KR100386189B1 - 벨로우즈형유체스프링및그제조방법 - Google Patents

Abstract

벨로우즈형 공기 스프링은 각 단부에 외부 고무처리된 직물 보강 플라이 및 비드 링을 구비한 원형 로브 본체를 가진다. 직물 층의 각 단부에서의 턴업 부분은 보다 긴 신축 수명을 제공하도록 그리고 단부 비드 링의 영역내의 본체 부재의 빠른 크랙킹을 방지하도록 스프링의 양 단부상에 외부 플라이의 턴업 부분의 단부를 지난 거리에서 비드 링으로부터 축방향 내측으로 연장한 내부 플라이의 턴업 부분과 함께 비드 링 둘레로 랩되어 있다. 제조 방법은 동일한 축방향 길이의 양 내부 플라이를 이용하는 대신에 외부 플라이보다 축방향에서 길이가 긴 내부 직물 플라이를 이용한다.

Description

벨로우즈형 유체 스프링 및 그 제조 방법

본 발명은 자동차 및 다른 응용예에서 유체 서스펜션 시스템으로 사용되는 형태의 공기 스프링과 같은 유체 스프링 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하나 이상의 방사방향 외부로 돌출된 환형 로브(lobe)를 구비하는 벨로우즈형 공기 스프링에 관한 것이다.

벨로우즈형 공기 스프링은 오랜 기간동안 종래 기술에서 공지되어 왔다. 벨로우즈형 공기 스프링 및 이 스프링의 제조 방법의 일반적인 예가 알 디 스미스에게 허여된 미국 특허 제 2,874,458 호에 개시되어 있다. 벨로우즈형 공기 스프링은 먼저 드럼상에 원통 형상 본체를 형성함으로서 제작된다. 이 원통형상 본체는 통상 2층의 비경화 바이어스 플라이 고무처리된 직물(two plies of uncured bias ply rubberized fabric), 고무 또는 다른 탄성중합체 재료의 내부 및 외부 커버, 및 각 단부상에 형성된 금속 케이블 또는 필라멘트의 단부 비드 링을 구비하며, 상기 직물층의 단부는 각각의 단부 비드 링을 둘러싼다. 상기 원통형 본체, 또는카커스(carcass)가 형성된 후, 단부 비드 링에 미가공 또는 비경화 상태로 고무가 첨가된다. 그런 다음, 이 비경화 카커스는 주형내에 배치되어, 열 및 압력에 의하여 하나 이상의 방사방향 외부로 돌출하는 로브를 구비한 벨로우즈의 최종 형상으로 성형 및 경화된다. 벨로우즈형 스프링의 특징적인 모양이 하나 보다 많은 로브를 구비하는 경우에, 각 단부상에 부착된 비드 링과 거의 유사한 구조의 "거들 링(girdle-ring)" 비드는 로브의 수에 따라서 본체의 축방향 길이를 따라 하나 이상의 위치에 설치된다. 거들 링은 각 로브 사이의 축방향 위치에서 외부 커버의 외부면을 감싸면서 위치된다. 상기 벨로우즈형 공기 스프링이 스프링 본체의 내부 가스 또는 액체압으로 완충 작용의 기능을 수행할 때, 단부 비드 링과 공조하는 거들 링은 각 로브의 축방향 중간지점에서 방사방향 외부로 각 로브를 부풀게 하면서 스프링의 최소 직경부를 보유한다.

종래의 벨로우즈형 스프링 장치에서 항상 문제시되어온 것 중의 하나는 비드 턴업(turn up) 영역에서 초기에 크랙킹(cracking)이 생기는 경향이었다. 이러한 크랙킹이 나타날 때, 일반적으로 그것은 비드로부터 축방향 내부의 단거리, 즉 턴업된 직물층의 단부 근처의 "비드 턴업 영역"내에서 외부 커버 층을 둘러싼다. 이 크랙킹은 소비자의 불만족을 일으키는 주된 원인이다. 본 발명은 비드 턴업 영역에서의 초기 크랙킹 문제를 개선하고 실제 벨로우즈형 공기 스프링의 신축 수명을 증가시키는 방법으로 내부 및 외부 직물 보강층의 상대적인 중첩 관계를 변화시킨다.

