)는 플라스틱 재질로 성형될 수 있고, 볼 조인트 마운팅 케이스(40)는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)로 성형될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기와 같은 구조로 된 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트(100)는 차량의 현가아암, 예를 들면 로워 컨트롤 아암(200)의 일단에 장착될 수 있다.
즉, 로워 컨트롤 아암(200)의 일단에 볼 조인트(100)가 장착될 수 있고, 로워 컨트롤 아암(200)의 타단에 제1부시(210)가 장착될 수 있으며, 볼 조인트(100)와 제1부시(210) 사이의 소정 부위에 제2부시(220)가 장착될 수 있다.
로워 컨트롤 아암(200)은 볼 조인트(100)를 통해 도시되지 않은 차륜의 너클에 연결될 수 있고, 제1,2부시(210, 220)는 도시되지 않은 차체에 체결될 수 있으므로, 차륜이 로워 컨트롤 아암(200)을 통해 차체에 지지될 수 있는 것이다.
도 5를 참조하면, 볼 조인트 마운팅 케이스(40)는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 재질로 핫 프레스 공법을 이용하여 제작할 수 있다.
즉, 먼저 카본 칩을 사용하여 제품 형상이 고려된 차지(Charge; 300)를 제작하고, 차지(300)를 상부 금형(310)과 하부 금형(320)에 삽입한 다음에, 상부 금형(310)을 닫아서 열과 압력을 가하여 볼 조인트 마운팅 케이스(40)를 제작할 수 있다.
이 때에, 볼트 마운팅 부싱(70)을 금형에 함께 삽입하여 볼 조인트 마운팅 케이스(40)와 일체로 성형할 수 있다.
금형에 가하는 압력은 70bar 이상이 바람직하다.
카본 칩은 프리프레그(Prepreg; UD Tape) 또는 토우 프리프레그(Tow Prepreg)에서 절단된 카본 칩을 사용할 수 있다.
카본 칩은 T700 그레이드(Grade)의 탄소 섬유(Carbon Fiber)와 에폭시 수지(Fast Cure Epoxy Resin)의 혼합물을 사용할 수 있다.
카본 칩의 크기는 길이가 30cm ~ 80cm이고, 폭은 0.5cm ~ 1.5cm인 것이 바람직하다.
프리프레그의 중량(Prepreg areal weight)은 150 ~ 300gsm(gram per square meter)가 바람직하다.
도 6을 참조하면, 상기와 같이 성형된 볼 조인트 마운팅 케이스(40)를 상부 금형(410)에 삽입하고, 상부 금형(410)을 하부 금형(420)과 형합시켜 닫은 상태에서 하부 금형(420)에 형성된 주입 통로(422)를 통해 용융된 플라스틱 수지(430)를 주입하여, 볼 조인트(100)를 제작할 수 있다.
이 때에, 볼 조인트 마운팅 케이스(40)에 볼 스터드와 베어링의 조립품을 삽입하여, 볼 스터드와 베어링의 조립품과 볼 조인트 마운팅 케이스(40) 사이에 플라스틱 수지가 채워져서 응고되어, 볼 스터드와 베어링의 조립품과 볼 조인트 마운팅 케이스(40)가 응고된 플라스틱 수지에 의해 일체로 결합될 수 있다.
상기 응고된 플라스틱 수지는 볼 조인트 케이스(30)를 형성하게 된다.
그런 다음에 볼 스터드(10)에 더스트 커버(50)를 씌운 후 링 클립(60)을 끼워서 고정시키면 본 발명의 실시 예에 따른 볼 조인트(100)가 완성되게 된다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 볼 조인트 마운팅 케이스(40)를 성형할 때에 볼 마운팅 부싱(70)을 인서트하여 성형하고, 이어서 볼 스터드(10)와 베어링(20)을 각각 제작한 다음에 서로 조립하는 데, 이 때에 베어링(20)의 내측면에 그리스와 같은 윤활유를 미리 도포하여 윤활 성능을 향상시킬 수 있다.
