구형 조인트를 위한 베어링 셀 및 그 제조 방법(BEARING SHELL FOR A SPHERICAL JOINT AND METHOD FOR THEPRODUCTION THEREOF)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.7
F16C 11/06
B29C 70/34
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2005-0037501
2005년04월22일
(21) 출원번호 10-2004-7008323
(22) 출원일자 2004년05월31일
번역문 제출일자 2004년05월31일
(86) 국제출원번호 PCT/DE2003/002403 (87) 국제공개번호 WO 2004/020847
국제출원출원일자 2003년07월17일 국제공개일자 2004년03월11일
(30) 우선권주장 102 36 829.5 2002년08월10일 독일(DE)
(71) 출원인 젯에프 렘푀르더 메탈바렌 악티엔게젤샤프트
독일, 렘푀르드 49448
(72) 발명자 부데 프랑크
독일 담메 49401,파사넨베그 3
(74) 대리인 서대석
김창선
심사청구 : 없음
(54) 구형 조인트를 위한 베어링 셀 및 그 제조 방법
명세서
기술분야
본 발명은 청구항 1의 대개념 특징에 따른 구형 조인트를 위한 구형 베어링 면을 가진 열가소성 합성수지로 된 베어링 셀
(shell) 및 청구항 6의 특징에 해당하는 베어링 셀의 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
상기한 종류의 베어링 셀은 여러 형태로 알려져 있고 바람직하게는 예컨대 POM과 같은 열가소성 합성수지로 제조된다.
그러한 베어링 셀을 위해 사용되는 재료는, 특히 베어링 셀이 구비된 구형 조인트에 대해 높은 부하가 작용할 때 베어링 셀
재료가 크리프 과정에 접어들기 쉽고 그래서 특히 장기 응력 및 높은 온도에서는 발생하는 탄성에 의해 해당 구형 조인트
가 망가지는 것을 배제할 수 없다는 점에서, 불리한 물성을 갖는다.
이에 대한 도움을 제공하기 위해, 통상 기술에서는 듀로 플라스트(내구성 플라스틱)에 속하는 플라스틱을 사용할 가능성
(방법)이 알려져 있다. 그래서 예컨대 독일 특허 DE 41 08 219 C2 호로부터, 다성분-듀로플라스트-플라스틱으로 구성되
어 있고 그 플라스틱 내에는 유리섬유로 된 섬유 조직(직물)이 매립되어 있는 베어링 셀이 알려져 있다. 여기서 말하는 섬
유는 그 길이가 0.1 내지 1 mm의 범위에 있는 소위 단섬유이다. 그런데, 구형 조인트의 높은 부하의 경우를 위한 상기한
종류의 섬유 편물이 삽입되어 있는 그런 베어링 셀의 제조에는 비교적 비용이 많이 들고 특별한 제조 단계들이 요구된다는
불리가 있다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적은 따라서, 간단한 방법으로 비용 저렴하게 제조될 수 있고 내 응력능력 및 수명에 있어서의 해당하는 고도
의 요건들을 만족시킬 수 있는 서두에 언급한 종류의 베어링 셀을 제공하는 것이다. 그 위에, 특별한 섬유 보강된 재료의
취급에 관한 아무 특별한 제조 기술적 노하우가 필요 없는 상기한 구형 셀의 제조 방법을 제시하는 과제도 해결되게 하고
자 한다.
베어링 셀에 관해서는 본 발명의 목적은 청구항 1에 기재된 기술적 교시에 의해 달성된다. 여기에서의 발명의 본질적 기술
사상은 베어링 셀의 열가소성 합성수지 내에 적어도 일부분 영역에는 무단 섬유 조직이 매립된다는 것이다. 통상수준 기술
에서 여태까지 사용되어 온 듀로플라스틱(내구성 플라스틱)과 결합된 단섬유에 대한 대안으로서 열가소성 합성수지와 결
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합시킨 무단 섬유 조직을 사용함에 의해, 본 발명에 따른 베어링 셀의, 200 N/mm2까지의 동 압력강도치를 가진 높은 강도
와 강성(剛性) 및 충분한 충격 강도가 달성될 수 있다. 그 위에, 무단 섬유를 가진 그런 열가소성 합성수지의 내열성, 내식
성 및 내약품성은, 특히 베어링 셀에 사용될 경우에도 긍정적으로 평가될 수 있다. 더욱이 무단 섬유 조직의 매립은 보통의
열가소성 합성수지 재료와는 반대로 높은 크리프 강도 및 낮은 마모율이 얻어지게 한다. 그리고 베어링 셀의 열가소성 기
본재료는 간단한 성형(몰딩) 공정에서 플라스틱 재료를 그 융점 이상으로 가열함으로써 그 베어링 셀을 변화(변형)시킬 가
능성을 제공한다.
