JP4319070B2 - ボールジョイントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リンク機構の揺動中心となるボール部を備えたボールシャンクとこれを包持するホルダーとが揺動あるいは回転運動自在に連結され、主に自動車のサスペンションアーム部やステアリング部、コンバインの切刃駆動部等のリンクモーション機構等に用いられるボールジョイントの製造方法に関する。

特許第３０５９３７４号明細書

一般的に、この種のボールジョイントとしては、ボール部を有するボールシャンクと、このボールシャンクのボール部を包持するボール受け部を有して、該ボールシャンクと相対的に揺動あるいは回転運動自在に連結するホルダーとを備えたものが知られている。前記ホルダーのボール受け部はボールシャンクに対して荷重が作用した場合であっても、かかる荷重に抗してボール部を離脱不能に包持するものでなくてはならない。このため、ボールジョイントにおいては、如何なる構造を用いて前記ボール部をホルダーのボール受け部に封じ込め、且つ、ボールシャンクとホルダーとの自由な揺動及び回転運動を確保するかが問題となる。

従来より採用されているボールジョイントの構造の一つとして、ボールシャンクのボール部を中子としてホルダーを鋳造することにより、かかるボール部をホルダーのボール受け部内に直接封じ込めた構造が知られている（特許第３０５９３７４号明細書）。このボールジョイントでは、前記ボール部となる真球度の高い鋼球を鋳型内にセットし、前記鋼球を中子の如く使用してホルダーをダイカスト鋳造しており、ホルダーのボール受け部が鋼球を包み込むようにして成形されている。また、ボールシャンクはホルダーに包持された鋼球に対してシャンクを溶接することによって形成されており、例えば、電気抵抗溶接の一種であるプロジェクション溶接を用いてシャンクと鋼球との接合が行われている。このプロジェクション溶接においてはシャンクとホルダとの間に電流が通電されているが、鋼球を中子として鋳造されたホルダーのボール受け部は該鋼球と緊密に接触していることから、かかるボール受け部と鋼球との間には殆ど通電抵抗が生じず、鋼球の球面とこれに当接するシャンクの先端面との間にのみ大きな通電抵抗が発生する。これにより、鋼球とシャンクの当接部が発熱し、両者を溶接することができるようになっている。

このようにボール部となる鋼球を中子としてホルダーを鋳造した場合、かかるホルダーは鋳造後の冷却によって収縮することから、ホルダーのボール受け部が鋼球を締めつける結果となり、前述の如くシャンクを鋼球に溶接してボールシャンクを完成したとしても、このままではボールシャンクをホルダーに対して自由に揺動又は回転させることは不可能である。

従来はボールシャンクの完成後にボール受け部又はボールシャンクに外力を与え、ボール部とボール受け部との間に微小な隙間を形成することにより、ホルダーに対するボールシャンクの自由な揺動又は回転を可能としている。具体的には、ボール受け部の外周を叩くようにして外力を与え、あるいはボールシャンクのボール部をボール受け部内に押し込むようにして該ボールシャンクを軸方向に押圧し、ボール部に対するボール受け部の摺接面をボール部の球面で圧延することにより、かかるボール部とボール受け部との間に微小な隙間を形成していた。

しかし、ホルダーのボール受け部がボール部を完全に包持している場合、換言すれば、ボール受け部がボールシャンクの挿通している開口部を除いてボール部を包んでいる場合には、ボール部をボール受け部へ押し込む方向にボールシャンクを押圧したとしても、ボールシャンクの軸方向に位置するボール部の頂点がボール受け部によって覆われていることから、ボール部がボール受け部に対して微小変位し難く、強大な外力をボールシャンクの軸方向へ加えなくてはボール部がボール受け部に対して変位せず、結果としてボール部とボール受け部との間に微小隙間を形成することができなかった。また、ボールシャンクに加える外力が大きくなると、ボール部とボール受け部との間に形成する隙間の大きさの調整が困難となり、ボールシャンクがホルダーに対して軽く動きすぎるといった弊害があった。

