KR100914794B1 - 볼 소켓 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구면부(3)와 축부(2)로 이루어지는 피벗저널(1)과, 볼 소켓 조인트 하우징(5), 밀봉 벨로스(8)로 구성되어 있으며, 이때 상기 피벗저널(1)의 구면부(3)는 볼 소켓 조인트 하우징(5) 속에서 선회 및 편향 가능하게 지지되며, 상기 피벗저널(1)의 축부(2)는 차대의 결합부(7)에 고정되고, 한편, 상기 밀봉 벨로스(8)는 상기 볼 소켓 조인트 하우징(5)과 피벗저널(1)에 각각 형성된 최소 1개 이상의 밀봉착설부(10)에 결합/고정되는 자동차의 차대현가장치 및 조향장치를 위한 볼 소켓 조인트에 관한 것으로서, 상기 밀봉착설부(10)는 밀봉 벨로스(8)와 축부(2) 사이에 상기 축부(2)에 원응력의 작용하에 직접 장착되거나, 또는 그 축부(2)와의 재료결합으로 결합되는 하나의 탄성 밀봉링(11)과, 상기 밀봉 벨로스(8)와 밀봉링(11) 사이에 착설되는 하나의 환상 콜릿(13)으로 이루어진다. 본 발명의 실시형태에 의하여 상호간의 상대운동을 수행하는 밀봉체 구성부품(환상콜릿 및 밀봉링)들의 최적한 조정이 이루어질 수 있기 때문에, 선행기술에서 공지된 밀봉접합면의 부식문제가 해결된다.

Description

볼 소켓 조인트{BALL-AND-SOCKET JOINT}

본 발명은 특히 자동차의 차대현가장치(車臺懸架裝置) 및 조향장치를 위한 볼 소켓 조인트에 관한 것으로서, 상기 볼 소켓 조인트는 구면부(球面部)와 축부(軸部)로 이루어지는 피벗저널(pivot journal)과 볼 소켓 조인트 하우징 및 밀봉 벨로스(sealing bellows)로 구성되어 있으며, 이때 상기 피벗저널의 구면부는 볼 소켓 조인트 하우징 속에서 선회 및 편향 가능하게 지지되며, 상기 피벗저널의 축부는 차대의 결합부에 고정되고, 한편, 상기 밀봉 벨로스는 상기 볼 소켓 조인트 하우징과 피벗저널에 각각 형성된 최소 1개 이상의 밀봉부에 결합 /고정된다.

전술한 바와 같은 종류의 볼 소켓 조인트는 선행기술에서 여러 가지의 형태로 공지되어 있다. 그와 같은 볼 소켓 조인트에 있어서는 하우징과 선회축 사이에 상대운동이 일어나므로, 하우징 내에서 선회축의 구면부와 대응하는 스텝블록(step block)으로 형성하는 베어링쌍의 밀봉이 효과적이어야 한다. 그러한 이유 때문에 공지된 방법에 있어서는, 상기 밀봉 벨로스는 그 단부의 내측에 형성된 밀봉착설부를 갖는 융기부에 의하여 선회축의 축부의 외피면 위에 직접 착설되어, 필요시 자체의 재료장력에 의하여, 또는 외부에 착설된 환상 스프링의 장력에 의하여 보지된다. 상기 추축은 통상 금속으로 제작되며, 부식방지를 위하여 코팅이 되어있다고 하더라도 일정한 시간이 경과하면 상기 밀봉착설부의 표면변화가 일어나기 때문에, 전술한 실시태양의 일반적인 문제로서 추축표면에 부식경향이 나타나며, 이것은 밀봉착설부의 불량 때문에 오염물질의 침투로 인하여 결국 밀봉장치의 고장을 일으키고, 따라서 전체 볼 소켓 조인트의 고장으로 이어진다.

도 1은 본 발명에 따른 볼 소켓 조인트의 밀봉 벨로스 부위의 구조를 보여주는 부분단면도 이다.

도 2a 내지 도 2d는 도 1의 세부도(X)에 따른 각종 실시예를 보여준다.

따라서, 본 발명의 과제는 상기 추축과 밀봉 벨로스 사이의 밀봉착설부의 부위에서 밀봉착설부의 수명을 향상시키고, 그렇게 하므로 써 볼 소켓 조인트의 전체적인 수명을 연장시키는 것이다.

본 발명의 과제는 상기와 같은 동류의 특징들과 관련하여 특허청구 제1항의 특징부분에 기술된 기술교리에 의하여 해결된다.

