JP2007532831A - ボールジョイントのシールベロー - Google Patents

Abstract

本発明は、ボールジョイントのシールベローであって、ボールジョイントはボール、該ボールから延びるピン（６）、及び前記ボールを受容するケーシングから成っており、この場合にシールベローは前記ピン（６）と前記ケーシングとの間を延びていて、ピン側のシール領域（１２）、周壁領域（１３）及びケーシング側のシール領域を有し、少なくとも１つのエラストマー性の材料から成っている形式のものに関する。本発明に基づき、シールベローのピン側のシール領域（１２）は、周壁領域（１３）とは異なるエラストマー性の材料から成っている。

Description

本発明は、ボールジョイントのシールベローであって、ボールジョイントはボール、該ボールから延びるピン、及び前記ボールを受容するケーシング（ソケット）から成っており、この場合にシールベローは前記ピンと前記ケーシングとの間を延びており、かつシールベローは、ピン側のシール領域、周壁領域（ジャケット部分）及びケーシング側のシール領域を有していて、少なくとも１つのエラストマー性の材料若しくは弾性プラスチック材料から成っている形式のものに関する。

シールベローを備えたボールジョイント（玉継手）の具体的な構造は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２３９２６６Ａ１号明細書に開示してある。該明細書に添付の図１には、ボールジョイントのピンとケーシングとの間に配置された膨らんだ胴の形状若しくは樽形の周壁領域及びシール領域を詳細に示してある。

ボールジョイントの従来のシールベローにおいては、シール領域のシール材料は一般的に、周壁領域（ジャケット領域）に用いられるものと同じ材料から成っている。該材料はたいていエラストマー若しくは弾性重合体、例えばゴムである。たいていはクロロプレンゴムを用いてある。

シールベローのシール領域を周壁領域と同じエラストマー材料から形成してある場合には、周壁領域の機械的な負荷に対しても、シール領域のトライボロジーに関する要求に対しても適した特性の材料を選ばなければならない。このことは材料選択をエラストマーのわずかな種類に限定することになり、それというのは両方のシール領域でもかつ周壁領域でも許容される特性分布を有する材料しか使用され得ないからである。つまり周壁領域のためにもシール領域のためにも使用される選ばれた材料は、各領域にとって最適な材料ではなく、各領域にとって妥協をなすものである。

本発明の課題は、ボールジョイントのシールベローを改善して、該シールベローが異なる領域でそれぞれの要求に、例えば機械的な負荷若しくはトライボロジー的な負荷（摩擦負荷）に適合しているようにすることである。

前記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の構成では、シールベローの少なくとも一方のシール領域は、シールベローの周壁領域に用いられるエラストマー性の材料若しくは弾性重合体の材料と異なる材料から成っている。本発明の有利な実施態様を従属請求項に記載してある。
本発明は、ピン側のシール領域及び／又はケーシング側のシール領域のために、周壁領域のものと異なる材料を用いると、ボールジョイントのシールベローにとって、かつシールベローの特性にとって有利であるという知見に基づいてきる。ピン側のシール領域は、ピン材料に対して小さい摩擦値を有する滑り特性のある材料から成っている。さらにピン側のシール領域は引っ張り及び圧縮変形に対して良好な特性を有していたい。同じことはケーシング側のシール領域にも当てはまる。これに対して周壁領域は、ピンの運動に追従できる十分な弾性作用を有していたい。

シールベローのシール領域と周壁領域とは、例えば射出成形で互いに分離不能な１つの構成部品として成形されてよく、この場合に各領域にはそれぞれ異なる材料を射出成形するようになっている。シール領域と周壁領域とをそれぞれ個別の部品として成形することも可能であり、該個別の部品は互いに結合される。

部品間の結合、つまりシール領域と周壁領域との間の結合は、結合は摩擦係合(相互の摩擦力若しくは締め付け力)によって、若しくは形状係合(形状による束縛)によって、若しくは素材係合(素材同士の結合)によって行われてよい。このために挿入部材を用いてよく、該挿入部材は圧入結合部若しくはスナップ結合部を形成し、及び／又はシール領域若しくは周壁領域の材料と素材結合されている。挿入部材は、シール機構若しくはシールベローの機能を中心位置決め機能（センタリング機能）及び支持機能によって高める別の部材と組み合わせて用いられてよい。支持部材及び中心位置決め部材はそれぞれ異なる材料、例えばプラスチック、鋼若しくは非鉄金属から成っていてよく、適切な組み合わせ若しくは構造によって耐熱性及び／又は耐食性の簡単な支持及び／又は中心位置決めを可能にしている。

