TW201608142A

TW201608142A - 球形接頭

Info

Publication number: TW201608142A
Application number: TW104115607A
Authority: TW
Inventors: Hisashi Konno; Tsutomu TOKAIRIN; Hiroshi INOKO
Original assignee: Thk Co Ltd
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-03-01
Also published as: JP6214463B2; EP3144548A1; US20170146054A1; TWI639782B; CN106170632B; EP3144548B1; CN106170632A; WO2015174513A1; EP3144548A4; JP2015218766A

Abstract

本發明是不易受到環境溫度之變動所帶來的影響，能達成「使球螺樁相對於承座搖動所需的扭力值」之安定化的球形接頭，具備「在軸構件(11)的其中一端具有球形部(10)」的球螺樁(1)、及「可轉動地收容前述球形部並具有可供前述軸構件突出之開口部(30)的合成樹脂製」承座(2)，前述承座(2)具備第一構件(20)及第二構件(3)，該第一構件(20)具有仿效前述球形部的球面之凹球面狀的第一球形滑接面(24)，該第二構件(3)具有仿效前述球形部的球面之凹球面狀的第二球形滑接面(31)，並且在該第二球形滑接面的中央具有前述開口部(30)。此外，分別在前述第一構件(20)與前述第二構件(3)，設有藉由熔接而相互固定的接合面(25、32)，並設有互相對接的固定基準面(28、34)。

Description

球形接頭

本發明是關於：譬如車輛的穩定連桿(Stabilizer Connecting Rod)、高度控制感測器(Height control sensor)、變速箱控制部等的連桿機構所使用的球形接頭。

就這種球形接頭而言，已知有一種由球螺樁(ball stud)及承座(holder)所構成的球形接頭，該球螺樁在軸構件的前端具有作為連桿機構之搖動中心的球形部；該承座包覆該球螺樁之球形部的最大直徑部而將該球形部收容成可轉動，且前述軸構件通過開口部而突出。

在日本特開平2-31019號公報(專利文獻1)所揭示的球形接頭中，前述承座是由合成樹脂所成形。具體地說，將由胺甲酸乙酯橡膠(urethane rubber)等所成形的彈性滑接體覆蓋於球螺樁的球形部後，將該球螺樁作為模芯(core)並設置於模具內，藉由熱可塑性樹脂的射出成形，而將前述承座成形於前述彈性滑接體的周圍。如以上所述，藉由將已覆蓋了彈性滑接體的球形部作為模芯並射出成形承座，承座可在不具間隙地成形於前述彈性滑接體的周圍而與該彈性滑接體形成一體化，此外，藉由熱可塑性樹脂的射出壓力，使得彈性滑接體也不具間隙地緊密附著於球形部。如此一來，球形部、彈性滑接體及承座三者之間不具間隙地形成一體化，前述球形部在射出成形的同時，被收容於承座內並受到保持。

〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開平2-31019號公報

但是，在專利文獻1所揭示的球形接頭中，存在以下的課題：由於前述球形部、彈性滑接體及承座的緊密附著性高，一旦形成承座的熱可塑性樹脂因使用環境的溫度而產生收縮或者膨脹時，將導致承座對球形部的緊固力產生變動，以致前述球螺樁形成搖動所必須的扭力值產生變動。

本發明是有鑑於上述課題所發展的發明，本發明的目的是提供一種：不易受到環境溫度之變動所帶來的影響，能達成「使球螺樁相對於承座搖動所需的扭力值」之安定化的球形接頭。

換言之，本發明是具備「在軸構件的一端具有球形部的球螺樁」及「可轉動地收容前述球形部，且具有可供前述軸構件突出的開口部之合成樹脂製的承座」的球形接頭，前述承座具備：第一構件，具有凹球面狀的第一球形滑接面，該凹球面狀是仿效前述球形部的球面；第二構件，具有凹球面狀的第二球形滑接面並於該第二球形滑接面的中央具有前述開口部，該凹球面狀是仿效前述球形部的球面。接著，分別在前述第一構件與前述第二構件，設有藉由熔接而相互固定的接合面，並設有互相對接(butt)而將前述第一球形滑接面與前述第二球形滑接面之間的間隔保持成一定的固定基準面，前述固定基準面被設成環繞前述球螺樁之球形部的環狀，前述接合面在前述固定基準面的外側被設成環狀，並且在前述固定基準面與接合面之間設有段差。