그와 같은 기술원리에 따라 밀봉 벨로스와 축부 사이의 밀봉착설부에는 원응력의 작용하에 상기 축부에 직접 착설된 하나의 탄성 밀봉링과, 상기 밀봉벨로스와 밀봉링 사이에 착설된 하나의 환상 콜릿(collet)이 착설되어 있다. 이러한 본 발명에 따른 실시형태에 의하여, 밀봉 벨로스와 인접한 선회축의 축부 사이에서 마찰되는 밀봉부위가 축부의 표면으로부터 직접 밀봉체와 환상콜릿 사이의 접합면에서 변위한다.

바로 상기 축부와 밀봉링 사이에, 또한 상기 환상콜릿과 밀봉 벨로스 사이에 위치하는 추가적인 접합면에 있어서는, 상기 인접된 구성부품들 사이에 상대운동이 일어나지 않는 이른바 정적인 접합면이 중요한 것으로서, 이때 전술한 부식문제가 포괄적으로 배제된다. 상기 밀봉링과 환상콜릿 사이의 축부 부분 안으로 임계접합면의 이동은 가공소재의 조합을 통하여 부식손상의 방지 및 마찰공학적 특성의 향상을 목적으로 하는 다수의 상이한 재료의 결합방법의 선택을 가능케 한다. 그뿐만 아니라 상기 벨로스의 내부공간과 주위로부터 밀봉결합면을 보다 강력하게 차단하므로 써, 적절한 윤활유에 의한 접합면의 윤활 수명의 연장이 가능케 하는 장점을 가지고 있다.

본 발명의 다른 특수한 실시태양들이 종속청구항들에 의하여 추가적으로 발명되었다. 재료의 선택에 있어서, 생고무 또는 플라스틱 재료로, 특히 폴리우레탄(PUR) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 밀봉링을 제조하는 것이 특히 유리하다는 것이 증명되었다. 조립전 밀봉링의 단면은 원형 또는 타원형으로 형성하므로 써, 특히 상기 원형단면은 시중에서 획득 가능한 표준구성부품의 덕택으로 생산비용을 유리하게 책정할 수 있다. 이때 사용되는 생고무 또는 플라스틱 재료에 미끄러 성능을 증가시켜주는 첨가제를 첨가할 수 있다.

상기 밀봉링은 볼 소켓 조인트를 조립할 때 통상 탄력적으로 확대하여 상기 추축에 장착시키며, 이때 재료선택 및 치수결정에 의하여 주어진 초기응력이 밀봉링을 장착한 후에 축부에 대한 안정된 견고한 착설을 보장하게 된다. 그 뿐만 아니라, 상기 추축에 대한 특수 공정에서 상기 밀봉링을 스코칭(scorching) 하므로 써, 상기 선회축과 밀봉체 사이의 견고한 결합을 이루게 하는 것을 고려할 수 있다.

상기 환상콜릿의 형성을 위해서는 특수강(즉 스틸(steel)) 또는 플라스틱으로 제조하는 것이 유리한 것으로 나타났다. 그 뿐만 아니라 부식방지 및 마찰특성의 향상을 위하여, 상기 환상콜릿의 밀봉링 쪽으로 향하는 표면에 부식방지용 코팅층 및/또는 미끄럼 코팅층을 형성시킬 수 있다.

상기 밀봉착설부는 기본적으로 상기 축부에 장착된 밀봉링과 환상 콜릿으로 구성되어 있으며, 상기 환상 콜릿은 다시 상기 밀봉 벨로스에 안정적으로 고정되어, 즉 예를 들어 밀봉 벨로스와 견고하게 결합되어 있다. 따라서 또한 상기 축부와 밀봉링 사이의 견고한 결합과 마찬가지로 인접한 구성부분 사이에 위치하는 접합면의 질적 특성을 향상시키기 위하여 상기 환상 콜릿과 밀봉 벨로스를 일체로 형성시키는 것도 고려할 수 있다.

그뿐만 아니라 특히 비교적 큰 밀봉링 단면에 있어서, 여기서 특히 4각형 단면에 있어서는 비탄성(非彈性) 재료, 즉, 금속 재료로 추가적으로 보강하는 것도 유리한 것으로 나타났다.

본 발명의 상이한 실시예를 첨부도면을 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 본 발명의 볼 소켓 조인트에 있어서, 하나의 축부(2)와 그 축부(2)에 일체로 형성된 구면부(3)로 이루어진 선회축(1)이 제한된 탄력성을 갖는 재료로 제작된 조인트볼 외피(4)를 사이에 개재(介在)하여 상기 볼 소켓 조인트 하우징(5) 속에 지지된다. 상기 선회축(1)의 축부(2)는 원추형으로 형성된 원추부위(6)를 가지고 있으며, 이 원추부위(6)는 선회축(1)을 차대부(車臺部)(7)에 고정시켜 주는 역할을 한다.

