KR20190116514A - 볼 조인트의 제조 방법, 및 스태빌라이저 링크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 볼 조인트의 제조 방법은, 금속제의 대략 원구 형상의 볼부를 구비하는 볼 스터드와, 당해 볼 스터드의 상기 볼부를 회동 가능하게 수용하는 수지제의 하우징을 구비하는 볼 조인트의 제조 방법에 있어서, 상기 볼부의 외주를 덮도록 상기 하우징을 형성하는 공정과, 상기 볼부를 상기 하우징의 수용부에 수용한 상태로, 소정의 목표 온도가 될 때까지 상기 볼부를 유도 가열하는 유도 가열 공정과, 상기 유도 가열 후의 상기 볼부를 냉각시키는 냉각 공정을 갖고, 상기 유도 가열 공정 및 상기 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정을 반복해서 실시한다.

Description

볼 조인트의 제조 방법, 및 스태빌라이저 링크의 제조 방법

본 발명은, 볼 조인트의 제조 방법, 및 스태빌라이저 링크의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2017년 3월 31일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2017-71678호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

차량에는, 노면으로부터 차륜을 통해 차체에 전달되는 충격이나 진동을 흡수하여 경감시키는 현가 (懸架) 장치와, 차체의 롤 강성을 높이기 위한 스태빌라이저가 구비되어 있다. 현가 장치와 스태빌라이저 사이를 원활하게 연결하기 위해, 차량에는, 스태빌라이저 링크라고 불리는 봉상의 부재가 사용된다. 스태빌라이저 링크는, 예를 들어 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이, 서포트 바와, 서포트 바의 양 단부에 형성한 볼 조인트를 구비하여 구성되어 있다.

특허문헌 1 에 관련된 볼 조인트는, 볼부를 갖는 볼 스터드와, 서포트 바의 양단에 형성되고, 볼 스터드의 볼부를 회동 (回動) 가능하게 수용하는 하우징으로 구성된다. 하우징의 내방측에는, 하우징의 내벽과 볼 스터드의 볼부 사이에 개재하도록, 수지제의 볼 시트가 형성되어 있다. 하우징에 수용된 볼부의 외구면 (外球面) 이 볼 시트의 내구면 (內球面) 에 접촉하면서 슬라이딩함으로써, 볼 스터드는 자유롭게 경도 (傾倒) 할 수 있다. 이와 같이, 스태빌라이저 링크에 구비되는 볼 조인트에 의해, 현가 장치와 스태빌라이저 사이가 원활하게 연결된다.

특허문헌 1 에 관련된 볼 조인트에 의하면, 하우징의 내벽과 볼 스터드의 볼부 사이에 개재하도록 수지제의 볼 시트를 형성함으로써, 하우징에 대한 볼부의 슬라이딩에 관련된 토크를 적절히 관리할 수 있다.

일본 공개특허공보 2011-247338호

특허문헌 1 에 기재된 스태빌라이저 링크에 있어서의 볼 조인트에서는, 볼 스터드의 볼부에 볼 시트를 장착한 후, 볼 시트가 장착된 볼부를 하우징에 끼워 넣고 있다. 구체적으로는, 볼부에 볼 시트가 장착된 볼 스터드를 중자 (中子) 로서 금형 내에 삽입하여 캐비티를 형성하고, 그 캐비티에 수지를 주입하는 사출 성형을 실시한다. 이 때, 볼부와 볼 시트 사이의 클리어런스를 소정값으로 설정하고, 수지의 사출 조건을 적절히 제어하여 사출 성형을 실시함으로써, 볼부의 체결 여유값을 적절한 값으로 설정하고 있다.

그러나, 상기 특허문헌 1 에 기재된 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리 기술에서는, 사출 성형 후에 있어서의 하우징이 되는 수지 소재의 수축에 의해 볼부가 체결되기 때문에, 볼부와 볼 시트 사이의 클리어런스 정밀도를 확보하는 것이 어려운 경우가 있다. 그 때문에, 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리를 정밀하게 실시하는 것이 곤란을 수반할 가능성이 있다.

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 볼 시트를 사용하지 않고 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리를 정밀하게 실시하는 것이 가능한 볼 조인트의 제조 방법, 및 스태빌라이저 링크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 양태에 관련된 볼 조인트의 제조 방법은, 스터드부의 단부에 금속제의 대략 원구 형상의 볼부가 형성되어 있는 볼 스터드와, 당해 볼 스터드의 상기 볼부를 회동 가능하게 수용하는 수용부를 갖는 수지제의 하우징을 구비하는 볼 조인트의 제조 방법에 있어서, 상기 볼 스터드의 상기 볼부를 중자로서 금형 내에 삽입함으로써 캐비티를 형성하고, 상기 금형 내의 그 캐비티에 수지를 주입하여 사출 성형을 실시함으로써, 상기 볼부의 외주를 덮도록 상기 하우징을 형성하는 공정과, 상기 볼부를 상기 하우징의 수용부에 수용한 상태로, 상기 하우징을 구성하는 수지 소재의 유리 전이점을 초과하지만 융점을 초과하지 않는 범위에 속하는 소정의 목표 온도가 될 때까지 상기 볼부를 유도 가열하는 유도 가열 공정과, 상기 유도 가열 후의 상기 볼부를, 적어도 상기 수지 소재의 유리 전이점 이하의 온도가 될 때까지 냉각시키는 냉각 공정을 갖고, 상기 유도 가열 공정 및 상기 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정을 반복해서 실시한다.

