JP2009264479A - ボールジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】車両搭載上の要求に応じたロッドの溶接角度に適合できる、軽量、高強度、高精度のボールジョイントを安価に提供する。
【解決手段】球状部１２ａを有するボールスタッド１２と、球状部１２ａを揺動及び回動自在に収容し一方に開口部１６ａを有するソケット１６と、ソケット１６の底面１６ｂに溶接されたロッド４０とを備えるボールジョイント１０に於いて、ソケット１６は、底面１６ｂにロッド４０の端面投影面積よりも大きな範囲の球面部１６Ｃを有し、ロッド４０は、中心軸ＣＬの延長線が球面部１６ｃの中心ＯＳを通るように球面部１６ｃに溶接される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として車両用リンク機構の連結装置として使用されるボールジョイントに係り、特に、ボールスタッドを収容するソケットにロッドを溶接したボールジョイントに関する。

従来、車両のサスペンションリンケージ、例えばサスペンションアームとスタビライザとの連結に使用されるボールジョイントとしては、図６に示すものが知られている。図６において、ボールジョイント１００は、ボールスタッド１０２、ボールシート１０４、ソケット１０６、ダストカバー１０８及びロッド１３０で構成される。

ボールジョイント１００は、ボールスタッド１０２の一端に形成する球状部１０２ａをボールシート１０４を介してソケット１０６に組込み、ソケット１０６の開口部１０６ａをかしめ成形してスタッド１０２を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド１０２とソケット１０６の間には、ソケット１０６の開口部１０６ａから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー１０８を装着している。

また、ソケット１０６の円筒状の外周面１０６ｂにはサスペンションアームとスタビライザとを連結するロッド１３０が溶接され、ロッド１３０の他端は図示しない別のボールジョイント等に接続されている。
特開平５−３１９０６２号公報 特開２００５−６１５３７号公報

しかしながら、図６に示すような従来のボールジョイントにあっては、ソケット１０６に対するロッド１３０の設置角度は、ボールジョイント１００を車両に搭載する際の設計要件により決まるため、ボールジョイント１００の製造上の都合によりその設置角度を変更したい場合でも変更できないという問題がある。

また、サスペンションレイアウトの都合等によりソケット１０６の中心軸ＣＳに対するロッド１３０の中心軸ＣＬの角度θが０°または９０°以外の角度に溶接するように要求される場合があり、この角度で溶接する従来例として、以下の（１）及び（２）の場合がある。
（１）ソケットの溶接面に対し、ロッドの中心軸が垂直ではない状態で溶接する。
（２）ソケットの溶接面として、ロッドの中心軸に垂直となる平面を設けて溶接する。

図７は、従来のボールジョイントにおいて、ロッドをソケットの溶接面に対し斜めに溶接する（１）の実施例を示す断面図である。図７においてボールジョイント１１０は、ボールスタッド１１２、ボールシート１１４、ソケット１１６、ダストカバー１１８及びロッド１４０で構成され、ソケット１１６の底面１１６ａに対しロッド１４０の中心軸ＣＬが垂直ではなく角度γ傾斜するようにロッド１４０を溶接している。

図８は、図７のロッドの溶接方法を示す説明図であり、図８（Ａ）は、ロッドの溶接端面がロッドの中心軸に垂直な場合を、図８（Ｂ）は、ロッドの溶接端面がソケットの溶接面に平行な場合を示し、図８（Ｃ）は、溶接面に働く圧着力の分力を示している。

図８（Ａ）において、ロッド１４０の溶接端面１４０ａに対しソケット１１６の溶接面である底面１１６ａが傾いているため、方向Ｐに加圧して溶接した場合、溶接部のナゲット生成がロッド１４０の周方向で不均一となり、すなわち溶接の溶け込み程度の小さい部分が生じることで、同等断面積のロッドが周方向で均一に溶融している場合に比べて溶接強度が低下する。

このような場合、強度低下を補うためにソケット１１６とロッド１４０をプロジェクション溶接等で溶接した後に、更にアーク溶接等で図７に示すようなビード１６０を盛り補強する必要が生じ、これが製造コストを増加させる問題となる。

