KR20050005397A - 분할형 안정기 및 그 조작부의 외측 회전부를 양쪽안정기부분에 톱니 맞물림 결합하는 방법 - Google Patents

Abstract

투피스형 안정기 구성부분들을 연결조작부와 결착하는 것은 통상 형상결합으로 이루어지는 바, 따라서 추가적인 축방향 고정과 유압밀봉이 요구된다.

구조와 제조방법을 간소화하기 위하여 외측 회전부(4)와 제2안정기부분(2) 사이의 톱니 맞물림은 유극이 없게 실시하며, 원주용접 접합부(18)에 의하여 용접하는 방법이 제안되었으며, 이때 상기 접합부위는 350℃로 예열하고, 이어서 용접 후에는 접합부위에 30%의 마텐자이트 함량이 될 때 까지 냉각한다.

Description

분할형 안정기 및 그 조작부의 외측 회전부를 양쪽 안정기부분에 톱니 맞물림 결합하는 방법{SPLIT STABILISER AND METHOD PRODUCTION OF A TOOTHED CONNECTION FOR THE OUTER ROTATING PIECE TO ONE OF THE BOTH STABILISER PIECES}

이와 같은 안정기는 특히 자동차공학에 사용되고 있다. 이 때 본질적으로 자동차의 모든 차축에 장치되어, 토션 바의 원리에 따라 작용하며, 자동차축에 평행하게 정렬된다. 상기 안정기의 양쪽 단부는 각각의 차륜 현가장치에 고정된다. 이 안정기는 근본적으로 차도 상태에서 비롯되는 요동운동이 차동차체에 전달되는 것을 방지하거나 또는 약화시켜준다.

미리 정해진 일정한 스프링 강도로 설계되고, 따라서 부하변동에 대하여 너무 약하게 또는 너무 강하게 반응하는 단일체형 안정기가 알려져 있다. 따라서 그러한 안정기들은 차도는 물론, 비포장도로에 대해서 설계된 자동차에는 적합하지 않다.

그러한 부하를 받는 자동차들은 통상 분할형 안정기가 장치된다. 그와 같은 분할형 안정기는 예를 들어 독일특허 제DE 100 12 915 A1호에서 공개되어 있으며,그의 양쪽 안정기 부분들은 탈착식 연결기의 형태로서 조작부(또는 actuator)를 사용하여 서로 연결/해제할 수 있도록 되어있다. 상기 조작부는 뚜껑 위로 한쪽 안정기 부분과 견고하게(회전 불가능하게) 결합되어 있는 외부 회전부와, 다른 쪽 안정기 부분과 직접 견고하게 결합되어 있는 내부 회전부로 이루어져 있다. 이 때 상기 내부 회전부는 한쪽 안정기 부분과, 상기 외부 회전부의 뚜껑은 다른 쪽 안정기 부분과 각각 일체로 형성되어 있다.

이와 같은 구조적 해법으로는 상기 안정기 부분이 만곡형태로서, 상당히 길어지기 때문에, 제조기술상 복잡한 개별부품으로 형성된다. 특히 뚜껑을 포함하는 안정기 부분에 있어서는, 뚜껑을 만들기 위하여 복잡한 안정기 부분의 단부를 성형 가공해야 하기 때문에 더욱더 제조기술상 곤란성이 증대된다.

독일특허 제DE 42 29 025 A1호에서 안정기 부분이 외부 회전부와 레이저광선으로 용접된 분할형 안정기를 기술하고 있다. 이 경우 안정기 부분은 스프링강(鋼)으로 제작되고, 그러나 뚜껑은 표면경화 처리된 재료로 되어있으며, 특히 스프링강은 용접할 수 있는 것으로 생각되고 있기 때문에, 그와 같은 용접접합은 변동하는 높은 회전 모멘트의 전달을 위하여 요구되는 강도요건을 충족하지 못한다. 높은 용접온도는 냉각단계에서 균열을 일으킨다.

그 밖에 특수 레이저 용접기는 복잡한 장비들이 요구되기 때문에, 레이저광선용접은 비용의 이유에서 회피하고 있다.

미국특허 제US 5,700,027호에서 외부 회전부의 뚜껑에 내부톱니가 형성되고, 안정기의 해당부위에 외부톱니를 형성하는 조작부를 갖는 분할형 안정기가 공개되어 있다. 그와 같은 톱니 맞물림은 통상 제조기술상 유격이 생기기 쉬우며, 이 유격은 기능상 양쪽 회전부 사이의 백래시(backlash)라고 칭한다. 이와 같은 단점을 피하기 위하여 내부톱니가 형성된 뚜껑을 안정기의 외부톱니 위에 결착(結着)하는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 그렇게 하여 유격은 없앨 수 있지만, 톱니물림의 지지력은 약화된다.