有利な実施態様では、シールベローのピン側のシール領域に用いられる材料は、周壁領域に用いられるエラストマーと異なるエラストマーである。
周壁領域と少なくとも一方のシール領域とに互いに異なる材料を用いることによって、各材料の特性をそれぞれ周壁領域及びシール領域に最適に適合させることができる。例えばピン側のシール領域に、特に耐摩耗性の滑りやすいエラストマーを用いてある。周壁領域に、特に弾性的なエラストマーを用いてある。機械的な特性だけではなく、熱特性をも適切な材料選択によって各領域の要求に適合させてよい。

有利にはピン側のシール領域もケーシング側のシール領域も、周壁領域の材料と異なるエラストマー性の材料から成っている。シールベローの３つのすべての領域はそれぞれ所定の特性分布に適合されてよい。

少なくとも一方のシール領域、有利には両方のシール領域は、周壁領域に対する摩擦力結合部及び／又は形状結合部、及び／又は素材結合部を有している。つまり少なくとも一方のシール領域、両方のシール領域と周壁領域とは、摩擦係合及び／又は形状係合、及び／又は素材係合によって互いに結合されるようになっている。これによってシールベローの周壁領域とシール領域との種々の結合を可能にしている。シール領域及び周壁領域の素材同士で結合する、つまり素材的に一体化する若しくは橋掛け結合する材料において、摩擦溶接若しくは接着によって素材結合を行うことができる。素材同士で結合することもなく、また橋掛け結合することもない材料においては、形状係合式の結合を選ぶとよい。シールベローの種々の領域間の可能な結合形式は、例えばドイツ国の出版物の「Taschenbuch fuer den Maschinenbau 15. Auflage(機械工学ポケットブック、１５版)」の387fページの部品結合(Bauteilverbindungen)の章に示してある。

シールベローの周壁領域の有利な実施態様では、周壁領域に少なくとも１つの補強部材を挿入してあり、該補強部材は有利には少なくとも一方のシール領域に近い、つまり隣接する部分に配置されている。これによって、一方のシール領域に対する結合箇所で周壁領域の形状安定性を達成している。異なる弾性を有する材料においては、柔らかい材料のたわみ変形に基づく機械的な強い応力負荷を補強部材によって軽減している。

周壁領域の補強部材に加えて、少なくとも一方のシール領域は少なくとも１つの補強部材を有しており、該補強部材は有利には周壁領域に近い部分に配置されている。周壁領域の補強部材とシール領域の補強部材とは、周壁領域とシール領域の領域との間の特に安定した結合部を形成している。これによって補強部材は、個別の構成部材の変形を効果的に防止していて、かつ周壁領域とシール領域との間の接触箇所の圧着力を高めている。補強部材は周壁領域及び／又はシール領域のプラスチックによって取り囲まれ、若しくはプラスチック内に埋め込まれ、場合によっては補強部材の周囲に加硫成形を施されていてよい。

補強部材はプラスチック及び／又は金属から成っていてよい。プラスチックから成る補強部材は、例えば湿気若しくは水分の多い環境で用いられるシールベローにおいて用いられる。車両の操舵領域での支承のためのボールジョイントのシールベローにはプラスチックから成る補強部材を用いてあり、該補強部材は耐食作用若しくは酸化防止作用を有している。金属から成る補強部材は、シールベロー及びボールジョイントを高い温度で使用する場合に用いられ、この場合にはプラスチックから成る補強部材は軟化作用に基づき不適切である。

補強部材はピンを中心として回転対称的に配置されている。これによって、ピン及び／又はジョイントケーシングにおけるシールすべき部分、及びシール領域と周壁領域との間の結合箇所におけるシールすべき部分の一様な安定性を達成している。

シールベローの有利な実施態様では、周壁領域及び／又はシール領域は少なくとも１つのシールリップを有しており、該シールリップはピン若しくはケーシングに対する密閉を可能にしている。シールリップは、例えば板ばねのようにボールジョイントのピン及び／又はケーシングに圧着されて、玉若しくはボールの支承領域内への汚れ若しくは水の侵入を阻止している。逆にシールリップによって、ボールジョイントケーシング内に入れられているグリース若しくは油はシールベローからの流出を防止されている。