図８（Ｂ）においては、ロッド１４０の溶接端面１４０ｂをソケット１１６の底面１１６ａと平行になるように中心軸ＣＬに対し斜めにカットして溶接を行うが、この場合、溶接端面１４０ｂは中心軸ＣＬに対し非対称の形状となるため、溶接時にロッド１４０の中心軸ＣＬの軸回り方向ＤＬの位置決めが必要となり、これも製造コストを増加させる問題となる。

更に、図８（Ａ）及び（Ｂ）の何れの場合においても、ロッド１４０を中心軸ＣＬの方向Ｐに加圧して溶接を行うため、加圧方向Ｐと溶接面である底面１１６ａが垂直にならず、図８（Ｃ）に示すように、溶接時の圧着力Ｐにより、底面１１６ａに垂直な分力Ｖと平行な分力Ｈが発生し、ロッド１４０は、この分力Ｈにより溶接位置がずれ易く、溶接後の寸法精度が低下する問題もある。

図９は、従来のボールジョイントにおいて、ロッドをソケットの溶接面に対し垂直に溶接する（２）の実施例を示す断面図である。図９においてボールジョイント１２０は、ボールスタッド１２２、ボールシート１２４、ソケット１２６、ダストカバー１２８及びロッド１５０で構成され、ソケット１２６の中心軸ＣＳに軸対称な円錐状の底面１２６ａに対し、ロッド１５０の中心軸ＣＬの角度δが垂直になるようにロッド１５０を溶接している。

この場合、ソケット１２６の溶接面である底面１２６ａにロッド１５０の溶接端面１５０ａよりも大きな面積を確保する必要から、ソケット１２６の底部１２６ｂを下方に伸ばすように増肉することでソケット１２６のサイズが大きくなり、重量及びコストが増加してしまう。

図１０は、図９のソケットのサイズが大きくなる理由を示す説明図であり、図１０（Ａ）は、ソケットの底部を増肉せずに軸対称な溶接面を確保できない理由を示し、図１０（Ｂ）は、ソケットの溶接面をソケットの中心軸回りに非対称にした場合の欠点を示す。

図１０（Ａ）において、ソケット１２６を図７に示すソケット１１６と同程度の大きさにし、ロッド１５０を図９と同じ中心軸ＣＬ上に溶接しようとすると、ロッド１５０の溶接端面１５０ａに対しソケット１２６の溶接面である底面１２６ｂの面積が足りず、ロッド１５０の溶接端面１５０ａの一部１５０ｂがソケット１２６の底面１２６ｂから外れてしまい、この状態で溶接を行うと溶接部の強度が低下する。

しかし、ソケット１２６の底部１２６ｂを１２６ａに示す位置まで下方に伸ばすことで、底面１２６ｂの面積とロッド１５０の中心軸ＣＬの角度及び位置を変えずにロッド１５０をソケットに１２６に溶接することが可能となる。

図１０（Ｂ）においては、ソケット１２６の溶接面１２６ｃを中心軸ＣＳの軸回りに非対称の平面にして面積を増加させることで底部１２６ｂの増肉を抑えているが、ソケット１２６が対称形でないため鍛造等による成形性が悪化すると共に、溶接時にソケット１２６の中心軸ＣＳの軸回り方向ＤＳの位置決めが必要となり、溶接工数が増加する問題がある。

また、図９の場合、設計要件による溶接角度θに応じてソケット１２６の溶接面１２６ａの中心軸ＣＳに対する角度を変えなければならず、僅かな溶接角度θの違いでもソケット１２６を共用化することができないため、量産効果を得られず製造コストが増加する。

本発明は、車両搭載上の要求に応じたロッドの溶接角度に適合できる、軽量、高強度、高精度のボールジョイントを安価に提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。まず本発明は、球状部を有するボールスタッドと、ボールスタッドの球状部を揺動及び回動自在に収容し一方に開口部を有するソケットと、ソケットの外面に溶接されたロッドとを備えるボールジョイントに於いて、ソケットは、外面にロッドの端面投影面積よりも大きな範囲の球面部を有し、ロッドは、中心軸の延長線がソケットの球面部の中心を通るように球面部に溶接されることを特徴とする。