그와 같은 톱니물림은 또한 축방향으로 안정되지 않기 때문에 추가적으로 반경방향 핀(radial pin)을 삽입해야 하며, 이것은 한편으로 핀 재료의 강도처리가 곤란하고, 따라서 제조비용을 불필요하게 증가시키는 단점이 있다. 또 다른 단점은 상기 톱니물림이 외부 쪽으로 밀폐성이 보장되지 않는다는 것이다. 따라서 조작부의 내부 작용공간을 외부로부터 밀폐하기 위한 추가적인 밀폐부품을 만들 필요성이 요구된다. 이것은 또한 안정기의 가격을 상승시키게 된다.

본 발명은 특허청구범위 제1항의 상위개념에 따른 분할형 안정기 및 동 청구범위 제3항의 상위개념에 따른 분할형 안정기의 제조방법에 관한 것이다.

제1도는 회전식 클러치(clutch)의 실시에 있어서 조작부의 단면도 이다.

제2도는 안정기 부분과 결합된 회전식 클러치의 확대도 이다.

따라서 본 발명의 과제는 전술한 투피스형 안정기(stabilizer of two piece type)에 있어서, 연결조작부를 해당 안정기 부분에 결착하는 방법을 구조적으로 간단하게 실시하는 것이다. 방법의 측면에서는, 상기 결착방법이 종래의 제조방법에 비하여 간단하고 저렴하게 제조될 수 있어야 한다.

상기 기술적인 과제는 특허청구범위 제1항의 특징에 의하여 구조적으로 해결될 수 있다. 그 실시방법들은 종속청구범위 제2항에서 명백하게 알 수 있다.

공정 기술적인 과제는 특허청구범위 제3항의 특징에 의하여 해결되며, 이때 합목적적인 실시태양들이 종속청구범위 제4 및 5항에 제시되어 있다.

본 발명에 따른 새로운 투피스형 안정기와, 외부 회전부를 해당 안정기 부분에 결착하기 위한 새로운 방법은 상기 선행기술의 단점들을 제거한다.

따라서 상기 새로운 결착방법은 무엇보다도 유극(遊隙)이 없이 이루어지는 톱니 맞물림을 기초로 하는 고도의 지지력(支持力)을 특징으로 한다. 상기 용접부위는 또한 원주용접(圓周鎔接)에 의하여 어느 정도의 지지작용을 하기 때문에, 상기 지지력은 그러한 원주용접부위에 의하여 더욱 증대된다. 이때 작동단계에서 상기 용접부위가 결코 단독으로 회전모멘트의 전달역할을 하지 않도록 톱니 맞물림의 유격을 작게 설계한다. 그렇게 하므로 써 상기 용접부위에 대한 강도요구를 작게할 수 있다.

그와 같이 설계된 원주용접부위는 내부의 작용공간으로부터 밖으로 압력물질이 나오지 않도록 톱니 맞물림을 기밀하게 밀폐하여 주는 장점을 가지고 있다. 그와 같은 밀폐기능에 의하여 종래에 외측 회전부의 폐쇄뚜껑과 안정기부분 사이의 밀봉부품은 필요가 없어져서, 상당한 비용의 절감효과를 가져온다. 또한 상기 용접부위는 안정기부분을 외측 회전부의 폐쇄뚜껑에 대한 축방향 부하를 지탱하여 주는 역할을 한다. 따라서 그렇지 않으면 반경방향으로 핀을 꽂아 고정하기 위한 복잡한 제조공정이 불필요하기 때문에 또한 비용을 절약할 수 있다. 또한 핀에 의한 고정처리에 따른 폐쇄뚜껑과 안정기부분의 재료약화를 피하게 되므로 결착부위의 지지력에 유리한 효과가 있다.

상기 용접부위를 내부의 환상공간 내에 형성시키는 것도 특별한 장점이다. 그러한 처리방법은 제조기술상 유리하며, 용접부위를 보이지 않게 하므로 써, 마무리 공정에서 사후 가공을 할 필요가 없다.

용접이 불가능하거나 또는 제한적으로 용접이 가능한 재료를 사용할 경우, 균열발생을 방지하기 위하여 적절한 예열과 규정된 냉각처리를 할 필요가 있다. 이때 극히 국한된 부위만을 가열할 수 있는 유도가열을 이용하여 예열하고, 이어서 간단하고 저렴한 방법으로서 불활성가스를 사용하여 용접하는 것이 유리하다.