前述承座是藉由將第一構件的接合面與第二構件的接合面予以熔接而完成。此時，在第一構件與第二構件分別設有固定基準面，藉由使這些固定基準面相互抵靠，使設於前述第一構件的第一球形滑接面與設於前述第二構件的第二球形滑接面之間的間隔保持一定，而將球螺樁的球形部收容於這些第一球形滑接面及第二球形滑接面之間。因此，只要將由前述第一球形滑接面與第二球形滑接面所形成之球形空間的內徑設定成稍微大於球螺樁之球形部的直徑，球形部便不會因溫度變動而被過度地緊固，可達成球螺樁搖動時所需之扭力值的穩定化。

此外，互相熔接之第一構件的接合面與第二構件的接合面，由於環繞前述固定基準面而設成環狀，並在固定基準面與接合面之間設有段差，因此當熔接之際，經熔融的樹脂不會朝前述固定基準面和第一球形滑接面及第二球形滑接面溢出，可適當地接合前述第一構件與第二構件而確保球螺樁之平順的搖動。

1‧‧‧球螺樁

2‧‧‧承座

3‧‧‧第二構件

4‧‧‧防塵蓋

5‧‧‧承座

6‧‧‧第一構件

7‧‧‧第二構件

10‧‧‧球形部

10a‧‧‧軸承用鋼珠

11‧‧‧軸構件

12‧‧‧鍔部

13‧‧‧公螺紋

14‧‧‧頸部

20‧‧‧第一構件

21‧‧‧球形空間

22‧‧‧球形承接部

23‧‧‧固定部

24‧‧‧第一球形滑接面

25‧‧‧接合面

26‧‧‧肋

27‧‧‧定位溝

28‧‧‧固定基準面

29‧‧‧密封壁

30‧‧‧開口部

31‧‧‧第二球形滑接面

32‧‧‧接合面

33‧‧‧凸座

33a‧‧‧圓筒面

34‧‧‧固定基準面

40‧‧‧小徑開口部

41‧‧‧大徑開口部

42‧‧‧固定環

60‧‧‧第一球形滑接面

61‧‧‧固定基準面

62‧‧‧鍔部

63‧‧‧接合面

70‧‧‧固定部

71‧‧‧球形承接部

72‧‧‧第二球形滑接面

73‧‧‧開口部

74‧‧‧安裝孔

75‧‧‧固定基準面

76‧‧‧圓筒面

77‧‧‧接合面

78‧‧‧肋

第1圖：為顯示採用本發明之球形接頭的第一實施形態的前視剖面圖。

第2圖：為顯示第1圖的球形接頭之第一構件重要部位的放大剖面圖。

第3圖：為顯示第1圖的球形接頭之第二構件的放大剖面圖。

第4圖：為顯示第1圖的球形接頭之球螺樁製造步驟的示意圖。

第5圖：為顯示第1圖的球形接頭之承座製造步驟的示意圖。

第6圖：為顯示採用本發明之球形接頭的第二實施形態的前視剖面圖。

第7圖：為顯示第6圖的球形接頭的第一構件與第二構件之組合的分解圖。

以下，參考圖面以詳細地說明本發明的球形接頭。

第1圖，是顯示採用了本發明的球形接頭之實施形態的其中一例的圖面。該球形接頭具備：在軸構件11的前端具備球形部10的球螺樁1；及前述球螺樁1以前述球形部10作為中心而連結成自由搖動的承座2。

在前述球螺樁1的軸構件11，形成有具備「用來固定連桿等之被組裝體的座面」的鍔部12，並且隔著該鍔部12在球形部10的相反側形成有公螺紋13。此外，前述鍔部12形成六角螺帽的形狀，而形成可藉由使用板手將前述球螺樁1的公螺紋13鎖緊於連桿之類的被組裝體。此外，在前述鍔部12與球形部10之間設有圓柱狀的頸部14，該頸部成為後述防塵蓋4之小徑開口部40的安裝位置。