ここで、ソケットは、球面部の中心が、開口部の中央とボールスタッドの球状部の中心を通る軸線上に在る。あるいは、ソケットは、球面部の中心が、ボールスタッドの球状部の中心と一致する。

本発明のボールジョイントは、球状部及び軸部を有するボールスタッドと、ボールスタッドの球状部を揺動及び回動自在に収容し一方に軸部を突出させる開口部と外面にロッドを溶接可能な溶接面を有するソケットとを備えるボールジョイントに於いて、ソケットの溶接面は、開口部の中央とボールスタッドの球状部の中心を通る軸線に対して軸対称にロッドの端面投影線よりも大きな弧長の球面から成ることを特徴とする。

本発明によれば、ソケットの外面にロッドの端面投影面積よりも大きな範囲の球面部を設け、ロッドの中心軸の延長線がソケットの球面部の中心を通るように、ロッドの端面部をソケット球面部に溶接することで、ソケットに無駄な肉を付けて重量を増加させたり、ソケットを中心軸回りに非対称として生産性を低下させたりすることなく、ロッドの溶接面の周方向でナゲット生成を均一化することができ、軽量、高強度、高精度のボールジョイントを安価に提供することが可能となる。

また、車両搭載上の要求であるソケットに対するロッドの溶接角度違いに対するソケット共用化の幅が広がり、量産効果による更なるコスト低減も望める。

更に、ボールスタッドを経由した外力を常にロッドの中心軸線上で受けることができるため、外力に耐えるのに必要な溶接強度及びロッド強度を最も小さくでき、よって、ロッド断面積を小さくすることでより安価なロッドを使用することができる。

図１は、本発明のボールジョイントの第１実施形態を示す断面図である。図１において、ボールジョイント１０は、ボールスタッド１２、ボールシート１４、ソケット１６、ダストカバー１８及びロッド４０で構成される。

ボールジョイント１０は、ボールスタッド１２の一端に形成する球状部１２ａをボールシート１４を介してソケット１６に組込み、ソケット１６の開口部１６ａをかしめ成形してスタッド１２を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド１２とソケット１６の間には、ソケット１６の開口部１６ａから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー１８を装着している。

ここで、ソケット１６の開口部１６ａの中央とボールスタッド１２の球状部１２ａの中心ＯＢを通る軸線をソケット１６の中心軸ＣＳとし、ソケット１６は中心軸ＣＳに対し基本的に軸対称の形状をしている。

ソケット１６の底面１６ｂには、ソケット１６の中心軸ＣＳ上の中心ＯＳから半径ＲＳの球面部１６ｃを有し、球面部１６ｃには、ソケット１６の中心軸ＣＳに対し中心軸ＣＬを角度θ傾け、且つ、中心軸ＣＬの延長線がソケット１６の球面部１６ｃの中心ＯＳを通るようにロッド４０の端面部４０ａをソケット球面部に溶接している。

図２は、本発明のボールジョイントの第２実施形態を示す断面図である。図２において、ボールジョイント２０は、ボールスタッド２２、ボールシート２４、ソケット２６、ダストカバー２８及びロッド５０で構成される。

ボールジョイント２０は、ボールスタッド２２の一端に形成する球状部２２ａをボールシート２４を介してソケット２６に組込み、ソケット２６の開口部２６ａをかしめ成形してスタッド２２を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド２２とソケット２６の間には、ソケット２６の開口部２６ａから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー２８を装着している。

ここで、ソケット２６の開口部２６ａの中央とボールスタッド２２の球状部２２ａの中心ＯＢを通る軸線をソケット２６の中心軸ＣＳとし、ソケット２６は中心軸ＣＳに対し基本的に軸対称の形状をしている。

ソケット２６の底面２６ｂは、ボールスタッド２２の球状部２２ａの中心ＯＢから半径ＲＳの球面２６ｃから成り、球面２６ｃには、ソケット２６の中心軸ＣＳに対し中心軸ＣＬを角度θ傾け、且つ、中心軸ＣＬの延長線がソケット２６の球面２６ｃの中心ＯＳ（ボールスタッド２２の球状部２２ａの中心ＯＢと同一点）を通るようにロッド５０の端面部５０ａをソケット球面部に溶接している。