특히 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유가 무단 섬유 조직을 위한 유리한 재료로서 사용되어 왔다.
상기한 본 발명에 따른 특징을 가진 베어링 셀의 제조 방법은 청구항 6에 발표된 교시가 그 특징이다. 거기에서 중요한 것
은, 먼저 무단 섬유 조직이 매립되어 있는 판 형태의 열가소성 수지 반제품으로부터 실질적으로 원 모양의 윤곽을 가진 베
어링 셀 블랭크를 기계적으로 가공해 내는 것, 그리고 후속 가공 과정에서 열가소성 수지 재료를 그 융점 이상으로 가열하
고 이어서 베어링 셀 블랭크를 기계적으로 성형함에 의해 구형 베어링 면을 가진 베어링 셀의 최종 형태를 얻는 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1a는 판상 열가소성 플라스틱 반제품으로부터 가공되어 나온 후의 베어링 셀 블랭크의 평면도이고,
도 1b는 도 1a의 단면선 A-A를 따른 단면도이고,
도 2a는 도 1b로부터 구형으로 성형된 베어링 셀 블랭크의 평면도이고,
도 2b는 도 2a의 단면선 B-B를 따른 단면도이고,
도 3a, 3b, 3c는 여러 상이한 볼-소켓 조인트류들에 사용하기 위한 본 발명에 따른 베어링 셀의 실시 양태들의 단면도이
고,
도 4a는 성형전 원형으로 형성된 베어링 셀 블랭크의 평면도이고,
도 4b는 단면선 C-C를 따른 도 4a의 베어링 셀 블랭크의 단면도이고,
도 5a는 도 4a로부터 구형으로 성형된 베어링 셀 블랭크의 평면도이고,
도 5b는 도 5a의 단면선 D-D를 따른 단면도이고,
도 6a, 6b, 6c는 여러 상이한 볼-소켓 조인트류들에 사용하기 위한 도 4a 내지 4d에 해당하는 베어링 셀의 단면도이다.
[부재 번호 설명]
1 베어링 셀 블랭크, 2 절결부, 3 열가소성 부가소자, 4 추가 셀, 5 베어링 셀, 6 절결부, 7 절결부, 8 홈 바닥, 9 베어링 셀
블랭크, 10 추가의 부가부, 11 베어링 셀, 12 베어링 셀, 13 베어링 셀, 14 베어링 셀, 15 베어링 셀.
실시예
본 발명에 따른 베어링 셀 및 관련된 그 제조 방법을 첨부된 도면 표시에 따라 이하에 상세히 설명하겠다.
유리섬유, 합성섬유, 아라미드 섬유 또는 상기 섬유들의 조합물로 된 무단 섬유 조직이 그 안에 매립되어 있는 판상(板狀)
열가소성 플라스틱 반제품을 사용하여 본 발명에 따른 베어링 셀을 제조한다. 상기한 반제품은 소위 이중밴드 프레스 내에
서 제조되는 것으로, 그 제조 공정에서는 판상 반제품의 일면 위에는 탄소 섬유층을 설치하고 그 반대면에는 유리섬유 또
는 아라미드 섬유를 설치할 수 있다. 유기 시트로도 호칭되는 그런 반제품의 제조 비용은 다른 무단 섬유 보강 구조물에 비
해 유리한 것으로 표시될 수 있다. 무단 섬유 조직의 매립으로 인해 그런 유기 시트의 강도와 강성은 동(動) 압력강도 200
N/mm2까지의 범위에 있게된디. 그 위에 그런 플라스틱 반제품은 내열성, 내식성 및 내 약품성도 상승한다. 기계적 물성에
관한 이런 이점에도 불구하고 열가소성 수지의 기본 조직을 그의 융점 이상으로 가열하면 그런 반제품은 열에 의해 변형될
수 있다.
