JP4933476B2 - ボールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載されるスタビライザに備えられるボールジョイントに関する。

例えば車両の懸架機構部におけるスタビライザとショックアブソーバとの接続部や、スタビライザとサスペンションアームとの接続部などのように、互いに相対変位する２つの部分を回転可能にかつ揺動可能に接続するためにボールジョイントが用いられている。

このボールジョイントは、スタッド部およびボール部を有するボールスタッドと、ボールスタッドのボール部が圧入されベアリング機能を有するボールシートと、ボールシートを収容するハウジングと、ハウジングを支持するサポートバーと、ボールシートとボールスタッドのボール部との間で行われる摺動および揺動運動を阻害する異物が侵入するのを防止するダストカバーとを備えている。

このボールジョイントの製造方法では、ハウジングとサポートバーとが別成形されており、プレス成形などにより製造されたハウジングに鉄鋼棒（例えばＳ２０Ｃ）のサポートバーを抵抗溶接またはＣＯ_２溶接で接合していた。

サポートバーなどを鋼材で形成した場合、ボールジョイントの構成部品である、ボールスタッド、ダストカバー、サポートバー、ボールシートのうち、ボールジョイント１個の重量の中でサポートバーが最も重くなる。例えば、サポートバーの軸方向の長さが３２５ｍｍのサポートバーの重さは２６０ｇであり、サポートバー以外の部品の総重量はおよそ１３０ｇであり、他部品の総重量の２倍となる。つまり、ボールジョイント１個の重量３９０ｇのうち、２／３がサポートバーの重量となっていた。そのため、ボールジョイントの重量が重くなり、車両の軽量化におけるボールジョイントの貢献が困難であった。

ハウジングとサポートバーとが別成形されている場合には、サポートバーがハウジングに抵抗溶接などで接合されているため、サポートバーの軸方向に引張荷重または圧縮荷重を付加した耐久試験を実施すると、所定回数前に溶接部から破損することが判明している。そのため、一体成形されたハウジングおよびサポートバーに対し、接合部分に強度上の不安があり、ボールジョイントの信頼性の確保に不安を残していた。

一方、ハウジングとサポートバーとをアルミニウムなどで一体成形するボールジョイントの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。この製造方法では、まず射出成形によりボールスタッドのボール部に樹脂ライナ（ボールシート）を成形する。次いで、ハウジングおよびサポートバーを成形するための型内にボール部および樹脂ライナを中子としてインサートする。次いで、ダイキャスト成形により樹脂ライナを覆うハウジングおよびハウジングを支持するサポートバーを亜鉛合金またはアルミ合金で一体成形する。次いで、ボール部にスタッド部を接続していた。

特開２００４−３１６７７１号公報

しかしながら上記提案に係る技術では、ダイキャスト成形のときにボールスタッドのボール部およびボールシートを中子にして溶解したアルミ合金を注入するため、樹脂製のボールシートの外表面が劣化する。そのため、ボール部との接触部分のボールシートは良好に保たれるが樹脂肉厚の微妙な不均一は免れないので、ボールスタッドの摺動および揺動運動のときの動作が不安定になる。つまり、引張荷重や圧縮荷重をボールスタッドの軸方向またはボール部の半径方向に付加したとき、ボールシートの撓み量がばらつき、ボールスタッドの摺動および揺動運動のときの動作が不規則になる。その結果、ボールジョイントの性能を十分に発揮することができず、十分な信頼性のあるボールジョイントとはいえなかった。

また、ダイキャスト成形のときにボールスタッドのボール部およびボールシートを中子にするため、ボール部にスタッド部が接続されているとハウジングおよびサポートバーをダイキャスト成形することができない。そのため、ハウジングおよびサポートバーをダイキャスト成形した後に、ボール部にスタッド部を抵抗溶接などで接合してボールスタッドを成形していた。したがって、スタッド部とボール部との接合部分に強度上の不安があり、ボールジョイントの信頼性の確保に不安を残していた。