ボールジョイントのピン及び／又はケーシングにおける密閉を特に確実に行うためには、少なくとも一方のシール領域に付加的なシール部材を重複のシール手段として設けてある。このような二重の密閉は、特に圧力の発生する場合に適している。

別の有利な実施態様では、少なくともピンとピン側のシール領域との間、及び／又はケーシングとケーシング側のシール領域との間に、少なくとも１つの中心位置決めリングを配置してある。該中心位置決めリングは、補強部材と同じように形成されていてよく、ボールジョイントのシールすべき面に対するシールベローの最適な位置決めを可能にしている。

有利には周壁領域はクロロプレンゴムから成っており、該クロロプレンゴムは有利には約５０±１０ショア硬さＡを有している。クロロプレンゴムは耐薬品性、耐油性並びに耐候性であって、約−４０℃まで弾性作用を有している。材料の弾性は、Ａショア硬さの選択によって、周壁領域に最適な範囲に設定される。

シール領域には、HNBRのようなニトリルゴム若しくはフッ素ゴムを用いてあり、ニトリルゴム若しくはフッ素ゴムは有利には約７０±１０ショア硬さＡを有している。このようなエラストマーは優れたシール特性を有し、適切な添加物によって滑り特性を実際の使用例に適合される。前記材料の著しい利点は、引っ張り及び圧縮に対する変形特性並びに高い耐熱性にある。

次に本発明の有利な実施例を図面に基づき説明する。図面において、
図１は、１つの補強部材及び組み合わされた１つの補強兼中心位置決め部材を有するシールゴム及び周壁ゴムを備えるシールベローのピン側のシール領域の断面図であり、
図２は、周壁ゴムに組み合わされた１つの補強兼中心位置決め部材を有するシールベローのピン側のシール領域の断面図であり、
図３乃至図６は、種々の実施例の中心位置決め部材を有するシールベローのピン側のシール領域の断面図であり、
図７及び図８は、ピン側の保護リングを有するシールベローのピン側のシール領域の断面図であり、かつ
図９は、ピン側の保護リング及び該保護リングに設けられた付加的な密閉部を有するシールベローのピン側のシール領域の断面図である。

図１は、シールベローのピン側のシール領域１２の断面図である。シールベローは、ボールジョイントのピン６（一部分のみを示してある）に被せ嵌められている。ピン側のシール領域１２はシールゴム１から成っており、シールゴムは次に挙げる特性、つまり引っ張り及び圧縮に対する良好な変形特性、ピン６の材料に対する低い摩擦値若しくは摩擦係数、摂氏−２０度までの弾性作用、摂氏−４０度までの耐破壊性若しくは破壊強さ、摂氏１２０度までの耐熱性若しくは熱安定性、並びに油及びグリースに対する耐性若しくは耐油性を有していたい。

シールゴム１は、ピン側での密閉のために半径方向でピンに向けられた３つのシールリップ８及び、ピン６の軸線方向でレバーアイ７に向けられた２つのシールリップを有している。シールリップ８は図１乃至図９では、作図を簡単にするために変形していない状態で示してあり、従って半径方向でも軸線方向でもピン６の領域内並びにレバーアイ７の領域内に突入している。ボールジョイントの内部は、レバーアイ７をピン６にねじ固定することによって隙間なく密に閉じられる。

周壁領域１３の周壁ゴム２は図１の左側下方でシールゴム１と境界を接している、つまりシールゴムに接触している。図１には周壁領域１３の付加部のみを示してあり、したがって膨らみの輪郭、つまり胴の張った輪郭は表されていない。周壁ゴム２はここではシールゴム１と異なる材料から成っている。周壁ゴム２は、耐候性を有し、摂氏−４０度まで弾性的であり、約１００℃まで熱に対して安定し、つまり耐熱性を有し、この場合に、約摂氏１５０度まで焼損若しくは焼き付きは生ぜず、さらに周壁ゴム（ジャケットラバー[jacket rubber]）は油及びグリースに対する耐性を有していたい。シールゴム１と周壁ゴム２とは互いに接触面１４で接触している。ボールジョイントの密な閉鎖は接触面１４で、シールゴム１と周壁ゴム２との間の圧着圧力及び／又は接着或いは溶接によって行われる。

