KR20210007849A - 서스펜션 스러스트 베어링 장치 및 이러한 장치가 구비된 서스펜션 스트럿 - Google Patents

서스펜션 스러스트 베어링 장치 및 이러한 장치가 구비된 서스펜션 스트럿 Download PDF

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damper
suspension thrust
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찰스 챔포뉴
프랑코이 드 램프스
크리스토프 하우데이어
데씨르 비돗
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

본 발명은 자동차의 서스펜션 스트럿에서 서스펜션 스프링(3)과 사용하기 위한 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)에 관한 것이다. 상기 장치(10)는, 상대 회전 상태에 있는 상측 환형 베어링 부재(20, 41)와 하측 환형 베어링 부재(30, 42)를 가진 베어링을 포함하되, 상기 하측 환형 베어링 부재는 반경방향 몸체(32)를 포함한다. 또한, 상기 장치는, 하측 환형 베어링 부재의 반경방향 몸체(32)에 오버몰딩되고 탄성 재료로 제조된 댐퍼 반경방향 부분(52)을 가진 댐핑 요소(50)를 포함하되, 상기 댐핑 요소(50)는 서스펜션 스프링(3)의 단부 코일을 축방향으로 지지하기 위한 하측 지지 표면(53)을 가진다. 댐퍼 반경방향 부분(52)은 60 내지 85 사이의 쇼어 A 경도를 가지며 2 내지 10 mm 사이의 축방향 두께(D52)를 가진 재료를 포함한다.

Description

서스펜션 스러스트 베어링 장치 및 이러한 장치가 구비된 서스펜션 스트럿{SUSPENSION THRUST BEARING DEVICE AND SUSPENSION STRUT EQUIPED WITH SUCH A DEVICE}
본 발명은 서스펜션 스러스트 베어링 장치, 특히, 맥퍼슨 타입의 서스펜션 스러스트 베어링 장치("맥퍼슨 서스펜션 베어링 유닛" 또는 MSBU)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이러한 서스펜션 스러스트 베어링 장치와 댐퍼를 포함하는 자동차용 스트럿에 관한 것이다. 본 발명의 기술분야는, 서스펜션 시스템, 특히 자동차 서스펜션 시스템 분야에 속한다.
공지의 기술에서, 자동차 서스펜션 시스템이 차량 휠과 액슬을 지지하는 서스펜션 스트럿을 포함한다. 서스펜션 스러스트 베어링 장치가, 지면과 휠의 맞은편에 위치된 서스펜션 스트럿의 상측 부분에 배열되며, 차량 섀시(vehicle chassis)에 결부된 상측 지지 블록과 서스펜션 스프링 사이에 배열된다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치는 하나 이상의 베어링, 예를 들어, 롤링 베어링을 포함하는데, 이러한 베어링은 주 축 주위로 상대 회전 상태에 있는 상측 및 하측 환형 베어링 부재들을 포함한다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치는 차량의 몸체와 스프링 사이에서 축방향 힘이 전달될 수 있게 하여, 몸체에 결부된 고정 지지 블록과 회전하며 이동할 수 있는 스프링 사이에서 상대적 각운동(relative angular movement)을 가능하게 한다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치의 댐핑 기능은, 서스펜션 스프링과 하측 환형 베어링 부재 사이에 장착되고 탄성 재료로 제조된 댐핑 요소를 이용하여 향상될 수 있다. 이러한 댐핑 요소로 인해, 스프링에 의해 스러스트 베어링 장치에 가해지는 진동과 충격을 흡수할 수 있게 된다. 이러한 공지의 기술에서, 정적 및 동적 강성(static and dynamic stiffness)을 최적화하기 위하여, 장치의 소형화, 댐핑 요소의 축방향 두께, 및 재료들 간에 적절하면서도 우수한 절충점을 찾아야 한다.