본 발명을 첨부도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1 및 2도에 있어서, 상기 분할형 안정기는 제1안정기 부분(1)과 제2안정기 부분(2)으로 이루어져서, 양쪽 부분은 하나의 클러치(연결조작부)(3)에 의하여 서로 연결되어 있다. 상기 클러치(3)는 회전할 수 없게 고정되어 내측으로 향한 회전날개(5)를 갖는 원통형 케이싱 모양의 외측 회전부(4)와, 외측으로 향한 회전날개(7)를 갖는 내측 회전부(6)로 이루어져 있다. 이때 상기 내측 회전부(6)와 외측으로 향한 회전날개(7)는 톱니(8)에 의하여 서로 회전불능하게 결합되어 있다. 상기 양쪽 회전날개(5 및 7)들은 동일한 반경면 위에 위치하여, 그 사이에 2개의 대향하는 결합공간을 형성한다. 상기 내측 회전부(6) 위에는 2개의 원추형 연결갈고리를 갖는 연결관(9)이 축방향으로 이동할 수 있게 착설되어 있으며, 상기 연결갈고리는 회전날개(5 및 7)들의 양쪽에 비어있는 결합공간 속으로 삽입된다. 이때상기 연결관(9)은 한편으로는 압축스프링(10)에 의하여, 양쪽으로부터는 유압장치(도시되어 있지 않음)에 의하여 번갈아 압축력을 받는다. 그렇게 하므로 써, 압축스프링(10)의 힘과, 동일 방향으로 지향하는 유압력의 작용 하에 상기 회전날개(5 및 7)들 사이에, 그리고 상기 연결관(9)의 양쪽 연결갈고리들 사이에 형상결합을 이루고, 따라서 상기 외측 회전부(4)와 내측 회전부(6) 사이에 회전불능하게 결합을 이룬다. 상기 연결관(9)에 대한 반대방향으로 압축력이 가해지면, 상기 형상결합과, 그에 따른 회전불능한 결합은 중단되므로 써, 상기 회전날개(5 및 7)들은 서로 제한적인 회전이 가능하다.

상기 내측 회전부(6)는 제1안정기 부분(1)과 일체로 형성되어 있고, 그 자유단부는 외측 회전부(4)의 케이싱을 통하여 제2안정기부분(2)의 높이까지 통과하여 지지되어 있다. 또한 상기 내측 회전부(6)는 상기 제1안정기부분(1) 쪽에 위치하는 베어링뚜껑(12) 속에 있는 또 다른 베어링(11)에 지지되어 있으며, 상기 베어링뚜껑(12)은 제1안정기부분(1) 쪽의 유압압력공간을 추가적으로 폐쇄하여, 바깥쪽으로 밀폐하여 준다.

상기 외측 회전부(4)에는 제2안정기부분(2) 쪽에 폐쇄뚜껑(13)이 착설되어 있으며, 이 폐쇄뚜껑(13)은 바람직하게도 외측 회전부(4)의 케이싱과 용접되어 있으며, 제2안정기부분(2) 쪽의 유압 압력공간을 폐쇄한다. 상기 폐쇄뚜껑(13)은 내부톱니가 형성된 관통구멍(14)을 가지고 있다. 다른 한편으로는, 상기 제2안정기부분(2)의 단부는 하나의 축(15)으로서 형성되어 있고, 이 축(15)에는 외부톱니가 형성되어 있어서, 상기 관통구멍(14)과 축(15)을 서로 잘 조절하므로 써, 유격이 거의 없는 톱니 맞물림을 달성하도록 되어있다. 그 밖에, 상기 톱니 맞물림은 단독으로 자기조절 회전모멘트의 전달을 위하여 적합한 강도 및 지지력을 가지고 있다. 상기 제2안정기부분(2)의 축(15)은 직경이 축소되어, 철부(凸部)(16)를 형성하여, 상기 내측 회전부(6)에 축방향으로 지지되며, 그 철부(16)는 상기 폐쇄뚜껑(13)의 관통구멍(14)과 함께 환상공간(17)을 형성한다. 특별한 방법으로 상기 환상공간(17) 속에 환상 용접부위(18)를 형성하여, 상기 폐쇄뚜껑(13)과 축(15) 사이의 톱니 맞물림 부분을 서로 용접한다. 상기 용접부(18)는 이 부분에서 유압 압력공간의 바깥쪽으로 밀폐하는 역할을 하고, 마찬가지로 상기 외측 회전부(4)에 대하여 제2안정기부분(2)의 축방향 고정기능을 수행하도록 형성되어 실시된다.

