KR20210097687A - 볼 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징과; 조인트 볼의 수용을 위해 볼 베어링 섹션을 포함하는 볼 소켓과; 하우징 내 볼 소켓의 운동을 차단하는 회전 방지 장치;를 구비한 볼 조인트, 특히 섀시 조인트에 관한 것이다. 성능이 향상된 볼 조인트, 특히 섀시 조인트를 제안하기 위해, 본 발명에 따라, 하우징 및 볼 소켓은 회전 방지 장치의 형성을 위해 각각, 상응하는 고정 프로파일들을 포함하는 하나 이상의 연결 요소를 가지므로, 연결 요소들은 조립된 상태에서 형태 결합식 플러그인 연결부를 형성한다.

Description

볼 조인트

본 발명은 하우징과; 조인트 볼의 수용을 위해 볼 베어링 섹션을 포함하는 볼 소켓과; 하우징 내 볼 소켓의 운동을 차단하는 회전 방지 장치;를 구비한 볼 조인트, 특히 섀시 조인트에 관한 것이다.

이러한 유형의 볼 조인트는 종래 기술로부터 공지되어 있으며, 특히 섀시 부품들의 가동식 장착에 사용된다. 이 경우, 섀시 부품들의 가동성을 영구적으로 보장하기 위해, 볼 소켓들은 한편으로는 볼 소켓들이 회전을 통해 조인트 개구를 적어도 부분적으로 폐쇄하는 것을 방지하도록, 그리고 다른 한편으로는 마모 증가를 예방하도록, 하우징 내부에 회전 방지식으로 장착된다. 이를 위해, 종래 기술에 따라 몇몇 대안적인 수단들을 사용할 수 있다.

예를 들어, 커플링 로드를 통해 하우징 내에 앵커 고정되는 볼 소켓들을 갖는 볼 조인트들이 공지되어 있다. 또한, 밀링 공정을 통해 제공될 수 있도록 볼 소켓들에 측방향으로 배열되고, 대부분 실린더형으로 형성된 형태 결합식 연결부들이 공지되어 있다. 또한, 접속 부품들 내에 제공되며, 조립 중에 볼 소켓 표면을 변형시키고 하우징 내의 로킹을 향상시키는 홈 또는 니플이 공지되어 있다. 마지막으로, 일종의 융기부를 형성하고 조립 시에 볼 소켓의 외부 윤곽 내로 가압되는, 대부분 융기되어 있는 소형 부재들도 공지되어 있다.

볼 소켓들의 회전 방지 장치들의 기존 해결책들은 지지식 장착의 영역들, 그리고 그에 따라 볼 소켓들의 볼 베어링 섹션들에 직접 영향을 미칠 수 있다. 특히 볼 베어링 섹션들 내 다양한 벽 두께들은 때때로 상이한 열팽창을 야기하는데, 이로 인해 조인트의 성능이 저하되는 경우가 드물지 않다.

이에 기초하여, 본 발명의 과제는 성능이 향상된 볼 조인트, 특히 섀시 조인트를 제안하는 것이다. 특히, 볼 소켓의 지지부 분량은 증가되어야 하며, 조인트의 성능은 실질적으로 온도와 무관해야 한다.

이러한 과제는 청구범위 제1항에 따른 볼 조인트에 의해 해결된다. 본 발명에 따라, 하우징 및 볼 소켓은 회전 방지 장치의 형성을 위해 각각, 상응하는 고정 프로파일들을 포함하는 하나 이상의 연결 요소를 가지므로, 연결 요소들은 조립된 상태에서 형태 결합식 플러그인 연결부를 형성한다. 이를 통해, 실질적으로, 회전 방지 장치 또는 회전 방지 장치를 형성하는 연결 요소들과; 볼 조인트 내부의 조인트 볼의 지지식 장착의 영역을 형성하는 볼 베어링 섹션; 사이의 분리가 이루어진다. 이를 통해, 생략되지 않을 시에 볼 베어링 섹션의 불균일한 벽 두께를 야기하는 추가 고정 부재들이 생략될 수 있다. 이를 통해, 균일한 열팽창에 의해 온도의 영향을 감소시키고, 볼 소켓에서의 마모 발생을 감소시키는 볼 소켓의 지지부 분량은 최대화된다. 전체적으로, 이를 통해 볼 조인트의 성능이 뚜렷히 향상될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 하기에 그리고 종속항들에 설명된다.

