JP6815266B2 - ボールジョイントの製造方法及びボールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ボール部を備えたボール側部材を有するボールジョイントの製造方法及びボールジョイントに関する。

従来、例えば自動車などの車両の懸架装置や操舵装置において、タイヤ側と車体側とを連結するボールジョイントが用いられる。ボールジョイントは、一般的に、ボール側部材であるボールスタッドと、ハウジングと、ベアリングシートである例えば合成樹脂製のボールシートとを備え、ボールスタッドの端部のボール部がボールシートにより回動可能に保持された状態でハウジングに収容されている。ハウジングは、通常鋼やアルミニウムを用いた鍛造により形成され、成形後にハウジングに外圧を加えて塑性変形させることで、ボールスタッドのボール部にプレロード(予荷重)を加えたり、隙間を形成して摺動できるようにしたりする(例えば、特許文献１参照。)。

特許第４３１９０７０号公報(第４−６頁、図４−５)

近年、ボールジョイントの軽量化や低コスト化を目的として、ハウジングの樹脂化が求められている。例えば、ハウジングを樹脂化するためには、ボール部、または、ボール部及びボールシートを中子としてハウジングを射出成形することが製造方法として最も容易である。

しかしながら、このようにハウジングを射出成形する場合、合成樹脂製のハウジングでは、成形後に外圧を加えることにより塑性変形させることができないため、上記特許文献１記載のように、成形後にプレロードを加えたり、隙間を形成したりすることが困難である。このような課題は、操舵装置用や懸架装置用のボールジョイント、あるいは車両用のボールジョイントだけでなく、任意の箇所に用いるボールジョイントに対しても同様に生じる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ハウジングを合成樹脂製としつつ、ボール側部材に対してプレロードを適切に付与できるボールジョイントの製造方法及びボールジョイントを提供することを目的とする。

請求項１記載のボールジョイントの製造方法は、ボール部を備えたボール側部材と、ベアリングシートと、付勢部材と、受け部材と、ハウジングとを具備したボールジョイントの製造方法であって、前記ボール部を前記ベアリングシートで回動可能に保持する保持工程と、前記付勢部材及び前記受け部材を、前記ベアリングシートと前記受け部材との間に前記付勢部材が介在される状態で取り付ける取付工程と、前記付勢部材により前記ベアリングシートを押圧した状態を維持しつつ、前記ハウジングを、前記ボール部を保持した前記ベアリングシートと、前記付勢部材と、前記受け部材の少なくとも一部と、を収容するように合成樹脂により成形する成形工程とを具備したものである。

請求項２記載のボールジョイントの製造方法は、請求項１記載のボールジョイントの製造方法において、成形工程において、押圧部材を用い、受け部材をベアリングシート側に向かって前記押圧部材により押圧することで付勢部材により前記ベアリングシートを押圧した状態を維持するものである。

請求項３記載のボールジョイントの製造方法は、請求項２記載のボールジョイントの製造方法において、成形工程により押圧部材に対応する位置に形成されたハウジングの穴部を覆う被覆工程を具備したものである。

請求項４記載のボールジョイントは、ボール部を備えたボール側部材と、前記ボール部を回動可能に保持するベアリングシートと、このベアリングシートを介して前記ボール側部材を付勢する付勢部材と、この付勢部材による前記ボール側部材の付勢の反力を受ける受け部材と、前記ボール部を保持した前記ベアリングシートと、前記付勢部材と、前記受け部材の少なくとも一部と、を収容する合成樹脂製のハウジングとを具備したものである。

請求項１記載のボールジョイントの製造方法によれば、ボール側部材のボール部を回動可能に保持したベアリングシートと受け部材との間に介在された付勢部材によりベアリングシートを押圧した状態を維持しつつ、ボール部を保持したベアリングシートと、付勢部材と、受け部材の少なくとも一部と、を収容するように合成樹脂によりハウジングを成形することで、ハウジングを合成樹脂製としつつ、付勢部材の付勢によってボール側部材に対してプレロードを適切に付与できる。

請求項２記載のボールジョイントの製造方法によれば、請求項１記載のボールジョイントの製造方法の効果に加えて、成形工程において、押圧部材を用い、受け部材をベアリングシート側に向かって押圧部材により押圧することで、付勢部材によりベアリングシートを押圧した状態を容易に維持できる。