본 발명의 상기 제 1 양태에 관련된 볼 조인트의 제조 방법에 있어서, 유도 가열 공정에서는, 볼부를, 하우징의 수용부에 수용한 상태로, 하우징을 구성하는 수지 소재의 유리 전이점을 초과하지만 융점을 초과하지 않는 범위에 속하는 소정의 목표 온도가 될 때까지 볼부를 유도 가열한다. 이 유도 가열에 의해 금속제의 볼부가 팽창된다. 이 볼부의 팽창에 수반하여, 수지제의 하우징의 수용부에 있어서의 내구면도 팽창 변형된다. 이 하우징의 수용부에 있어서의 내구면의 팽창 변형은, 하우징을 구성하는 수지 소재의 유리 전이점을 초과하지만 융점을 초과하지 않는 범위에 속하는 소정의 목표 온도하에서 실시된다. 이 때문에, 하우징이 되는 수지 소재에는, 소성 변형과 탄성 변형에 기초하는 팽창 변형이 발생한다. 한편, 냉각 공정에서는, 유도 가열 후의 볼부를, 적어도 상기 수지 소재의 유리 전이점 이하의 온도가 될 때까지 냉각시킨다. 이 냉각에 의해, 팽창되어 있던 볼부는, 팽창 전의 크기로 되돌아온다. 단, 하우징의 수용부의 내구면의 팽창 변형 중, 탄성 변형분은 복원되지만, 소성 변형분은 그대로 유지된다. 그 결과, 볼 스터드의 볼부와, 하우징의 수용부에 있어서의 내구면 사이에, 소성 변형분에 기초하는 간극이 발생한다. 본 발명자의 연구에 의하면, 유도 가열 공정 및 냉각 공정을 구비하는 토크 조정 공정을 반복해서 실시하면, 하우징의 수용부에 있어서의 내구면의 팽창 변형 중 소성 변형분이, 하우징이 되는 수지 소재에 고유의 값으로 수속 (收束) 되는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 상기 토크 조정 공정의 반복 횟수를 적절한 값으로 설정하면, 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리를 정밀하게 실행 가능한 것을 의미한다.

본 발명의 상기 제 1 양태에 관련된 볼 조인트의 제조 방법에 의하면, 볼 시트를 사용하지 않고 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리를 정밀하게 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 제 2 양태에 관련된 스태빌라이저 링크의 제조 방법은, 서포트 바의 양단에 볼 조인트가 각각 형성되어 있는 스태빌라이저 링크의 제조 방법에 있어서, 본 발명의 상기 제 1 양태의 볼 조인트의 제조 방법을 이용하여 상기 볼 조인트를 제조하는 공정과, 상기 서포트 바의 양단에 상기 볼 조인트를 각각 형성하는 공정을 갖는다.

본 발명의 상기 제 2 양태에 관련된 스태빌라이저 링크의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 상기 제 1 양태에 관련된 볼 조인트의 제조 방법과 동일하게, 볼 시트를 사용하지 않고 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리를 정밀하게 실시할 수 있다.

본 발명에 의하면, 볼 시트를 사용하지 않고 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리를 정밀하게 실시할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크의 제조 방법에 의해 제조되는 스태빌라이저 링크의 차량에 대한 설치 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트의 제조 방법에 의해 제조되는 볼 조인트의 종단면도이다.
도 3 은, 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크 관리를, 고주파 유도 가열 장치를 사용하여 실행하고 있는 상태를 개념적으로 나타내는 구성도이다.
도 4 는, 도 3 에 나타내는 구성도의 평면도이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크의 제조 방법의 순서를 나타내는 공정도이다.
도 6 은, 유도 가열 공정 및 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정의 반복 횟수의 변화에 대한, 볼부에 작용하는 하우징의 체결 토크를 나타내는 특성 선도이다.
도 7A 는, 유도 가열 공정 및 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정을 단일 횟수만 실시한 경우 (비교예) 의 하우징의 수용부에 있어서의 내구면의 표면 조도를 나타내는 도면이다.
도 7B 는, 유도 가열 공정 및 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정을 반복해서 실시한 경우 (실시예) 의 하우징의 수용부에 있어서의 내구면의 표면 조도를 나타내는 도면이다.
도 8A 는, 비교예의 하우징의 수용부에 있어서의 내구면을 전자 현미경에 의해 관찰한 사진이다.
도 8B 는, 실시예의 하우징의 수용부에 있어서의 내구면을 전자 현미경에 의해 관찰한 사진이다.
도 9A 는, 압자의 압입 깊이를 변경했을 때의, 비교예의 하우징의 수용부에 있어서의 내구면의 표면 경도를 나타내는 특성 선도이다.
도 9B 는, 압자의 압입 깊이를 변경했을 때의, 실시예의 하우징의 수용부에 있어서의 내구면의 표면 탄성률을 나타내는 특성 선도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트의 제조 방법, 및 스태빌라이저 링크의 제조 방법에 대해, 적절히 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크 (11) 의 제조 방법은, 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 의 제조 방법을 포함하는 개념이다. 그러므로, 본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크 (11) 의 제조 방법에 대해 설명함으로써, 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 의 제조 방법의 설명도 동시에 실시한다.