상기 볼 소켓 조인트 하우징(5)과 선회축(1) 사이의 밀봉을 위하여 한쪽 단부가 환상 스프링(9)에 의하여 볼 소켓 조인트 하우징(5)의 둘레에 형성된 환상홈 속에 고정되는 탄성 밀봉 벨로스(8)가 사용된다. 상기 밀봉 벨로스(8)의 다른 쪽 단부에는 밀봉 벨로스(8)를 축부(2)에 밀봉 결합하는 밀봉착설부(10)가 형성된다.

상기 밀봉착설부(10)는 종래의 실시형태와는 달리 여러부분으로 형성되며, 상기 축부(2)에 바로 인접하여 초기응력의 작용 하에 상기 축부(2)와 면접하는 탄력성 밀봉링(11)을 가지고 있다. 상기 밀봉링(11)은 볼 소켓 조인트를 존립할 때 확장되어 상기 축부(2)의 자유단부로부터 요부(12) 까지 삽입되고, 이때 조립작업이 끝나면 자체의 탄력성에 의하여 안정되고 견고한 착설부에 결합된다. 상기 밀봉링(11)의 외주연부(外周緣部)에는 밀봉링(11)과 밀봉 벨로스(8) 사이에 하나의 환상 콜릿(13)이 장착되어 있다. 도 1 및 도 2a에 도시한 실시예에 있어서 밀봉 벨로스(8) 및 환상 콜릿(13)은 환상 스프링(14)에 의하여 서고 견고하게 결합된다. 상기 조인트볼 외피(4) 안에서 선회축(1)이 그의 구면부(3)와 함께 회전 또는 선회에 의하여 일어나는 상기 밀봉착설부(10) 내에서의 상대운동은 따라서 상기 밀봉링(11)과, 환상 콜릿(13)의 인접한 내측면들 사이의 접합면에서 일어난다.

불량한 프레임 구조조건 하에서 서로 밀폐하는 구성부품들 사이의 상대적 운동은 부식에 기인하는 밀폐작용의 결함을 조기에 초래하기 때문에, 임계접합면의 변위와, 서로 면접하여 밀폐작용을 하는 구성부품들을 이들의 재료특성을 고려하여 접촉부위에 대하여 최적상태로 조정할 수 있는 방법을 통하여 상기 축부(2)와 밀봉 벨로스(8) 사이의 밀봉착설부(10)의 밀폐효과를 장기간에 걸쳐 보장하는 향상된 방법이 제공된다. 그뿐 만아니라 상기 밀봉링(11)과 환상 콜릿(13)의 재료선택을 통하여 서로 접촉하여 운동하는 구성부품들 사이의 미끄럼 특성을 최적화 시킬 수 있다.

상기 밀봉착설부(10)를 위한 재료로서 예를 들어 쇼어경도(Shore hardness)가 비교적 큰 고무재료, 즉, NBR(니트릴 고무), HNBR 또는 EPDM(에틸렌-프로필렌 고무)와 같은 고무재료들 중에서 선택하여 사용하거나, 그뿐만 아니라 PUR(폴리우레탄) 또는 변형 PTFE(테플론)와 같은 플라스틱 재료들로 제작되는 밀봉링을 고려할 수도 있다. 위에 열거된 재료에는 물론 미끄럼 성능을 향상시키기 위한 첨가제들을 첨가할 수 있다. 그뿐만 아니라 밀봉링의 표면에 물론 적절한 코팅으로 피복할 수 있다.

도 2a에 있어서는 상기 밀봉착설부(10)의 형태가 도 1의 상세도(X)에 따라 다시금 확대하여 도시되었다. 이 도면에서 상기 환상 콜릿(13)의 단면은 상기 축부표면과 평행한 제1부위와, 그 제1부위로부터 역 "ㄱ" 자로 꺾인 제2부위(16)가 형성되어 있는 것을 명확히 알 수 있다. 상기 제1 및 제2 부위들 사이의 각도는 상기 실시예에 있어서는 대략 90°를 이루고 있다.

도 2b, 도 2c 및 도 2d에는 축부(2)와 밀봉 벨로스(8) 사이의 밀봉착설부(10)의 변형들이 도시되어 있으며, 이 변형들은 사용된 구성부품들의 단면구조와 관련하여 도 1 및 도 2a에 도시된 실시예와는 상이한 것이다. 모든 실시형태의 변형들에게 공통적인 것은 상기 밀봉착설부(10)는 축부(2)에 고정하여 장착된 밀봉링(11)과, 또한 상기 밀봉 벨로스(8)에 고정하여 형성된 환상 콜릿(13)으로 구성되어 있다는 것이다.