被設在前述軸構件11之前端的球形部10，是以較「該軸構件11的直徑」更大的直徑而形成球形。在該實施形態中，為了提高球形部10的真圓度，前述球螺樁1是利用電阻焊接(electric resistance welding)將軸承用鋼珠接合於棒狀之軸構件11的其中一端所形成。球螺樁1的製造方法並不侷限於此，舉例來說，也可以藉由冷鍛 (cold forging)使前述軸構件11與球形部10形成一體。

前述承座2具備：第一構件20、及固定於該第一構件20的第二構件3。這些第一構件20及第二構件3皆是由熱可塑性的合成樹脂所成形，並利用超音波熔接而互相固定。藉由將第二構件3固定於前述第一構件20，在前述承座2形成用來收容球螺樁1之球形部10的球形空間21，在該球形空間21中，球形部10可自在地轉動。

此外，前述第一構件20具備：形成略圓柱狀的球形承接部22、及用來將該球形承接部22結合於連桿的固定部23，這些球形承接部22及固定部23是成形為一體。雖然第1圖中省略了前述固定部23的一部分，但是該固定部23可對應於所固定之連桿而形成各種態樣。舉例來說，也可以形成母螺紋，而結合於「形成在構成連桿的棒狀物等之前端的公螺紋」，或亦可將前述固定部23作為拉桿，在該拉桿的相反側端部更進一步設置球形接頭。

第2圖，是顯示前述第一構件20之球形承接部22之細部的放大圖。在前述球形承接部22設有：近似於球螺樁1的球形部10之球面的凹球面狀的第一球形滑接面24。該第一球形滑接面24被設成半球狀，其深度被設定成：略淺於前述球形部10的半徑。換言之，在將球螺樁1的球形部10放置於前述球形承接部22而使其接觸於第一球形滑接面24的場合中，該球形部10的最大直徑部將露出並不會被前述第一球形滑接面24所遮掩。

在前述球形承接部22之第一球形滑接面24的開口緣，形成有環繞該第一球形滑接面24之環狀的定位溝27。前述定位溝27，是由限制前述第二構件3之組裝位置的固定基準面28、及環繞該固定基準面28的密封壁29所構成。

此外，在前述球形承接部22，於面向前述第二構件3的位置，設有用於超音波熔接的接合面25。在該第一實施形態中，前述接合面25是對應於球螺樁1之球形部10的最大直徑部所設置。此外，前述接合面25是環繞前述定位溝27而設成環狀，並鄰接於該定位溝27而位在其半徑方向外側。此外，在前述定位溝27內的固定基準面28與前述接合面25之間存有段差，該段差的量(指數值)等同於前述密封壁29的高度。在該接合面25之半徑方向的中央，設有剖面略呈三角形的肋26作為超音波熔接的導能部(energy director)，該肋26同樣是環繞前述第一球形滑接面24及定位溝27而設成環狀。該肋26在超音波熔接時熔融，被前述第二構件3所壓潰而在接合面25上擴開。因此，前述肋26的寬度及高度是因應於接合面25的寬度而決定，舉例來說，亦可在接合面25上設置複數個剖面積小的肋26。

另外，第3圖是顯示前述第二構件3的圖。與前述第一構件相同，在該第二構件3也設有近似於前述球螺樁1之球形部10的球面之凹球面狀的第二球形滑接面31。該第二球形滑接面31與前述第一構件20的第一球形滑接面24組合而完成用來收容前述球螺樁1之球形部10的球形空間21。前述第一球形滑接面24與第二球形滑接面31之間的間隔，亦即前述球形空間21的內徑被設成稍微大於前述球形部10的直徑，被收容於該球形空間21的球形部10不會被第一構件20及第二構件3所緊固(意指：緊緊地固定)，可相對於前述承座2而自由轉動。