請求項３記載のボールジョイントの製造方法によれば、請求項２記載のボールジョイントの製造方法の効果に加えて、成形工程時に押圧部材に対応する位置に形成されたハウジングの穴部を覆うことで、押圧部材によって付勢部材によりベアリングシートを押圧した状態を容易に維持しつつ、穴部からのハウジング内部への異物の混入などを抑制できる。

請求項４記載のボールジョイントによれば、ハウジングを合成樹脂製としつつ、ベアリングシートと受け部材との間に介在された付勢部材の付勢によってボール側部材に対してプレロードを適切に付与できる。

本発明の一実施の形態のボールジョイントを示す断面図である。 同上ボールジョイントの製造方法の保持工程を示す説明図である。 同上ボールジョイントの製造方法の取付工程を示す説明図である。 同上ボールジョイントの製造方法の成形工程を示す説明図である。 同上ボールジョイントの製造方法の被覆工程を示す説明図である。

以下、本発明の一実施の形態の構成を、図面を参照して説明する。

図１において、11はボールジョイントであり、このボールジョイント11は、例えば自動車の操舵装置、あるいは懸架装置に用いられるものである。本実施の形態では、このボールジョイント11は、操舵装置のタイロッドエンドを例に挙げて説明する。このボールジョイント11は、ボール側部材であるボールスタッド14と、ベアリングシートであるボールシート15と、付勢部材であるスプリング16と、受け部材17と、ハウジング18とを備えている。また、このボールジョイント11は、覆い部材19を備えていてもよい。さらに、このボールジョイント11は、図示しないが、ダストカバーを備えていてもよい。なお、以下、図１中の下側を一端側である下側、上側を他端側である上側として説明する。また、ボールスタッド14の直立状態での長手方向(すなわち図１中の上下方向)を軸方向といい、この軸方向に対して直交する方向を軸直方向というものとする。

ボールスタッド14は、ボールシャンクなどとも呼ばれるもので、例えば鋼鉄製などのものである。このボールスタッド14は、球状のボール部21と、このボール部21に連結された軸状のスタッド部22とを一体的に備えている。

ボール部21は、外周面の一部がボールシート15に摺動(回動)可能に保持されている。

スタッド部22は、例えばナックルアームなどの図示しない外部の被接続部材に接続されて荷重が加わる部分である。このスタッド部22は、ハウジング18から外方へと突出している。なお、このスタッド部22には、例えば被接続部材に対して当接される鍔部が設けられていてもよい。

ボールシート15は、ボールスタッド14のボール部21を摺動(回動)可能に保持するものである。すなわち、このボールシート15は、ボール部21を包持する球面状の摺動面25を備えている。このボールシート15は、例えば一端(上端)が開口され他端(下端)が閉塞された袋状でもよいし、両端が開口された円筒状でもよい。すなわち、このボールシート15は、少なくとも一端に開口27を備えている。この開口27からは、ボール部21の一部(ボール部21のスタッド部22側の部分)がボールシート15の外部に露出され、かつ、スタッド部22がボールシート15の外部に突出されている。このボールシート15は、ボール部21を保持した状態でハウジング18に収容されている。また、このボールシート15の開口27と反対側である他端側には、スプリング16が当接する付勢当接部28が形成されている。さらに、このボールシート15の他端側には、スプリング16を位置決めする突出部29が形成されていてもよい。そして、このボールシート15は、合成樹脂により形成されている。例えば、このボールシート15は、後述するハウジング18の成形温度に耐え得る合成樹脂により形成されている。

付勢当接部28は、スプリング16の一端側が当接される部分である。この付勢当接部28は、例えば軸直方向に沿って面方向を有する平面状に形成されている。

突出部29は、付勢当接部28の中央部にてボールシート15の他端側に突出されている。この突出部29は、付勢当接部28に当接するスプリング16の一端側の横ずれを規制する規制部となっている。