도 1a에는, 예컨대 선반가공, 절단 또는 펀칭과 같은 기계가공 단계에 의해 상기 종류의 판상 반제품으로부터 가공된 베어
링 셀 블랭크가 표시되어 있다. 형성하려는 베어링 셀의 최종 구형 형태로 인해 베어링 셀 블랭크(1)의 기초 윤곽은 원형이
며, 베어링 셀 블랭크(1)의 원형 외윤곽 내로는 적어도 하나의 절결부(공허부 2)가 형성되어 있고 그 절결부는 외윤곽 쪽으
로는 비교적 넓은 개구를 갖고 내부로는, 즉 판상으로 형성된 베어링 셀 블랭크(1)의 중심쪽으로는 좁아지고 있다는 것을
도 1a로부터 알 수 있다. 판상 단면을 더 명료하게 보이기 위해, 이것이 추가적으로 도 1b에 단면도로 표시되어 있다.
도 1a에 해당하는 베어링 셀 블랭크(1)를 만든 후에는, 본 발명에 따른 베어링 셀의 최종 형태를 형성하기 위해 성형 공정
이 행해지는데, 그 공정에 앞서 먼저 베어링 셀 블랭크(1)의 열가소성 수지 재료를 해당하는 열가소성 수지의 융점 이상으
로 가열한다.
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가열 후 해당하는 적당한 공구에 의해 도 2b의 단면도에 해당하는 베어링 셀 블랭크(1)의 구형이 성취되게 한다. 반구형
삼차원 형태로 성형함에 의해 절결부(2)도 동시에, 도 2a의 평면도에 표시된 것처럼, 대응적으로 작아지거나 또는 경우에
따라 완전히 폐쇄된다. 도 1a 내지 2b에 예시된 것과 같은 공정단계들에 의해 이제는 예컨대 도 3a 내지 3d에 표시된 베어
링 셀(5)이 완성될 수 있다. 모든 표시된 실시예들은, 베어링 셀 블랭크(1)로부터 형성된 베어링 셀(5)에는 예컨대 사출성
형 공정에 의해 추가적인 열가소성 부가 소자(3)가 제공되어 있는 점에서 공통이다. 추가적인 부가 소자(3)는 주로 완성된
베어링 셀(5)을 여기에는 상세히 도시되지 않은 볼 조인트 하우징 내에 고정시키기 위해 외부 윤곽의 구조적 형태를 맞게
하기 위한 역할을 한다.
도 3a에는 예컨대 케이스 조인트를 위한 베어링 셀(5)이 도시되어 있다. 도 3b는 특히 방사 방향으로 부하될 수 있는 베어
링 셀(14)을 표시한다. 그리고 이 실시예에 해당하는 무단 섬유 조직으로 강화된 베어링 셀(5, 14)은 서로 마주보는 두 개
의 하프 셀들로 구성될 수도 있다. 도 3C는 끝으로 실질적으로 도 2a와 2b의 표시에 해당하는 베어링 셀(15)에 열가소성
부가물이 사출성형으로 접합되어 있는 것을 보여준다.
원칙적으로는, 구형으로 구성된 추가 셀(4)을 별도의 부재로서 볼 조인트 내에 장착하거나, 또는 이것을 무단 섬유 조직이
매립된 이미 완성된 베어링 셀(5)에 사출성형 접합할 수도 있다. 이들 경우에는 상호 부재들의 양호한 결합과 부착을 실현
하기 위해 섬유 보강된 베어링 셀(5)과 사출 부착된 추가 셀(4)은 같은 열가소성 재료로 제조되어야한다.
앞에서 설명한 실시예들에 따른 베어링 셀의 제조방법의 대안으로서 도 4a에 해당하는 평면상 열가소성 수지 반제품으로
부터 평평한 원환이 형성될 수도 있다. 이 원환 내에는, 나중의 구형 성형을 용이하게 하기 위해, 특히 최종도 5b에서 볼 수
있듯이, 하나 또는 그 이상의 슬릿 형 절결부들이 가공삽입될 수 있다. 도 4a에는 가능한 두 변형이 표시되어 있는데, 절결
부(6)는 관통하는 슬릿으로 구성되어 있는 한편, 절결부(7)는 역시 슬릿 형으로 원환 중심의 방향으로 뻗고 있지만 홈 바닥
(8)에서 끝나고 있다.
