JP2008536065A - 金属割軸受圧縮荷重ボールジョイント - Google Patents

Abstract

開放端および可動スタッド部材の一部を少なくとも部分的に封入する内部円柱状チャンバを有する金属ハウジングと、下部金属軸受と、上部金属割軸受と、ベルビルワッシャとで構成される改良された圧縮荷重ボールジョイント組立を提供する。上部金属割軸受は下部金属軸受とは反対側に配置され、可動スタッド部材とハウジングとを同時に係合させる。上部金属割軸受はハウジング内で摺動して可動スタッド部材に対する一定の摩耗面を設けるように構成される。下部金属軸受、上部金属割軸受、ベルビルワッシャ、および可動スタッド部材は、可動スタッド部材の周りに同心円状に配置され、かつハウジングの開放端内に固定されたカバープレートによってハウジング内に包含される。

Description

発明の背景
本発明はボールジョイント軸受に関し、特定的には、ボールスタッドの頂部および側部に軸受面を設け、かつ軸受をハウジングとスタッドとに同時に完全に係合させることが可能なように構成された割上部軸受を用いる、改良された全金属圧縮荷重ボールジョイントに関する。

従来のボールジョイント、および他の可動ソケットは、たとえば自動車のステアリングおよびサスペンションの適用例に使用され、２つの分類に分けることができる。最初の分類はボールジョイントのスタッド部材が軸方向の張力荷重を受けるフォロアおよび張力荷重の適用例における使用であるのに対し、第２の分類はボールジョイントのスタッド部材が軸方向の圧縮荷重を受ける圧縮荷重の適用例における使用である。スタッド部材に対するこれらの異なる軸方向の荷重のため、各分類に対して異なるボールジョイントの設計が要求され、それらは一般的に交換不可能である。

一般的に、ボールおよびソケットジョイントは円柱状の内面と、スタッド部材のシャンク部が貫通して延在する開口部とを有する円柱状のハウジングを備える。スタッド部材のボール端部はハウジング内に包含され、１つ以上の軸受部材がハウジング内でボール端部を支える。伝統的に、軸受部材はポリマーもしくはエラストマーなどの合成樹脂、または焼結合金で構成される。これらの構成部品は開口部を通じてハウジング内に設置され、ボールスタッドは、構成部品が設置されたのと同一の開口部、または軸方向に反対の開口部のいずれかであり得る軸方向に配置された開口部を貫通して外側に延在する。従来、張力荷重ボールジョイントは、フェデラル−モーグル コーポレイション(Federal Mogul Corporation)のモーグ・シャーシ部品部から入手可能なＭ２技術のシャーシ部品などがあるが、ハウジングの対向端の２つの開口部を使用する。構成部品がハウジング内に設置された後、１つの開口部がカバープレートによって閉じられ、回転させられ、加圧変形され、または所定の位置に溶接され、スタッド部材は反対側の開口部を貫通して外側に延在する。カバープレートは所定の位置に固定されると、弾性ゴム介在部品を介して直接的または間接的に軸受部材を圧迫する。

これに対し、圧縮荷重ボールジョイントのハウジングは、米国特許第６，０１０，２７１号ジャクソン(Jackson)に示されるようなものがあるが、これは１つの開口部のみを有し、これを通じて組立の際にすべての構成部品が設置され、かつスタッド部材が貫通して突出する。これらの構成部品には圧縮ばね、ポリマー下部軸受、スタッド部材、および金属上部軸受が含まれる。これらの構成部品が所定の位置に設置され、スタッド部材のシャンクが開口部から突出すると、開口部の周縁端部を加圧変形してまたは圧延して構成部品を所定の位置に保持し、ばねを圧縮する。

ボールジョイントおよび可動ソケットは組立てられると、自動車の車体サスペンションおよびステアリング機構を含む多数の機械機構において荷重担持部材として使用され得る。これらの適用例に使用される可動ソケットまたはボールジョイントはさまざまな動作条件にさらされ、多大な荷重を担持することが要求され得る。特にポリマー軸受で摩耗が進むと、可動ソケットまたはボールジョイントの性能は急激に低下し、自動車の適用例の場合は不安定なステアリングまたは車体サスペンション機構における過度の緩みおよび遊び
をもたらしてしまい得る。

