JP5975783B2 - ボールジョイント - Google Patents

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Description

本発明は、車両のサスペンション部やロボットのアーム部等に用いられるボールジョイントに関する。
従来から、ボールジョイントとして、ボール部を有するボールスタッドと、ソケット(ハウジング)と、ソケット内に収容されたボールシートとを備え、ボール部がボールシートに回転摺動可能に支持されたものが知られている(特許文献1〜3等)。
特許第4863638号 特開2012−021600号公報 特開2012−17751号公報
上記ボールシートは、一般的に樹脂からなるため摺動性及び摩耗性が良好でない。このため、従来のボールジョイント(特許文献1〜3等)では、ボールシート上でボール部が回転摺動しにくく、また、ボールシートの摩耗量が大きいため耐久性が低い。さらに、前記の樹脂は比較的硬い樹脂が使われているため、ボール部に加わる衝撃を吸収できない。前記の摺動性を改善するためにボール部とボールシートとの間に隙間を設け、ボール部の摺動性向上を図ったものが知られているが、隙間を設けることでガタ付きによる振動音が発生したり、ボールシートの異常摩耗が発生したりする。
そこで、本発明は、ボール部の摺動性が良好であるとともに耐久性に優れ、またボール部に加わる衝撃を吸収可能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、ボール部と前記ボール部の外周面から径方向に突出した軸部とを有するボールスタッドと、前記ボール部を保持する保持体と、前記ボール部の外周面に沿って前記ボール部と前記保持体との間に、前記ボール部が回転摺動可能となるように配置された外周部材と、前記軸部の基端部を全周にわたって覆う筒状のカバー部材とを備え、前記外周部材はゴム又は樹脂が含浸された布からなる。また、前記カバー部材の一端が前記軸部に固定され、前記カバー部材が前記外周部材と一体形成され、前記外周部材が、前記カバー部材内に延在している。
本発明によると、ボール部と保持体との間に布(外周部材)を配置することによりボール部の摺動性を良好にすることができる。また、布(外周部材)をボール部の外周面に沿って配置してボール部と外周部材との間に隙間が生じないようにできるのでガタ付きを防止できる。さらに、外周部材にゴム又は樹脂が含浸されていることにより、耐摩耗性及び衝撃吸収力に優れた外周部材となるため、耐久性に優れたボールジョイントを得ることができる。
また、カバー部材が外周部材と一体形成されていることにより、カバー部材内部への異物の侵入箇所をカバー部材の軸部への固定部分だけにすることができる。これにより、カバー部材内部への異物侵入率を低下させることができる。また、ボールジョイントの組み立て工程数を少なくできる。
さらに、カバー部材はボール部が回転摺動するのに伴って軸部の傾斜方向に引っ張られたり圧縮したりするため亀裂等が生じ破損しやすいが、カバー部材内に破損しにくい布(外周部材)を延在させることによりボール部が回転摺動してもカバー部材の破損を抑止できる。また、カバー部材内に布が延在していると、異物が衝突した場合、ゴムからなるカバー部材よりも亀裂等の損傷が生じにくく、亀裂等が生じても進展しにくい。
また、前記外周部材に固体潤滑剤が含まれていることが好ましい。外周部材に固体潤滑剤を含ませることにより、ボール部の摺動性を向上させることができるので、ボール部が滑らかに回転摺動できる。
さらに、本発明において、前記保持体が、前記外周部材よりも弾性率の小さい材料からなることが好ましい。保持体と外周部材が異なる弾性率(硬さ)を有し、保持体を外周部材よりも軟らかくすることにより、外部からボールジョイントへ加わる衝撃をこの保持体で吸収できることで、ボール部の回転摺動への影響を効果的に低減できると共に機械本体への振動の伝達を抑制できる。
本発明のボールジョイントによると、ボール部と保持体との間に布(外周部材)を配置することによりボール部の摺動性を良好にすることができる。また、布(外周部材)をボール部の外周面に沿って配置してボール部と外周部材との間に隙間が生じないようにできるので、ガタ付きを防止できる。さらに、外周部材にゴム又は樹脂が含浸されていることにより、耐摩耗性及び衝撃吸収力に優れた外周部材となるため、耐久性に優れたボールジョイントを得ることができる。