此外，在前述第二球形滑接面31的中央，設有可供前述球螺樁1的軸構件11貫穿的開口部30，前述第二構件形成環狀。為了使前述球螺樁1的球形部10不會從承座2脫離，該開口部30的內徑則形成小於前述球形部10的最大外徑，該開口部30的內徑限制了球螺樁1相對於前述承座2的搖動範圍。

不僅如此，在前述第二構件3設有「與被設於前述第一構件20的肋26相對向」的接合面32，並形成有從前述接合面32朝向第一構件20突出的凸座33。該凸座33被設成環繞前述第二球形滑接面31的開口緣部，當組合前述第二構件3與第一構件20的球形承接部22時，嵌合在形成於該球形承接部22的定位溝27。此外，前述凸座33的前端面成為固定基準面34。因此，當對前述第二構件3與第一構件20實施超音波熔接時，藉由使第二構件3的固定基準面34與第一構件20的固定基準面28彼此對接，使得前述第一球形滑接面24與第二球形滑接面31之間的間隔，亦即被設於承座2之球形空間21的內徑保持一定。

由於前述第二球形滑接面31可覆蓋於球螺樁1之球形部10的球面，換個方式說，由於前述球形部10的最大直徑部可貫穿前述凸座33的內徑而被前述第二構件3所收容，因此前述凸座33的內周面成為從第二球形滑接面31起連續之一定內徑的圓筒面33a。該圓筒面33a與第二球形滑接面31之間的境界，對應於前述球形部10的最大直徑部。因此，在第二構件3與第一構件20已接合的狀態下，前述凸座33的內周面與球螺樁1之球形部10的球面之間產生些微的間隙。

不僅如此，前述第二構件3之凸座33的高度被設定成：在第二構件3的固定基準面34抵靠於第一構件20的固定基準面28的狀態下，於第二構件3的接合面32與第一構件20的接合面25之間形成間隙。該間隙，在利用超音波熔接使前述肋26熔融之際，被該熔融樹脂所掩埋，藉此使前述第一構件20與第二構件3彼此固接。此外，前述凸座33，藉由與設在前述第一構件20之定位溝27的密封壁29接觸，可防止利用超音波熔接而在前述接合面25上熔融的肋26，在前述第一球形滑接面24或第二球形滑接面31成為毛邊而溢出。

此外，如同第1圖所示，在前述第二構件3與球螺樁1之間安裝有防塵蓋4。該防塵蓋4具備：被安裝於前述球螺樁之頸部14的小徑開口部40、及被安裝於前述第二構件3的大徑開口部41。藉由將前述小徑開口部40安裝於球螺樁1，將大徑開口部41安裝於第二構件3，除了能防止塵埃附著於從前述第二構件3的開口部30露出之球形部10的球面，還能在該開口部30的周圍形成潤滑劑貯留場所。

此外，將防止拔出用的固定環42披覆於前述防塵蓋4的大徑開口部41，而從外側覆蓋該大徑開口部41進而被挾入與前述第二構件3之間。該固定環42是由熱可塑性樹脂所形成，其中一部分是藉由超音波熔接而固定於前述第二構件3。如此一來，既能保持防塵蓋4與第二構件3之間的密閉性，又能防止前述第二構件3與大徑開口部41之間的分離。此外，前述防塵蓋4的小徑開口部40藉由該防塵蓋4本身的彈力而被按壓於「軸構件11的頸部14與鍔部12交會的角落」，藉此，能保持防塵蓋4與球螺樁1之間的密閉性。

接著，針對該實施形態之球形接頭的製造方法進行說明。

在最初的步驟中，如第4圖所示，利用電阻焊接將軸承用鋼珠10a接合於軸構件11的前端面，來製作前述球螺樁1。此時，由於前述第二構件3之開口部30的內徑，較被設在軸構件11之鍔部12的最大直徑、和軸承用鋼珠10a的直徑更小，因此在軸承用鋼珠接合於軸構件之前，前述第二構件3將先通過軸構件11的頸部14。如此一來，便完成了「在軸構件11的前端面具備球形部 10」的球螺樁1。

