KR20160019191A - 차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법 - Google Patents

차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상하로 분리되게 사출한 후, 서로 용접하여 제조하는 차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법 에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡은, 차량의 서스펜션에서 로워암에 장착되고 벨로우즈(12)의 상단과 하단에 피스톤(11)과 캡이 각각 삽입되어 내부에 밀폐시켜 충격을 완충시키는 에어스프링(10)에서, 상기 캡(20)은, 상기 벨로우즈(12)의 내부에 삽입되는 상부부재(21)와, 상기 상부부재(21)의 하부에 접합되고 상기 로워암(30)에 안착되는 하부부재(22)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법 {Cap of air spring for vehicle and method for manufacturing of the same}
본 발명은 차량의 서스펜션에 적용되는 차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상하로 분리되게 사출한 후, 서로 용접하여 제조하는 차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법 에 관한 것이다.
차량의 서스펜션에는 내부에 공기를 충진시켜 외부로부터 전달되는 진동을 저감시키는 에어스프링이 적용된다.
도 1과 같이, 상기 에어스프링(110)의 개략적인 구조는 피스톤(111)이 벨로우즈(112)의 일단으로 삽입되게 형성되고, 상기 벨로우즈(112)의 타단을 캡(120)으로 폐쇄하여, 상기 에어스프링(110)의 내부를 밀폐시킨다. 이러한 에어스프링(110)은 도 2에 도시된 바와 같이, 로워암(130)의 스프링 장착부(131)에 장착된다.
한편, 상기 에어스프링은 승차감 향상을 위해서, 충분한 공기체적을 확보해야 한다. 상기 에어스프링의 크기를 크게 하면 되지만, 차량의 전륜과 후륜에서는 상기 서스펜션의 공간적 제약으로 인하여 상기 에어스프링의 크기를 크게 할 수 없는 문제점이 있다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같은 스탠드 얼론 타입(Stand alone type)의 에어스프링(110)은 스프링 하중량(unsprung mass) 절감을 위하여 상기 피스톤(111)이나, 캡(120)을 합성수지를 재질로 하여 하나의 부품으로 제작하는 경우가 많다. 이러한 경우, 상기 합성수지 제품의 사출성형성 문제로 인하여 상기 피스톤(111) 또는 캡(120)에서 상기 벨로우즈(112)로 삽입되는 부분을 상기 벨로우즈(112)보다 크게할 수 없어 상기 에어스프링(110)의 공기체적을 충분히 확보하지 못하는 문제점이 있다.
그 대안으로 도 3에 도시된 바와 같이, 별도의 에어탱크(140)를 구비하고, 상기 에어스프링(110)과 배관으로 연결시킴으로써, 상기 에어스프링(110)의 공기체적으로 크게 하거나, 서스펜션의 레이아웃을 대폭적으로 변경해야 한다.
즉, 추가 에어탱크(140)를 장착하는 경우에는 주변 부품과의 패키지 문제, 에어탱크(140) 적용에 따른 원가상승, 조립공정의 증가와 같은 문제가 있다. 또한, 상기 에어스프링(110)의 크기를 크게 하면, 서스펜션을 구성하는 각종 링크, 아암 등과 간섭되거나 간격이 좁아지는 문제점이 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 '에어스프링방식 서스펜션’에 관한 기술에 개시되어 있다.