볼 베어링 섹션이, 연결 요소들로부터 분리된, 그에 따라 독립적이며 영향을 받지 않는 조인트 볼 장착을 가능하게 하도록, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라, 볼 베어링 섹션은 볼 소켓의 연결 요소를 완전히 둘러싸고, 연결 요소는 바람직하게 볼 조인트의 중심 종축을 중심으로 배열된다. 환언하면, 볼 소켓의 연결 요소는 볼 조인트의 기하학적 중심점에 대하여 원뿔 각도(α) 내에 위치하고, 볼 베어링 섹션은 원뿔 각도(α) 외에 위치하므로, 연결 요소와 볼 베어링 섹션은 서로 각거리(angular distance)를 갖는다. 바람직하게, 이 경우 연결 요소는 중심축(수직축)에 동축으로 배열되며, 중심 종축은 볼 소켓의 적도 평면에 수직으로 정렬되고 볼 소켓의 중심점을 통과한다. 이를 통해, 회전 방지 장치와 볼 베어링 섹션의 직접적 분리가 이루어지고, 회전 방지 장치와 볼 베어링 섹션은 이를 통해 자신들의 각각의 기능들에 영향을 미치지 않는다.

모든 방향들로 볼 소켓 내의 조인트 볼의 균일한 지지 및 장착이 이루어지도록, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 볼 베어링 섹션은 볼 조인트의 중심 종축에 대하여 회전 대칭으로 형성되므로, 볼 베어링 섹션은 슬롯 없이 그리고 그루브 없이 형성된다.

바람직한 추가의 일 실시예에 따라, 볼 소켓의 연결 요소는 포지티브 형상으로 형성되고, 하우징의 연결 요소는 상응하는 네거티브 형상으로 형성된다. 특히, 볼 소켓은 외부 고정 프로파일들을 구비한 실린더 형태의 연결 요소를 갖고, 이러한 연결 요소는, 네거티브 형상의 실린더 내부면에 형성되는, 마찬가지로 고정 프로파일들을 포함하는 상응하게 형성된 실린더형 리세스 형태의 하우징의 연결 요소 내로 삽입 가능하다. 연결 요소들의 상응하는 고정 프로파일들로서, 육각형 또는 라운딩된 육각형으로 형성되거나 슬롯 형태, 십자 형태 또는 다각형 형태의 횡단면을 갖는 고정 프로파일들이 바람직한 것으로 입증되었다.

그러나, 연결 요소들은 필요한 경우, 반전된 형태로도 형성될 수 있으므로, 볼 소켓의 연결 요소는 네거티브 형상으로 형성되고, 하우징의 연결 요소는 상응하는 포지티브 형상으로 형성된다. 마찬가지로, 바람직한 일 실시예에 따르면 필요한 경우, 연결 요소는 실린더 형상과는 다르게 형성되고, 실질적으로 원뿔대 형태의 외부 윤곽을 가지므로, 연결 요소는 중심 설정 기능을 담당한다. 이 경우, 하우징의 연결 요소는 상응하게 원추형으로 형성된다.

볼 베어링 섹션으로부터 회전 방지 장치를 추가로 분리하기 위해, 바람직하게 볼 소켓의 외부면에는 리세스가 형성되며, 이러한 리세스는 볼 소켓의 연결 요소를 완전히 둘러싸고, 조립된 상태에서 이러한 리세스에는 상응하게 형성된 환형 융기부에 의해 하우징이 맞물리며, 리세스는 바람직하게는 U-자 형태의 횡단면을 갖도록 형성된다. 볼 베어링 섹션을 향한 측면의 하우징의 환형 융기부는 바람직하게는 지지면으로 형성된다. 이를 통해, 볼 베어링 섹션은 회전 방지 장치의 방향으로 작용하는 힘이 발생할 때 하우징의 지지면에 지지될 수 있으므로, 고작해야 작은 힘만이 회전 방지 장치에 작용하게 된다. 볼 조인트 내에 높은 압력 부하가 발생하는 경우, 하우징의 지지면은 볼 소켓의 플라스틱 재료의 편향을 거의 허용하지 않으며, 변형된 재료가 부하를 덜 받는 영역들 내로 편향될 수 없음으로써 조인트 응력이 감소하도록 이러한 변형된 재료를 지지한다.