接著，如第5圖所示，將前述球螺樁1的球形部10放置於球形承接部的第一球形滑接面24，並該狀態下利用超音波熔接將前述第二構件3固定於第一構件20。此時，第二構件3的凸座33，嵌合在被設於球形承接部22的定位溝27。前述超音波熔接，是藉由對球形承接部22與第二構件3之間施加超音波振動與加壓力所執行。超音波熔接的開始之初，由於被設在前述球形承接部22側之接合面25的肋26並未充分地熔融，因此第二構件3側的固定基準面34並未抵靠於球形承接部22側的固定基準面28。但是，一旦前述肋26熔融並擴散於接合面25時，使第二構件3側的固定基準面34抵靠於球形承接部22側的固定基準面28，第二構件3相對於球形承接部22被固定在適當的位置。

最後，將防塵蓋4安裝於前述球螺樁1與第二構件3之間，並藉由將埋設於防塵蓋4之大徑開口部41的固定環42超音波熔接於第二構件3，而完成第一實施形態的球形接頭。

如同以上所述，本實施形態的球形接頭，是在第二構件3側的固定基準面34抵靠於球形承接部22側之固定基準面28的狀態下，將前述球形承接部22的第一球形滑接面24與前述第二構件3的第二球形滑接面31之間的間隔，維持成稍大於球螺樁1之球形部10的直徑。因此，即使利用熔接將第二構件3與第一構件20予以接合，這些第二構件3及球形承接部22也不會緊咬(緊固)著前述球形部10。據此，可使「由承座2所保持之球形部10轉動時的抵抗」變小，能以較小的扭力值使前述球螺樁1相對於前述承座2搖動。

此外，在本實施形態的球形接頭中，環繞球形承接部22之第一球形滑接面24的開口緣而形成環狀的固定基準面28，並更進一步在固定基準面28的外側設有環狀的接合面25，甚至在固定基準面28與接合面25之間存有段差，因此在前述接合面25，不會有熔融的樹脂覆蓋於固定基準面28和第一球形滑接面24的情形。因此，除了能合適地接合前述第一構件20與第二構件3之外，也能排除對球螺樁1之搖動的不良影響。

此外，在前述第二構件3與第一構件20已熔接的狀態下，第二構件3之凸座33的內周面與球形部10的球面之間產生些微的間隙，藉由使球螺樁1相對於承座2搖動，使得防塵蓋4內的潤滑劑流動於該間隙。然後，正當對球螺樁1作用徑向方向(第1圖之圖面左右方向)的荷重之際，該間隙在球形部10與承座2之間，位在面壓成為最高之部位的附近，可藉由已流入該間隙的潤滑劑對該位置施以適當的潤滑。

第6圖及第7圖，是顯示採用了本發明的球形接頭之第二實施形態的圖面。

在該第二實施形態中，承座5具備第一構件6及第二構件7，這些第一構件6及第二構件7彼此超音波熔接而形成承座5。這點與前述的第一實施形態相同。但是，用來將連桿結合於承座5的固定部70是設在第二構件7並非第一構件6，這點則與第一實施例不同。另外，由於球螺樁1及防塵蓋4與第一實施例相同，因此在第6圖及第7圖中標示與第一實施形態相同的圖號，並在下文中省略了該部分的詳細說明。

前述第二構件具備：形成略圓柱狀的球形承接部71、及用來將該球形承接部71結合於連桿的固定部70，這些球形承接部71及固定部70是藉由熱可塑性樹脂而成形為一體。第6圖及第7圖中省略了前述固定部70的一部分，「可對該固定部70賦予任意形狀」的這點與第一實施形態相同。

在前述球形承接部71設有：近似於前述球螺樁1的球形部10之球面的凹球面狀的第二球形滑接面72。此外，在前述第二球形滑接面72的中央，設有可供前述球螺樁1的軸構件11貫穿的開口部73。為了使前述球螺樁1的球形部10不會從承座5脫離，該開口部73的內徑則形成小於前述球形部10的最大外徑，該開口部73的內徑限制了球螺樁1相對於前述承座5的搖動範圍。