スプリング16は、ボールシート15を介してボールスタッド14を付勢することでボールスタッド14に対して所定のプレロード(予荷重)を加えるプレロード付与部材である。このスプリング16は、本実施の形態において、例えば圧縮コイルスプリングが用いられるが、板ばねなどでもよいし、ばねではない、ブロック状などの比較的柔らかめの合成樹脂などを用いることもできる。このスプリング16は、一端側がボールシート15の一端側、具体的には付勢当接部28に当接し、他端側が受け部材17に当接している。すなわち、このスプリング16は、ボールシート15と受け部材17とを互いに遠ざける方向に向かってボールシート15と受け部材17とに付勢力を作用させるように配置されている。例えば本実施の形態において、このスプリング16は、他端側(下端側)である受け部材17側から一端側(上端側)であるボールシート15側へと、徐々に拡径されるように形成されている。

受け部材17は、ボールスタッド14に対するスプリング16の付勢の反力を受けるものである。すなわち、この受け部材17は、スプリング16の他端(下端)と接触し、このスプリング16を支持している。この受け部材17は、本実施の形態において、例えば有底円筒状に形成されている。より詳細に、この受け部材17は、本実施の形態において、所定の深さを有する収容部31を内部に有して形成されている。すなわち、この受け部材17は、径寸法よりも深さ(軸方向)寸法が小さい、扁平な皿状に形成されている。したがって、この受け部材17は、受け底部32と、この受け底部32の外縁部から立ち上げられた立ち上げ部33とを備えている。なお、この受け部材17は、例えばアルミニウムや鉄などの金属材料により形成されていてもよいし、合成樹脂により形成されていてもよい。

収容部31は、スプリング16を収容する空間部である。この収容部31は、受け部材17(立ち上げ部33)の一端(上端)側がボールシート15の他端側(付勢当接部28)に対して接触することで、一端側開口が閉塞されている。この収容部31の深さ寸法DPは、無負荷状態のスプリング16の長さＬよりも小さく設定されている(DP＜Ｌ、図３)。したがって、収容部31内において、スプリング16が軸方向に圧縮された状態で収容されている。

ハウジング18は、ソケットなどとも呼ばれるもので、例えば合成樹脂により形成されている。本実施の形態において、このハウジング18の材料としては、例えば繊維強化プラスチック(例えばＣＦＲＰなど)、フッ素樹脂(例えばＰＴＦＥなど)、スーパーエンジニアリングプラスチック(例えばＰＥＥＫ)などの合成樹脂が用いられる。したがって、このハウジング18は、非金属製であり、例えばインサート射出成形により形成される。また、このハウジング18は、有底円筒状に形成されている。すなわち、このハウジング18は、底部34と、この底部34の外縁部から立ち上げられた壁部35を備えている。そして、このハウジング18には、底部34と壁部35とにより、内室36が内部に区画形成されているとともに、壁部35の底部34とは反対側の端部である上端部が、内室36と連通する開口部37となっている。また、このハウジング18には、内室36と連通する穴部38が底部に形成されていてもよい。さらに、このハウジング18には、ダストカバーを固定するカバー取付部としてのカバー固定溝39が形成されていてもよい。そして、このハウジング18には、例えばタイロッドが螺合される螺合部などのハウジング連結部が軸直方向に突出して一体に形成されていてもよい。

内室36は、ボール部21を回動可能に保持したボールシート15、スプリング16、及び、受け部材17を収容するハウジング収容部である。この内室36は、開口部37側である上側に向かって、徐々に縮径するように形成され、この内室36内に収容されたボールシート15、スプリング16、及び、受け部材17が開口部37から抜けないように構成されている。

開口部37は、内室36にボール部21が収容されたボールスタッド14のスタッド部22がハウジング18の外部に突出される部分である。この開口部37は、ボールシート15の開口27と対向し、この開口27と連通してハウジング18の一端側(上端側)に形成されている。

穴部38は、後述するように、ハウジング18の成形時に形成されるものである。この穴部38は、内室36と連通しており、例えば底部34の中央部に形成されている。この穴部38は、開口部37よりも小さく形成されている。

カバー固定溝39は、例えばハウジング18の一端側(上端側)の外周に周方向に沿って円環溝状に形成されている。

覆い部材19は、穴部38を覆う部材である。本実施の形態において、この覆い部材19は、シールプラグとも呼ばれ、穴部38を閉塞する部材である。この覆い部材19としては、例えば弾性を有するゴムやエラストマなどによりハウジング18とは別途形成された閉塞部材を穴部38に嵌め込んでもよいし、合成樹脂の溶着などにより穴部38を閉塞するように形成されていてもよい。なお、この覆い部材19は、必須の構成ではない。