<스태빌라이저 링크 (11)>

먼저, 본 발명의 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조되는 스태빌라이저 링크 (11) 에 대해, 이것을 차량 (도시 생략) 에 설치한 예를 들어 설명한다. 도 1 은, 스태빌라이저 링크 (11) 의 차량에 대한 설치 상태를 나타내는 사시도이다.

차량의 차체 (도시 생략) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 현가 장치 (15) 를 통해, 차륜 (W) 이 설치되어 있다. 노면으로부터 차륜 (W) 을 통해 차체에 전달되는 충격이나 진동을 흡수하여 경감시키기 위해, 현가 장치 (15) 는, 코일 스프링 (15a) 과 쇼크 업소버 (15b) 를 갖는다.

좌우의 현가 장치 (15) 사이는, 대략 コ 자 형상의 스프링 강봉 등으로 이루어지는 스태빌라이저 (17) 를 통해 연결되어 있다. 차체의 롤 강성 (비틀림 변형에 대한 저항력) 을 높여 차량의 롤링을 억제하기 위해, 스태빌라이저 (17) 는, 좌우의 차륜 (W) 사이로 연장되는 토션 바 (17a) 와, 토션 바 (17a) 의 양 단부로부터 굴곡되어 연장되는 1 쌍의 아암부 (17b) 를 갖는다. 현가 장치 (15) 및 스태빌라이저 (17) 는, 후술하는 스터드부 (21a) 가 연결되는 본 발명의 「구조체」에 상당한다.

스태빌라이저 (17) 와 차륜 (W) 을 지지하는 쇼크 업소버 (15b) 는, 스태빌라이저 링크 (11) 를 통해 연결되어 있다. 당해 연결은, 좌우의 차륜 (W) 측에 있어서 동일하다. 스태빌라이저 링크 (11) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 강관으로 이루어지는 봉상의 서포트 바 (11a) 의 양 단부에, 볼 조인트 (13) 를 각각 형성하여 구성되어 있다. 서포트 바 (11a) 의 선단부 (11a1) (도 2 참조) 는, 프레스 가공에 의해 평판상으로 소성 변형되어 있다.

스태빌라이저 링크 (11) 는, 서포트 바 (11a) 및 볼 스터드 (21) 를 금형 (도시 생략) 내의 소정 위치에 인서트한 상태로, 하우징 (23) 이 되는 합성 수지를 상기 금형 내에 주입하는 인서트 사출 성형 공정에 의해 제조된다. 이에 대해, 상세한 것은 후술한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「인서트 사출 성형 공정」이라는 용어를 사용하는 경우에는, 상기의 공정을 의미한다.

스태빌라이저 링크 (11) 가 갖는 1 쌍의 볼 조인트 (13) 중, 일방의 볼 조인트 (13) 는 스태빌라이저 (17) 의 아암부 (17b) 의 선단부에 체결 고정되고, 타방의 볼 조인트 (13) 는 쇼크 업소버 (15b) 의 브래킷 (15c) 에 체결 고정되어 있다. 또한, 본 실시형태의 1 쌍의 볼 조인트 (13) 의 구성은 동일하지만, 1 쌍의 볼 조인트의 구성이 상이해도 된다.

<볼 조인트 (13)>

다음으로, 볼 조인트 (13) 에 대해, 도 2 를 참조하여 설명한다. 도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조되는 볼 조인트 (13) 의 종단면도이다.