본 발명의 목적은 신축 수명이 연장된 벨로우즈형 공기 스프링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비드 턴업 영역에서 본체의 층의 크랙킹이 실제 감소한 형태의 벨로우즈형 공기 스프링을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 현존하는 성형 및 주조 장치상에서 수행될 수 있는 보강층의 상대적인 중첩 관계에서의 단순한 디자인 전환에 의해 오랜 수명을 갖는 벨로우즈형 공기 스프링을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면에서 더욱 명백해질 것이다.

본 발명은 각 단부에서 비드 링을 함유한 원형 비드부와, 상기 비드부 사이에 위치되고 비드부중 적어도 하나에 인접하여 위치된 적어도 하나의 환형 로브 부분을 구비한 연속 원형 가요성 본체 부재를 포함하며, 상기 각각의 로브 부분은 최소 직경부로부터 최대 직경부까지 방사상 외측으로 점차 증가하며, 상기 본체 부재는 이와 함께 공동 연장하고 이에 접착식으로 접착된 방사상 내부 직물 플라이 및 방사상 외부 직물 플라이를 포함하며, 상기 본체 부재의 양 플라이는 본체부의 각 단부에서 본체 부재의 각 단부상의 비드 링 둘레에 감겨진 플라이 턴업 부분을 구비하며, 외부 플라이 턴업 부분은 단부 비드 링으로부터 제 1 거리에 대해 외부 플라이의 방사상 외부 면에 접착식으로 접착되고, 내부 플라이 턴업 부분은 제 1 거리보다 크지만 비드 링과 인접한 로브의 최대 직경부 사이의 거리보다 작은 비드 링으로부터의 제 2 거리에 대해 외부 플라이 턴업 부분의 단부 에지를 지나 연장하며, 내부 플라이 턴업 부분은 외부 플라이 턴업 부분의 방사상 외부면 및 외부 플라이 턴업 부분의 단부 에지를 지나 연장하는 외부 플라이의 방사상 외부면의 일부분에 중첩 및 접착식으로 고정된다.

제 1 도는 본 발명을 사용하는 스프링 형태의 전형적인 예인 벨로우즈형 공기 스프링(10)을 도시한다. 또한, 제 2 도에 더욱 상세하게 도시된 상기 벨로우즈형 공기 스프링(10)은 고무처리된 직물 재료의 방사방향 내부 플라이(14) 및 방사방향 외부 플라이(16)로부터 형성된 원형 가요성 본체 부재(12)를 구비한다. 양플라이(14, 16)는 양호하게 바이어스(bias) 플라이 직물로 제조되며, 플라이중 하나의 바이어스는 나머지 플라이내의 바이어스에 대해 반대편 각도로 경사져 있다. 몇개의 스프링 형태에서, 부기적인 보강 플라이는 내부 및 외부 플라이 사이에서 사용될 수 있다. 상기 본체 부재(12)는 제 1 도에 도시된 바와 같이 종방향 X 축을 둘러싼다. 단부 비드 링(22)은 제 2 도에 도시된 플랜지 링(26)과 같은 단단한 마운팅 구조체에 스프링의 단부를 부착하기 위한 환형의 리브형상을 형성하는 단부 비드부(24)내의 본체 부재(12)의 각 단부상에 위치된다. 상기 비드 링(22)은 강 또는 다른 재료와 같은 다중 평행 필라멘트로 형성되거나, 케이블 구조체의 형상으로 될 수 있다.

제 1 도에 도시된 공기 스프링(10)은 소직경부(30, 32)로부터 방사방향 외부로 최대 직경부(최대 직경 위치)(34)까지 돌출된 로브(28, 29)를 구비하는 다중 로브로 이루어진 공기 스프링(multiple lobed air spring)(10)이다.