接触面１４の領域でシールゴム１内に補強部材３を埋め込んであり、補強部材はアングル状若しくは山形の断面、つまりＬ字形の断面を有している。これに対応して周壁ゴム２内には、組み合わされた、つまり複数の機能を有する１つの補強兼中心位置決め部材５を埋め込んである。補強兼中心位置決め部材５は、該補強兼中心位置決め部材の部分領域を周壁ゴム２によって取り囲まれており、補強兼中心位置決め部材５の別の部分領域はピン６に向かって半径方向及び軸線方向に延びている。補強兼中心位置決め部材５はピン６の付加部に当接していて、ピンからの周壁領域の滑り落ちを防止している。補強兼中心位置決め部材５は周壁領域（外套領域）１３をピン６に対して中心位置決めし、つまりセンタリングして、滑り落ちを防止し、さらに接触面１４の領域で周壁領域１３及びシール領域１２の材料間の安定した密な結合を達成するために用いられている。

図２はピン側のシール領域１２の、図１と同じ断面図である。図２に示す補強兼中心位置決め部材５は、図１と異なって形成されている。該補強兼中心位置決め部材５はピン３と軸線方向でのみ接触して、ピン６の付加部６．１を取り囲んでいない。これによって中心位置決めと同時に、ピン６に沿った周壁ゴム２の軸線方向の運動を可能にしている。

図３はシールベローのピン側のシール領域１２の別の実施例を示している。ボールジョイントへのシールベローの取り付けに際して、ほぼ断面Ｓ字形の環状の中心位置決め部材１１を円錐形のピン６上にピンの付加部まで被せ嵌めてある。次いで周壁領域１３の周壁ゴム２をピン６及び中心位置決め部材１１上に被せ嵌めてある。周壁ゴム２は中心位置決め部材１１によって、ピン６に対して一定の間隔を置いて該ピンの周囲に保持されている。次の段階で、シールゴム１をピン６上に被せ嵌めてある。シールゴム１は周壁ゴム２と中心位置決め部材１１との間の間隙内に押し込まれていて、これによって摩擦力に基づき保持されている。中心位置決め部材１１はピン６の面に対してある程度のシール作用を生ぜしめている。しかしながらシールベローの主なシール若しくは密閉は、ピン６に対してピン側の３つのシールリップ８によって生ぜしめられ、かつレバーアイ７に対して２つのシールリップ８によって生ぜしめられる。両方の補強部材３，４は、シールゴム１と周壁ゴム２との間の接触箇所４でシールゴムと周壁ゴムとの気密な結合を生ぜしめている。両方の補強部材３，４は、それぞれシールゴム１若しくは周壁ゴム２内に埋め込まれていて、両方の補強部材３，４間のゴム材料に面圧を生ぜしめている。

図４には、シールベローの図３に示すシール領域１２の変化例を示してある。シールゴム１において軸線方向でピン側のゴム材料を削減若しくは省略してある。これによって、半径方向に延びるシールリップの数は２つに減少しており、シールゴム１と中心位置決め部材１１との間に中空室１５が生じている。ピン６に接して形成された中空室１５内には例えばグリースを充填してあり、グリースは付加的に該領域を密閉している。異なる実施例として中空室１５内に潤滑材、例えば油を充填してよく、該潤滑材はシールゴム１とピン６との間の摩擦を減少させるようになっている。

図５及び図６は、ピン側のシール領域１２のそれぞれ異なる別の実施例を示しており、該各シール領域は互いに異なる中心位置決め部材１１を備えている。図４に示す実施例に対する相違点として、シールゴム１と周壁ゴム２との間の接触面１４は全面的に、ピン６の縦軸線に対して平行に延びている。周壁ゴム２はレバーアイ７まで達している。これによって周壁ゴム２の１つのシールリップ９はレバーアイ７に密着しており、シールゴム１の３つのシールリップ８はボールジョイントの内室を密閉している。

図７及び図８は、ピン側のシール領域１２のそれぞれ異なる別の実施例を示している。該両方の図面では、ピン６の段部６．１に保護リング１１．１を装着してある。保護リング１１．１は、ピン６と中心位置決め部材１１との間を軸線方向にも半径方向にも延びていて、中心位置決め部材１１の領域の摩擦、ひいては摩耗を減少させている。これによってシールベローは長い耐用年数を有している。

図８の実施例では、中心位置決め部材１１はベロー側の中心位置決めリング１１．２として形成されており、該中心位置決めリング（センタリングリング）は保護リング１１．１に対する対向レース面（対向滑走面）を成している。これによって、相対的に回動運動可能な構成部材間の耐食性の正確な案内を達成している。ベロー側の中心位置決めリング１１．２と保護リング１１．１との間の摩擦の少ない相対回動は、材料の適切な組み合わせによって、例えば鋼対鋼の組み合わせによって達成されてよい。