볼 조인트 (13) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 강 등의 금속제의 볼 스터드 (21) 와, 합성 수지제의 하우징 (23) 으로 구성된다. 볼 스터드 (21) 는, 일방향으로 연장되는 축 부재이고, 일방의 단부에 스터드부 (21a) 를 가짐과 함께, 타방의 단부에 대략 원구 형상의 볼부 (21b) 를 갖고 구성되어 있다. 스터드부 (21a) 의 단부에, 볼부 (21b) 가 형성되어 있다. 볼부 (21b) 는, 강 등의 금속제이다. 스터드부 (21a) 와 볼부 (21b) 는 용접 접합되어 있다. 스터드부 (21a) 와 볼부 (21b) 를 일체로 형성해도 된다. 하우징 (23) 은, 서포트 바 (11a) 의 양단에 각각 형성되고, 볼 스터드 (21) 의 볼부 (21b) 를 회동 가능하게 지지하도록 구성되어 있다.

본 실시형태의 볼 조인트의 종단면도는, 볼 스터드 (21) 의 중심 축선 (C) (축심 (軸芯)) 을 따른 단면도이며, 바꾸어 말하면, 볼 스터드 (21) 의 축선 (C) 과 서포트 바 (11a) 의 중심 축선을 모두 포함하는 단면도이다. 본 실시형태의 스태빌라이저 링크나 볼 조인트에 있어서, 스터드부 (21a) 가 형성되어 있는 측을 상측, 볼부 (21b) 가 형성되어 있는 측을 하측 (또는 바닥부측) 이라고 칭하는 경우가 있다.

볼 스터드 (21) 의 스터드부 (21a) 에는, 대플랜지부 (21a1) 와 소플랜지부 (21a2) 가, 서로 이간되어 형성되어 있다. 대플랜지부 (21a1) 와 소플랜지부 (21a2) 사이에는, 주회 오목부 (21a3) 가 형성되어 있다. 대플랜지부 (21a1) 보다 선단측 (볼 스터드 (21) 의 볼부 (21b) 의 반대측) 의 스터드부 (21a) 에는 수나사부 (21a4) 가 형성되어 있다.

하우징 (23) 의 상단부와, 스터드부 (21a) 의 주회 오목부 (21a3) 사이에는, 이들의 간극을 덮도록, 고무 등의 탄성체로 이루어지는 주회상의 더스트 커버 (27) 가 장착된다. 더스트 커버 (27) 는, 우수, 진애 등의 볼 조인트 (13) 에 대한 침입을 저지한다.

볼 스터드 (21) 의 볼부 (21b) 를 회동 가능하게 지지하기 위해, 하우징 (23) 에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 볼부 (21b) 의 외구면에 따른 내구면을 갖는 수용부 (23a) 가 형성되어 있다. 하우징 (23) 의 상부에는, 대략 원환상의 볼록형 플랜지 (23b) 가 형성되어 있다. 볼록형 플랜지 (23b) 는, 수용부 (23a) 에 대하여 볼부 (21b) 가 주회상으로 노출되는 경계부 (21b1) 로부터 솟아오르듯이 외방으로 연장되는 원추면 형상의 테이퍼부 (23b1) 를 갖는다. 테이퍼부 (23b1) 의 축선 (C) 에 대한 경사각은, 볼 스터드 (21) 의 요동각, 축 직경 등에 따라 적절한 값으로 설정된다.

하우징 (23) 의 수지 소재로는, 열가소성을 갖는 (사출 성형에 의해 형성되기 때문) 것, 소정의 강도 요건을 만족하는 것 등을 고려하여, 예를 들어 PA66-GF30 (PA66 에 중량비 30 ％ 의 유리 섬유를 넣은 것/융점 : 섭씨 270 도 정도) 을 사용할 수 있다. 단, 하우징 (23) 의 수지 소재로는, PA66-GF30 이외에, PA66-GF50 (PA66 에 중량비 50 ％ 의 유리 섬유를 넣은 것), PEEK (polyetheretherketone), PA66 (Polyamide 66), PPS (Poly Phenylene Sulfide Resin), POM (polyoxymethylene) 등의 엔지니어링 플라스틱, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱, FRP (Fiber Reinforced Plastics : 섬유 강화 플라스틱), GRP (glass reinforced plastic : 유리 섬유 강화 플라스틱), CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics : 탄소 섬유 강화 플라스틱) 등의 소재를 적절히 사용해도 된다.

볼 스터드 (21) 의 볼부 (21b) 와, 하우징 (23) 의 수용부 (23a) (이하, 「하우징 (23) 의 수용부 (23a)」를 「하우징 수용부 (23a)」라고 생략하는 경우가 있다.) 사이에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 약간의 간극 (22) 이 형성되어 있다. 하우징 (23) 의 수용부 (23a) 에 수용된 볼부 (21b) 의 외구면이, 약간의 간극 (22) 을 통해 수용부 (23a) 의 내구면에 접촉하면서 슬라이딩함으로써, 하우징 (23) 에 대하여 볼 스터드 (21) 가 요동 (도 1 의 화살표 α1 참조) 및 회전 (도 1 의 화살표 α2 참조) 가능하게 지지되어 있다. 이와 같이, 스태빌라이저 링크 (11) 에 구비되는 볼 조인트 (13) 에 의해, 현가 장치 (15) 및 스태빌라이저 (17) 가 원활하게 연결되어 있다.