본 발명의 목적은 개선된 서스펜션 스러스트 베어링 장치(suspension thrust bearing device)를 제안함으로써 종래 기술의 단점을 해결하기 위한 것이다. 따라서, 상대적으로 저렴하고, 우수한 작동 안정성을 가지며, 작동 수명이 향상된, 서스펜션 스러스트 베어링 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 본 발명은 자동차의 서스펜션 스트럿(suspension strut)에서 서스펜션 스프링과 사용하기 위한 서스펜션 스러스트 베어링 장치에 관한 것이다. 상기 서스펜션 스러스트 베어링 장치는 상대 회전(relative rotation) 상태에 있는 상측 및 하측 환형(annular) 베어링 부재를 가진 베어링을 포함한다. 상기 하측 환형 베어링 부재는 반경방향 몸체(radial body)를 포함한다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치는 상기 반경방향 몸체의 하측에 오버몰딩되고(overmoulded) 탄성 재료로 제조된 댐퍼(damper) 반경방향 부분을 가진 댐핑 요소(damping element)를 추가로 포함한다. 상기 댐퍼 반경방향 부분은 서스펜션 스프링의 단부 코일(end coil)을 축방향으로 지지하기 위한 하측 지지 표면을 가진다.
본 발명에 따르면, 댐퍼 반경방향 부분은 50 내지 85 사이의 쇼어 A 경도를 가지며 2 내지 10 mm 사이의 축방향 두께를 가진 재료를 가진다.
본 발명에 따르면, 서스펜션 스프링은, 하측 환형 베어링 부재의 반경방향 몸체에 대해 상대적으로 큰 축방향 두께의 댐핑 요소를 통하여, 도로의 충격(shock)과 진동(vibration)을 서스펜션 스러스트 베어링 장치에 전달한다. 중요한 댐퍼 두께로 인해, 충격과 진동이 전달되는 것을 일정하게 댐핑할 수 있다.
바람직한 실시예들이지만 이들에만 제한되지는 않는, 본 발명의 추가적인 양태들에 따르면, 이러한 서스펜션 스러스트 베어링 장치는, 다음의 특징들 모두 또는 몇몇 특징들을 포함하는데:
- 서스펜션 스러스트 베어링 장치는 서스펜션 스러스트 베어링의 상측 환형 베어링 부재를 형성하기 위해 상측 캡(cap)에 고정된 제1 링(ring), 및 서스펜션 스러스트 베어링의 하측 환형 베어링 부재를 형성하기 위해 하측 캡에 고정된 제2 링를 가진 베어링을 포함하되, 상기 제1 및 제2 링들은 상대 회전 상태에 있다.
- 베어링은 롤링 베어링(rolling bearing)이며, 제1 및 제2 링들은 이들 사이에서 환형 롤링 챔버(annular rolling chamber)를 형성하고, 하나 이상의 열(row)의 롤링 요소들이 상기 롤링 챔버 내에 배열된다.
- 롤링 요소들은 볼(ball)이다.
- 제1 및 제2 링들은 스탬핑된 금속 쉬트(stamped metal sheet)로 제조된다.
- 상측 및 하측 캡들은 강성의 플라스틱 재료로 제조된다.
- 하측 캡은 반경방향 몸체의 내측으로부터 축방향으로 하부를 향해 연장되는 축방향 허브(axial hub)를 포함한다.
- 댐핑 요소는 댐퍼 반경방향 부분의 내측으로부터 축방향으로 하부를 향해 연장되는 댐퍼 축방향 부분을 포함하되, 상기 댐퍼 축방향 부분은 축방향 허브의 외측 표면에 고정된다.
- 댐핑 요소는 고무 열가소성 엘라스토머(TPE), 특히, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 스티렌 열가소성(TPS), 용융 처리 엘라스토머(MPE) 또는 엘라스토머 셀룰러 폼(elastomer cellular foam)을 포함한다.