本発明の第1実施形態に係るボールジョイントの断面図である。 ボールジョイントを組み立てる方法を順に示した断面図である。 本発明の第2実施形態に係るボールジョイントの断面図である。 本発明の第3実施形態に係るボールジョイントの断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
ここでは、本発明の第1実施形態であるボールジョイント100について、図1,2を参照しつつ以下に説明する。
〔ボールジョイント〕
図1に示すように、ボールジョイント100は、ボールスタッド1と、略筒状のハウジング2と、ハウジング2内部に収納された保持体3と、ダストカバー(カバー部材)4とを備えている。
(ボールスタッド)
ボールスタッド1は、金属材料からなり、ハウジング2内部に収容されたボール部11と、ボール部11の外周面から径方向に突出した軸部12とを有する。ボール部11は保持体3により保持され、ボール部11と保持体3との間にはボールシート(外周部材)5が配置されている。ボールシート5はボール部11の外周面に沿って設けられ、上部がダストカバー4内に延在することによりダストカバー4と一体になっている。また、保持体3とダストカバー4とボールシート5とは一体成型されている。ボールシート5の詳細については後述する。
(ハウジング)
ハウジング2は、上端及び下端が開口した金属製の部材であり、下端の開口がキャップ6により塞がれている。キャップ6は、ハウジング2の下端部の内壁面に形成された溝21に嵌合している。また、ハウジング2の上端部には内部空間に向かって突出した縁部22が形成され、縁部22により保持体3がハウジング2の外部に抜けるのを防いでいる。
(保持体)
保持体3は、合成樹脂やゴム等の弾性を有する材料からなり、ボールシート5よりも弾性率の小さい材料からなる。このため、保持体3はボールシート5よりも柔らかい。また、保持体3には、ボール部11が嵌合可能な略球状の凹部31と凹部31の下端面から下方に延在した孔32とが形成されている。孔32は保持体3がキャップ6により下方から押圧されたときの逃げしろとなっている。また、保持体3はダストカバー4と一体となっている。
(ダストカバー)
ダストカバー4は、ボールスタッド1の軸部12の基端部12aを全周にわたって覆った筒状の部材であり、保持体3と同じ合成樹脂やゴム等の弾性を有する材料から形成されている。ダストカバー4は、ハウジング2の縁部22から径方向に膨らんだ膨出部41と膨出部41の上方で軸部12に固定された固定部42とを有し、ボールスタッド1に接していない。膨出部41は軸部12から離れて配置されているのに対し、固定部42は軸部12に当接している。また、膨出部41の下端部にはハウジング2の上端の高さまでボールシート5が内在している。膨出部41は、ボール部11が回転摺動するのに伴って軸部12の傾斜方向に引っ張られたり圧縮したりする。
固定部42は、膨出部41よりも径が小さな略円環状に形成され、内側に軸部12が挿入されている。また、固定部42は膨出部41よりも厚みが厚く、垂直断面形状(中央を挟んだ一方)は縦(高さ)が横(水平方向長さ)よりも長い長方形状となっている。固定部42の内周面には径方向内側に向かって突出した凸部44が形成され、凸部44が軸部12の凹部13に嵌合することにより固定部42が軸部12に固定されている。
(ボールシート)
ボールシート5は、ボール部11の外周面に当接するように配置された当接部51と、ボール部11から離れるように当接部51から延在した延在部52とを有し、ボール部11を回転摺動可能となるように保持している。当接部51はボールシート5のボール部11に接しているが、延在部52がボールシート5に接していない。また、ボールシート5の底部には穴が形成され、穴の縁部からボールシート5が下方に延びている。
上記ボールシート5はゴム又は樹脂が含浸された布からなる。ボールシート5の主体に布が用いられていることによりゴム等からなるシートよりもボール部11の摺動性を良好にできるとともにボールシート5とボール部11との隙間が生じないようにすることができる。また、布にゴム又は樹脂が含浸されていることにより、布だけからなるシートよりも耐摩耗性及び衝撃吸収力に優れるとともに、保持体3やボール部11への接着性が良好である。
<布>