従って、図１及び２に示す実施形態においては、ソケット１６及び２６に無駄な肉を付けて重量を増加させたり、ソケット１６及び２６を中心軸回りに非対称にして生産性を低下させたりすることなく、ロッド４０及び５０の溶接面の周方向でナゲット生成を均一化することができ、軽量、高強度、高精度のボールジョイントを安価に提供することが可能となる。

図３は、図１及び２のロッドの溶接可能範囲を示す説明図であり、図３（Ａ）は図１の第１実施形態を、図３（Ｂ）は図２の第２実施形態を示している。図３（Ａ）において、ロッド４０のソケット１６に対する溶接角度、すなわち中心軸ＣＬと中心軸ＣＳとの角度θは、球面部１６ｃの中心ＯＳに対し、角度αの範囲内で任意に設定できる。

また、図３（Ｂ）においても、ロッド５０のソケット２６に対する溶接角度θは、球面部２６ｃの中心ＯＳに対し、角度βの範囲内で任意に設定できる。従って、一種類のソケット１６あるいは２６で、複数の溶接角度に対応できることから、ソケット共用化の幅が広がり、量産効果によるコスト低減が可能である。

また、図１に示す第１実施形態においては、球面１６ｃの中心ＯＳと球状部１２ａの中心ＯＢの位置は一致していないが、図２に示す第２実施形態においては、球面２６ｃの中心ＯＳは、ボールスタッド２２の球状部２２ａの中心ＯＢに一致させており、このことにより、第２実施形態のボールジョイント２０は、ボールスタッド２２を経由した外力を常にロッド５０の中心軸線上で受けることができる。

図４は、ボールスタッドからロッドに伝達される外力のボールジョイント内の作用を示す説明図であり、図４（Ａ）は図１の第１実施形態を、図４（Ｂ）は図２の第２実施形態を示している。図４（Ａ）において、ボールスタッド１２は、中心軸ＣＢがロッド４０の中心軸ＣＬと同一平面にあり、また、中心軸ＣＢがソケット１６の中心軸ＣＳに対し、ロッド４０の中心軸ＣＬの傾斜角度θと同じ角度θ傾いた状態である。

しかし、ボールスタッド１２の球状部１２ａの中心ＯＢとソケット１６の球面１６ｃの中心ＯＳの位置が一致していないため、ボールスタッド１２の中心軸ＣＢとロッド４０の中心軸ＣＬは同一線上にはなく、Ｅだけずれている。そのため、ボーススタッド１２からの外力Ｆは、ロッド４０の中心軸ＣＬに平行に作用するだけではなく、モーメントＦＥとしても作用してしまう。

図４（Ｂ）においても、ボールスタッド２２は、中心軸ＣＢがロッド５０の中心軸ＣＬと同一平面にあり、また、中心軸ＣＢがソケット２６の中心軸ＣＳに対し、ロッド５０の中心軸ＣＬの傾斜角度θと同じ角度θ傾いた状態であるが、ボールスタッド２２の球状部２２ａの中心ＯＢとソケット２６の球面２６ｃの中心ＯＳの位置が一致しているため、ボーススタッド２２からの外力Ｆは、ロッド５０の中心軸ＣＬ上にそのまま作用する。

図４（Ｂ）に示す例は、外力Ｆがそのまま直線的にロッド５０に作用する最も条件の良い状態であるが、第２実施形態においては、スタッド２２の角度θ（図面平面以外も含む）に係わらず、ボールスタッド２２を経由した外力Ｆを常にロッド５０の中心軸ＣＬの線上で受けることができるため、外力Ｆに耐えるのに必要な溶接強度及びロッド強度を最も小さくでき、よって、ロッド断面積を小さくすることでより安価なロッドを使用することができる。

図５は、本発明のボールジョイントの第３実施形態を示す断面図であり、図２に示す第２実施形態に対し、溶接角度θが大きい場合である。図５において、ボールジョイント３０は、ボールスタッド３２、ボールシート３４、ソケット３６、ダストカバー３８及びロッド６０で構成される。

