JP2004538431A

JP2004538431A - ボールジョイント

Info

Publication number: JP2004538431A
Application number: JP2003520997A
Authority: JP
Inventors: ホイザーフランク; ブッデフランク
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-12-24
Also published as: DE50209238D1; US20030180089A1; WO2003016731A1; DE10135386A1; EP1409882A1; EP1409882B1; US7322769B2; ES2278037T3

Abstract

本発明は、自動車のための、殊に自動車のシャシーのためのボールジョイントであって、ジョイント開口（６）を有するボールジョイントケーシング（４）を備えており、該ボールジョイントケーシング内に支承シェル（５）が配置されている形式のものに関する。該ボールジョイントがボールピン（３）を備えており、ボールピンがピン（２）及びボール（１）を有しており、ボールが支承シェル（５）内に回転可能及び旋回可能に支承されており、この場合、ピン（２）が支承シェル（５）及び前記ジョイント開口（６）を通ってボールジョイントケーシング（４）から外側へ延びている。支承シェル（５）が少なくとも部分的に、抗付着性の材料を混合されかつ繊維で強化されたプラスチックによって形成されている。

Description

【０００１】
本発明は、自動車のための、殊に自動車のシャシーのためのボールジョイントであって、ジョイント開口を有するボールジョイントケーシング、該ボールジョイントケーシング内に配置された支承シェル並びに、ボール及びピンを有するボールピンを備えており、該ボールピンが前記ボールで以て前記支承シェル内に回転可能及び旋回可能に支承されていて、かつ前記ピンで以て前記支承シェル及び前記ジョイント開口を通って前記ボールジョイントケーシングから突出している形式のものに形式のものに関する。
【０００２】
この種のボールジョイント（ｂａｌｌａｎｄｓｏｃｋｅｔｊｏｉｎｔ）は、ドイツ連邦共和国実用新案出願第２９７２２５０７Ｕ１号明細書により公知であり、この場合、支承シェル（支承胴［ｂｅａｒｉｎｇｓｈｅｌｌ］）が、繊維で強化されたプラスチックによって形成されている。繊維で強化されたプラスチックは、繊維で強化されていない同じプラスチックに比べて著しく高い強度を有している。このように高い強度は、ボールジョイントの耐用年数を高めるためにも望ましいものである。しかしながら問題として、繊維で強化されたプラスチックにおいて該繊維の、プラスチック表面から突出する端部が、特にボールの表面に作用して、ボールと支承シェルとの間の高い摩擦を惹起してしまうことになる。
【０００３】
ワイパー装置の駆動部内への組み込みのためのボールジョイントを開示するドイツ連邦共和国特許出願第１９９３２７８９Ａ１号明細書によって、支承シェルをガラス繊維３０％及び黒鉛６％の含有のポリアミドによって形成することが公知である。黒鉛を塗布されたサーモプラスチックが、水分を含む環境での使用によって知られており、該サーモプラスチックから成る支承シェルを用いることによって摩擦が減少され、かつボールの表面の摩耗が減少される。しかしながら該摩耗及び摩擦は、例えば自動車のシャシーに組み込まれるボールジョイントにとって大きすぎるものである。さらに、シャシーに組み込まれるボールジョイントの内部に水分を含むことは不都合である。
【０００４】
本発明の課題は、自動車のための、繊維で強化されたプラスチックから成る支承シェルを備えたボールジョイントを改善して、湿気を排除した状態でボールと支承シェルとの間の摩擦並びにボール表面の摩耗をさらに減少させることである。
【０００５】
前記課題が、請求項１の特徴部分に記載の構成によって解決される。有利な実施態様が従属請求項に記載してある。
【０００６】
冒頭に述べた形式のボールジョイントにおいて本発明に基づき、支承シェルが少なくとも部分的に、摩擦変性及び抗付着性の材料を混合されかつ繊維で強化されたプラスチックによって形成されている。
【０００７】
繊維で強化されたプラスチックに、摩擦変性及び抗付着性（アンチ付着性［ａｎｔｉ−ａｄｈｅｓｉｖｅ］）の材料を添加することによって、ボールと支承シェルとの間の摩擦並びにボールの表面の摩耗が著しく減少される。抗付着性の材料は、該材料の抗付着特性のために潤滑作用を有するだけではなく、繊維の、プラスチックの表面から突出する端部と支承シェルとの間のスペーサとしても役立つ。これによって、繊維強化されて黒鉛を塗布されたプラスチックの場合よりも著しく小さい摩擦係数並びに小さい摩耗率が得られ、それというのは黒鉛が黒鉛の層状格子構造に基づき黒鉛粒子の破壊下で層状格子構造内の異なる層を互いに相対的に滑らせることによって潤滑作用を生ぜしめるのと異なって、抗付着性の材料の潤滑作用は体積特性ではなく、表面特性をベースにしており、即ち該潤滑作用が抗付着性の材料粒子の破壊なしに得られ、従って該材料粒子がスペーサとしても潤滑剤としても役立つからである。