제 1 도에 도시된 2개의 로브로 이루어진 공기 스프링과 같은 다중 로브로 이루어진 공기 스프링에서, 거들 비드 링(거들 링)(36)은 본체 부재(12)의 외부면을 둘러싼다. 상기 거들 비드 링(36)은 종종 다수의 평행 필라멘트 또는 와이어에의해 제조될 수 있으나, 다른 링 구조체는 단지 단부 비드 링의 경우에만 거들 링으로 사용될 수 있다. 이 거들 링(36)은 소직경부(32)를 구비하며, 상기 본체 부재(12)가 내부 압력을 받을 때 방사방향 외부로 확장되는 것을 방지한다. 이와 같은 방법으로, 단부 비드 링(22)은 소직경부(30)를 보유한다. 상기 로브(28, 29)부분은 내부 압력을 받을 때 X 축으로부터 방사방향 외부로 멀리 확장할 수 있다. 2개 이상의 로브를 포함하는 공기 스프링에서, 부가적인 거들 비드 링은 각 인접한 쌍의 로브 사이에 위치된다. 단일 로브 공기 스프링에서, 거들 비드 링은 필요없다.

상기 공기 스프링(10)이 의도된 사용위치에서 작동위치내에 고정될 때, 상기 스프링은 그것이 부착되는 구조체와 함께 밀봉된 챔버(38)를 형성한다.

단부 비드 링(22) 주위의 보강 플라이(14)의 단부의 턴업 영역내의 본체 부재(12)에서의 빠른 크랙킹 문제를 극복하기 위해, 본 발명의 구조체는 내부 플라이(14) 및 외부 플라이(16)의 단부 사이에 중첩 관계인 변형된 디자인을 포함한다.

제 3 도는 내부 직물 플라이(40i) 및 외부 식물 플라이(40o)가 이상적인 길이를 갖지만 매우 짧은 거리에 대해 축방향으로 오프셋되는 종래의 성형 드럼(도시되지 않음)상에 형성된 공기 스프링의 종래 기술 카커스(40)를 도시한 것이다. 이것은 일 단부상에서 내부 직물 플라이(40i)가 외부 직물 플라이(40o)를 지나 짧게 돌출하며, 다른 단부상에서 외부 직물 플라이(40o)가 내부 직물 플라이(40i)를 지나 짧게 둘출하는 것을 의미한다. 또한 제 4 도는 플라이(40i, 40o)의 오프셋 구성을 도시한다. 그런 후, 플라이(40i, 40o)가 단부 비드(40b) 주위에 접힐 때, 좌단부상에서 내부 직물 플라이(40i)의 턴업 부분은 외부 직물 플라이(40o)의 턴업 부분을 지나 짧게 연장하는 것을 제 5 도에서 볼 수 있다. 그러나, 우단부상에서 내부 직물 플라이(40i)의 턴업 부분은 외부 직물 플라이(40o)의 턴업 부분의 단부로부터 짧게 종료된다. 종래 기술 구조체를 구비하는 성형된 상기 공기 스프링은 비드 링 근처의 턴업 부분에서 본체 부재가 빠른 크랙킹을 일으키는 문제를 갖고 있었다.

제 3 도의 종래 기술 구조체와의 비교에서, 제 3A 도는 드럼(도시되지 않음)상에 형성된 카커스(42)를 도시한 것으로, 내부 직물 플라이(42i)는 외부 직물 플라이(40o)보다 축방향 길이가 더 길다. 이것은 제 4A 도에 또한 도시된다. 플라이(42i, 42o)의 단부가 단부 비드(42b) 주위에서 접힐 때 이러한 구조체는 제 5A 도에 도시된 형태의 결과를 나타내며, 카커스(42)의 양 단부상에서 내부 직물 플라이(42i)는 외부 플라이(42o)의 턴업 부분의 단부를 지나 상당한 거리만큼 연장한다. 이 변형된 구조체는 벨로우즈형 공기 스프링의 본체의 신축 수명이 실제 증가하는 결과를 나타낸다.

특히 제 2 도를 더 참조하면, 양 내부 플라이(내부 직물 플라이)(14) 및 외부 플라이(외부 직물 플라이)(16)는 단부 비드 링(22) 주위에 권취되며, 하나 이상의 직물층의 외부 표면에 부착된다. 이러한 권취된 부분은 플라이의 "턴업(turn up)" 부분이라 칭한다.