또한, 환형 횡단면 테이퍼부를 통하여, 적은 재료 결함으로 볼 베어링 섹션 내의 균일한 재료가 얻어지는데, 이는 볼 소켓의 제조 공정에 기인한다. 본 발명에 따른 볼 소켓들은 바람직하게는 사출 성형 공정으로 제조되며, 플라스틱 재료는 적합한 형태로 이후의 회전 방지 장치의 영역에 우선 주입된다. 이어서, 플라스틱 재료는 횡단면 테이퍼부를 통하여 볼 베어링 섹션의 영역으로 밀려 들어간다. 횡단면 테이퍼부는 일종의 스로틀로서 작용하므로, 횡단면 테이퍼부 후방에 압력 강하가 발생하고 플라스틱 재료가 이완되는데, 이는 사출 과정의 안정화 및 볼 베어링 섹션의 균일한 충전을 유도한다. 이러한 방식으로 제조된 볼 소켓들은 특히 볼 베어링 섹션의 영역에 적은 재료 결함을 갖고, 특히 플로 마크(flow mark) 또는 기공을 갖지 않는다.

볼 소켓의 지지부 분량을 더욱 증가시키기 위해, 바람직하게 볼 베어링 섹션은 볼 소켓의 연결 요소로부터 볼 조인트의 조인트 개구에 이르기까지 일정하게 감소하는 벽 두께를 갖는다. 연결 요소와 볼 베어링 섹션 사이에 환형 리세스가 배열되는 경우, 바람직하게 볼 베어링 섹션은 환형 리세스로부터 볼 조인트의 조인트 개구에 이르기까지 일정하게 감소하는 벽 두께를 갖는다.

조립 이전에 볼 소켓은 개구 영역으로부터 적도에 이르기까지 실질적으로 실린더형으로 또는 실린더형에 준하게 형성되므로, 조인트 볼이 볼 소켓 내로 삽입 가능하다. 또한, 조립된 상태에서 볼 소켓이 조인트 볼을 형태 결합식으로 둘러싸도록 볼 소켓의 실린더형 부분을 변형시키는 환형 폐쇄 요소가 제공된다. 이를 통해, 볼 베어링 섹션은 조인트 볼에 균일하게 가압되고, 이어서 형태 결합식으로 볼 조인트의 하우징 내에 고정될 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예들이 하기에 도면들을 참조하여 설명된다.

도 1은 볼 조인트의 횡단면도이고,
도 2a 및 도 2b는 볼 소켓의 횡단면도들이며,
도 3a 및 도 3b는 볼 소켓 및 하우징의 사시도들이다.

도 1에는 하우징(2), 볼 소켓(3) 및 그 내부에 장착된 조인트 볼(4)을 갖는 조립된 상태의 볼 조인트(1)의 구체적인 실시예가 도시되어 있으며, 이러한 조인트 볼은 조인트 개구(6)에서 샤프트(5)와 함께 볼 소켓(2)을 관통한다. 볼 소켓(3)은, 하우징(2) 내부의 볼 소켓(3)의 운동, 특히 조인트 개구(6)의 평면(9) 또는 볼 소켓(3)의 적도(21)에 수직으로 배열되고 볼 소켓(3)의 중심점(M)을 통해 연장되는 중심 종축(8)(수직축)을 중심으로 하는 회전을 차단하는 회전 방지 장치(7)를 통해 하우징(2)과 연결된다. 도시된 실시예에서, 회전 방지 장치(7)는, 포지티브 형상으로 형성된 볼 소켓(3) 상의 연결 요소(10)와, 네거티브 형상으로 형성된 하우징(2)의 상응하게 형성된 연결 요소(11)로 구성된다. 두 연결 요소들(10, 11)은 실린더형으로 형성되고, 자신들의 실린더 외부면 또는 실린더 내부면에 고정 프로파일들을 갖는다(도 1에 미도시). 이와 관련하여, 도 3a 및 도 3b의 실시예들은 볼 소켓(3)의 측에는 외부의 라운딩된 육각형을 구비한 고정 프로파일(12)을, 하우징(2)의 측에는 내부의 라운딩된 육각형을 구비한 고정 프로파일(13)을 도시한다. 조립된 상태에서, 이러한 방식으로 형성된 연결 요소(10, 11)는 하우징(2) 내부의 볼 소켓(3)의 각각의 운동, 특히 볼 조인트(1)의 중심 종축(8)을 중심으로 하는 볼 소켓(3)의 회전을 차단한다.