【０００８】
支承シェルを備えるボールジョイントの使用領域に応じて、支承シェルの局所的な負荷は互いに異なっており、従って本発明に基づくボールジョイントにおいては支承シェルの、使用時に最大の圧力を受ける区分が、抗付着性の材料の混合されたプラスチックによって製造されている。
【０００９】
抗付着性の材料は例えばハロゲンを用いて製造されてよい。ハロゲンは高い価電子密度に基づき所望の抗付着特性を促進する。特にフッ素化合物、例えばＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｏｕｒａｌｋｏｘｙ−Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔ）若しくはＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｏｕｒｅｔｈｙｌｅｎ）が適している。有利な実施態様では、ＰＴＦＥが抗付着性の材料として用いられ、それというのはＰＴＦＥは摩擦係数が最小であるからである。
【００１０】
支承シェルのためのプラスチック材料として、例えばＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）、ＰＥＳ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎ）、ＰＳＵ（Ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎ）、ＰＥＩ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄ）、若しくはＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｓｕｌｆｉｄ）が用いられ、これらのすべての材料は高い強度を有している。有利な実施態様では、プラスチック材料としてポリアミドを用いて、ポリアミドは強度のある経済的な材料である。
【００１１】
繊維としては例えば特に軽い炭素・繊維若しくは潤滑作用の良好なアラミド・繊維が用いられる。有利にはガラス繊維がプラスチックの強化のために用いられ、それというのはガラス繊維によってプラスチック材料の比較的高い剛性が少ないコストで得られるからである。
【００１２】
繊維強化されたプラスチックにおいては、強度が高いだけではなく、脆性も大きい。このような理由から、本発明に基づくボールジョイントの実施態様では、支承シェルの、ピンに向いた側の縁部領域の壁内に、ボールジョイントの縦軸線の方向へ片側から一部分にわたって延びる複数のスリットが設けられており、従って支承シェルが外力を受けて破損若しくは亀裂の発生なしに変形して、ボールの、ピンに向けられた側の領域に密着できる。
【００１３】
ボールジョイントの内部に潤滑剤を受容することによって、ボールと支承シェルとの間の摩擦がさらに減少される。有利には、潤滑剤をボールジョイント内に受容するだけではなく、支承シェルの、ボールに向いた面内に潤滑溝若しくはグリスポケットを設けてあり、潤滑材料若しくはグリスポケットが潤滑媒体貯蔵部としてボールと支承シェルとの間の潤滑膜を維持する。
【００１４】
支承シェルは一体的に構成されていてよく、この場合、一体構造の支承シェルの壁内に有利には、ボールジョイントの縦軸線の方向へ貫通する１つのスリットが設けられており、これによって、ボールが該スリットを拡開しながら、ピンのために支承シェルに設けられたピン開口を通して支承シェルの内部にはめ込まれる。前記スリットの形成は望ましいものであり、それというのはピン開口は通常はボールよりも小さい直径しか有していないからである。
【００１５】
支承シェルは別の実施態様で、互いに個別の２つの部分シェルに分割されていてよく、この場合、第１の部分シェルがボールの、ジョイント開口に向いた側の領域とボールジョイントケーシングとの間に配置されており、第２の部分シェルがボールの、ジョイント開口から離れた側の領域とボールジョイントケーシングとの間に配置されている。この場合に、ボールの、ジョイント開口に向いた側の領域は、ボールの、ボールジョイントの縦軸線に対して垂直な大円によって規定された子午線面とジョイント開口との間に位置する領域である。ボールの、ジョイント開口から離れた側の領域が、前記子午線面によって規定されかつジョイント開口から離れた、即ち離反する側の半部に位置している。
【００１６】
ピンのために第１の支承シェルに設けられたピン開口によって、第１の支承シェルの軸線方向で有効な支承面が著しく減少されている。このような理由から、ピンに向かう方向でボールに作用する軸線方向の力によって第１の部分シェルに生じる圧力は、前記力と逆向きの同じ大きさの力によって第１の部分シェルよりも大きな有効支承面を有する第２の部分シェルに生じる圧力よりも著しく大きい。従って有利には第１の部分シェルが、摩擦変性及び抗付着性の材料を混合されて繊維で強化されたプラスチックによって形成されている。