KR10-2012-0033210A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 차량의 서스펜션의 레이아웃은 그대로 유지하면서, 상기 서스펜션의 에어스프링을 구성하는 캡을 분할구조로 사출한 후 용접하여 내부의 체적으로 크게 할 수 있는 차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡은, 차량의 서스펜션에서 로워암에 장착되고 벨로우즈의 상단과 하단에 피스톤과 캡이 각각 삽입되어 내부에 밀폐시켜 충격을 완충시키는 에어스프링에서, 상기 캡은, 상기 벨로우즈의 내부에 삽입되는 상부부재와, 상기 상부부재의 하부에 접합되고 상기 로워암에 안착되는 하부부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상가 하부부재의 외측면은 상기 로워암에 형성된 스프링 안착부의 내측면에 접하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부부재와 상기 하부부재는 핫 가스 웰딩(Hot Gas Welding, HGW)로 서로 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부부재와 상기 하부부재의 내부에는 각각 상기 상부부재와 상기 하부부재의 반경방향으로 복수의 리브가 둘레방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부부재와 상기 하부부재의 접합시, 상기 상부부재에 형성된 리브의 하단과 상기 하부부재에 형성된 리브의 상단이 서로 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부부재와 상기 하부부재에 형성되는 리브는 상기 상부부재와 상기 하부부재의 내측면으로부터 그 중심을 향하도록 연장되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부부재와 상기 하부부재에 형성되는 리브는 서로 교번하여 중심에 인접한 단부에 상기 상부부재와 상기 하부부재의 둘레방향으로 형성되는 보조리브가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 리브는, 상기 보조리브가 형성되지 않은 리브의 길이가 상기 보조리브가 형성된 리브보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부부재와 상기 하부부재는 PA66과 GF30을 혼합한 합성수지를 재질로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡의 제조방법은, 차량의 서스펜션에서 로워암에 장착되는 에어스프링에서 상기 에어스프링의 벨로우즈의 하단에 삽입되는 에어스프링의 캡을 제조하는 방법에 있어서, 금형의 내부에 용융된 합성수지를 주입한 후 탈형하여 상기 청구항 제1항 내지 제9항에 기재된 상부부재와 하부부재를 사출하고, 사출된 상기 상부부재와 상기 하부부재의 접합면을 용융시켜 접합시키는 것을 특징으로 한다.
상기 상부부재와 상기 하부부재는 상기 상부부재와 상기 하부부재의 접합면으로 고온은 질소가스를 공급하여 상기 접합면을 용융시킨 후, 상기 상부부재와 상기 하부부재를 접합시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡 및 이의 제조방법에 따르면, 차량의 서스펜션의 레이아웃을 변경하지 않으면서, 에어스프링과 로워암 사이의 공간을 최대로 이용하도록 에어스프링의 캡을 제공함으로써, 승차감을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 에어스프링의 체적으로 크게 하기 위한 별도의 구성용소, 예컨대 에어탱크 등이 불필요하므로, 공정이 단순해지고 원가를 줄일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 에어스프링의 캡이 적용된 에어스프링의 부분절개 사시도.
도 2는 도 1의 에어스프링이 로워암에 장착된 상태를 도시한 측면도.
도 3은 도 1의 에어스프링에 별도의 에어탱크가 설치된 상태를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡의 분해사시도.
도 5는 도 4의 에어스프링의 캡이 적용된 에어스프링이 로워암에 장착된 상태를 도시한 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡의 제조방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캡(20)을 상부부재(21)와 하부부재(22)로 분할하여 제작함으로써, 상기 캡(20)의 체적을 최대로 하여 에어스프링(10) 전체의 공기체적이 커지도록 한다.
에어스프링(10)은 도 5에 도시된 바와 같이, 차량의 서스펜션을 구성하는 로워암(30)에 장착된다. 상기 에어스프링(10)은 벨로우즈(12)를 중심으로 상부에는 피스톤(11)이 삽입되고, 하부에는 캡(20)이 삽입된다. 상기 에어스프링(10)은 상기 캡(20)이 상기 로워암(30)에 형성된 스프링 안착부(31)에 위치함으로써, 상기 에어스프링(10)이 상기 상기 로워암(30)에 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캡(20)을 상부부재(21)와 하부부재(22)로 분할하여 제작한 후, 서로 용접을 통하여 접합되도록 함으로써, 상기 캡(20)의 체적을 크게 함으로써, 궁극적으로 상기 에어스프링(10)의 공기체적이 커지도록 한다.
한편, 상기 캡(20)을 상부부재(21)와 하부부재(22)로 나누어 제작한 후, 접합하는 이유는 상기 캡(20)의 상부의 직경은 상기 벨로우즈(12)의 직경보다 커질 수 없는데, 사출시 금형빼기를 위해서 상기 캡(20)의 하부의 직경을 크게할 수 없기 때문에, 상기 캡(20)을 상부부재(21)와 하부부재(22)로 나누어 사출한 후, 접합하여 하나의 부재, 즉 캡(20)이 되도록 한다.
상부부재(21)는 상기 캡(20)의 상부를 형성하고, 상기 벨로우즈(12)의 내부로 삽입되는 부분이다. 상기 상부부재(21)는 그 상단이 상기 벨로우즈(12)의 내부에 삽입됨으로써, 상기 캡(20)이 상기 벨로우즈(12)의 내부에 삽입되도록 한다.