したがって、耐摩耗性が改良された圧縮荷重ボールおよびソケットジョイントを提供することが望まれる。

発明の概要
簡単に述べると、本発明は開放端と、可動スタッド部材の一部を少なくとも部分的に封入する内部円柱状チャンバとを有する金属ハウジングで構成される改良された圧縮荷重ボールジョイント組立を提供する。下部金属軸受は、ハウジングによって内部円柱状チャンバ内に封入され、可動スタッド部材と係合するように配置される。下部軸受は、下部軸受の外側の側面と、ハウジングの内側の側面および内側の端面との間の締り嵌めによって、動きに対して保持される。上部金属割軸受は、可動スタッド部材に対し同心円状に、ハウジングによって内部円柱状チャンバ内に封入される。上部金属割軸受は下部金属軸受とは反対側に配置され、可動スタッド部材とハウジングとを同時に係合させる。割上部軸受はハウジング内で摺動して可動スタッド部材に対する一定の摩耗面を設けるように構成される。ベルビルワッシャは可動スタッド部材の周りに同心円状に配置され、割上部軸受上に軸方向の荷重を与える。下部軸受、上部割軸受、ベルビルワッシャ、および可動スタッド部材は、可動スタッド部材の周りに同心円状に配置され、かつハウジングの開放端内に固定されたカバープレートによってハウジング内に包含される。

本発明ならびに本発明の現在の好ましい実施例の上述およびその他の目的、特徴および利点は、添付の図面と関連して以下の説明を読むことにより、より明らかとなるであろう。

明細書の一部を形成する添付図面の全体を通して、対応の参照番号は対応の要素を示す。

好ましい実施例の説明
以下の詳細な説明は本発明を例示的に述べるものであり、限定的に述べるものではない。この説明により、当業者が本発明を製造および使用できることは明らかであり、以下の説明は本発明のいくつかの実施例、適合例、変形例、代替例および使用方法を記載しており、その中には本発明を実行する際の現在のベストモードと考えられるものも含まれる。

図１Ａを参照して、本発明の可動ジョイント１００が分解図で示される。金属ハウジング１０２は、その中に可動ジョイント１００のさまざまな内部構成部品を封入し、一般的に円柱状であり、中央ボア１０４は閉じた下側端部１０６および開いた上側端部１０８を有する側壁を規定する。潤滑または摩耗指示経路１０９は閉じた下側端部１０６内に軸方向に配置されることができ、可動ジョイント１００の組立後に中央ボア１０４へのアクセスを提供する。ハウジング１０２の外面１１０は、中央ボア１０４の全体の輪郭に沿い得る。記載されている実施例では、外面１１０はさらに環状フランジ１１２および環状溝１１４を備える。環状フランジ１１２および環状溝１１４は、可動ジョイント１００を他の構成部品（図示せず）に取付けるように構成される。理解され得るように、環状フランジ１１２および環状溝１１４は、ねじ山または他のコネクタ（図示せず）を用いる他の特定的な種類の設置用に適合されてもよい。

ハウジング１０２の中央ボア１０４は一般的に円柱状で半径Ｒ１を有し、好ましくは閉じた下側端部１０６に隣接する円錐台部１１８を備える。中央ボア１０４の上部軸受部１２０は好ましくは拡大された半径寸法Ｒ２を有し、軸受部品を受けるような大きさに作ら
れる。最後に、中央ボア１０４の閉鎖部１２２は開いた上側端部１０８に隣接しており、好ましくはＲ１＜Ｒ２≦Ｒ３となるような拡大された半径寸法Ｒ３を有する。閉鎖部１２２はハウジング１０２の薄肉変形可能部１２４に対応し、薄肉変形可能部１２４は、組立後に構成部品を中央ボア１０４内に封入するために径方向に内方向へ加圧変形する、または圧延されるように構成される。

可動ジョイント１００を組立てるため、中央ボア１０２内の締り嵌めおよび円錐台部１１８の大きさに作られた下部軸受１２６を、閉じた下側端部１０６に接して着座させる。下部軸受１２６は焼結合金などの金属から形成され、ハウジングの垂直軸ＶＡと軸方向に整列した内部の半球状面１２８を有し、金属可動スタッド部材１３２のボール部１３０を受けるような大きさに作られる。金属下部軸受１２６は、好ましくは内部の半球状面１２８内に配置された１つ以上のスロットまたは溝１３４を備える。スロット１３４によって内部の半球状軸受面１２８とボール部１３０の外側面１３６との間で潤滑油の流れが促進される。金属下部軸受１２６はさらに、潤滑または摩耗指示経路１０９と整列した軸方向潤滑油経路１３７を備え、これを通じて軸受面に潤滑油を搬送することが可能となる。

図１Ａに示されるように、可動スタッド部材１３２は球状のヘッド部１３０と、細長い円柱状のシャンク部１３８とから構成される。当業者であれば、シャンク部１３８の特定の形状および構成は可動ジョイント１００が構成された特定の適用例に応じて変更可能であることを認識するであろう。たとえば図１Ａに示すように、シャンク部１３８はヘッド部１３０が形成される直径がより小さいネック部１４０と、１つ以上の一定半径部分１４２と、１つ以上の先細り部分１４４とを備えてもよい。シャンク部１３８はさらに、他の構成部品（図示せず）との接続を促進するように設計された１つ以上の特徴を備えてもよく、その中にはねじ山１４６と１つ以上のボア１４８とが含まれ得るが、これに限定されるものではない。