ボールシート5の布には、一般的な材質の繊維(糸)で構成された布を使用することができ、例えば、アラミド、ナイロン、ウレタン、木綿、絹、麻、アセテート、レーヨン、フッ素を含む繊維、ポリエステル等の材質の繊維(糸)、及びこれらを組み合わせたものを用いて、織ったり、編んだりされたものを使用することができる。また、不織布のように、繊維(糸)を絡ませた状態のものも使用することができる。本実施形態では、これらをシート状に形成したものが用いられている。また、繊維(糸)間の摩擦を抑えるために、糸表面をシリコン、テフロン(登録商標)、油剤等でコーティングした繊維(糸)を用いてもよい。
なお、ボール部11の外周面及び保持体3の内周面は略球状の曲面であり、ボールシート5はボール部11の外周面に沿ってこれら曲面間に配置される。ボール部11は曲面状の保持体3上を摺動することから、ボールシート5にシワ等が存在すると、その部分はボール部11が摺動する際の抵抗となり、その部分で摺動抵抗が増したり、異常摩耗の原因となったりする。そこで、ボールシート5にシワ等が発生しないようにするため、伸縮性を有する布を用いることが好ましい。このような布を用いると、ボールシート5を保持体3の曲面(摺動面)に配置する際に布を保持体3又はボール部11の曲面に沿って伸ばしながら保持体3又はボール部11に貼り付けることにより、ボールシート5にシワ等が発生するのを防止できる。
布は、繊維(糸)を織ったり、編んだり、絡めたりして形成されるので、繊維(糸)の織り方や編み方、絡め方を工夫することにより布に伸縮性を付与することができるが、一般的には、布を構成する糸自体に伸縮性(伸びる特性)を与えておき、その糸を使って(縮めた状態で)布を加工する(例えば、織る)ことにより、伸縮性を付与する。このような方法で形成された布は糸の伸縮方向に伸縮する。一方、織布は横糸と縦糸とを交互に通して織ることにより構成されるので、横糸や縦糸に伸縮性を有する糸を用いることにより伸縮性を付与することができる。例えば、横糸にウーリー加工が施されたナイロン糸(以下では、ウーリー加工糸と称する。)を用いると、横方向に伸縮可能な織布が得られる。また、縦糸にもウーリー加工糸を用いると、縦方向及び横方向だけでなく斜め方向にも伸縮可能な織布が得られる。なお、伸縮性を有する糸には、ウーリー加工糸だけでなく、カバーリング加工糸などの様々な糸を用いることができる。
<ゴム>
上述した布に含浸されるゴムは、布を含浸処理できるものであればよく、例えば、ウレタンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロヒドリンゴム、水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム等を単独で、又はこれらのゴムを各種変性処理したものを使用することができる。これらのゴムは、単独で使用することができるほか、複数種のゴムをブレンドして用いることもできる。また、ゴムには、加硫剤のほか、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、及び、着色剤等の従来からゴムの配合剤として使用していたものを適量配合することができる。これら以外に、布の潤滑性を向上させるために、グラファイト、シリコンオイル、フッ素パウダー、又は二硫化モリブデン等の固体潤滑剤がゴムに含まれていてもよい。
<樹脂>
上述した布に含浸される樹脂として、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、PET樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン、AS樹脂、ABS樹脂、PEEK樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、アルキド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性樹脂、又は熱硬化樹脂を用いることができる。
<ゴム又は樹脂の布への含浸処理方法>
前記布のゴムまたは樹脂の含浸処理方法としては、まずゴム又は樹脂を溶剤に溶かして液状にし、得られた溶液に布を浸す(ディッピング処理)。その後、布を取り出し、布から余分な溶液を落として乾燥させることで、本発明に使用する布を得る。このような処理によってゴム又は樹脂を布に付着させることにより、ボールシート5の耐摩耗性、衝撃吸収性及び接着性を向上させることができる。なお、ゴム又は樹脂の付着量が多すぎると、耐摩耗性、衝撃吸収性及び接着性が向上するが、糸が処理剤で拘束されることにより伸縮性が低下する。一方、ゴム又は樹脂の付着量が少なすぎると、処理前の伸縮性を維持できるが、良好な耐摩耗性、衝撃吸収性及び接着性が得られない。接着性が低下すると、使用時にボールシート5がボール部11や保持体3から剥がれてしまうといった不具合を招きやすい。そこで、ゴム又は樹脂の付着量を10g/m以上100g/m以下とすることが好ましい。なお、上記付着量は一例であり、これに特定されるものではない。