そこで本発明は、信頼性が高く軽量なボールジョイントを提供することを目的とする。

本発明のボールジョイントは、柱状のスタッド部と、側面が球状でかつ中心を前記スタッド部の軸線上に位置させるボール部とを有するボールスタッドと、前記ボール部と相対回転自在にかつ揺動自在に嵌合する球面状の凹部を有する樹脂製のボールシートと、前記ボールシートを収容する樹脂製のハウジングと、前記ハウジングと一体成形される樹脂製のサポートバーとを備え、前記サポートバーは、その軸線に沿う中央部を構成するバー部を備え、前記サポートバーは、前記サポートバーの軸方向に延設されるとともに前記バー部と一体成形される凸条を円周方向に複数有し、それら凸条は放射状に形成され、凸条の幅は径方向外側に向かうに従って狭くなっていき、凸条同士の間が外部に開放されていることを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングとサポートバーとが一体成形されているため、サポートバーの軸方向に圧縮荷重や引張荷重などがかかった場合、ハウジングとサポートバーとの境目部分が荷重に耐える。そのため、サポートバーの軸方向に荷重がかかった場合、ハウジングとサポートバーとの境目部分から破損するのを防止することができる。つまり、サポートバーの軸方向にかかる荷重に対する耐久性が向上し、ボールジョイントの強度を高めることができる。その結果、ボールジョイントの信頼性を向上させることができる。また、ボールジョイントの軽量化を図ることができる。さらに、アルミ合金のような電食に対する配慮も不要となる。

本発明の樹脂としては、ポリフェニレンサルファイドまたはポリエーテルエーテルケトンなどが好適である。例えば、ポリフェニレンサルファイドまたはポリエーテルエーテルケトンなどの材料では、ハウジングやサポートバーをインジェクションするときの射出条件を選定すれば、ばりなどの発生を防止することができる。また、ポリフェニレンサルファイドまたはポリエーテルエーテルケトンなどの材料は、ボールシートの熱かしめ部をかしめるときの熱に耐えられる耐熱性や強度を備えている。

本発明において、前記サポートバーは、前記サポートバーの軸方向に延設され、前記バー部と一体成形される凸条を円周方向に複数有することを特徴とすることが望ましい。この態様によれば、サポートバーの軸方向に圧縮荷重がかかった場合、サポートバーが座屈するのを防止することができる。つまり、サポートバーの剛性を高めることができる。また、使用する樹脂が減ることによる軽量化およびコストダウンを図ることができる。

本発明において、前記ハウジングは、底面側の外径に比べて、上端側の外径が大きくなるように形成されることが望ましい。この態様によれば、ハウジングには凹部があるので、強度的に弱い部分となる上端側の強度を上げることができる。そのため、ハウジングにサポートバーの軸方向に向かって引張荷重がかかった場合、ハウジングが荷重に耐え、ハウジングが破損するのを防止することができる。つまり、ハウジングの強度を高めることができる。また、使用する樹脂が減ることによる軽量化およびコストダウンを図ることができる。

本発明において、一端が前記スタッド部に接触し、他端が前記ハウジングの上端に接触するダストカバーと、前記ハウジングの上端に、前記ボールスタッドが揺動するとき前記ダストカバーが接地する部分を平坦になるように形成される上端部と、前記サポートバー側に前記上端部と平坦になるように形成される平坦部とを備えることが望ましい。この態様によれば、ボールスタッドが揺動するときにダストカバーが接地する部分全体が平坦となる。そのため、ボールスタッドが揺動するときにダストカバーが角部などの突起部分に接触するのを防止し、ダストカバーが破損するのを防止することができる。

本発明によれば、信頼性が高く軽量なボールジョイントを製造できる。

（実施形態にかかるボールジョイントの構成）
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、ボールジョイントを示す図である。図２は、ボールジョイントが揺動した場合示す図である。図３は、軸支部材の一部を示す斜視図である。図４は、サポートバーを示す図３におけるＸ−Ｘ断面図である。図５は、軸支部材の第１の変形例を示す斜視図である。図６は、軸支部材の第２の変形例を示す斜視図である。図７は、軸支部材の第３の変形例を示す斜視図である。図８は、サポートバーの変形例を示す断面図である。図８（ａ）は、サポートバーの第１の変形例を示す断面図である。図８（ｂ）は、サポートバーの第２の変形例を示す断面図である。

ボールジョイント１０は、図１，図２に示すように、ボールスタッド１００と、ハウジング２２０などを備える軸支部材２００と、ダストカバー３００などを備えている。このボールジョイント１０は、ボールスタッド１００と、このボールスタッド１００をユニバーサルに軸支する軸支部材２００とを主体として構成され、図示省略した板状の取付部材に固定される。ボールジョイント１０は、スタビライザの接続部などに用いられる。

サポートバー２３０の両側には、図１，図２に示すように、ハウジング２２０が設けられている。スタビライザの接続部では、ハウジング２２０の取り付けられている方向が同じ方向の場合、位相角が０度となる。したがって、図１，図２に示すように両側のハウジング２２０が共に上側に向けて設けられている場合、位相角が０度となる。一方、一方のハウジング２２０が上側に向けて設けられ、他方のハウジング２２０が下側に向けて設けられている場合、位相角が１８０度となる。