볼 소켓(3)의 연결 요소(10)는 볼 베어링 섹션(14)에 의해 둘러싸이므로, 회전 방지 장치(7) 또는 연결 요소(10)와 볼 베어링 섹션(14) 사이의 분리가 이루어진다. 구체적으로, 볼 소켓(3)의 중심점(M)에 대하여, 회전 방지 장치(7)는 원뿔 각도(α) 내에 배열되는 반면, 볼 베어링 섹션(14)은 원뿔 각도(α) 외에 배열된다. 이로 인해, 볼 베어링 섹션(14)은 원주 방향으로 볼 때 일정한 벽 두께(15)를 가지며 완전히 회전 대칭으로 형성될 수 있는데, 이는 볼 소켓(3)의 하중 지지 능력에 긍정적인 영향을 미친다.

도시된 실시예에서, 볼 베어링 섹션(14)과 회전 방지 장치(7) 사이에는 리세스(16)(또는 함몰부)가 형성되고, 이러한 리세스에는 하우징(2)의 상응하게 형성된 환형 융기부(17)가 맞물린다. 리세스(16)는 실질적으로 U-자 형태의 횡단면을 갖도록 형성된다. 이 경우, 하우징(2)의 환형 융기부(17)는 볼 베어링 섹션(14)을 향한 측면에 지지면(18)으로서 형성되므로, 볼 베어링 섹션(14)이 그에 지지될 수 있다. 샤프트(5)가 예를 들어 화살표 방향(19)으로 좌측을 향해 피벗되면, 조인트(1) 내부의 마찰력에 따라 회전 방지 장치(7)의 방향으로 볼 베어링 섹션(14)에 힘이 작용하고, 볼 베어링 섹션(14)은 그곳에 배열된 하우징(2)의 지지면(18)에 지지될 수 있다.

도 2a 및 도 2b에는 각각 볼 소켓(3)의 횡단면도들이 도시되어 있으며, 도 2a에 따른 실시예는 볼 베어링 섹션(14)과 연결 요소(10) 사이에 리세스(16)를 갖는 반면, 도 2b에 따른 실시예는 볼 베어링 섹션(14)과 연결 요소(10) 사이에 리세스를 갖지 않는다. 이와는 무관하게, 이러한 두 사례들에서는 볼 베어링 섹션(14)의 벽 두께(15)가 연결 요소(10)로부터 조인트 개구(6)의 방향으로, 즉 화살표 방향(20)으로 일정하게 감소한다.

도 3a에는 도 2a에 따른 볼 소켓(3)의 사시도가 도시되어 있고, 이때 볼 소켓(3)은 아직 조립되지 않은 상태로 도시되어 있다. 이후, 볼 소켓(3) 내로의 조인트 볼(4)(도 3a에 미도시)의 삽입을 가능하게 하는 실질적으로 실린더 형태의 섹션(22)이 적도(21)로부터 조인트 개구(6)에 이르기까지 연장된다. 이어서, 볼 소켓(3)은, 도 3b에 사시도로 도시된 하우징(2) 내로 삽입된다. 조립된 상태(도 1 참조)에서, 이어서 링 요소(23)가 볼 소켓(3)의 실린더 형태의 섹션(22)에 가압되므로, 볼 소켓(3)은 조인트 헤드(4)에 안착된다. 최종적으로, 링 요소(23)는, 이를 위해 제공된 로킹 연결부들(24)이 링 요소(23), 그리고 그에 따라 하우징(2) 내의 볼 소켓(3)을 형태 결합식으로 고정할 때까지 하우징(2) 내에 삽입된다.