図９には保護リング１１．１の別の実施例を示してある。該保護リング１１．１は、図７及び図８の保護リング１１．１に比べて、円錐形のピン６の大きな部分領域にわたって延びていて、下側の部分に膨出部（膨らみ部）を有している。保護リング１１．１の膨出部内に第２のシールゴム１０を圧入してある。第２のシールゴム１０は、ピン６におけるシールゴム１及び周壁ゴム２のシールリップ８，９に対する重複したシールとして機能している。

本発明の前述の構成は、前記実施例の組み合わせに限定されるものではなく、単独に用いることも、別の組み合わせで用いることも可能である。

本発明の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明の別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明のさらに別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明のさらに別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明のさらに別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明のさらに別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明のさらに別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明のさらに別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図 本発明のさらに別の実施例のシールベローのピン側のシール領域の断面図

符号の説明

１ シールゴム、 ２ 周壁ゴム、 ３，４ 補強部材、 ５ 補強兼中心位置決め部材、 ６ ピン、 ６．１ 段部、 ７ レバーアイ、 ８，９ シールリップ、 １０ シールゴム、 １１ 中心位置決め部材、 １１．１ 保護リング、 １１．２ 中心位置決めリング、 １２ シール領域、 １３ 周壁領域、 １４ 接触面、 １５ 中空室

Claims (13)

1. ボールジョイントのシールベローであって、ボールジョイントはボール、該ボールから延びるピン（６）、及び前記ボールを受容するケーシングから成っており、この場合にシールベローは前記ピン（６）と前記ケーシングとの間を延びていて、ピン側のシール領域（１２）、周壁領域（１３）及びケーシング側のシール領域を有しており、前記周壁領域（１３）はエラストマー性の材料から成っている形式のものにおいて、
   シールベローのピン側のシール領域（１２）は、シールベローの周壁領域（１３）に用いられる材料と異なる材料から成っていることを特徴とする、ボールジョイントのシールベロー。
2. ピン側のシール領域（１２）に用いられる材料はエラストマーである請求項１に記載のシールベロー。
3. ピン側のシール領域（１２）もケーシング側のシール領域も、シールベローの周壁領域（１３）の材料と異なるエラストマー性の材料から成っている請求項１又は２に記載のシールベロー。
4. 少なくとも１つのシール領域（１２）、有利には両方のシール領域は、周壁領域（１３）に対する摩擦力結合部及び／又は形状結合部、及び／又は素材結合部を有している請求項１から３のいずれか１項に記載のシールベロー。
5. 周壁領域（１３）は少なくとも１つの補強部材（４）を有しており、該補強部材は有利には少なくとも１つのシール領域（１２）の近傍に配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載のシールベロー。
6. 少なくとも１つのシール領域（１２）は少なくとも１つの補強部材（３）を有しており、該補強部材は有利には周壁領域（１３）の近傍に配置されている請求項１から５のいずれか１項に記載のシールベロー。
7. 補強部材（３，４）はプラスチック及び／又は金属から成っている請求項５又は６に記載のシールベロー。
8. 補強部材（３，４）はピン（６）を中心として回転対称的に配置されている請求項７に記載のシールベロー。
9. 周壁領域（１３）及び／又はシール領域（１２）は少なくとも１つのシールリップ（８，９）を有しており、該シールリップはボールジョイント内部をピン（６）の側若しくはケーシングの側で密閉している請求項１から８のいずれか１項に記載のシールベロー。
10. 少なくとも１つのシール領域（１２）に追加的なシール部材（１０）を設けてある請求項１から９のいずれか１項に記載のシールベロー。
11. 少なくともピン（６）とピン側のシール領域（１２）との間、及び／又はケーシングとケーシング側のシール領域との間に、少なくとも１つの中心位置決めリング（１１）を設けてある請求項１から１０のいずれか１項に記載のシールベロー。
12. 周壁領域（１３）は、有利には約５０±１０ショア硬さＡを有するクロロプレンゴムから成っている請求項１から１１のいずれか１項に記載のシールベロー。
13. 少なくとも１つのシール領域（１２）は、有利には約７０±１０ショア硬さＡを有するニトリルゴムから成っている請求項１から１２のいずれか１項に記載のシールベロー。

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