【００１７】
第１の部分シェルが完全に、抗付着性の材料を混合されて繊維で強化されたプラスチックによって形成されている場合には、該第１の部分シェルは安価な射出成形品として製造されてよく、高価な二成分混合物を使用する必要がない。
【００１８】
第１の部分シェルは、ボールピンのピンが支承シェルの支承面側から該第１の部分シェルのピン開口を通されるようにして組み立てられてよい。しかしながら有利には、第１の部分シェルの壁内に、ボールジョイントの縦軸線の方向へ貫通する１つのスリットが設けられており、その結果ボールピンの組み立ては、ボールがピンのために第１の部分シェルに設けられたピン開口を通されることによって前記スリットを拡開させながら行われる。
【００１９】
第２の部分シェルは第１の部分シェルと同じ材料によって製造されていてよい。しかしながら有利には、第２の部分シェルは第１の部分シェルよりも可延性及び弾性の材料によって製造されており、その結果、第２の部分シェルに作用する衝撃負荷が減衰される。第２の部分シェルのこのような特性は、ボールジョイントを例えばシャシーに配置した場合に走行快適性を高める。ボールジョイントを圧力下で組み立てると、第２の部分シェルのばね弾性的な特性が付加的に、ボールを十分な初期応力（プレロード）で第１の部分シェルに対して締め付けるために役立つ。これによって、ボールの、部分シェルの摩耗に起因するガタツキ若しくは緩みが補償される。
【００２０】
前述のばね弾性的な特性は、エラストマーリングを第２の部分シェルとボールジョイントケーシングとの間に初期応力下で配置することによっても実施され、若しくは改善される。
【００２１】
第２の部分シェルのための材料としては特に、所望の可延性及び弾性の特性を有するＰＯＭ（Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎ）が適している。このような理由から、第２の部分シェルは有利にはＰＯＭから製造されている。
【００２２】
第１の部分シェルが第２の部分シェルと接触していない場合には、ボールピンの旋回によって、第１の部分シェルはボールと第１の部分シェルとの間の摩擦に基づきボールジョイントケーシング内を運動させられる。このような振る舞いは望ましくなく、摩耗を生ぜしめることになり、従って有利な実施態様では第１の部分シェルが第２の部分シェルと接触している。両方の部分シェルは両方の部分シェル間の接触箇所で互いに支えられており、これによって少なくとも両方の部分シェル間の相対的な運動が避けられる。傾倒に対する両方の部分シェルの特に良好な確保が、両方の部分シェルを互いに、両方の部分シェルの互いに向き合う縁部に沿って全体的に接触させる、若しくはボールの周囲にわたって分配された複数の箇所で接触させることによって達成される。
【００２３】
プラスチック射出成形品の製造に際して生じる製造誤差は、ボールジョイントの特性を損なうものである。このような理由から、第１の部分シェルの、第２の部分シェルに向いた側の縁部が凸面状に形成されており、第２の部分シェルの、第１の部分シェルに向いた側の縁部が凹面状に形成されており、従って、一方の部分シェル若しくは両方の部分シェルを過度に大きく形成してある場合には、比較的硬い第１の部分シェルが該部分シェルの凸面状の縁部で、比較的軟らかい第２の部分シェルの凹面状の縁部内へ押圧され、その結果、第１の部分シェルが第２の部分シェルの縁部領域内に食い込むことになる。このような過程に際して、第１の部分シェルが第２の部分シェルへ第２の部分シェルの材料を押し退けながら押し付けられ、その結果、ボールジョイントケーシング内の両方の部分シェル間の誤差のない座着が達成される。
【００２４】
次に本発明を図示の有利な実施例に基づき説明する：
図１は、２つの部分シェルに分割された支承シェルを備える本発明に基づくボールジョイントの第１の実施例の断面図であり、
図２は、図１の二分割された支承シェルの、両方の部分シェルの接触領域の部分断面図であり、
図３は、図１の第１の部分シェルの断面図であり、
図４は、図３の第１の部分シェルの平面図であり、
図５は、本発明に基づくボールジョイントの第２の実施例の第１の部分シェルの断面図であり、
図６は、図５の第１の部分シェルの平面図である。
【００２５】
図１に、本発明に基づくボールジョイント（玉継ぎ手）の第１の実施例を示してあり、この場合、ボール（球体）１及びピン２を備えたボールピン３が、ボール１で以て、ボールジョイントケーシング（ソケット）４内に配置された支承シェル５内に回転可能及び旋回可能に支承されている。ボールジョイントケーシング４と支承シェル５との間にシールベローを設けてあってよく、シールベローは図面を見易くするために図示を省略してある。支承シェル５が、ボール１の縦軸線７に対して垂直に延びる子午線面８に沿って、第１の部分シェル９と第２の部分シェル１０とに分割されている。第１の部分シェル９がリング状に形成されていて、ＰＴＦＥを混合されてガラス繊維で強化されたポリアミドによって製造されている。良好な強度並びに良好な滑り特性を得るために、ポリアミド内の繊維含有量が２０％乃至５０％であり、ＰＴＦＥ含有量が５％乃至２０％である。第１の部分シェル９は高い強度に基づき例えば８０乃至１２０℃の高い温度でも材料のわずかなクリープしか生ぜしめない。