また、前記ゴムまたは樹脂を含浸処理した布の片面へ、ゴムをコーティングした布も好適に使用できる。コーティングした面を、保持体3又はボール部11に貼り付ける面とすることで接着性を向上できる。また、ゴムがコーティングされることで布自体の弾性力がアップすることから、衝撃吸収性が向上する効果がある。
また、ボールシート5には固体潤滑剤が含まれていてもよい。ボールシート5を構成する布や含浸処理するゴム自体に固体潤滑剤が含まれることで、ボールシート5自体の潤滑性がアップする。固体潤滑剤には、例えばグラファイト、シリコンオイル、フッ素パウダー、又は二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を、好適に使用できる。
上述した方法により製造されたボールシート5をボール部11と保持体3との間に配置すると、ボールシート5は含浸されたゴム又は樹脂によりボール部11や保持体3に接着するが、接着剤を用いるとこれらの接着性をさらに高めることができる。接着剤には、一般的な接着剤を使用することができ、例えば、アクリル樹脂系接着剤、オレフィン系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、エチレン−酢酸ビニル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、塩化ビニル樹脂系接着剤、クロロプレンゴム系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、シリコン系接着剤、スチレン−ブタジエンゴム系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、ホットメルト接着剤、フェノール樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤、及びレゾルシノール系接着剤等を用いることができる。接着剤を用いるときは、接着剤を加熱融解した状態にして流動性を付与した上でボールシート5(又はボール部11や保持体3)に塗布し冷却することにより硬化・接着する方法や、接着剤を加熱することで硬化接着させる方法等がある。
次に、ボールジョイント100を組み立てる方法について、図2を参照しつつ説明する。
先ず、図2(a)に示すように、ボールシート5が保持体3の内面に貼り付けられ、保持体3、ダストカバー4及びボールシート5が一体的に成型された部材を用意する。このとき、ボールシート5は保持体3の曲面に沿って伸ばされながら保持体3に貼り付けられているため、ボールシート5の表面にはシワが発生していない。また、ボールシート5と保持体3が一体成型される際、ボールシート5の表面に接着剤を塗布した後成型してもよい。なお、図2(a)に示す状態では、ダストカバー4が軸方向に延在した略円筒状となっており、径方向に膨らんでいない。
次に、ボールスタッド1のボール部11を保持体3に嵌合するとともにボール部11をボールシート5に押しつけることにより、ボールスタッド1を保持体3に組み付ける。本実施形態では、ダストカバー4とボールシート5とが一体となっているため、ボール部11を保持体3に嵌合するのにともなって、ボールスタッド1の軸部12がダストカバー4内に挿入されることによりダストカバー4が軸部12に装着される(図2(b)参照)。尚、保持体3が、合成樹脂やゴム等の弾性を有する材料から構成されていることで、前記ボール部11を保持体3に嵌合する際、保持体3の上部の入り口を変形でき、入り口よりも大きな形状のボール部11を保持体3の内部へ嵌合することが可能となる。
続いて、図2(b)に示すように、ボールスタッド1が組み付けられた保持体3をハウジング2の下端の開口からハウジング2内に収納する。
そして、図2(c)に示すように、キャップ6で保持体3を下方から押圧しながら、ハウジング2の下端部の開口を塞ぐ。保持体3が下方から押圧されることで、一部が孔32へ逃げるとともにボールシート5がボール部11の外周面に当接することによりボールシート5とボール部11との隙間が生じないようにできる。