하우징 (23) 은, 볼부 (21b) 를 확실하게 지지하기 위해, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 그 두께가 두껍다. 그 때문에, 하우징 (23) 의, 인서트 사출 성형 후의 수축량이 커질 가능성이 있다. 이 하우징 (23) 의 수축에 의해, 볼부 (21b) 는, 하우징 수용부 (23a) 에 의해 내방을 향하여 체결된다. 이 체결 토크 관리를 정밀하게 실시하기 위해, 후술하는 토크 조정이 실시된다. 또한, 본 발명의 실시형태에서 말하는 토크 조정이란, 볼 스터드 (21) 의 요동 토크 및 회전 토크, 그리고 탄성 리프트량의 조정을 포괄적으로 포함하는 개념이다.

<고주파 유도 가열 장치 (31)>

다음으로, 본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크 (11) 의 제조 방법에 사용되는 고주파 유도 가열 장치 (31) 에 대해, 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명한다. 도 3 은, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크 관리를, 고주파 유도 가열 장치 (31) 를 사용하여 실행하고 있는 상태를 개념적으로 나타내는 구성도이다. 도 4 는, 도 3 에 나타내는 구성도의 상면도 (평면도) 이다.

고주파 유도 가열 장치 (31) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 코일 (32, 33) 과, 교류 전원 (34) 에 접속된 고주파 전원 (35) 과, 공진 회로 (37) 와, 온도계 (39) 와, 제어 회로 (41) 를 구비하여 구성되어 있다. 고주파 유도 가열 장치 (31) 는, 코일 (32, 33) 에 고주파 전류를 흘림으로써, 금속제의 볼부 (21b) 를 유도 가열할 수 있다.

코일 (32, 33) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 볼 스터드 (21) 의 볼부 (21b) 에 있어서의 적도부 (21c) 를 둘러싸도록, 서포트 바 (11a), 볼 조인트 (13) 등의 금속제 부재에 대하여 간격을 두고 배치 형성되어 있다. 코일 (32, 33) 에는, 자기 발열에 의한 손상을 방지하기 위해, 수랭 및/또는 공랭을 위한 기구 (도시 생략) 가 적절히 적용된다. 적도부 (21c) 는, 볼부 (21b) 의 외면 중, 볼 스터드 (21) 의 축선 (C) 으로부터, 당해 축선 (C) 에 직교하는 직경 방향으로 가장 떨어진 부분이다.

고주파 전원 (35) 은, 교류 전원 (34) 으로부터 공급되는 교류 전력을, 소정의 주파수의 고주파 전력으로 변환하여, 공진 회로 (37) 에 공급한다.

공진 회로 (37) 는, 예를 들어, 콘덴서 (도시 생략) 와 코일 (32, 33) 에 의해 구성되는 LC 병렬 공진 회로이다. 공진 회로 (37) 는, 적절히 설정되는 공진 작용을 이용하여 증폭된 교류 전력을 콘덴서에 축적하고, 코일 (32, 33) 에 고주파 전류를 흘린다. 이 고주파 전류에 의해 코일 (32, 33) 에 강한 자장 (B) 이 발생한다. 이 자장 (B) 의 작용에 의해 금속제의 볼부 (21b) 에 와전류가 야기된다. 그 결과, 볼부 (21b) 가 유도 가열된다.

온도계 (39) 는, 볼부 (21b) 의 온도 Tb 를 측정하는 기능을 갖는다. 온도계 (39) 로는, 예를 들어 방사 온도계가 사용된다. 온도계 (39) 는, 볼부 (21b) 로부터 방사되는 적외선의 강도를 비접촉으로 측정하여, 적외선의 강도를 온도로 변환함으로써, 볼부 (21b) 의 온도 Tb 를 취득한다. 온도계 (39) 에서 취득된 볼부 (21b) 의 온도 Tb 는 제어 회로 (41) 에 보내진다.

제어 회로 (41) 는, 온도계 (39) 에서 취득된 볼부 (21b) 의 온도 Tb 가, 미리 설정되는 목표 온도 Ttg 를 유지하도록, 볼부 (21b) 에 작용하는 자장 (B) 의 강도를 제어한다. 목표 온도 Ttg 로는, 하우징 (23) 이 되는 수지 소재의 유리 전이점을 초과하지만 융점을 초과하지 않는 범위에 속하는 온도를 적절히 채용하면 된다. 구체적으로는, 상기의 온도 범위 중, 융점에 가까운 온도를 목표 온도 Ttg 로서 설정해도 된다. 이 경우, 원하는 정밀도의 토크 관리를 비교적 적은 반복 횟수에 의해 얻을 수 있다. 이러한 온도 제어를 실시함으로써, 후술하는 볼부 (21b) 를 유도 가열하는 유도 가열 공정에 있어서, 볼부 (21b) 의 온도 Tb 가 목표 온도 Ttg 로 유지된다.