【００２６】
第２の部分シェル１０は半球シェル形（半球シャーレ形）に形成されていて、ＰＯＭによって製造されており、この場合、第２の部分シェル１０のＰＯＭの材料が良好なばね弾性及び減衰特性を有している。
【００２７】
図２は、支承シェル５の第１の実施例の、第１の部分シェル９と第２の部分シェル１０との互いに接触する領域の断面図である。第１の部分シェル９は、第２の部分シェル１０に向いた縁部１１を凸面状に形成されていて、第２の部分シェル１０の、第１の部分シェル９に向いていて凹面状に形成された縁部１２内に係合している。両方の部分シェル９，１０間の接触領域で支承シェル５の内側及び外側に材料のない領域１３が設けられており、該領域内へ第２の部分シェル１０の材料が、第１の部分シェル９の凸面状の縁部１１を第２の部分シェル１０の凹面状の縁部１２に向けて押圧した場合に流動できるようになっている。
【００２８】
図３は第１の部分シェル９の第１の実施例の断面図であり、第１の部分シェル９内のピン２のために設けられたピン用開口１４の全周に分配して、部分シェルの壁１６の、ピン２に向いた縁部領域に、部分シェルの片側からボールジョイントの縦軸線方向へ部分的に延びる複数のスリット１５を設けてあり、該スリットはここではｖ字形に形成されているものの、別の形を成していてよい。断面で見て既に湾曲して形成された第１の部分シェル９は、製作誤差に基づきボール１の表面に完全に接触しないこともある。スリット１５を設けることによって、第１の部分シェル９の、ピン２に向いた側の縁部領域が、ボールジョイントの組み立てに際して、第１の部分シェル９の亀裂発生若しくは破壊を惹起することなくボール１に圧着され、それというのはスリット１５が第１の部分シェル９の、ピンに向いた側の縁部領域に高い弾性を与えるからであり、該弾性的な領域若しくは第１の部分シェル９のスリット１５間に形成された舌片とボール１との間の圧着が、例えばボールジョイントケーシング４の閉鎖によって行われる。実施例では、ボールジョイントケーシング４が、ジョイント開口６に沿った縁部領域をボールジョイントの縦軸線に向けて曲げることによって閉鎖される。
【００２９】
図４に第１の実施例の第１の部分シェル９の平面が示してあり、第１の部分シェル９の壁１６内に、ボールジョイントの縦軸線の方向へ貫通する１つの縦スリット１７が設けられている。ボール１の直径が開口１４の直径よりも大きいにもかかわらず、縦スリット１７を設けたことによって、ボール１が縦スリット１７を拡開させつつ、ピン開口１４を通して差し込まれ得る。これによって、ボールジョイントの組み立てに際して支承シェル５内へのボール１の容易なはめ込みが可能である。
【００３０】
図５に、本発明に基づくボールジョイントの第２の実施例の第１の部分シェル９の断面が示してあり、この場合、該第１の部分シェル９は第１の実施例の第１の部分シェルと同じ形式で用いられ、かつはめ込まれてよい。第２の実施例の第１の部分シェル９の構成部分において、第１の実施例の第１の部分シェルの構成部分と同じ構成部分には、同じ符合が付けてある。
【００３１】
第２の実施例の同じく断面で見て湾曲して形成された第１の部分シェル９の壁１６には、第１の実施例の第１の部分シェルと異なって、部分シェルの片側に形成されるスリットは設けられていない。このようなスリットは省略でき、それというのは該第１の部分シェルは十分な精度で製造でき、かつ十分な弾性を有していて、わずかな製作誤差を亀裂の発生若しくは破損なしに補償できるからである。前記スリット及び該スリット間に形成される舌片を除いて、第２の実施例の第１の部分シェル９の構造は、第１の実施例の第１の部分シェルの構造と同一である。
【００３２】
図６に、第２の実施例の第１の部分シェル９の平面が示してあり、第１の部分シェル９の壁１６内に、ボールジョイントの縦軸線の方向へ貫通する１つの縦スリット１７が設けられている。該縦スリット１７は、第１の実施例の第１の部分シェルの縦スリットと同じ機能を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
２つの部分シェルに分割された支承シェルを備える本発明に基づくボールジョイントの第１の実施例の断面図。
【図２】
図１の二分割された支承シェルの、両方の部分シェルの接触領域の部分断面図。
【図３】
図１の第１の部分シェルの断面図。
【図４】
図３の第１の部分シェルの平面図。
【図５】
本発明に基づくボールジョイントの第２の実施例の第１の部分シェルの断面図。
【図６】
図５の第１の部分シェルの平面図。
【符号の説明】
１ボール、２ピン、３ボールピン、４ボールジョイントケーシング、５支承シェル、７縦軸線、８子午線面、９，１０部分シェル、１１，１２縁部、１４ピン開口、１５スリット、１６壁、１７縦スリット