1 볼 조인트
2 하우징
3 볼 소켓
4 조인트 볼
5 샤프트
6 조인트 개구
7 회전 방지 장치
8 중심 종축
9 평면
10 볼 소켓 상의 연결 요소
11 하우징의 연결 요소
12 볼 소켓의 고정 프로파일
13 하우징의 고정 프로파일
14 볼 베어링 섹션
15 벽 두께
16 리세스
17 융기부
18 지지면
19 화살표 방향
20 화살표 방향
21 적도
22 볼 소켓의 실린더 형태의 섹션
23 링 요소
24 로킹 연결부
α 원뿔 각도
M 볼 소켓의 중심점

Claims (12)

1. 본 발명은 하우징(2)과; 조인트 볼(4)의 수용을 위해 볼 베어링 섹션(14)을 포함하는 볼 소켓(3)과; 하우징(2) 내 볼 소켓(3)의 운동을 차단하는 회전 방지 장치(7);를 구비한 볼 조인트, 특히 섀시 조인트에 있어서,
   하우징(2) 및 볼 소켓(3)은 회전 방지 장치(7)의 형성을 위해 각각, 상응하는 고정 프로파일들(12, 13)을 포함하는 하나 이상의 연결 요소(10, 11)를 가지므로, 연결 요소들(10, 11)은 조립된 상태에서 형태 결합식 플러그인 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
2. 제1항에 있어서, 볼 베어링 섹션(14)은 볼 소켓(3)의 연결 요소(10)를 완전히 둘러싸고, 연결 요소(10)는 바람직하게 볼 조인트(1)의 중심 종축(8)을 중심으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼 소켓(3)의 연결 요소(10)는 볼 조인트(1)의 기하학적 중심점(M)에 대하여 원뿔 각도(α) 내에 위치하고, 볼 베어링 섹션(14)은 원뿔 각도(α) 외에 위치하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 볼 베어링 섹션(14)은 볼 조인트(1)의 중심 종축(8)에 대하여 회전 대칭으로 형성되므로, 볼 베어링 섹션(14)은 슬롯 없이 그리고 그루브 없이 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 볼 소켓(3)의 연결 요소(10)는 포지티브 형상으로 형성되고, 하우징(2)의 연결 요소(11)는 상응하는 네거티브 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 요소들(10, 11)의 상응하는 고정 프로파일들(12, 13)은 육각형 또는 라운딩된 육각형으로 형성되거나 슬롯 형태, 십자 형태 또는 다각형 형태의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 볼 소켓(3)의 외부면에는 리세스(16)가 형성되며, 상기 리세스는 볼 소켓(3)의 연결 요소(10)를 완전히 둘러싸고, 조립된 상태에서 상기 리세스에는 상응하게 형성된 환형 융기부(17)에 의해 하우징(2)이 맞물리며, 리세스(16)는 바람직하게는 실질적으로 U-자 형태의 횡단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
8. 제7항에 있어서, 볼 베어링 섹션(14)을 향한 측면의 하우징(2)의 환형 융기부(17)는 지지면(18)으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 볼 베어링 섹션(14)은 볼 소켓(3)의 연결 요소(10)로부터 볼 조인트(1)의 조인트 개구(6)에 이르기까지 일정하게 감소하는 벽 두께(15)를 갖는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 볼 베어링 섹션(14)은 환형 리세스(16)로부터 볼 조인트(1)의 조인트 개구(6)에 이르기까지 일정하게 감소하는 벽 두께(15)를 갖는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 볼 소켓(3)은 조립 이전에 개구 영역으로부터 적도(21)에 이르기까지 실린더형에 준하게 형성되므로, 조인트 볼(4)이 볼 소켓(3) 내로 삽입 가능한 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
12. 제11항에 있어서, 조립된 상태에서 볼 소켓(3)이 조인트 볼(4)을 형태 결합식으로 둘러싸도록 볼 소켓(3)의 실린더형 부분을 변형시키는 환형 폐쇄 요소(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.

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