<본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크 (11) 의 제조 방법>

다음으로, 본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크 (11) 의 제조 방법에 대해, 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 스태빌라이저 링크 (11) 의 제조 방법의 순서를 나타내는 공정도이다.

도 5 에 나타내는 스텝 S11 에 있어서, 서포트 바 (11a) 및 볼 스터드 (21) 의 볼부 (21b) 를 중자로서 금형 내에 삽입함으로써 캐비티를 형성하고, 금형 내의 캐비티에 예를 들어 PA66-GF30 등의 합성 수지를 주입하여 사출 성형을 실시함으로써, 볼부 (21b) 의 외주를 덮도록 하우징 (23) 을 형성한다. 또한, 이 공정은, 서포트 바 (11a) 의 양단에 볼 조인트 (13) 를 각각 형성하는 공정에 상당한다. 또한, 볼 조인트 (13) 의 제조 후, 서포트 바 (11a) 의 양단에, 제조한 볼 조인트 (13) 를 각각 연결시켜 형성해도 된다.

스텝 S12 에 있어서, 볼부 (21b) 를 하우징 수용부 (23a) 에 수용한 상태로, 하우징 (23) 을 구성하는 수지 소재 (PA66-GF30) 의 유리 전이점 (PA66-GF30 에서는 섭씨 50 도 정도) 을 초과하지만 융점 (PA66-GF30 에서는 섭씨 265 도 정도) 을 초과하지 않는 범위에 속하는 목표 온도 Ttg 가 될 때까지 볼부 (21b) 를 유도 가열한다. 스텝 S12 의 유도 가열 공정은, 볼 스터드 (21) 를, 볼 스터드 (21) 의 축선 (C) 둘레로 회전시키면서 실시한다. 볼 스터드 (21) 의 회전 속도는, 볼부 (21b) 에 있어서의 외구면의 표면 온도가 균일해지는 것을 고려하여, 적절한 속도를 설정하면 된다.

스텝 S13 에 있어서, 스텝 S12 에서 유도 가열 후의 볼부 (21b) 를, 적어도 상기 수지 소재 (PA66-GF30) 의 유리 전이점 (PA66-GF30 에서는 섭씨 50 도 정도) 이하의 온도가 될 때까지 냉각시킨다. 스텝 S13 의 냉각 공정은, 볼 스터드 (21) 를, 볼 스터드 (21) 의 축선 (C) 둘레로 회전시키면서 실시한다. 볼 스터드 (21) 의 회전 속도는, 볼부 (21b) 에 있어서의 외구면의 표면 온도가 균일해지는 것을 고려하여, 적절한 속도를 설정하면 된다.

그 후, 스텝 S12 의 유도 가열 공정 및 스텝 S13 의 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정을 소정의 횟수 (복수 회) 만 반복해서 실시함으로써, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크를 조정한다. 이로써, 볼 조인트 (13) 를 제조하는 공정이 완료된다.

스텝 S12 의 유도 가열 공정에 의해 금속제의 볼부 (21b) 가 가열되어 팽창된다. 이 볼부 (21b) 의 팽창에 수반하여, 수지제의 하우징 수용부 (23a) 의 내구면도 팽창 변형된다. 이 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 팽창 변형은, 하우징 (23) 이 되는 수지 소재의 유리 전이점을 초과하지만 융점을 초과하지 않는 범위에 속하는 목표 온도 Ttg 에서 실시된다. 이 때문에, 하우징 (23) 이 되는 수지 소재에는, 소성 변형과 탄성 변형에 기초하는 팽창 변형이 발생한다. 또한, 수지 소재의 소성 변형은, 수지 소재의 결정화에 수반하여 발생하는 것이라고 생각된다.

스텝 S13 의 냉각 공정에서는, 스텝 S12 에서 유도 가열 후의 볼부 (21b) 를, 적어도 상기 수지 소재의 유리 전이점 이하의 온도가 될 때까지 냉각시킨다. 이 냉각에 의해, 팽창되어 있던 볼부 (21b) 는, 팽창 전의 크기로 되돌아온다. 단, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 팽창 변형 중, 탄성 변형분은 복원되지만, 소성 변형분은 그대로 유지된다. 그 결과, 볼 스터드 (21) 의 볼부 (21b) 와, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면 사이에, 소성 변형분에 기초하는 간극 (22) (도 2 참조) 이 발생한다. 이 간극 (22) 의 크기가, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크를 실질적으로 규정한다.