一方、ボール受け部の外周を叩くことでボール受け部とボール部との間に隙間を形成する方法では、ボール部の周囲における隙間の大きさが不均一となり易く、また、ボール受け部の周囲に対して均等に外力をしなければならないことから、隙間の形成作業に手間がかかるといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ホルダーのボール受け部がボールシャンクの軸方向に位置するボール部の頂点を覆っている場合であっても、ボール部を中子として鋳造されたボール受け部と該ボール部との間に微小隙間を簡便に形成することができ、しかも、かかる微小隙間の大きさを容易に調整することが可能なボールジョイントの製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、シャンク部の先端にボール部を有するボールシャンクと、このボールシャンクのボール部を包持するボール受部を有して該ボールシャンクと相対的に揺動あるいは回転運動自在に連結するホルダーとを備えたボールジョイントの製造方法であって、前記ボールシャンクのボール部を鋳造金型内の保持座に固定した後、かかる保持座との接触面を除いて前記ボール部を包むボール受部をダイカスト鋳造し、前記保持座に対応して開口部が設けられると共に該開口部と反対側に薄肉のボール被覆部を有するホルダーを形成する工程と、前記ホルダーのボール被覆部に対して前記ボールシャンクの軸方向に作用する外力を与え、かかるボール被覆部を介して前記ボール部を押圧する工程と、ボールシャンクに対して軸方向に作用する外力を与え、ボール部を介してホルダーのボール被覆部を押し戻す工程とを備えたことを特徴とするものである。

このような本発明によれば、ホルダーを鋳造する際にボールシャンクのボール部の頂点を覆う薄肉のボール被覆部を形成しておき、ボールシャンクの形成後に前記ボール被覆部を介してボール部を押圧することで、かかるボール部をボール受け部に対して容易に微小変位させることが可能となる。また、ボール被覆部を介してボール部を押圧すると、ボール被覆部はボール部に向けて塑性変形することになり、このままではボール被覆部がボール部に圧接した状態となるが、ボールシャンクに対して軸方向に作用する外力を与え、ボール部を介してボール被覆部を押し戻すようにすれば、ボール被覆部とボール部との圧接の程度を緩和することができる。このような２工程により、ボールシャンクのボール部とホルダーのボール受け部との間に微小な隙間を容易に形成することができ、簡単な作業でホルダーに対するボールシャンクの自由な揺動又は回転運動を得ることが可能となる。

しかも、ボール被覆部を押し戻す際の力加減で前記隙間の大きさを調整することが可能であり、ボール部に対して予圧を与え、ホルダに対するボールシャンクの動きの軽さを自由に調整することが可能となる。

以下、添付図面を用いながら本発明のボールジョイントの製造方法を詳細に説明する。
図１は本発明方法により製造したボールジョイントの一実施例を示すものである。このボールジョイントは、先端にボール部１０を備えたボールシャンク１と、このボールシャンク１のボール部１０を包持するボール受部２０を有するホルダ２とから構成され、前記ボールシャンク１及びホルダ２が揺動又は回転運動自在に連結している。

前記ボールシャンク１はボール部１０となる真球度の高いベアリング用鋼球に対して棒状のシャンク１１を溶接して形成されており、このシャンク１１の根元にはリンク等の被取付体を固定するための六角座面１２が形成されている。また、このシャンク１１の先端には雄ねじ１３が形成されており、この雄ねじ１３にナットを螺合させることで、被取付体を前記六角座面１２との間で挟持固定し得るようになっている。

一方、前記ホルダ２は、ボールシャンク１のボール部１０を包持するボール受部２０と、かかるボール受部２０をリンクに結合するための固定部２１とを備え、これらボール受部２０と固定部２１とがアルミニウム合金又は亜鉛合金のダイカスト鋳造により一体に成形されている。このボール受け部２０の内側にはボール部１０の球面に略合致した凹球面状の摺接面２２が形成されている。これにより、ボールシャンク１はボール部１０を揺動中心とし、ホルダ２に対して自在に揺動又は回転運動をなし得るようになっている。前記固定部２１には雌ねじ２３が形成されており、例えばリンクを構成するロッド等の先端に形成された雄ねじを結合できるようになっている。

また、かかるホルダ２のボール受部２０にはボール部１０を露出させる開口部２４が形成されており、この開口部２４を介して前記シャンク１１がボール部１０と接合されている。この開口部２４の内径はボールシャンク１のボール部１０のに直径よりも僅かに小さく形成されており、前記ボール受部２０はボール部１０が離脱することがないよう該ボール部１０の赤道を含んで球面を覆い、かかる球面を包持している。

更に、前記ボール受け部２０には前記開口部２４と対向する側、すなわちボールシャンク１のボール部１０の頂点に対応して薄肉のボール被覆部２５が形成されており、かかるボール被覆部２５がボール部１０の頂点を覆っている。このボール被覆部２５はボール受け部２０と一体に成形されているが、ボール受け部２０よりも薄肉に形成されており、外力を作用させた際に容易に塑性変形し得るようになっている。また、前記ボール受け部２０の開口部２４と反対側には、平坦な治具突き当て面２６が円形状に形成されており、前記ボール被覆部２５はこの治具突き当て面の中央に位置している。