필요로 하는 스프링 강도를 달성하기 위하여 상기 안정기부분(1, 2)들은 스프링강 55 Cr 3으로, 상기 폐쇄뚜껑(13)은 기소강(肌燒鋼)으로 제조하며, 이때 바람직하게는 16 Mn Cr 5를 기소강(肌燒鋼)으로서 사용한다. 이때 상기 스프링강은 용접이 불가능하며, 기소강은 오직 제한적으로 용접이 가능하다. 따라서 2개의 상이한 재료로 이루어지는 상기 용접부위(18)는 약 15초 이상의 시간 동안 350℃의 온도로 예열하는 바, 이때 국부적으로 국한된 유도가열에 의하여 예열이 이루어진다. 그렇게 하므로 써, 사용되는 모든 재료에 있어서 안정기부분(2)의 기본재료에 크게 일치하는 조직구조가 생성된다. 이어서 양쪽 부분들을 보호가스 분위기 하에서 용접하는 바, 이때 용접봉의 전진속도를 11 cm/분으로 하고, 용접속도를 9 mm/초로 선택한다. 그 다음 최소 109초 이상 천천히 냉각시켜, 접합부위에 마텐자이트(martensite)의 함량을 약 30%로 감소시킨다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

제1안정기 부분(1) 제2안정기 부분(2)

클러치(조작부)(3) 외측 회전부(4)

회전날개(5) 내측 회전부(6)

회전날개(7) 톱니(8)

연결관(9) 압축스프링(10)

베어링(11) 베어링뚜껑(12)

폐쇄뚜껑(13) 관통구멍(14)

축(15) 철부(16)

환상공간(17) 용접부위(18)

Claims (5)

1. 제1안정기부분(1)과 제2안정기부분(2)으로 이루어져, 조작부(3)에 의하여 서로 결합되어 있으며, 상기 조작부(3)는 바깥쪽으로 지향된 1개 이상의 회전날개(7)를 갖는 내측 회전부(6)와, 안쪽으로 지향된 같은 수의 회전날개(5)를 갖는 외측 회전부(4)로 이루어져 있고, 이 회전날개들은 이들 사이에 연결관(9)을 위한 자유공간 또는 유압압력공간을 형성하고, 상기 조작부(3)의 내측 회전부(6)는 제1안정기부분(1)과, 상기 외측 회전부(4)는 제2안정기부분(2)과 회전 불능하게 연결되어 있으며, 상기 외측 회전부(4)와 제2안정기부분(2) 사이에 회전 불능한 결합은 이들 사이의 톱니 맞물림에 의하여 이루어지는 분할형 안정기에 있어서,

   상기 외측 회전부(4)와 제2안정기부분(2) 사이의 톱니 맞물림은 유격이 없이 형성되고, 둘레용접 접합선(18)을 따라 용접됨으로써, 내측에 형성되는 동작공간을 바깥쪽으로 고압밀봉하고, 상기 제2안정기부분(2)을 외측 회전부(4)에 대하여 고정하도록 실시되는 것을 특징으로 하는 분할형 안정기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 외측 회전부(4)는 내측면에 내부톱니가 형성된 관통구멍(14)을 가지고 있고, 상기 제2안정기부분(2)은 둘레에 외부톱니를 형성하고, 그 전단부에는 철부(凸部)(16)가 형성되어 있으며, 상기 관통구멍(14)과 철부(16)는 함께 하나의 환상공간(17)을 형성하여, 그 환상공간(17) 속에서 톱니 맞물림 부위를 따라 필릿용접(fillet welding) 방법에 의하여 용접부위(18)가 형성되는 것을 특징으로 하는 분할형 안정기.
3. 상기 외측 회전부(4)는 기소강(肌燒鋼)으로, 상기 안정기부분(2)은 스프링강으로 이루어져 있고, 상기 조작부의 외측 회전부(4)를 제2안정기부분(2)과 톱니 맞물림 결착을 실시하기 위한 방법에 있어서,

   상기 외측 회전부(4)의 내부톱니와 제2안정기부분(2)의 외부톱니가 서로 공극을 제거하여 유격 없이 외측 회전부(4)와 제2안정기부분(2) 사이의 톱니 맞물림을 원주용접부위(18)에 의하여 용접되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 외측 회전부(4)와 제2안정기부분(2)의 용접부위를 15초 이상 350℃로 예열하고, 용접 후에는 접합부위에 30%의 마텐자이트 함량으로 될 때 까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 유도가열에 의한 예열과 용접은 불활성가스 하에서 이루어지며, 이때 용접봉의 전진속도는 11 cm/분으로 하고, 용접속도는 9mm/초로 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.