베어링 셀 블랭크(9)의 원환 주위에 걸쳐 분포된 다수의 절결부(7)도 물론 생각해볼 수 있다. 판상 플라스틱 반제품으로부
터 베어링 셀 블랭크(9)를 발출 작업하는 제작 단계 후에는 베어링 셀 블랭크(9)가 선정된 합성수지 재료의 열가소성 성질
을 이용하는 몰딩 공정을 받게 하는데, 그 공정에서는 블랭크가 그 융점 이상의 높은 온도로 가열된다. 이어서 적당한 몰딩
공구에 의해 도 5b에 도시된 것과 같은 구형 윤곽의 제조가 행해진다.
도 6a 내지 6c에는 다시, 매립된 무단 섬유 조직을 가진 영역 외에, 예컨대 사출성형 공정의 범주 내에서 미리 성형된 베어
링 셀 블랭크(9)에 성형접합될 수 있는 추가의 부가부(10)를 갖고 있는 여러 본 발명에 따른 베어링 셀(11, 12, 13)이 표시
되어 있다. 자명하듯이 물론 표시된 추가의 부가부는 별도의 부재로서 베어링 셀 블랭크(9)와 함께 해당하는 볼 조인트 하
우징 내에 함께 장착될 수도 있다.
도 6a는 도 3b의 표시와 유사하게 특히 방사상 부하에 적합한 베어링 셀(11)을 표시한다. 도 6b에는 도 3c와 유사하게 지
지 조인트의 베어링 셀(12)이 도시되어 있다. 도 6c는 끝으로 축 조인트를 위한 베어링 셀(13)의 특수 구조적 형상을 보여
준다.
표시된 모든 실시예들은, 적어도 도시된 베어링 셀들의 최대 부하 영역은 무단 섬유 조직으로 보강되어 있고, 기초 재료의
특별한 열가소성 성질이 고가로 생산된 플라스틱 반제품으로부터 그런 베어링 셀들이 제조될 수 있게 한다는 점이 공통이
다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
섀시 서스펜션 또는 자동차의 조향부 등에 사용하기 위한, 볼 조인트를 위한 구형 베어링 면(지지면)을 가진 열가소성 합성
수지로 된 베어링 셀로서, 그 볼 조인트는 실질적으로 조인트 하우징 및 볼 면과 저널 부재로 구성된 베어링 저널을 갖고
있고, 그 베어링 저널은 구면으로 회전- 및 피벗 가능하게 조인트 하우징 내에 고정된 베어링 셀의 구형 베어링 면 내에 수
장되어 있는 베어링 셀에 있어서,
베어링 셀(5, 11, 12, 13, 14, 15)의 열가소성 합성수지 내에는 적어도 부분 영역적으로는 무단 섬유 조직이 매립되어 있는
것을 특징으로 하는 베어링 셀.
청구항 2.
제 1 항에 있어서,
무단 섬유 조직이 유리 섬유를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 베어링 셀.
청구항 3.
제 1 항에 있어서,
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무단 섬유 조직이 탄소 섬유를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 베어링 셀.
청구항 4.
제 1 항에 있어서,
무단 섬유 조직이 아라미드 섬유를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 베어링 셀.
청구항 5.
제 1 항에 있어서,
무단 섬유 조직이 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 베어링 셀.
청구항 6.