また更に、前記ホルダ２の外周縁とボールシャンク１のシャンク１１との間にはブーツシール４が取り付けられており、ボールシャンク１のボール部１０とホルダ２のボール受部２０との隙間に対して埃やごみ等が侵入するのを防止している他、グリース等の潤滑剤を収容するシールポケット４０を形成している。ここで、前記ブーツシール４のボールシャンク１側の端部４１はその弾性によってシャンク１１に密着する一方、ホルダ２側の端部４２は係止リングによってホルダ２の外周縁との間に挟み込まれており、ボールシャンク１の揺動あるいは回転運動によっても外れることがないようになっている。

次に、この実施例のボールジョイントの具体的製造方法について説明する。
この実施例のボールジョイントのホルダ２はボールシャンク１のボール部１０を中子として鋳造金型内にインサートしたダイカスト鋳造により製造される。このダイカスト鋳造に際しては、図２に示すように、上下に分割された一対の鋳造金型５，６内に対してボール部１０となるボールベアリング用鋼球を中子としてインサートし、この状態でアルミニウム合金又は亜鉛合金の溶湯を金型内のキャビティ７に圧入する。鋼球１０は金型６に設けられた支持座６０にセットされるが、溶湯の圧入によって鋼球１０がキャビティ７内で変位することがないよう、前記支持座６０には鋼球１０を磁気吸引するマグネット６１が配置されている。これにより、鋼球１０はキャビティ７内で強固に固定された状態となり、鋼球１０は支持座との当接部位を除き、前記キャビティ７内に注入された合金に覆われる。

このようなダイカスト鋳造により、ボール部（鋼球）１０を前記合金でくるんだホルダ２が鋳造される。鋳造されたホルダ２には金型６の支持座６０に対応した部位に開口部２４が形成され、ボール部１０はこの開口部２４からのみ露呈している。また、このダイカスト鋳造により、ボール受け部２０よりも薄肉のボール被覆部２５が開口部２４と反対側に形成され、このボール被覆部２５の外側は治具突き当て面２６として平坦面に形成されている。

次に、図３に示すように、ホルダ２のボール受部２０に包持されたボール部１０に対してシャンク１１を溶接する。かかる溶接にはプロジェクション溶接が用いられ、ボール受部２０の開口部２４から露呈するボール部１０の球面に対してシャンク１１の端面を所定の力Ｆ１で圧接させる一方、この加圧力Ｆ１を受け止めるようにして、前記開口部と反対側に形成された平坦な治具突き当て面２６に対して電極８を圧接させ、これらシャンク１１と電極８との間に溶接電流を通電して行われる。電極８は平坦な治具突き当て面２６に対して広い範囲で面接触しており、また、ボール受け部２０は鋳造後の収縮によってボール部１０の球面と隙間なく接触していることから、電極８、ボール受け部２０及びボール部１０の間には殆ど通電抵抗は存在せず、ボール部１０とシャンク１１との間にのみ大きな通電抵抗が存在する。このため、電極８とシャンク１１との間に溶接電流を通電すると、ボール部１０の球面とシャンク１１の端面を突き当てた部位が加熱溶融し、ボール部とシャンクとの溶接がなされる。

そして、このようにしてプロジェクション溶接が終了すると、ボール部１０がホルダ２のボール受部２０に包持されたボールシャンク１が完成する。尚、この実施例では鋼球を用いてホルダー２を鋳造した後に、かかる鋼球１０とシャンク１１を接合してボールシャンク１を完成させたが、先に鋼球１０とシャンク１１を接合してボールシャンク１を形成し、このボールシャンク１の先端に接合されたボール部（鋼球）１０のみを金型内にインサートしてホルダー２を後から鋳造するようにしても良い。

この状態では未だホルダー２のボール受け部２０がボールシャンク１のボール部１０を締めつけた状態にあり、ボールシャンク１をホルダー２に対して揺動又は回転運動させることは殆ど不可能である。従って、ボール部１０とボール受け部２０との間に微小な隙間を形成することが必要となる。先ずは、図４に示すように、ボール受け部２０に形成された治具突き当て面２６の中央部、すなわち薄肉のボール被覆部２５に対して球面状の押圧治具８０を当接させる一方、ボール受け部２０の開口部２４の周縁に対して円筒状の受け具８１を当接させ、両治具８０，８１の間に加圧力Ｆ２を作用させることによって、前記ボール被覆部２５をボールシャンク１の軸方向へ押圧する。

このようにして押圧治具８０でボール被覆部２５を加圧すると、かかるボール被覆部２５はボール受け部２０よりも薄肉に形成されていることから、ボールシャンク１のボール部１０をボール受け部２０の開口部２４から押し出す方向へ僅かに変形し、ボール部１０はボール被覆部２５を介してボールシャンク１の軸方向へ加圧されることになる。このとき、加圧力Ｆ２の作用方向に関し、ボール受け部２０には開口部２４が形成されていることから、かかる加圧力Ｆ２はボール受け部２０の開口部２４の近傍に集中的に作用することになり、加圧力Ｆ２が小さい場合であっても、開口部２４の近傍の摺接面２２が圧延され、ボール部１０をボール受け部２０に対して僅かに変位させることが可能となる。