하부부재(22)는 상기 캡(20)의 하부를 형성하여 상기 상부부재(21)와 접합되고, 상기 로워암(30)의 스프링 안착부(31)에 안착된다. 상기 하부부재(22)는 상기 에어스프링(10)의 공기체적이 최대한 커지도록 상기 하부부재(22)는 상기 로워암(30)의 스프링 안착부(31)를 채우도록 형성된다. 즉, 종래기술에서 캡의 하부와 상기 로워암(30)의 스프링 안착부(31) 사이에는 공간이 많이 존재하였으나, 상기 하부부재(22)의 외측면을 상기 스프링 안착부(31)의 내측면에 접하도록 형성함으로써, 그만큼 상기 에어스프링(10)의 전체 체적이 커지도록 한다.
상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)는 접합면, 즉 상기 상부부재(21)의 하부면과 상기 하부부재(22)의 상부면으로 서로 일치하는 형상으로 형성되어 서로 접합될 수 있도록 한다.
상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)는 합성수지를 재질로 하여 이루어지는데, 바람직하게는 PA66과 GF50을 혼합한 합성수지를 재질로 하여 각각 제조되는 것이 바람직하다. 상기 PA66과 상기GF50을 합성한 합성수지는 엔지니어링 플라스틱의 한 종류로서, 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)가 상기 PA66과 GF50을 혼합한 합성수지로 이루어지면서, 차량에 장착되었을 때, 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 한다.
상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)를 접합하기 위한 수단으로는 핫 가스 웰딩(Hot Gas Welding, HGW)이 적용되는 것이 바람직하다. 상기 핫 가스 웰딩은 합성수지를 접합하는 방법의 하나로서, 고온의 질소가스를 접합면에 가해 접합면을 연화시킨 후 접합시켜 두 부재가 접합되도록 하는 방법이다. 캡(20)이 상부부재(21)와 하부부재(22)로 분할되어 형성되기 때문에 상기 핫 가스 웰딩 방식에 의해 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)가 접합되도록 한다.
한편, 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)는 반경방향으로 크기가 커졌으므로, 강도보강을 위해 내부에 리브(21a)(22a)가 각각 형성되도록 한다.
즉, 상기 상부부재(21)의 내부에 상기 상부부재(21)의 둘레를 따라 상기 상부부재(21)의 반경방향으로 리브(21a)가 형성되도록 한다. 마찬가지로, 상기 하부부재(22)에도 상기 하부부재(22)의 둘레를 따라 상기 하부부재(22)의 반경방향으로 리브(22a)가 형성된다.
상기 리브(21a)(22a)는 각각 상기 상부부재(21) 또는 상기 하부부재(22)의 내측면으로부터 그 중심으로 향하도록 연장되게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리브(21a)(22a)는 서로 교번(交番)하여, 중심에 인접한 단부에 상기 상부부재(21) 또는 상기 하부부재(22)의 둘레방향으로 형성되는 보조리브(21b)(22b)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 리브(21a)(22a)는 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)의 반경방향으로만 형성되어 있지만, 상기 보조리브(21b)(22b)에 의해 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)의 둘레방향으로도 지지할 수 있는 구조물이 형성되도록 함으로써, 상기 캡(20)의 강성을 향상시킨다.
이때, 상기 보조리브(21b)(22b)는 리브(21a)(22a)들 중에서 교변하여 일부 리브(21a)(22a)의 중심측 단부에 형성되는 바, 상기 보조리브(21b)(22b)가 형성된 리브(21a)(22a)의 길이가 상기 보조리브(21b)(22b)가 형성되지 않은 리브(21a)(22a)에 비하여 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)의 접합면, 즉 상기 상부부재(21)의 저면과 상기 하부부재(22)의 상부면은 서로 일치되게 형성되는 것으로서, 상기 상부부재(21)의 둘레와 상기 하부부재(22)의 둘레가 서로 일치하고, 상기 상부부재(21)의 리브(21a)와 보조리브(21b)는 상기 하부부재(22)의 리브(22a)와 보조리브(22b)와 일치하도록 형성된다.
이하에서는 상기 차량용 에어스프링의 캡을 제조하기 위한 차량용 에어스프링의 캡의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 에어스프링의 캡의 제조방법은, 에어스프링(10)의 캡(20)을 구성하는 상부부재(21)와 하부부재(22)를 금형에서 사출시키는 사출단계(S110)와, 사출된 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)를 서로 접합시키는 접합단계(S120)를 포함한다.