외부 플라이(16)가 비드 링(22) 주위에 권취될 때, 외부 플라이(16)는 자신의 외부면에 부착되며 비드 링(22)으로부터 거리(d1)로 연장한다. 상기 내부 플라이(14)는 비드 링(22) 주위에 권취되며 외부 플라이(16)의 단부 에지(16e)를 지나 실제로 거리(d2)로 연장하지만, 로브(28)상의 최대 직경 위치(34)로부터 이격된 거리(d3)인 단부 에지(14e)에서 종료한다.

거리(d1, d2, d3)의 상대적인 비율은 변할 수 있지만, 외부 플라이(16)의 단부 에지(16e)를 지나는 플라이(14)를 위한 실제 중첩 거리(d2)가 바람직하며, 단부 에지(14e)와 최대 직경 위치(34) 사이의 거리(d3)는 거리(d2)의 약 ½이 바람직함을 알 수 있다. 상기 거리(d1)는 적어도 1 인치가 되어야 하며, 상기 거리(d2)는 거리(d1)보다 커야 하며, 대부분의 경우에 길이(d1)의 약 2배 이다. 공기 스프링의 하나의 사이즈에서, 참조부호(d2)의 길이는 2 인치이며, 참조부호(d3)의 길이는 1 인치일 수 있다.

본 발명에 도시한 바와 같이 공기 스프링의 턴업 영역에서의 구조적 변형은 로브의 갯수 및 보강 플라이의 갯수와 무관하고 그리고 비드 링의 형태와 무관한 벨로우즈형 공기 스프링의 다양한 디자인으로 적용될 수 있다.

다른 변형예는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본원에 도시한 실시예에서 이뤄질 수 있다.

제 1 도는 벽 구조체 및 비드 링을 도시하기 위해 부분 절단한 본 발명의 벨로우즈형 스프링의 부분 측면도.

제 2 도는 단부 비드 링 둘레의 턴업 영역(turn up area) 및 직물 보강층의 관계를 보다 상세하게 도시하기 위해 제 1 도에 도시된 스프링의 일부분을 확대한 도면.

제 3 도는 직물 보강층이 성형 드럼내에 위치될 때 직물 보강층의 상대적 길이 및 위치를 도시하는 종래 기술의 벨로우즈 공기 스프링의 부분 성형 비경화 카커스의 개략도.

제 3A 도는 본 발명의 직물 보강층이 성형 드럼상에 위치될 때 본 발명의 직물 보강층의 상대적 길이 및 위치를 도시하는 것으로 제 3 도와 유사한 도면.

제 4 도는 제 3 도의 4-4 선을 따라 취한 부분 단면도.

제 4A 도는 제 3A 도의 4A-4A 선을 따라 취한 부분 단면도.

제 5 도는 제 4 도의 직물층의 단부의 중첩 관계를 도시하는 것으로 단부 비드 링 둘레에 권취된 후의 직물층의 개략적인 다이아그램.

제 5A 도는 제 4A 도의 직물층의 단부의 중첩 관계를 도시하는 것으로 단부 비드 링 둘레에 권취된 후의 직물층의 개략적인 다이아그램.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 공기 스프링 14 : 내부 플라이

16 : 외부 플라이 22 : 비드 링

36 : 거들 링 38 : 챔버

42 : 카커스

Claims (5)

1. 각 단부에서 비드 링을 함유한 원형 비드부와, 상기 비드부 사이에 위치되고 상기 비드부중 적어도 하나에 인접하는 적어도 하나의 환형 로브 부분을 구비한 연속 원형 가요성 본체 부재를 포함하며,

   상기 각각의 로브 부분은 최소 직경부로부터 최대 직경부까지 방사상 외측으로 점차 증가하며,

   상기 본체 부재는 이와 함께 공동 연장하고 이에 접착식으로 접착된 방사상 내부 직물 플라이 및 방사상 외부 직물 플라이를 포함하며,

   상기 본체 부재의 양 플라이는 본체부의 각 단부에서, 본체 부재의 각 단부상의 비드 링 둘레에 감겨진 플라이 턴업 부분을 구비하며,

   외부 플라이 턴업 부분은 단부 비드 링으로부터 제 1 거리(d1)만큼 외부 플라이의 방사상 외부 면에 접착식으로 접착된, 각 단부에서 유체 보유 챔버를 형성하도록 비드 보유 구조체에 밀봉 부착시키기 위한 벨로우즈형 유체 스프링에 있어서,