ダストカバーは、ダストシール、あるいはブーツなどとも呼ばれ、ボールスタッド14の揺動に拘らずハウジング18の開口部37を覆い、ハウジング18あるいはボールシート15の内部への水分及び塵埃などの侵入を阻止するものである。このダストカバーは、例えば合成樹脂により略円筒状に形成され、上端側がボールスタッド14のスタッド部22の外周面に固定され、下端側がハウジング18のカバー固定溝39に嵌着され、この下端側の外周面に取り付けられた(または埋め込まれた)リング状の固定部材により締め付け固定されている。

次に、上記一実施の形態のボールジョイント11の製造方法について説明する。

まず、図２に示すように、ボールスタッド14のボール部21を、ボールシート15(摺動面25)で回動可能に保持し(保持工程)、第１の中間体41(図３)を形成する。ボールスタッド14は、例えばボール部21とスタッド部22とを棒状などの金属材料から一体に成形してもよいし、ボール部21とスタッド部22とを別体で成形した後、溶接などにより一体化してもよい。また、ボールシート15は、予め成形された状態でボール部21に対して取り付けるものでもよいし、ボール部21に対して射出成形などにより取り付けるものでもよい。例えば、予め成形された状態でボール部21に対して取り付けるボールシート15の場合、ボール部21の外周面に沿って摺動面25が予め球面状に湾曲形成された、いわゆる成形タイプのものが好適に用いられる。さらに、ボール部21とボールシート15の摺動面25との間には、潤滑剤が保持されることが好ましい。この潤滑剤は、ボール部21の外周面や摺動面25に塗布した後に、ボールシート15によりボール部21を保持するようにしてもよいし、ボールシート15によりボール部21を保持した後に、後工程でボール部21と摺動面25との間に注入してもよい。

次いで、図３に示すように、第１の中間体41に対して、スプリング16及び受け部材17を、ボールシート15(付勢当接部28)と受け部材17(受け底部32)との間にスプリング16が介在される状態で取り付け(取付工程)、第２の中間体42(図４)を形成する。

さらに、図４に示すように、成形型(例えば金型など)Ｄと押圧部材(例えば支持部材であるピン)Ｐとを用い、成形型ＤのキャビティＣに第２の中間体42のボールシート15、スプリング16及び受け部材17をセットし、ボールスタッド14を成形型Ｄにより保持した状態で、受け部材17(受け底部32)をボールシート15側(付勢当接部28)に向かって、キャビティＣに内挿した押圧部材Ｐにより押圧することで、スプリング16によりボールシート15を押圧した状態を維持、換言すれば受け部材17(立ち上げ部33)の一端側(上端側)がボールシート15側(付勢当接部28)に密着した状態を維持しつつ、図示しないゲートからキャビティＣ内に溶融材料を射出して固化させることで、ボール部21を保持したボールシート15、スプリング16、及び、受け部材17の少なくとも一部、本実施の形態では受け部材17の全体を中子としてハウジング18を成形し(成形工程)、第３の中間体43(図５)を形成する。この状態で、ボール部21を保持したボールシート15、スプリング16、及び、受け部材17の少なくとも一部、本実施の形態では受け部材17の全体がハウジング18に収容され、圧縮状態で収容部31に位置するスプリング16がボールシート15を介してボールスタッド14に対して軸方向のプレロードを付与する。また、ハウジング18には、キャビティＣに内挿された押圧部材Ｐの位置に穴部38(図５)が形成される。

そして、成形型Ｄから脱型した図５に示す第３の中間体43に対して、押圧部材Ｐ(図４)に対応する位置に形成されたハウジング18の穴部38を覆い部材19により覆う(被覆工程)とともに、ダストカバーをカバー固定溝39とボールスタッド14のスタッド部22との間に取り付けて(仕上げ工程)、ボールジョイント11(図１)が完成する。