따라서 도 2b에 있어서 상기 밀봉링(11)이 여기서는 본질적으로 구형(矩形)을 이루고 있음을 알 수 있으며, 이때 외주연부를 따라 융기된 밀봉돌기(17)가 상기 환상 콜릿(13)의 내측면에 착설되고, 양쪽 부분 사이에 위치하는 접합면은 필요한 밀봉작용의 역할을 한다. 상기 환상 콜릿(13)과 이 환상 콜릿(13)을 둘러싸고 있는 밀봉 벨로스(8)는 가류공정(加硫工程)에 의하여 일체로 서로 결합되어 있기 때문에, 도 2a에서 볼 수 있는 환상 스프링(14)은 도 2b에 도시된 실시예에서는 보이지 않는다.

도 2c의 실시예에 있어서, 상기 밀봉링(11)은 마찬가지로 본질적으로 구형으로 형성되어 있다. 이 단면도는 그 밖에 밀봉링(11)의 내부에는 환상 보강부재(18)가 매설(埋設)되며, 이 보강부재(18)는 예를 들어 환상 금속링으로 이루어질 수 있다. 이 실시예에 있어서 상기 환상 콜릿(13)은 본질적으로 S자형 단면으로 형성되어 있다. 그 뿐만 아니라 도 2c에서 상기 밀봉 벨로스(8) 내에는 마찬가지로 보강부재(19)가 매설되어 있는 것을 볼 수 있다.

도 2d의 실시예는 본질적으로 도 2b의 실시예와 동일하다. 물론 상기 단면도에서는 도 2c도에서와 마찬가지로 상기 밀봉링(11) 내부에 보강부재(18)가 삽입되어 있다는 것을 볼 수 있다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

선회축(1) 축부(2)

구면부(3) 조인트볼 외피(4)

볼 소켓 조인트 하우징(5) 원추부위(6)

차대부(7) 밀봉 벨로스(8)

환상스프링(9) 밀봉착설부(10)

밀봉링(11) 요부(12)

환상 콜릿(13) 환상 스프링(14)

제1부위(15) 제2부위(16)

밀봉돌기(17) 보강부재(18)

보강부재(19)

Claims (16)

1. 구면부(球面部)(3)와 축부(2)로 이루어지는 피벗저널(pivot journal)(1)과, 볼 소켓 조인트 하우징(5), 밀봉 벨로스(sealing bellows)(8)로 구성되어 있으며, 상기 피벗저널(1)의 구면부(3)는 볼 소켓 조인트 하우징(5) 속에서 선회 및 편향 가능하게 지지되며, 상기 피벗저널(1)의 축부(2)는 차대의 결합부(7)에 고정되고, 상기 밀봉 벨로스(8)는 상기 볼 소켓 조인트 하우징(5)과 피벗저널(1)에 각각 형성된 최소 1개 이상의 밀봉착설부(10)에 결합 또는 고정되는 자동차의 차대현가장치 및 조향장치를 위한 볼 소켓 조인트에 있어서,

   상기 밀봉착설부(10)는 밀봉 벨로스(8)와 축부(2) 사이에 상기 축부(2)에 원응력의 작용하에 직접 장착되거나, 또는 그 축부(2)에 스코칭 공정에 의해 결합되는 탄성 밀봉링(11)과, 상기 밀봉 벨로스(8)와 밀봉링(11) 사이에 착설되는 하나의 환상 콜릿(13)으로 이루어지고,

   상기 밀봉링(11)과 상기 환상 콜릿(13)사이에서 서로 인접하는 접합면들 사이에는 상대운동이 일어나는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
2. 제1항에 있어서,

   조립전의 상태에서 상기 밀봉링(11)은 원형단면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
3. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉링(11)은 타원형단면을 갖는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
4. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉링(11)은 구형단면을 갖는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
5. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉링은 고무재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
6. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉링(11)은 플라스틱재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 밀봉링(11)의 단면 내부에 비탄성 재료로된 보강부재(18)를 착설하는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 환상 콜릿(13)의 단면은 상기 축부(2)의 표면과 평행한 제1부위와, 그 제1부위로부터 역(逆) "ㄱ" 자로 꺾인 제2부위(16)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 환상 콜릿(13)은 스틸(steel)로 제작되는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 환상 콜릿(13)은 플라스틱으로 제작되는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 환상 콜릿(13)은 상기 밀봉 벨로스(8)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 밀봉 벨로스(8)와 밀봉링(11) 사이에 장착된 환상 콜릿(13)은 상기 밀봉 벨로스(8)와 가류공정(加硫工程)에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
15. 제6항에 있어서,

    상기 플라스틱 재료는 PUR 또는 PTFE인 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.
16. 제7항에 있어서,

    상기 비탄성재료는 금속재료인 것을 특징으로 하는 볼 소켓 조인트.