그런 다음에 볼 스터드(10)와 베어링(20)의 조립품을 볼 조인트 마운팅 케이스(40)에 삽입하여 플라스틱 수지를 사출 성형하여 일체로 결합시키고, 마지막으로 더스트 커버(50)를 볼 스터드(10)의 상부에 씌워서 링 클립(60)으로 고정시키며, 필요에 따라 윤활유를 주입하여 볼 조인트(100)를 제작하게 되는 것이다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 볼 스터드
20: 베어링
30: 볼 조인트 케이스
40: 볼 조인트 마운팅 케이스
50: 더스트 커버
60: 링 클립
70: 볼트 마운팅 부싱
100: 볼 조인트
200: 로워 컨트롤 아암

Claims (16)

  1. 볼을 포함하는 볼 스터드;
    상기 볼 스터드의 볼을 감싸서 지지하는 베어링;
    상기 볼 스터드의 일부와 상기 베어링을 수용하고 플라스틱 재질로 제작된 볼 조인트 케이스; 및
    상기 볼 조인트 케이스를 수용하고 현가아암에 체결되고 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)로 제작된 볼 조인트 마운팅 케이스;
    를 포함하는 볼 조인트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼 조인트 케이스와 상기 볼 조인트 마운팅 케이스의 상부를 덮어서 커버하는 더스트 커버; 및
    상기 더스트 커버를 상기 볼 조인트 마운팅 케이스에 고정하는 링 클립;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 볼 조인트 마운팅 케이스에는 하나 이상의 볼트 마운팅 부싱이 삽입되어 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 현가아암은 로워 컨트롤 아암이고;
    상기 로워 컨트롤 아암의 일단에 상기 볼 조인트 마운팅 케이스가 장착된 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  5. 하나 이상의 볼트 마운팅 부싱을 볼 조인트 마운팅 케이스와 일체로 결합시키는 단계;
    볼을 구비한 볼 스터드와 베어링을 제작하여 상기 볼을 감싸도록 상기 볼 스터드에 상기 베어링을 결합시키는 단계;
    상기 볼 스터드와 상기 베어링의 조립품을 상기 볼 조인트 마운팅 케이스와 일체로 결합시키는 단계;
    를 포함하는 볼 조인트 제작방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 볼 조인트 마운팅 케이스는 탄소섬유강화플라스틱으로 제작된 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄소섬유강화플라스틱을 핫 프레스 공법으로 상기 볼 조인트 마운팅 케이스를 제작하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  8. 제5항에 있어서,
    카본 칩을 사용하여 제품 형상이 고려된 차지를 제작하고, 상기 차지를 금형에 삽입하여 열과 압력을 가해서 상기 볼 조인트 마운팅 케이스를 제작하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력은 70bar 이상인 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 카본 칩은 프리프레그(Prepreg; UD Tape) 또는 토우 프리프레그(Tow Prepreg)에서 절단된 카본 칩인 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 카본 칩은 T700 그레이드(Grade)의 탄소 섬유와 에폭시 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 볼 스터드와 상기 베어링의 조립품을 상기 볼 조인트 마운팅 케이스와 일체로 결합시키는 단계는, 상기 볼 조인트 마운팅 케이스와 상기 조립품을 금형에 삽입하여 플라스틱 수지로 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 플라스틱 수지는 상기 볼 조인트 마운팅 케스와 상기 조립품 사이에 개재되어 볼 조인트 케이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 볼 스터드에 더스트 커버를 씌운 후 링 클립을 끼워서 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 볼을 감싸도록 상기 볼 스터드에 상기 베어링을 결합시키는 단계에서 윤활유를 주입하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 볼 스터드에 더스트 커버를 씌운 후 링 클립을 끼워서 고정시키는 단계에서 윤활유를 주입하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 제작방법.
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