섀시 서스펜션 또는 자동차의 조향부 등에 사용하기 위한, 볼 조인트를 위한 구형 베어링 면(지지면)을 가진 열가소성 합성
수지로 된 베어링 셀의 제조 방법으로서, 그 볼 조인트는 실질적으로 조인트 하우징 및 볼 면과 저널 부재로 구성된 베어링
저널을 갖고 있고, 그 베어링 저널은 구면으로 회전- 및 피벗 가능하게 조인트 하우징 내에 고정된 베어링 셀의 구형 베어
링 면 내에 수장되어 있는 방법에 있어서,
무단 섬유 조직이 그 안에 매립되어 있는 판상 열가소성 합성수지 반제품으로부터 실질적으로 원형인 외부 윤곽을 가진 베
어링 셀 블랭크(1, 9)를 기계적으로 가공해내며, 후속 가공 과정에서 열가소성 합성수지 재료를 그 융점 이상으로 가열하
고 이어서 베어링 셀 블랭크(1, 9)를 기계적으로 성형함에 의해, 구형 베어링 면을 가진 베어링 셀(5, 11, 12, 13, 14, 15)
의 최종 형태가 얻어지게 하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
청구항 7.
제 6 항에 있어서,
베어링 셀 블랭크(1, 9)의 원형 외부 윤곽 내로, 베어링 셀 블랭크의 중심 쪽으로 뻗는 하나 이상의 슬릿형 절결부(2, 6, 7)
를 가공 삽입하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
청구항 8.
제 7 항에 있어서,
슬릿형 절결부(2, 7)의 폭은, 개방된 외부 윤곽의 가장자리로 개방되어 있는 절결부의 단부로부터 내부 슬릿 바닥(8)까지
작아지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
청구항 9.
제 6 항에 있어서,
베어링 셀 블랭크(9)를 원환(圓環)으로 구성하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
청구항 10.
제 9 항에 있어서,
원형 베어링 셀 블랭크(9)에, 원형 외부 윤곽으로부터 원형 내부 윤곽까지, 관통하는 슬릿형 절결부(6)를 설치하는 것을 특
징으로 하는 제조 방법.
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청구항 11.
제 9 항에 있어서,
원형 베어링 셀 블랭크(9)에, 원형 외부 윤곽으로는 개방되어 있고 베어링 셀 블랭크의 중심 방향으로 뻗는 적어도 하나의
슬릿형 절결부(7, 6)를 설치하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
청구항 12.
제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 성형 공정의 범주 내에서 구형 베어링 면을 형성하기 위해 열가소성 합성수
지 재료로 구성된 영역을 무단 섬유 조직 없이 베어링 셀 블랭크(1, 9)에 사출성형 접합시키는 것을 특징으로 하는 제조 방
법.
요약
본 발명은 섀시 서스펜션 또는 자동차의 조향부 등에 사용하기 위한, 볼 조인트용 구형 베어링 면을 가진 열가소성 합성수
지로 된 베어링 셀에 관한 것으로서, 그 볼 조인트는 실질적으로 조인트 하우징 및 볼 면과 저널 부재로 구성된 베어링 저
널을 갖고 있고, 그 베어링 저널은 구면으로 회전- 및 피벗 가능하게 조인트 하우징 내에 고정된 베어링 셀의 구형 베어링
면 내에 수장되어 있는 베어링 셀이며, 베어링 셀(5, 11, 12, 13, 14, 15)의 열가소성 합성수지 내에는 적어도 부분적으로
무단 섬유 조직이 매립되어 있다. 또한 본 발명은 상기 베어링 셀의 제조 방법으로서, 그 볼 조인트는 실질적으로 조인트
하우징 및 볼 면과 저널 부재로 구성된 베어링 저널을 갖고 있고, 그 베어링 저널은 구면으로 회전- 및 피벗 가능하게 조인
트 하우징 내에 고정된 베어링 셀의 구형 베어링 면 내에 수장되어 있고, 무단 섬유 조직이 그 안에 매립되어 있는 판상 열
가소성 합성수지 반제품으로부터 실질적으로 원형인 외부 윤곽을 가진 베어링 셀 블랭크(1, 9)를 기계적으로 가공해내며,
후속가공 과정에서 열가소성 합성수지 재료를 그 융점 이상으로 가열하고 이어서 베어링 셀 블랭크(1, 9)를 기계적으로 성
형함에 의해, 구형 베어링 면을 가진 베어링 셀(5, 11, 12, 13, 14, 15)의 최종 형태가 얻어지게 한다.
대표도
도 3a
도면
도면1a
도면1b
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도면2a
도면2b
도면3a
도면3b
도면3c
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도면4a
도면4b
도면5a
도면5b
도면6a
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도면6b
도면6c
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