- 댐퍼 반경방향 부분은 50, 60, 75, 또는 85 쇼어 A 중 한 값의 재료 경도를 가진다.
- 댐퍼 반경방향 부분은 5 내지 10 mm 사이, 바람직하게는 8 mm의 축방향 두께를 가진다.
또한, 본 발명은, 위에서 언급된 서스펜션 스러스트 베어링 장치, 서스펜션 스프링 및 댐퍼 로드(damper rod)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 서스펜션 스트럿(motor vehicle suspension strut)에 관한 것이다.
본 발명은, 이제, 본 발명의 목적을 제한하지 않고도, 단지 예로서 제공된 도 1을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 서스펜션 스트럿의 단면도로서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 서스펜션 스러스트 베어링 유닛과, 댐퍼 로드 및 서스펜션 스프링을 포함한다.
첨부된 도 1에 부분적으로 도시된 서스펜션 스트럿(1)이 자동차 서스펜션 시스템에 일체형으로 구성된다(incorporated). 서스펜션 스트럿(1)은 간략성을 위해 도시되지 않은 차량 액슬(axle) 및 휠(wheel)을 지지한다. 서스펜션 스트럿(1)은, 차량의 휠이 평평한 지면에 정지되어 있을 때, 실질적으로 수직 방향으로 배열된 주 축(X1)을 따라 연장된다. 서스펜션 스트럿(1)은 축(X2)의 댐퍼 로드(2)와 피스톤 몸체를 포함하는 댐퍼 피스톤, 코일 서스펜션 스프링(3) 및 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)를 포함한다. 로드(2) 및 스프링(3)은 도 1에 부분적으로 도시되어 있으며, 간략성을 위해 피스톤 몸체는 도시되지 않는다.
주 축(X10)을 가진 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)는 자동차의 섀시(chassis)에 연결된 지지 블록(도시되지 않음)과 스프링(3) 사이에 장착된다. 차량의 서스펜션 시스템이 정지 상태에 있을 때, 도 1에 예시된 것과 같이, 축(X2 및 X10)은 주 축(X1)과 일치한다.
본 명세서에서, 용어 "축방향(axial)" 및 "반경방향(radial)"은 환형 스러스트 베어링 장치(10)의 주 축(X10)에 대한 방향으로 정의된다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)는 상측 캡(20), 하측 캡(30) 및 단일의 롤링 베어링(40)을 포함한다. 상기 실시예에서, 상기 3개의 구성요소(20, 30 및 40)들은, 차량의 서스펜션 시스템이 정지 상태에 있을 때, 주 축(X10)와 일치하는 주 축(X40) 주위로 전체적으로 원형 형태로 구성된다.
상측 캡(20)은 플라스틱 합성 재료, 예를 들어, 폴리아미드, 선택적으로, 유리 섬유들로 강화된 재료로 제조된 일체형 부분으로 구성된다. 상측 캡(20)은 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)를 위한 내측 보어(22)를 형성하는 반경방향으로 연장되는 몸체(21)를 가지며, 상기 내측 보어에는 댐퍼 로드(2)가 장착된다. 또한, 상측 캡(20)은 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)의 하측을 향해 연장되고 상대적으로 큰 직경을 가진 외측의 축방향으로 연장되는 스커트(23)를 포함한다.
상측 캡(20)은 자동차 섀시의 지지 블록에 고정되도록 구성된다.
롤링 베어링(40)은 가압 쉬트(pressed sheet) 금속으로 형성된 내측 레이스(41), 역시 가압 쉬트 금속으로 형성된 외측 레이스(42), 일렬의 롤링 요소(43)들, 여기서는, 볼(ball), 및 롤링 요소(43)들 사이에 일정한 외주 공간(circumferential spacing)을 유지하기 위한 케이지(도면부호 없음)를 포함한다. 롤링 요소(43)들은 외측 레이스(42)와 내측 레이스(41)의 환상 부분(환상형 portion)들에 의해 형성된 레이스웨이(raceway)들 사이에 형성된 롤링 챔버에 배열된다.