加圧力Ｆ２を作用させた後、ボール部１０は僅かに変形したボール被覆部２５と開口部２４の近傍における摺接面２２との間に挟み込まれた状態にあり、依然としてボールシャンク１はホルダー２に対して自由に揺動することができない。従って、次の工程として、前記ボール被覆部２５を外側に向かって押し戻し、ボール部１０とボール受け部２０の摺接面２２との間に隙間を形成する。この工程では、ボール受け部２０の治具突き当て面２６を平坦な基盤治具８２に当接させ、ボールシャンク１に対して軸方向の加圧力Ｆ３を作用させる。この加圧力Ｆ３はボールシャンク１のボール部１０をホルダー２のボール受け部２０に押し込む方向に作用する。これにより、ボールシャンク１のボール部１０は前記加圧力Ｆ２によって変形したボール被覆部２５を押し戻すことになり、ボール部１０がボール受け部２０の摺接面とボール被覆部２５によって挟み込まれた状態が解消されることになる。

このボール被覆部２５の押し戻し工程では、加圧力Ｆ３の大きさを加減することにより、ボール被覆部２５の押し戻し量、換言すればボール受け部２０の摺接面２２とボール部１０との間に形成される隙間の大きさを調整することが可能となる。加圧力Ｆ３を小さめに設定すれば、ボール被覆部２５はボール部１０によって僅かに押し戻されるものの、依然としてボール部１０を押圧した状態となり、ボール受け部２０がボール部１０を締めつけている状態となる。従って、ボール部１０に対して予圧が作用している状態となり、ホルダー２に対するボールシャンク１の動きは重くなる。これに対し、加圧力Ｆ３を十分に大きく設定すれば、ボール被覆部２５はボール部１０によって完全に押し戻され、ボール受け部２０がボール部１０を締めつけている状態は解消される。従って、ボール部１０に対して予圧は全く作用せず、ホルダー２に対するボールシャンク１の動きは著しく軽くなる。

すなわち、この製造方法によれば、加圧力Ｆ３の大きさを加減することにより、ボールシャンク１のホルダー２に対する揺動又は回転運動の軽さを自在に調整することが可能であり、ボールジョイントの用途に応じてＦ３の大きさを加減すれば、かる用途に最適な予圧のボールジョイントを得ることができる。

そして、最後にシャンク１１とボール受け部２０の外周縁との間に前述したブーツシール４を取付け、このブーツシール４が形成するシールポケット４０にグリース等の潤滑剤を充填することにより、本実施例のボールジョイントは完成する。

本発明方法により製造されるボールジョイントの実施例を示す正面断面図である。 ホルダーをダイカスト鋳造する工程を示す断面図である。 ホルダーに包持されたボール部に対してシャンクを溶接する工程を示す断面図である。 ボール被覆部を介してボールシャンクの軸方向へボール部を押圧する工程を示す断面図である。 ボール部を介してボールシャンクの軸方向へボール被覆部を押し戻す工程を示す断面図である。

符号の説明

１…ボールシャンク、２…ホルダー、１０…ボール部、１１…シャンク、２０…ボール受け部、２５…ボール被覆部、２６…治具突き当て面

Claims (2)

1. シャンク部の先端にボール部を有するボールシャンクと、このボールシャンクのボール部を包持するボール受部を有して該ボールシャンクと相対的に揺動あるいは回転運動自在に連結するホルダーとを備えたボールジョイントの製造方法であって、
   前記ボールシャンクのボール部を鋳造金型内の保持座に固定した後、かかる保持座との接触面を除いて前記ボール部を包むボール受部をダイカスト鋳造し、前記保持座に対応して開口部が設けられると共に該開口部と反対側に薄肉のボール被覆部を有するホルダーを形成する工程と、
   前記ホルダーのボール被覆部に対して前記ボールシャンクの軸方向に作用する外力を与え、かかるボール被覆部を介して前記ボール部を押圧する工程と、
   ボールシャンクに対して軸方向に作用する外力を与え、ボール部を介してホルダーのボール被覆部を押し戻す工程と
   を備えたことを特徴とするボールジョイントの製造方法。
2. 前記ホルダーのボール受け部には、前記ボール被覆部が中央に位置する平坦面が形成され、前記ボール被覆部を介してボールシャンクのボール部を押圧する際には、かかる平坦面の中心に対して治具を突き当てる一方、ボール部を介してボール被覆部を押し戻す際には、かかる平坦面のボール被覆部の周囲に対して治具を突き当てることを特徴とする請求項１記載のボールジョイントの製造方法。

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