본 발명자의 연구에 의하면, 스텝 S12 의 유도 가열 공정 및 스텝 S13 의 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정을 반복해서 실시하면, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 팽창 변형 중 소성 변형분이, 하우징 (23) 이 되는 수지 소재에 고유의 값으로 수속하는, 바꾸어 말하면, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크가 소정의 값으로 수속하는 (도 6 참조) 것을 알 수 있었다. 이것은, 스텝 S12 의 유도 가열 공정 및 스텝 S13 의 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정의 반복 횟수를 적절한 값 (단, 반복 횟수는 복수 회) 으로 설정하면, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크 관리를 정밀하게 실행 가능한 것을 의미한다.

본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 의 제조 방법에 의하면, 볼 시트를 사용하지 않고, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크 관리를 정밀하게 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 의 제조 방법에서는, 토크 조정 공정의 반복 횟수를 증감함으로써, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크를 조정하는 구성을 채용해도 된다. 이와 같이 구성하면, 간소하고 또한 실용적인 수단에 의해 체결 토크 관리를 정밀하게 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 의 제조 방법에서는, 토크 조정 공정에 있어서, 볼 스터드 (21) 를 그 축선 (C) 둘레로 회전시키고, 하우징 (23) 의 수지 소재의 한계 PV 값에 기초하여 설정되는 상한 회전 속도를 하회하는 범위에서 볼 스터드 (21) 의 회전 속도를 증감함으로써, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크를 조정하는 구성을 채용해도 된다. 또한, PV 값이란, 하중 압력 (P) 및 미끄럼 속도 (V) 의 곱의 함수이다. 한계 PV 값이란, 재료의 슬라이딩 표면이 마찰 발열에 의해 변형·용융될 때의 한계가 되는 PV 값이다. 한계 PV 값을 초과하는 조건에서는, 일반적으로, 마찰·마모가 모두 현저히 커지기 때문에, 사용할 수 없게 된다. 한계 PV 값은, 내열성이 높은 수지일수록 높아진다. 실제로는, 한계 PV 값의 절반 정도의 PV 값이 되는 것을 고려하여, 수지 소재의 하중 압력 (P) 및 미끄럼 속도 (V) 가 설정된다.

본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 의 제조 방법에 의하면, 토크 조정 공정에 있어서, 하우징 (23) 의 수지 소재의 한계 PV 값에 기초하여 설정되는 상한 회전 속도를 하회하는 범위에서 볼 스터드 (21) 의 회전 속도를 증감함으로써, 볼부 (21b) 에 대한 하우징 (23) 의 체결 토크를 조정하기 때문에, 볼부 (21b) 에 있어서의 외구면의 표면 온도가 균일해지고, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 가공 정밀도가 향상된다. 그 결과로서, 간소하고 또한 실용적인 수단에 의해 체결 토크 관리를 한층 정밀하게 실시할 수 있다.

여기서, 상기 토크 조정 공정을 단일 횟수만 실시한 경우 (비교예) 의 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 표면 조도 (도 7A 참조) 와, 상기 토크 조정 공정을 반복 (단, 반복 횟수는 3 회) 해서 실시한 경우 (실시예) 의 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 표면 조도 (도 7B 참조) 를 비교하면, 실시예 (반복 회) 에서는 비교예 (단일 회) 와 비교하여 그 표면 (하우징 수용부 (23a) 의 내구면) 이 평활화되어 있는 (요컨대, 마찰 계수가 저하되어 있는) 것을 알 수 있다.

또, 비교예 및 실시예에 대해, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면을 전자 현미경에 의해 직접 관찰하였다. 그 결과를 도 8A (비교예), 도 8B (실시예) 에 각각 나타낸다. 도 8A 는, 비교예의 하우징 수용부 (23a) 의 내구면을 전자 현미경에 의해 관찰한 사진이다. 도 8B 는, 실시예의 하우징 수용부 (23a) 의 내구면을 전자 현미경에 의해 관찰한 사진이다. 전자 현미경에 의한 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 관찰에 의해서도, 도 8B 의 실시예 (반복 회) 에서는 도 8A 의 비교예 (단일 회) 와 비교하여 그 표면 (하우징 수용부 (23a) 의 내구면) 이 평활화되어 있는 것이 실증되었다.

본 발명자의 연구에 의하면, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면이 평활화되는 것은, 수지 소재 (PA66-GF30) 의 결정화가 관여하고 있는 것이라고 생각된다. 또, 수지 소재 (PA66-GF30) 의 결정화에 수반하여, 수지 소재에 혼입되어 있는 유리 섬유가 침강 (표면에 대한 노출이 줄어든다) 하는 현상이 관측되었다. 이 유리 섬유의 침강 현상도, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 평활화에 관여하고 있는 것이라고 생각된다.