도시되지 않은 한 대안예로서, 어떠한 롤링 요소들도 사용될 필요없이, 내측 및 외측 레이스들이 서로 직접 접촉될 수 있으며, 적절한 저마찰 재료, 코팅(coating), 또는 윤활제(lubricant)가 사용된다.
롤링 베어링(40)은 상측 캡(20)의 외측 스커트(23)와 몸체(21) 사이에 일체형으로 반경방향으로 위치된다. 외측 레이스(42)는 하측 캡(30)의 환상형 내측 부분 내에 끼워맞춤 된다(fitted). 외측 레이스(42) 및 하측 캡(30)은 하측의 환형 베어링 부재를 형성한다. 내측 레이스(41)는 상측 캡(20)의 몸체(21)의 하측에 제공된 환상형 외측 부분 상에 끼워맞춤 된다. 내측 레이스(41) 및 상측 캡(20)은 상측의 환형 베어링 부재를 형성한다. 상측 및 하측 환형 베어링 부재들은 축(X40)에 대해 상대 회전 상태에 있다.
하측 캡(30)은 로드(2)가 축방향으로 연장되는 내측 보너(33)를 형성하는 축방향으로 연장되는 허브(31)를 포함한다. 하측 캡(30)은 허브(31)로부터 반경방향으로 외부를 향해 연장되는 반경방향 몸체(32)를 추가로 포함한다. 롤링 베어링(40)의 내측 레이스(41)를 지지하는 환상형 외측 부분은 반경방향 몸체(32)의 상측 표면에 제공된다.
상측 캡(20) 및 하측 캡(30)은 강성의 플라스틱 재료, 예를 들어, 유리 섬유로 강화된 PA66로 제조되는 것이 바람직하다.
하측 캡(30)에는 진동이 필터링 될 수 있도록(filtered) 하기 위해 탄성 재료로 제조된 댐핑 요소(50)가 추가로 제공된다.
댐핑 요소(50)는 관형 축방향 부분(51)과 반경방향 부분(52)을 포함한다. 반경방향 부분(52)은 하측 캡(30)의 반경방향 몸체(32)의 하측에 타이트하게 고정된다. 반경방향 부분(52)은 베어링 접촉에서 서스펜션 스프링(3)의 단부 회전(end turn)을 수용하기 위해 하측 지지 표면(53)을 포함한다. 댐핑 요소(50)의 반경방향 부분(52)은 서스펜션 스프링(3)으로부터 축방향 하중(load)과 충격(shock)을 지지한다.
관형 축방향 부분(51)은 반경방향 부분(52)으로부터 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)의 하측을 향해 축방향으로 연장된다. 상기 관형 축방향 부분(51)은 하측 캡(30)의 허브(31)의 외측 원통형 표면에 타이트하게 고정된다. 댐핑 요소(50)의 상기 관형 축방향 부분(51)은 서스펜션 스프링(2)으로부터 반경방향 하중 및 충격들을 지지한다.
댐핑 요소(50)의 반경방향 부분(52)과 관형 축방향 부분(51)은 하측 캡(30)의 반경방향 몸체(32)과 축방향 허브(31)의 외측 표면을 덮을 수 있도록 함께 연결된다.
댐핑 요소(50)는 탄성 재료, 가령, 고무 열가소성 엘라스토머(TPE), 특히, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 스티렌 열가소성(TPS), 용융 처리 엘라스토머(MPE) 또는 엘라스토머 셀룰러 폼으로 제조된다. 댐핑 요소(50)는 하측 캡(30) 상에 오버몰딩 된다.
본 발명에 따르면, 댐핑 요소(50)는 60 내지 85 쇼어 A 의 경도를 포함하는 재료를 가진다. 바람직하게는, 댐핑 요소(50)의 경도는, 다음과 같이 나열된: 50 또는 60 쇼어 A(매우 연성의 재료), 75(연성 재료), 또는 85(경질 재료) 중 한 값이다.