最後に、図2(d)に示すように、ダストカバー4の固定部42を軸部12に沿って押し下げ、固定部42の凸部44を軸部12の凹部13に嵌合することにより固定部42を軸部12に固定する。これにより、ダストカバー4の膨出部41が径方向に膨らむ。
以上に述べたように、本実施形態のボールジョイント100によると、ボール部11と保持体3との間に布によるボールシート5が配置されているので、ボール部11の摺動性を良好にすることができる。また、ボールシート5をボール部11の外周面に沿って配置し、ボールシート5とボール部11との間に隙間が生じないようにできるのでガタ付きを防止できる。さらに、ボールシート5の布にゴム又は樹脂が含浸されていることにより、耐摩耗性及び衝撃吸収力に優れたボールシート5となるため、耐久性に優れたボールジョイント100を得ることができる。
また、ダストカバー4とボールシート5とが一体形成されていることにより、ダストカバー4内部への異物の侵入箇所をダストカバー4の軸部12への接触部(固定部42)だけにすることができるため、ダストカバー4内部への異物侵入率を低下させることができる。また、ボールジョイント100を組み立てる際に、ボールスタッド1を保持体3に組み付けるのに伴ってダストカバー4がボールスタッド1に装着されるため、ボールスタッド1を保持体3に組み付ける工程とは別にダストカバー4をボールスタッド1に装着する工程を設けなくてもよい。よって、ボールジョイント100の組み立て工程数を少なくできる。
また、ダストカバー4の固定部42は、保持体3と同じ合成樹脂やゴム等からなるので軸部12との密着性が良好である。このため、固定部42と軸部12との間からの異物侵入を抑止できる。
加えて、ボールシート5に固体潤滑剤が含まれているため、ボール部11の摺動性を向上させることができる。これにより、ボール部11が滑らかに回転摺動できる。
また、保持体3がボールシート5よりも弾性率が小さい材料からなることから、外部からボールジョイントへ加わる衝撃を保持体3で吸収できることで、ボール部11の回転摺動への影響を効果的に低減できると共に機械本体への振動の伝達を抑制できる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について、図3を参照しつつ説明する。第2実施形態において第1実施形態と異なる点は、保持体203とボールシート5との間に保持シート207が配置されている点である。なお、上述した第1実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。
本実施形態では、保持体203とダストカバー204とが別の部材からなり、ダストカバー204と保持体203は別材料で構成されていてもよい。
ボールシート5の外側に配置された保持シート207にはボール部11が嵌合可能な略球状の凹部211が形成され、凹部211の底部には孔212が形成されている。孔212には、ボールシート5の底部の下方に延在した部分が配置されている。また、保持シート207はハウジング2の縁部22の下方までボールシート5に接しており、上方に配置されたダストカバー204と一体になっている。保持シート207は、ダストカバー204と同じ材料からなり、外側に配置された保持体203とは別材料で構成されていてもよい。
また、保持体203とダストカバー204とボールシート5と保持シート207とは一体成型されている。
以上に述べたように、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、ボール部11の摺動性が良好であるとともに耐久性に優れ、また、ボール部11に加わる衝撃を保持体203や保持シート207、ボールシート5で吸収することができる。
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について、図4を参照しつつ説明する。第3実施形態において第1実施形態と異なる点は、ボールシート305がダストカバー304の固定部342まで延在している点である。なお、上述した第1実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。
ボールシート305は、当接部51と、ボール部11から離れるように当接部51から延在した延在部352とを有する。延在部352は、ダストカバー304の膨出部341と固定部342の下端部に延在し、一端が軸部12近くまで延在している。また、延在部352は、ボール部11に接していない。