사출단계(S110)에서는 합성수지를 금형에 주입하여 상부부재(21)와 하부부재(22)를 사출한다. 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)를 형성하기 위한 각각의 금형의 내부로 용융된 합성수지를 주입한 후 경화시킨 다음 탈형함으로써, 상기 캡(20)을 형성하는 상부부재(21)와 하부부재(22)를 제조할 수 있다.
상기 사출단계(S110)를 통하여 제조된 상부부재(21)와 하부부재(22)는 앞서 설명한 바와 같이, 내부에 리브(21a)(22a)와 보조리브(21b)(22b)가 각각 형성되어 체적이 커진 상기 캡(20)의 강도를 보강하도록 한다.
접합단계(S120)에서는 상기 상부부재(21)의 저면과 상기 하부부재(22)의 상부면을 접합시킨다. 상기 접합단계(S120)에서는 상기 상부부재(21)의 저면과 상기 하부부재(22)의 상부면을 용융시킨 후, 접합시킨 상태에서 경화되도록 하여, 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)가 접합되도록 한다.
여기서, 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)를 접합하기 위한 구체적인 방법으로는 핫 가스 웰딩(Hot Gas Welding)으로 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)를 접합시킨다. 상기 핫 가스 웰딩을 고온의 질소가스를 가하여 상기 접합면, 즉 상기 상부부재(21)의 저면과 상기 하부부재(22)의 상부면을 용융시킨 후, 용융된 접합면을 이용하여 접합되도록 한다. 접합 후 접합부위를 경화시킴으로써, 캡(20)을 구성하는 상기 상부부재(21)와 상기 하부부재(22)가 일체가 된다.
10 : 에어스프링 11 : 피스톤
12 : 벨로우즈 20 : 캡
21 : 상부부재 21a : 리브
21b : 보조리브 22 : 하부부재
22a : 리브 22b : 보조리브
30 : 로워암 100 : 에어스프링
111 : 피스톤 112 : 벨로우즈
120 : 캡 130 : 로워암
140 : 에어탱크

Claims (11)

  1. 차량의 서스펜션에서 로워암에 장착되고 벨로우즈의 상단과 하단에 피스톤과 캡이 각각 삽입되어 내부에 밀폐시켜 충격을 완충시키는 에어스프링에서,
    상기 캡은,
    상기 벨로우즈의 내부에 삽입되는 상부부재와,
    상기 상부부재의 하부에 접합되고 상기 로워암에 안착되는 하부부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  2. 제1항에 있어서,
    상가 하부부재의 외측면은 상기 로워암에 형성된 스프링 안착부의 내측면에 접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부부재와 상기 하부부재는 핫 가스 웰딩(Hot Gas Welding, HGW)로 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부부재와 상기 하부부재의 내부에는 각각 상기 상부부재와 상기 하부부재의 반경방향으로 복수의 리브가 둘레방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부부재와 상기 하부부재의 접합시,
    상기 상부부재에 형성된 리브의 하단과 상기 하부부재에 형성된 리브의 상단이 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부부재와 상기 하부부재에 형성되는 리브는 상기 상부부재와 상기 하부부재의 내측면으로부터 그 중심을 향하도록 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부부재와 상기 하부부재에 형성되는 리브는 서로 교번(交番)하여 중심에 인접한 단부에 상기 상부부재와 상기 하부부재의 둘레방향으로 형성되는 보조리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 리브는,
    상기 보조리브가 형성되지 않은 리브의 길이가 상기 보조리브가 형성된 리브보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부부재와 상기 하부부재는 PA66과 GF30을 혼합한 합성수지를 재질로 하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡.
  10. 차량의 서스펜션에서 로워암에 장착되는 에어스프링에서 상기 에어스프링의 벨로우즈의 하단에 삽입되는 에어스프링의 캡을 제조하는 방법에 있어서,
    금형의 내부에 용융된 합성수지를 주입한 후 탈형하여 상기 청구항 제1항 내지 제9항에 기재된 상부부재와 하부부재를 사출하고, 사출된 상기 상부부재와 상기 하부부재의 접합면을 용융시켜 접합시키는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부부재와 상기 하부부재는 상기 상부부재와 상기 하부부재의 접합면으로 고온은 질소가스를 공급하여 상기 접합면을 용융시킨 후, 상기 상부부재와 상기 하부부재를 접합시키는 것을 특징으로 하는 차량용 에어스프링의 캡의 제조방법.
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