ボールスタッド１００は、金属製で一体成形されている。ボールスタッド１００は、図１，図２に示すように、スタッド部１１０と、ボール部１２０と、鍔部１３０と、ねじ部１４０と、凸部１５０と、テーパー部１６０とを有している。ボールスタッド１００は、円柱状のスタッド部１１０の一端部にボール部１２０が形成されたものである。ボール部１２０の中心は、スタッド部１１０の軸線上に位置している。ボールスタッド１００には、スタッド部１１０の軸方向中間部に鍔状の鍔部１３０およびダストカバー３００がずれるのを防止する凸部１５０が形成されている。また、ボールスタッド１００には、スタッド部１１０の鍔部１３０から先端側、すなわちボール部１２０とは反対側の周面にねじ部１４０が形成され、ボール部１２０側にテーパー部１６０が形成されている。

ボールスタッド１００は、ねじ部１４０が形成されたボールスタッド１００の先端部が図示省略した取付部材に形成された孔に通され、ねじ部１４０に図示省略したナットをねじ込んで取付部材に締め付けられることにより、ボールスタッド１００の鍔部１３０とナットで取付部材を挟んで締結される。

軸支部材２００は、図１，図２に示すように、ボールシート２１０と、ハウジング２２０と、サポートバー２３０とを備えている。

ボールシート２１０は、ポリアセタールやポリブチレンテレフタレートなどの硬質樹脂で形成されている。ボールシート２１０は、鍔部２１１と、凹部２１２と、熱かしめ部２１３とを有している。ボールシート２１０は、上端縁に鍔部２１１を有する有底円筒状である。ボールシート２１０は、内部に球面状の凹部２１２が形成され、外側底面にボールシート２１０をハウジング２２０に固定するための熱かしめ部２１３が形成されている。

ハウジング２２０は、ポリフェニレンサルファイドあるいはポリエーテルエーテルケトンなどの樹脂で形成されている。ハウジング２２０は、上端部２２１と、孔部２２２と、凹部２２３と、平坦部２２４とを有している。ハウジング２２０は、上端に上端部２２１および平坦部２２４が形成されている。ハウジング２２０は、内部にボールシート２１０が収容される凹部２２３が形成されている。ハウジング２２０は、底面にボールシート２１０の熱かしめ部２１３が挿入される孔部２２２が形成されている。ハウジング２２０は、ボールシート２１０を収容する。具体的には、ボールシート２１０は、ボールシート２１０に設ける熱かしめ部２１３をハウジング２２０の孔部２２２に嵌合させた状態で熱かしめ部２１３が熱でかしめられ、ハウジング２２０に固定される。

ハウジング２２０の底面側の外径に比べて、ハウジング２２０の上端側の外径が大きくなるように形成されている。具体的には、ハウジング２２０は、外周壁の全体がテーパー状に形成されており、ハウジング２２０の底面側からハウジング２２０の上端側に向けて外径が徐々に大きくなるように形成されている。

なお、この実施形態に限らず、ハウジング２２０の上端側の外径が大きくなるように形成される実施形態として、図５に示すように外壁の一部がテーパー状に形成されている実施形態としてもよい。あるいは、図６に示すように円筒状のハウジング２２０の上端側に鍔部を設ける、または図７に示すように円筒状のハウジング２２０としてもよい。

このように、ハウジング２２０の底面側の外径に比べて、ハウジング２２０の上端側の外径が大きくなるように形成されているため、強度的に弱い部分となる上端側の強度を上げることができる。そのため、ハウジング２２０にサポートバー２３０の軸方向に向かって引張荷重がかかった場合、ハウジング２２０が荷重に耐え、ハウジング２２０が破損するのを防止することができる。つまり、ハウジング２２０の強度を高めることができる。また、使用する樹脂が減ることによる軽量化およびコストダウンを図ることができる。

平坦部２２４は、図１〜図３に示すように、サポートバー２３０側のハウジング２２０の上端に設けられている。平坦部２２４は、ハウジング２２０の上端部２２１と平坦になるように設けられている。一方、上端部２２１は、ボールスタッド１００が揺動するときにダストカバー３００が接地する部分を平坦になるように形成されている。

平坦部２２４と上端部２２１とを設けることにより、ボールスタッド１００が揺動するときにダストカバー３００が接地する部分全体が平坦となる。そのため、ボールスタッド１００が揺動するときにダストカバー３００が角部などの突起部分に接触するのを防止し、ダストカバー３００が破損するのを防止することができる。