ダストカバー304は、ボールシート305の延在部352の外側に配置され、ボールシート305と一体に形成されている。このため、ダストカバー304の径方向外側に膨らんだ部分は、膨出部341とその内側に配置されたボールシート305との2層構造になっている。また、ダストカバー304は保持体3と一体となっており、保持体3と同じ材料からなる。
そして、保持体3とダストカバー304とボールシート305とが一体成型されている。
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、ボール部11の摺動性が良好であるとともに耐久性に優れ、また、ボール部11に加わる衝撃を吸収することができる。
また、ダストカバー304の径方向外側に膨らんだ部分では、膨出部341とその内側に配置されたボールシート305との2層構造となっており、内側のボールシート305が外側の膨出部341よりも弾性率の大きい材料からなるため、外側の膨出部341をボールシート305により内側から支持できる。これにより、ボール部11が回転摺動するのに伴って軸部12の傾斜方向に膨出部41が引っ張られたり圧縮したりしてももとの形状に戻りやすい。また、前記の通り2層構造となっていることから、膨出部341に異物が衝突した場合、ゴム単独からなるカバー部材よりも亀裂等の損傷が生じにくく、万一亀裂等が生じても進展しにくい。
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、上述した実施形態では、ダストカバー4(204,304)がボールシート5(305)と一体形成されているが、ダストカバーがボールシートと一体形成されず、これらが分かれていてもよい。
また、上述した実施形態では、保持体3(203)とボールシート5(305)とが異なる部材であるが、保持体とボールシートとが一体形成されていてもよい。この場合、ボールジョイントの組み立て工程数をさらに少なくすることができる。
さらに、ボールシート5(305)がダストカバー4(204,304)に延在する位置は、上述した実施形態のように膨出部41の下端部又は延在部352の下端部までに限られず、膨出部の中央付近まででもよく、膨出部と固定部との境界まででもよい。また、ボールシートがダストカバー内に延在していなくてもよい。
加えて、上述した実施形態では、ボールシート5(305)に固体潤滑剤が含まれていても含まれていなくてもよい。
また、上述した本実施形態では、保持体3(203)がボールシート5(305)よりも弾性率の小さい材料からなるが、保持体はボールシートと同等の弾性率の材料からなるものでもよく、ボールシートよりも弾性率の大きい材料からなるものでもよい。
さらに、上述した実施形態では、ボールシート5(305)の底部に穴が形成されているが、穴が形成されていなくてもよい。
加えて、ボールジョイント100の組み立て方法は本実施形態に示す順序に限られず、変更可能である。
1 ボールスタッド
2 ハウジング
3,203 保持体
4,204,304 ダストカバー(カバー部材)
5,305 ボールシート(外周部材)
11 ボール部
12 軸部
31,211 凹部
32,212 孔
41,341 膨出部
42,342 固定部
100 ボールジョイント
207 保持シート

Claims (3)

  1. ボール部と前記ボール部の外周面から径方向に突出した軸部とを有するボールスタッドと、
    前記ボール部を保持する保持体と、
    前記ボール部の外周面に沿って前記ボール部と前記保持体との間に、前記ボール部が回転摺動可能となるように配置された外周部材と、
    前記軸部の基端部を全周にわたって覆う筒状のカバー部材とを備え、
    前記外周部材はゴム又は樹脂が含浸された布からなり、
    前記カバー部材の一端が前記軸部に固定され、
    前記カバー部材が前記外周部材と一体形成され、
    前記外周部材が、前記カバー部材内に延在していることを特徴とするボールジョイント。
  2. 前記外周部材に固体潤滑剤が含まれていることを特徴とする請求項に記載のボールジョイント。
  3. 前記保持体が、前記外周部材よりも弾性率の小さい材料からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のボールジョイント。
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