게다가, 댐퍼 요소의 반경방향 부분(52)의 축방향 두께(D52)는 2 내지 10 mm 사이이다. 바람직하게는, 축방향 두께는 5 mm 내지 10 mm 사이, 더 바람직하게는 8 mm이다.
첨부된 도 1을 참조하여, 본 발명의 비-제한적인 예가 기술되었다. 이러한 상세한 설명은, 본 발명의 범위를 제한하기 위해서가 아니라 본 발명의 바람직한 양태들을 실시하기 위한 예시로서 제공하기 위한 것이다. 게다가, 위에서 기술된 각각의 추가적인 특징들은, 본 발명에 따른 개선된 서스펜션 장치의 여러 특징들과 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
또한, 위에 기술된 예들의 다양한 특징들 뿐만 아니라 다양한 독립 청구항 및 종속항들이, 본 발명의 추가적인 실시예들을 제공하기 위하여, 명시적으로 설명하도록 조합될 수 있다.

Claims (9)

  1. 자동차의 서스펜션 스트럿에서 서스펜션 스프링(3)과 사용하기 위한 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)로서, 상기 장치(10)는:
    상대 회전 상태에 있는 상측 환형 베어링 부재(20, 41)와 하측 환형 베어링 부재(30, 42)를 가진 베어링을 포함하되, 상기 하측 환형 베어링 부재는 반경방향 몸체(32)를 포함하며,
    상기 반경방향 몸체(32)의 하측에 오버몰딩되고 탄성 재료로 제조된 댐퍼 반경방향 부분(52)을 가진 댐핑 요소(50)를 포함하되, 상기 댐퍼 반경방향 부분(52)은 서스펜션 스프링(3)의 단부 코일을 축방향으로 지지하기 위한 하측 지지 표면(53)을 가지며,
    댐퍼 반경방향 부분(52)은 50 내지 85 사이의 쇼어 A 경도를 가지며 2 내지 10 mm 사이의 축방향 두께(D52)를 가진 재료를 가지는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 댐퍼 반경방향 부분(52)은 50, 60, 75, 또는 85 쇼어 A 중 한 값의 재료 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 댐퍼 반경방향 부분(52)은 5 내지 10 mm 사이, 바람직하게는 8 mm의 축방향 두께(D52)를 가지는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상측 환형 베어링 부재(20, 41)를 형성하기 위해 상측 캡(20)에 고정된 제1 링(41), 및 하측 환형 베어링 부재(30, 42)를 형성하기 위해 하측 캡(30)에 고정된 제2 링(42)를 가진 베어링(40)을 포함하되, 제1 및 제2 링(41, 42)들은 상대 회전 상태에 있는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  5. 제4항에 있어서, 베어링(40)은 롤링 베어링이며, 제1 및 제2 링(41, 42)들은 이들 사이에서 환형 롤링 챔버를 형성하고, 하나 이상의 열의 롤링 요소(43)들이 상기 롤링 챔버 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 하측 캡(30)은 반경방향 몸체(32)의 내측으로부터 축방향으로 하부를 향해 연장되는 축방향 허브(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  7. 제6항에 있어서, 댐핑 요소(50)는 댐퍼 반경방향 부분(52)의 내측으로부터 축방향으로 하부를 향해 연장되는 댐퍼 축방향 부분(51)을 포함하되, 상기 댐퍼 축방향 부분(51)은 축방향 허브(31)의 외측 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 댐핑 요소(50)는 고무 열가소성 엘라스토머(TPE), 특히, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 스티렌 열가소성(TPS), 용융 처리 엘라스토머(MPE) 또는 엘라스토머 셀룰러 폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10), 서스펜션 스프링(3) 및 댐퍼 로드(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 서스펜션 스트럿(1).
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