上述したように、上記一実施の形態によれば、ボールスタッド14のボール部21を回動可能に保持したボールシート15と受け部材17との間に介在されたスプリング16によりボールシート15を押圧した状態を維持しつつ、ボール部21を保持したボールシート15と、スプリング16と、受け部材17の少なくとも一部と、を収容するように合成樹脂によりハウジング18を成形することで、ハウジング18を合成樹脂製としつつ、ボールシート15と受け部材17との間に介在されたスプリング16の付勢によってボールスタッド14に対してプレロードを適切に付与できる。

したがって、金属製のハウジングの場合には、成形後に外圧を加えて塑性変形させることで、ボールスタッド14に対してプレロードを付与したりボール部21と摺動面25との間に隙間を形成したりすることができるのに対して、このようなことが容易でない合成樹脂製のハウジング18であっても、ハウジング18を成形することでプレロードを適切に付与することができる。

そして、ハウジング18を合成樹脂製とすることで、ボールジョイント11の軽量化及び低コスト化を図ることができるとともに、ボールスタッド14に対してプレロードを適切に付与できることで、ボール部21とボールシート15(摺動面25)との適切な摩擦トルクを設定し、ボールジョイント11の耐久性及び信頼性を確保できる。

また、ボールジョイント11の製造方法の成形工程において、押圧部材Ｐを用い、受け部材17をボールシート15側に向かって押圧部材Ｐにより押圧することで、スプリング16によりボールシート15を押圧した状態を容易に維持できる。

さらに、ボールジョイント11の製造方法の成形工程時に押圧部材Ｐに対応する位置に形成されたハウジング18の穴部38を覆うことで、押圧部材Ｐによってスプリング16によりボールシート15を押圧した状態を容易に維持しつつ、穴部38からのハウジング18内部への異物の混入などを抑制できる。

なお、上記一実施の形態において、成形工程において、スプリング16によりボールシート15を押圧した状態を維持する際には、例えば受け部材17の底部34を成形型ＤのキャビティＣに突き当てた状態で、ボールスタッド14側からスプリング16を受け部材17側に押圧することで、その反力によってスプリング16によりボールシート15を押圧した状態を維持するようにすることもできる。この場合、ハウジング18は受け部材17の底部34を収容しないように成形することもできる。したがって、ハウジング18は、受け部材17の全体を収容するように成形する必要はなく、受け部材17の少なくとも一部を収容するように成形すればよい。

また、ボールジョイント11は、操舵装置用に限らず、その他の任意の用途に用いることができる。

本発明は、例えば自動車などの車両の懸架装置、あるいは操舵装置などに好適に用いられる。

11 ボールジョイント
14 ボール側部材であるボールスタッド
15 ベアリングシートであるボールシート
16 付勢部材であるスプリング
17 受け部材
18 ハウジング
21 ボール部
38 穴部
Ｐ 押圧部材

Claims (4)

1. ボール部を備えたボール側部材と、ベアリングシートと、付勢部材と、受け部材と、ハウジングとを具備したボールジョイントの製造方法であって、
   前記ボール部を前記ベアリングシートで回動可能に保持する保持工程と、
   前記付勢部材及び前記受け部材を、前記ベアリングシートと前記受け部材との間に前記付勢部材が介在される状態で取り付ける取付工程と、
   前記付勢部材により前記ベアリングシートを押圧した状態を維持しつつ、前記ハウジングを、前記ボール部を保持した前記ベアリングシートと、前記付勢部材と、前記受け部材の少なくとも一部と、を収容するように合成樹脂により成形する成形工程と
   を具備したことを特徴とするボールジョイントの製造方法。
2. 成形工程において、押圧部材を用い、受け部材をベアリングシート側に向かって前記押圧部材により押圧することで付勢部材により前記ベアリングシートを押圧した状態を維持する
   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。
3. 成形工程により押圧部材に対応する位置に形成されたハウジングの穴部を覆う被覆工程を具備した
   ことを特徴とする請求項２記載のボールジョイントの製造方法。
4. ボール部を備えたボール側部材と、
   前記ボール部を回動可能に保持するベアリングシートと、
   このベアリングシートを介して前記ボール側部材を付勢する付勢部材と、
   この付勢部材による前記ボール側部材の付勢の反力を受ける受け部材と、
   前記ボール部を保持した前記ベアリングシートと、前記付勢部材と、前記受け部材の少なくとも一部と、を収容する合成樹脂製のハウジングと
   を具備したことを特徴とするボールジョイント。

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