サポートバー２３０は、ポリフェニレンサルファイドあるいはポリエーテルエーテルケトンなどの樹脂で形成されている。サポートバー２３０は、ハウジング２２０と一体成形されている。サポートバー２３０は、ハウジング２２０の外周壁にハウジング２２０の径方向に延びるように設けられている。サポートバー２３０は、図１〜図３に示すように、バー部２３１と、凸条２３２と、支持部２３３とを有している。バー部２３１は、サポートバー２３０の軸線に沿う中央部を構成する。

なお、ハウジング２２０とサポートバー２３０とが成形される型を考慮して、位相角が０度または１８０度の場合に、ハウジング２２０とサポートバー２３０とを一体成形する実施形態が好適である。

このようにハウジング２２０とサポートバー２３０とを一体成形しているため、サポートバー２３０の軸方向に圧縮荷重や引張荷重などがかかった場合、ハウジング２２０とサポートバー２３０との境目部分が荷重に耐える。そのため、サポートバー２３０の軸方向に荷重がかかった場合、ハウジング２２０とサポートバー２３０との境目部分から破損するのを防止することができる。つまり、サポートバー２３０の軸方向にかかる荷重に対する耐久性が向上し、ボールジョイント１０の強度を高めることができる。その結果、ボールジョイント１０の信頼性を向上させることができる。

凸条２３２は、サポートバー２３０の軸方向に延設されている。凸条２３２は、バー部２３１と一体成形されている。凸条２３２は、円周方向に複数設けられている。具体的には、凸条２３２は、図４に示すように、６個設けられている。サポートバー２３０には、サポートバー２３０の両端のハウジング２３０の位相角が０度または１８０度であるため、ハウジング２２０の凹部２２３の開口方向を上下としたときに、水平方向に一対の凸条２３２が対向するように設けられている。

なお、凸条２３２が６個設けられている実施形態に限らず、図８に示すように４個の凸条２３２を設ける実施形態としてもよい。また、図８（ａ）に示すように、凸条２３２と凸条２３２との谷を形成する場合に限らず、図８（ｂ）に示すように、凸条２３２と凸条２３２との間に凸部２３２ａを設けてもよい。

さらに、８個の凸条を設ける実施形態としてもよい。この場合には、射出成形での半割り型からサポートバーの取り外しやすさなどを考慮して、８個の凸条のうち半割り型に引っ掛かり、半割り型から容易に取り外せなくなる部分であるオーバーハング部となりそうな凸条を、オーバーハング部となりそうにない凸条より小さく形成してオーバーハング部とならないようにする。このように、凸条の数が偶数の場合に限らず奇数の場合でもよく、凸条が複数設けられていればよい。

このように複数の凸条２３２を延設することにより、サポートバー２３０の軸方向に圧縮荷重がかかった場合、サポートバー２３０が座屈するのを防止することができる。つまり、サポートバー２３０の剛性を高めることができる。また、使用する樹脂が減ることによる軽量化およびコストダウンを図ることができる。

支持部２３３は、図３に示すように、ハウジング２２０側のバー部２３１の両側に設けられている。支持部２３３は、水平方向のハウジング２２０の外周壁からの接線をバー部２３１に下ろしたときの内側の形状になるように形成されている。具体的には、水平位置にある一対の凸条２３２が凸条２３２の幅を拡張するように形成されている。支持部２３３は、水平方向からハウジング２２０またはサポートバー２３０に荷重がかかった場合、ハウジング２２０またはサポートバー２３０を支持する。そのため、その荷重によりハウジング２２０とサポートバー２３０との境目部分から破損するのを防止する。

なお、支持部２３３の形状はこの実施形態に限らず、ハウジング２２０の外周壁からの接線を円弧状に形成される支持部など、水平方向からハウジング２２０またはサポートバー２３０に荷重がかかった場合、ハウジング２２０またはサポートバー２３０を支持する形状であればよい。

ダストカバー３００は、図１，図２に示すように、ゴム製で笠状に形成されている。ダストカバー３００は、大径側の端縁がボールシート２１０の鍔部２１１とハウジング２２０の上端部２２１との間に挟まれて固定され、小径側の端縁がボールスタッド１００の鍔部１３０に掛止され、凸部１５０にずれを止められて固定されている。そのため、ダストカバー３００によりシール性が確保され、ボールシート２１０の凹部２１２にゴミが侵入するのを防止する。ダストカバー３００は、図２に示すように、ボールスタッド１００が揺動するとき、上端部２２１および平坦部２２４に接地する。

ボールジョイント１０の重量は、例えば、ハウジングやサポートバーが鉄鋼製のボールジョイント１個の重量が３９０ｇであるのに対して、軸方向の長さが３２５ｍｍのサポートバー２３０の場合、サポートバー２３０の重さが１０５ｇとなり、ボールジョイント１０全体として２３５ｇとなる。そのため、１５５ｇ程度の軽量化が図られる。