ボールジョイント３０は、ボールスタッド３２の一端に形成する球状部３２ａをボールシート３４を介してソケット３６に組込み、ソケット３６の開口部３６ａをかしめ成形してスタッド３２を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド３２とソケット３６の間には、ソケット３６の開口部３６ａから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー３８を装着している。

ここで、ソケット３６の開口部３６ａの中央とボールスタッド３２の球状部３２ａの中心ＯＢを通る軸線をソケット３６の中心軸ＣＳとし、ソケット３６は中心軸ＣＳに対し基本的に軸対称の形状をしている。

ソケット３６の外周部３６ｂは、ボールスタッド３２の球状部３２ａの中心ＯＢから半径ＲＳの球面部３６ｃを有し、球面部３６ｃには、ソケット３６の中心軸ＣＳに対し中心軸ＣＬを角度θ傾け、且つ、中心軸ＣＬの延長線がソケット３６の球面部３６ｃの中心ＯＳ（ボールスタッド３２の球状部３２ａの中心ＯＢと同一点）を通るようにロッド５０の端面部５０ａをソケット球面部に溶接している。

また、図５において、ソケット３６の底面３６ｄは平面になっているが、この部分も球面３６ｃとしてもよく、そうすることで溶接角度θを大きな範囲で設定可能となる。

本発明は、車両用リンク機構の連結装置として用いられるボールジョイントに限らず、ロッドをソケットに溶接するあらゆるボールジョイントに適用可能であり、また、上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。

本発明のボールジョイントの第１実施形態を示す断面図 本発明のボールジョイントの第２実施形態を示す断面図 図１及び２のロッドの溶接可能範囲を示す説明図 図１及び２のボールスタッドからの外力の作用を示す説明図 本発明のボールジョイントの第３実施形態を示す断面図 従来のボールジョイントを示す断面図 ロッドをソケットの溶接面に対し斜めに溶接する従来例を示す断面図 図７のロッドの溶接方法を示す説明図 ロッドをソケットの溶接面に対し垂直に溶接する従来例を示す断面図 図９のソケットのサイズが大きくなる理由を示す説明図

符号の説明

１０、２０、３０、１００、１１０、１２０：ボールジョイント
１２、２２、３２、１０２、１１２、１２２：ボールスタッド
１４、２４、３４、１０４、１１４、１２４：ボールシート
１６、２６、３６、１０６、１１６、１２６：ソケット
１８、２８、３８、１０８、１１８、１２８：ダストカバー
４０、５０、６０、１３０、１４０、１５０：ロッド
１６０：ビード
ＣＢ：ボールスタッドの中心軸
ＣＳ：ソケットの中心軸
ＣＬ：ロッドの中心軸
ＯＢ：ボールスタッドの球状部の中心
ＯＳ：ソケットの球面部の中心
θ：ロッドの溶接角度

Claims (4)

1. 球状部を有するボールスタッドと、前記ボールスタッドの球状部を揺動及び回動自在に収容し一方に開口部を有するソケットと、前記ソケットの外面に溶接されたロッドとを備えるボールジョイントに於いて、
   前記ソケットは、外面に前記ロッドの端面投影面積よりも大きな範囲の球面部を有し、
   前記ロッドは、中心軸の延長線が前記ソケットの球面部の中心を通るように前記球面部に溶接されることを特徴とするボールジョイント。
   
2. 請求項１記載のボールジョイントに於いて、前記ソケットは、
   前記球面部の中心が、前記開口部の中央と前記ボールスタッドの球状部の中心を通る軸線上に在ることを特徴とするボールジョイント。
   
3. 請求項１記載のボールジョイントに於いて、前記ソケットは、
   前記球面部の中心が、前記ボールスタッドの球状部の中心と一致することを特徴とするボールジョイント。
   
4. 球状部及び軸部を有するボールスタッドと、前記ボールスタッドの球状部を揺動及び回動自在に収容し一方に前記軸部を突出させる開口部と外面にロッドを溶接可能な溶接面を有するソケットとを備えるボールジョイントに於いて、
   前記ソケットの溶接面は、前記開口部の中央と前記ボールスタッドの球状部の中心を通る軸線に対して軸対称に前記ロッドの端面投影線よりも大きな弧長の球面から成ることを特徴とするボールジョイント。

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