組立の際に下部金属軸受１２６および可動スタッド部材１３２が中央ボア１０４内に位置決めされると、可動ジョイント１００の残りの構成部品が設置される。これらの中には、ヘッド部１３０に対して下部金属軸受１２６とは反対側から、可動スタッド部材１３２の周りに同心円状に着座するように構成された環状金属上部軸受１５０と、ベルビルワッシャ１５２と、環状カバープレート１５４とが含まれる。

環状上部金属軸受１５０は中央ボア１０４の上部軸受部１２０内に着座し、可動スタッド部材のヘッド部１３０の頂部および側部に対して内側半球状摩耗面１５６を設ける。図１Ｂに示されるように、環状上部金属軸受１５０は１つ以上の潤滑スロット１５８と、内面１５６から外面１６２へ延在するスプリット１６０とを備える。スプリット１６０により、環状上部金属軸受１５０は中央ボア１０４の内面とヘッド部１３０とを同時に完全に係合させることが可能となり、軸方向および径方向に荷重がかかった際の可動スタッド部材１３２の動きを制限する。上部金属軸受１５０は、好ましくは中央ボア１０４内で軸方向に移動するような大きさに作られており、ヘッド部１３０に一定の摩耗面を設け、また可動ジョイント１００の内部構成部品の通常摩耗の際に軸方向および径方向の支持を提供する。

カバープレート１５４を中央ボア１０４内に設置する前に、ベルビルワッシャ１５２を可動スタッド部材１３２の周りに配置し、環状上部金属軸受１５０の上面１６４上に着座させる。ベルビルワッシャ１５２またはワッシャばねは、可動ジョイント１００の組立後の構成部品上に予荷重を与え、自身の組立の際に所望のトルクを設定するように構成される。組立後、ベルビルワッシャ１５２によって与えられる荷重は、上部金属軸受１５０と、ヘッド部１３０と、中央ボア１０４の内面１２０との間の同時接触を維持する。

ハウジング１０２内の構成部品の組立を完成するため、環状カバープレート１５４を可動スタッド部材１３２の周りに配置し、中央ボア１０４内に位置決めする。その後ハウジング１０２の薄肉変形可能部１２４を径方向に内方向へ加圧変形し、または圧延し、カバープレート１５４を捕らえて構成部品を中央ボア１０４内に封入する。加圧変形または圧延工程の際、ベルビルワッシャ１５２はカバープレート１５４と上部金属軸受１５０の上面１６４との間で圧縮され、ハウジングの内部構成部品上に所望の予荷重力を設定する。好ましくは、図１Ｃに示されるように、カバープレート１５４は面取りされた内面１６６を備える。表面１６６は、ハウジング１０２内の接合の際に可動スタッド部材１３２に対して隙間を設ける。

図１Ａおよび２に示されるように、リストリクタ１６８および埃カバー１７０を可動スタッド部材１３２の周りに任意に設置してもよい。リストリクタ１６８は、上側端部１７４に隣接し、増大された厚みを有する環状領域１７２を備える管状ボディ１７１から構成される。リストリクタ１６８がスタッド部材１３２のネック部１４０の周りに配置されると、リストリクタ１６８の環状領域１７２およびボディ１７４は、ハウジング１０２の加圧変形された、または圧延された変形部１２４と接触することによって、スタッド部材１３２の接合の範囲を制限するように作用する。

埃カバー１７０は、好ましくは可撓性ゴムまたは他のエラストマー材料から形成され、埃カバー自体内に配置された止め輪１７６、または他の従来の保持部材によってハウジング１０２の外部に固定される。可動スタッド部材１３２は埃カバー１７０の頂部の嵌め込み式開口部１７８を貫通し、車体サスペンションなどの他の構成部品（図示せず）との連結のためにスタッド部材１３２の一部を露出する。

当業者であれば、可動ジョイント１００が意図される特定の適用例に応じて、ハウジング１０２および可動スタッド部材１３２にはさまざまな形状および構成が可能であり、またそれに関連した軸受１２６および１５０の構成も可能であることを容易に認識するであろう。たとえば、スタッド１３２が半球状または円柱状のヘッドを備えてもよいし、または円柱状のボディが外部構成部品（図示せず）を取付けるためにねじ山１４６、ボア１４８、または溝を備えてもよい。

上記に鑑みて、本発明のいくつかの目的が達成され、他の有利な結果が得られることが理解されるであろう。上記の構造において本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変更がされ得ることから、上記の説明に含まれる、または添付の図面に示されるすべての事項は説明的に解釈さるものであり、限定的に解釈されるものではない。