第7圖，是顯示前述第一構件6與第二構件7之組合狀態的分解圖。在前述球形承接部71之前述開口部73的相反側位置，設有可供前述第一構件6嵌合的安裝孔74。該安裝孔74的深度被設定成稍淺於前述球螺樁1之球形部10的半徑，其內徑被設定成稍大於前述第二球形滑接面72的內徑，在安裝孔74與第二球形滑接面72之間設有可供前述第一構件6抵靠的固定基準面75。

除此之外，在前述第二球形滑接面72之安裝孔74側的端部，設有與該第二球形滑接面72連接之一定內徑的圓筒面76。該圓筒面76的內徑被設定成與前述球形部10的外徑大致相同，而形成球形部10可通過該圓筒面76而收納於前述球形承接部71的第二球形滑接面72。因此，與前述的第一實施形態相同，前述圓筒面76與球螺樁1之球形部10的球面之間產生些微的間隙。

此外，在前述球形承接部71，用來熔接前述第一構件6的接合面77是環繞前述安裝孔74而設成環狀。在該接合面77，設有剖面略呈三角形的肋78作為超音波熔接的導能部。該肋78在超音波熔接時熔融，被前述第一構件6所壓潰而在前述接合面77上擴開。

另外，前述第一構件6形成略圓柱形，嵌合於前述第二構件7的安裝孔74。在該第一構件也設有近似於前述球螺樁1之球形部10的球面之凹球面狀的第一球形滑接面60，該第一球形滑接面60與第二構件7的第二球形滑接面72相對向。該第一球形滑接面60被設成半球狀，其深度被設定成：略淺於前述球形部10的半徑。該第一球形滑接面60與前述第二構件7的第二球形滑接面72組合而完成用來收容前述球螺樁1之球形部10的球形空間。

此外，在已***前述安裝孔74之第一構件6 的前端設有固定基準面61，該度定基準面61是環繞前述第一球形滑接面60而設成環狀。該固定基準面61抵靠於第二構件7的固定基準面75，而限制了第一構件6對第二構件7之安裝孔74的***距離。藉此，前述第一球形滑接面60與第二球形滑接面72之間的間隔，亦即前述球形空間的內徑被設成稍微大於前述球形部10的直徑，被收容於該球形空間的球形部10不會被第一構件6及第二構件7所緊固(意指：緊緊地固定)，可相對於前述承座5而自由轉動。

不僅如此，在形成略圓柱形之前述第一構件6的外周面，鍔部62形成伸出以環繞該第一構件6。該鍔部62具有與「被設在前述第二構件7的接合面77」相對向的接合面63，當對前述第一構件6與第二構件7實施超音波熔接時形成：已熔融的樹脂在這些接合面77、63之間擴散(擴開)。

在該第二實施形態中，於前述第一構件6的固定基準面61和接合面63之間也同樣存有段差，即使對前述第一構件6與第二構件7實施超音波熔接時前述第二構件7的肋78熔融而在接合面77、63上擴散，也不會有熔融樹脂的毛邊朝固定基準面61伸出(溢出)的情形。亦即，前述安裝孔74的內周面可作為熔融樹脂之密封壁而發揮作用。

該第二實施形態之球形接頭的製造方法與前述第一實施形態的球形接頭相同。首先，在將「成為球螺樁1之球形部10的軸承用鋼珠」接合於軸構件11之前，預先使前述第二構件3通過軸構件11的頸部14，並在該狀態下，利用電阻焊接將軸承用鋼珠10a接合於軸構件的前端面，來製作前述球螺樁1。

在此之後，將前述球螺樁1的球形部10收容於球形承接部71的第二球形滑接面72，並該狀態下使第一構件6嵌合於前述第二構件7的安裝孔74，再利用超音波熔接將第一構件6固定於第二構件7。最後，將防塵蓋4安裝於前述球螺樁1與第二構件7之間，並藉由將固定環42覆蓋於防塵蓋4的大徑開口部41，而將該固定環42超音波熔接於第二構件7。如此一來，便完成了第二實施形態的球形接頭。