（実施形態にかかるボールジョイントの製造方法）
次に、実施形態にかかるボールジョイント１０の製造方法について図面を参照して説明する。図９は、ボールジョイントの製造方法を示すフローチャートである。

まず、インジェクションにより孔部２２２および凹部２２３を有するハウジング２２０とサポートバー２３０とを樹脂で一体成形する射出成形工程を行う（Ｓ１０１）。次いで、ハウジング２２０の凹部２２３にボールシート２１０を挿入して固定する固定工程を行う（Ｓ１０２）。この固定工程では、ボールスタッド１００のボール部１２０がボールシート２１０の凹部２１２に圧入されたボールシート２１０を、ハウジング２２０の凹部２２３に圧入する。そして、ハウジング２２０の底面に成形された孔部２２２に挿入されたボールシート２１０の底面に設けられる熱かしめ部２１３を熱でかしめるかしめ工程を行う。以上のような工程によりボールジョイント１０が完成する。

なお、ハウジング２２０の凹部２２３にボールシートを固定する固定工程としては、この実施形態に限らず、ハウジングの凹部に接着層を設けてボールシートをハウジングの凹部に固定する実施形態としてもよい。

この製造方法によれば、圧縮荷重によるサポートバー２３０の曲がりを考慮すると、最大応力部であるサポートバー２３０の中央から端部に向かって外径を緩やかに小さくすることが、射出成形工程の型の形状を設定することにより可能となる。そのため、バー部２３１の応力を均等とすることができ、ボールジョイント１０の重量をより軽量にすることができる。

この製造方法のボールジョイントでは、ハウジング２２０とサポートバー２３０とを一体成形するため、サポートバー２３０の軸方向に圧縮荷重や引張荷重などがかかった場合、ハウジング２２０とサポートバー２３０との境目部分が荷重に耐える。そのため、サポートバー２２０の軸方向に荷重がかかった場合、ハウジング２２０とサポートバー２３０との境目部分から破損するのを防止することができる。つまり、サポートバー２３０の軸方向にかかる荷重に対する耐久性が向上し、ボールジョイント１０の強度を高めることができる。その結果、ボールジョイント１０の信頼性を向上させることができる。また、ボールジョイント１０の軽量化を図ることができる。

本発明は、自動車などの車両に搭載されるスタビライザなどに利用することができる。

ボールジョイントを示す図である。 ボールジョイントが揺動した場合示す図である。 軸支部材の一部を示す斜視図である。 サポートバーを示す図３におけるＸ−Ｘ断面図である。 軸支部材の第１の変形例を示す斜視図である。 軸支部材の第２の変形例を示す斜視図である。 軸支部材の第３の変形例を示す斜視図である。 サポートバーの変形例を示す断面図である。 ボールジョイントの製造方法を示すフローチャートである。

１０…ボールジョイント、１００…ボールスタッド、１１０…スタッド部、１２０…ボール部、２１０…ボールシート、２１２…凹部、２２０…ハウジング、２２１…上端部、２２３…凹部、２２４…平坦部、２３０…サポートバー、２３１…バー部、２３２…凸条、３００…ダストカバー。

Claims (3)

1. 柱状のスタッド部と、側面が球状でかつ中心を前記スタッド部の軸線上に位置させるボール部とを有するボールスタッドと、
   前記ボール部と相対回転自在にかつ揺動自在に嵌合する球面状の凹部を有する樹脂製のボールシートと、
   前記ボールシートを収容する樹脂製のハウジングと、
   前記ハウジングと一体成形される樹脂製のサポートバーとを備え、
   前記サポートバーは、その軸線に沿う中央部を構成するバー部を備え、
   前記サポートバーは、前記サポートバーの軸方向に延設されるとともに前記バー部と一体成形される凸条を円周方向に複数有し、それら凸条は放射状に形成され、
   前記凸条の幅は径方向外側に向かうに従って狭くなっていき、前記凸条同士の間が外部に開放されていることを特徴とするボールジョイント。
2. 前記ハウジングは、底面側の外径に比べて、上端側の外径が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のボールジョイント。
3. 一端が前記スタッド部に接触し、他端が前記ハウジングの上端に接触するダストカバーと、
   前記ハウジングの上端に、前記ボールスタッドが揺動するとき前記ダストカバーが接地する部分を平坦になるように形成される上端部と、
   前記サポートバー側に前記上端部と平坦になるように形成される平坦部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のボールジョイント。

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