   상기 내부 플라이 턴업 부분의 단부 에지는, 제 1 거리보다 크지만 내부 플라이 턴업 부분의 단부 에지와 인접 로브의 최대 직경부 사이의 거리(d3)보다는 작은, 제 2 거리(d2)로 외부 플라이 턴업 부분의 단부 에지를 지나 연장하며,

   상기 내부 플라이 턴업 부분은 상기 외부 플라이 턴업 부분의 방사상 외부면 및 상기 외부 플라이 턴업 부분의 단부 에지를 지나 연장하는 상기 외부 플라이의방사상 외부면의 일부분에 중첩 및 접착식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈형 유체 스프링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부 플라이 턴업 부분의 단부 에지와 상기 인접한 로브 부분의 최대 직경부 사이의 거리(d3)는 상기 내부 플라이 턴업 부분이 상기 외부 플라이 턴업 부분의 단부 에지를 지나 연장하는 거리(d2)의 절반인 것을 특징으로 하는 벨로우즈형 유체 스프링.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부 플라이 턴업 부분의 단부 에지와 상기 외부 플라이 턴업 부분의 단부 에지 사이의 거리(d2)는 상기 외부 플라이 턴업 부분의 단부 에지와 인접한 단부 비드 링 사이의 거리(d1) 보다 큰 것을 특징으로 하는

   벨로우즈형 유체 스프링.
4. 원통형 드럼상에서, 비경화 탄성중합체 재료의 시트를 각 단부상에서 개방된 원통형 내부 커버층으로 형성하는 단계와;

   상기 탄성중합체 층의 외부 표면에 비경화 고무처리된 직물의 내부 플라이를 부착하는 단계와;

   직물의 내부 플라이의 내부 표면에 비경화 고무처리된 직물의 외부 플라이를부착하는 단계와;

   외부 커버층을 형성하도록 외부 직물 플라이의 외부 표면에 비경화된 탄성중합체 재료의 시트를 부착하는 단계와;

   상기 직물 플라이 및 커버층을 둘러싸는 비드 링을 그의 각 단부 근처에 위치시키는 단계와;

   상기 비드 링 둘레로 상기 직물 플라이 및 커버층의 단부를 접는 단계와;

   상기 드럼으로부터 조립된 층 및 플라이를 제거하는 단계와;

   성형 및 경화 몰드내로 조립된 층 및 플라이를 위치시키는 단계와;

   소망의 최종 형상으로 상기 스프링을 형성 및 경화시키도록 조립된 층 및 플라이에 열 및 압력을 가하는 단계를 포함하는, 벨로우즈형 유체 스프링 제조 방법에 있어서,

   상기 내부 직물 플라이의 축방향 양 단부가 탄성중합체 내부 커버층의 축방향 단부와 정렬되도록 비경황 고무처리된 직물의 내부 플라이를 가하며,

   비경화 고무처리된 직물의 외부 플라이는 내부 직물 플라이보다 축방향 길이가 짧으며, 상기 내부 직물 플라이가 상기 외부 직물 플라이의 각 단부를 지나 일정 거리만큼 연장하도록 상기 내부 직물 플라이에 대해 종방향으로 중심설정되며,

   상기 직물 플라이의 단부를 상기 비드 링 둘레에 접었을 때, 상기 내부 직물 플라이의 권취된 주위 단부가 상기 외부 직물 플라이의 권취된 주위 단부의 에지와 중첩되고 상기 외부 직물 플라이의 권취된 주위 단부의 에지를 지나 일정 거리만큼 축방향 내측으로 연장되는 것을 특징으로 하는

   벨로우즈형 유체 스프링 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 성형 및 경화 단계 동안에, 조립된 층 및 플라이는 최소 및 최대 직경부를 구비한 적어도 하나의 로브 부분을 가진 원형 본체로 형성되며, 가장 긴 직물 플라이의 위로 접혀진 부분의 단부 에지는 상기 로브 부분의 최대 직경부로부터 이격된 거리에서 종단하는

   벨로우즈형 유체 스프링 제조 방법.