本発明の改良されたボールジョイントの分解断面図である。 図１Ａに存在する環状上部金属割軸受部品の上面図である。 図１Ａの一部を拡大したものであり、カバープレートの向きを示す図である。 図１Ａのボールジョイントの組立後の断面図である。

Claims (12)

1. 可動ジョイントであって、
   閉じた端部と開放端とを有する中央ボアを規定する側壁を備える金属ハウジングと、
   前記中央ボア内に配置された金属下部軸受と、
   前記中央ボアに配置されたヘッド端部と前記ヘッド端部から延在するシャンク部とを有する可動部材とを備え、前記ヘッド端部は、前記中央ボア内で前記金属下部軸受と係合し、前記シャンク部は、少なくとも部分的に前記中央ボアの外側に配置され、さらに
   前記中央ボア内で前記可動部材の周りに配置された環状金属上部軸受とを備え、前記環状金属上部軸受は、前記ヘッド端部と係合する内面と、前記側壁と係合する外面と、前記内面を前記外面と繋ぐスプリット部分とを有し、さらに
   前記可動部材の周りに配置され、前記中央ボア内に固定された環状カバープレートと、
   前記環状カバープレートと前記環状金属上部軸受の上面との間で圧縮されるばね部材とを備える、可動ジョイント。
2. 前記金属ハウジングは、前記中央ボアの前記閉じた端部に配置された軸方向潤滑ポートをさらに備える、請求項１に記載の可動ジョイント。
3. 前記環状カバープレートおよび前記ばね部材は金属で構成される、請求項１に記載の可動ジョイント。
4. 前記ばね部材は、前記中央ボアの前記閉じた端部に向けて前記環状金属上部軸受上に軸方向の予荷重力を与えるように構成され、
   前記環状金属上部軸受は、前記側壁と前記ヘッド部とを同時に係合させるように構成される、請求項１に記載の可動ジョイント。
5. 前記環状金属上部軸受は、前記中央ボア内で軸方向に変位可能である、請求項１に記載の可動ジョイント。
6. 前記金属下部軸受は、締り嵌めによって前記中央ボアに保持される、請求項１に記載の可動ジョイント。
7. 前記シャンク部の周りに配置される埃ブーツリストリクタをさらに備える、請求項１に記載の可動ジョイント。
8. 前記ハウジングと前記可動部材の前記シャンク部との間に結合された可撓性埃カバーをさらに備える、請求項１に記載の可動ジョイント。
9. 前記下部金属軸受は、内部の軸受面上に配置された少なくとも１つの潤滑スロットを備え、
   前記環状金属上部軸受は、内部の軸受面上に配置された少なくとも１つの潤滑スロットを備える、請求項１に記載の可動ジョイント。
10. 前記ハウジングは、前記中央ボアの前記開放端に隣接する変形可能な環状領域を備え、前記変形可能な環状領域は、前記環状カバープレートを前記中央ボア内で固定するために径方向に内側の変形に適合されている、請求項１に記載の可動ジョイント。
11. 前記環状カバープレートは面取りされた内面を有し、前記面取りされた内面は、前記可動部材の接合を制限するように構成されている、請求項１に記載の可動ジョイント。
12. 圧縮荷重ジョイントの組立方法であって、
    閉じた端部と開放端とを有する中央ボアを規定する側壁を備える金属ハウジングを設けるステップと、
    金属下部軸受を前記中央ボア内に挿入するステップと、
    前記中央ボアに配置されたヘッド端部と前記ヘッド端部から延在するシャンク部とを有する可動部材を設けるステップとを備え、前記ヘッド端部は、前記中央ボア内で前記金属下部軸受と係合し、前記シャンク部は、少なくとも部分的に前記中央ボアの外側に配置され、さらに
    環状金属上部軸受を前記中央ボア内に、前記可動部材の周りに挿入するステップとを備え、前記環状金属上部軸受は、前記ヘッド端部と係合する内面と、前記側壁と係合する外面と、前記内面を前記外面と繋ぐスプリット部分とを有し、さらに
    前記環状金属上部軸受の上面上に、前記可動部材の周りに、前記中央ボア内に環状ばね部材を配置するステップと、
    環状カバープレートを前記中央ボア内に、前記可動部材の周りに、前記環状ばね部材に隣接して配置するステップと、
    前記カバープレートに重なる環状口縁を形成するように前記開放端を囲む前記ハウジングの縁部を前記カバープレートと係合させるよう径方向に内側へ変形するステップとを備え、前記変形ステップは、前記カバープレートおよび前記環状金属上部軸受を前記中央ボア内で軸方向に変位させ、前記環状ばね部材を圧縮して前記環状金属上部軸受上に軸方向の荷重を与える、方法。

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