Claims

自動車のためのボールジョイント、殊に自動車のシャシーのためのボールジョイントであって、ジョイント開口（６）を有するボールジョイントケーシング（４）、該ボールジョイントケーシング内に配置された支承シェル（５）並びに、ボール（１）及びピン（２）を有するボールピン（３）を備えており、該ボールピンが前記ボール（１）で以て前記支承シェル（５）内に回転可能及び旋回可能に支承されていて、かつ前記ピン（２）で以て前記支承シェル（５）及び前記ジョイント開口（６）を通って前記ボールジョイントケーシング（４）から突出している形式のものにおいて、
支承シェル（５）が少なくとも部分的に、抗付着性の材料を混合されかつ繊維で強化されたプラスチックによって形成されていることを特徴とする、ボールジョイント。
抗付着性の材料がポリテトラフルオロエチレンである請求項１記載のボールジョイント。
プラスチックがポリアミドである請求項１又は２記載のボールジョイント。
繊維がガラス繊維である請求項１から３のいずれか１項記載のボールジョイント。
支承シェル（５）の、ピン（２）に向いた側の縁部領域の壁（１６）内に、ボールジョイントの縦軸線（７）の方向へ片側から一部分にわたって延びる複数のスリット（１５）が設けられている請求項１から４のいずれか１項記載のボールジョイント。
潤滑剤がボールジョイント内に受容されており、潤滑溝若しくは潤滑ポケットが支承シェル（５）の、ボール（１）に向いた面に設けられている請求項１から５のいずれか１項記載のボールジョイント。
支承シェルが互いに個別の２つの部分シェルに分割されており、この場合に、第１の部分シェル（９）がボール（１）の、ジョイント開口（６）に向いた側の領域とボールジョイントケーシング（４）との間に配置されており、第２の部分シェル（１０）がボール（１）の、ジョイント開口（６）から離れた側の領域とボールジョイントケーシング（４）との間に配置されている請求項１から６のいずれか１項記載のボールジョイント。
第１の部分シェル（９）が、抗付着性の材料を混合されかつ繊維で強化されたプラスチックによって形成されている請求項１記載のボールジョイント。
第１の部分シェル（９）の壁（１６）内に、ボールジョイントの縦軸線（７）の方向へ貫通する１つのスリット（１７）が設けられている請求項７又は記載のボールジョイント。
第２の部分シェル（１０）が、第１の部分シェルの材料よりも可延性及び弾性の材料によって形成されている請求項７から９のいずれか１項記載のボールジョイント。
第２の部分シェル（１０）がポリオキシメチレンによって形成されている請求項７から１０のいずれか１項記載のボールジョイント。
第１の部分シェル（９）がボール（１）の全周にわたって第２の部分シェル（１０）と接触している請求項７から１１のいずれか１項記載のボールジョイント。
第１の部分シェル（９）の、第２の部分シェル（１０）に向いた側の縁部が凸面状に形成されており、第２の部分シェル（１０）の、第１の部分シェル（９）に向いた側の縁部が凹面状に形成されている請求項７から１２のいずれか１項記載のボールジョイント。