또한, 본 발명자의 연구에 의하면, 실시예 (반복 회) 에서는 비교예 (단일 회) 와 비교하여 그 표면 (하우징 수용부 (23a) 의 내구면) 의 경도가 높아져 있는 (요컨대, 내마모성이 향상되어 있는) 것을 알 수 있었다. 이것을 실증하기 위해, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 경도 (GPa) 및 탄성률 (GPa) 을, DSI (Depth sensing Indentation) 법에 의한 나노인덴테이션법을 사용하여 측정하였다. DSI 법이란, 측정 대상에 대하여, 나노인덴터 장치 (도시 생략) 에 구비되는 압자를 가압함으로써 부하 및 제하시의 압입 깊이를 연속적으로 측정하고, 얻어진 하중-압입 깊이 특성을 사용함으로써, 압자의 압흔을 직접 관찰하지 않고 경도나 탄성률을 구하는 방법이다. 도 9A 는, 나노인덴터 장치에 구비되는 압자의 압입 깊이를 변경했을 때의, 비교예의 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 표면 경도를 나타내는 특성 선도이다. 도 9B 는, 압자의 압입 깊이를 변경했을 때의, 실시예의 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 표면 탄성률을 나타내는 특성 선도이다. DSI 법을 사용한 측정 결과에 의하면, 도 9A, 도 9B 에 나타내는 바와 같이, 실시예 (반복 회) 에서는 비교예 (단일 회) 와 비교하여 그 표면 (하우징 수용부 (23a) 의 내구면) 의 경도가 높아져 있는 (요컨대, 내마모성이 향상되어 있는) 것이 실증되었다. 또한, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 경도가 높아지는 것도, 하우징 수용부 (23a) 의 내구면의 평활화의 케이스와 동일하게, 수지 소재 (PA66-GF30) 의 결정화가 관여하고 있는 것이라고 생각된다.

〔그 밖의 실시형태〕

이상 설명한 복수의 실시형태는, 본 발명의 구현화의 예를 나타낸 것이다. 따라서, 상기 실시형태에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되는 일은 없다. 본 발명은 그 요지 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 실시하는 것이 가능하다.

예를 들어, 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 를, 차량의 스태빌라이저 링크 (11) 에 적용하는 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시형태에 관련된 볼 조인트 (13) 는, 산업용 로봇이 갖는 아암의 관절 부분, 셔블 카, 크레인차 등의 산업용 차량이 갖는 아암의 관절 부분의 구조 등에 폭넓게 적용 가능하다.

11 : 스태빌라이저 링크
13 : 볼 조인트
15 : 현가 장치 (구조체)
17 : 스태빌라이저 (구조체)
21 : 볼 스터드
21b : 볼부
23 : 하우징
23a : 수용부

Claims (4)

1. 스터드부의 단부에 금속제의 대략 원구 형상의 볼부가 형성되어 있는 볼 스터드와, 당해 볼 스터드의 상기 볼부를 회동 가능하게 수용하는 수용부를 갖는 수지제의 하우징을 구비하는 볼 조인트의 제조 방법에 있어서,
   상기 볼 스터드의 상기 볼부를 중자로서 금형 내에 삽입함으로써 캐비티를 형성하고, 상기 금형 내의 그 캐비티에 수지를 주입하여 사출 성형을 실시함으로써, 상기 볼부의 외주를 덮도록 상기 하우징을 형성하는 공정과,
   상기 볼부를 상기 하우징의 수용부에 수용한 상태로, 상기 하우징을 구성하는 수지 소재의 유리 전이점을 초과하지만 융점을 초과하지 않는 범위에 속하는 소정의 목표 온도가 될 때까지 상기 볼부를 유도 가열하는 유도 가열 공정과,
   상기 유도 가열 후의 상기 볼부를, 적어도 상기 수지 소재의 유리 전이점 이하의 온도가 될 때까지 냉각시키는 냉각 공정을 갖고,
   상기 유도 가열 공정 및 상기 냉각 공정을 포함하는 토크 조정 공정을 반복해서 실시하는, 볼 조인트의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 토크 조정 공정의 반복 횟수를 증감함으로써, 상기 볼부에 대한 상기 하우징의 체결 토크를 조정하는, 볼 조인트의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 토크 조정 공정에 있어서, 상기 볼 스터드를 그 볼 스터드의 축선 둘레로 회전시키고, 상기 하우징의 수지 소재에 있어서의 한계 PV 값에 기초하여 설정되는 상한 회전 속도를 하회하는 범위에서 상기 볼 스터드의 회전 속도를 증감함으로써, 상기 볼부에 대한 상기 하우징의 체결 토크를 조정하는, 볼 조인트의 제조 방법.
4. 서포트 바의 양단에 볼 조인트가 각각 형성되어 있는 스태빌라이저 링크의 제조 방법에 있어서,
   제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 볼 조인트의 제조 방법을 이용하여 상기 볼 조인트를 제조하는 공정과,
   상기 서포트 바의 양단에 상기 볼 조인트를 각각 형성하는 공정을 갖는, 스태빌라이저 링크의 제조 방법.

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