JP2017082988A - ボールジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】閉止部材のベアリング部材に対する予圧量のばらつきや、ベアリング部材が熱膨張に関わらず、ベアリング部材のボールに対する圧力の変化を極力抑え、所定の性能を安定的に維持し得るボールジョイントを提供する。【解決手段】ベアリング部材３２の閉止部材３７から加圧される端部３２ａを、半径方向の肉厚がベアリング中最大でボール部３４とは接しない筒状の予圧部となし、この与圧部の周面に複数の凹溝４３、４３ａ、４３ｂを設けた。【選択図】図５

Description

本発明はボールジョイントに関する。

特許文献１のボールジョイントでは、ベアリング部材は、ボールの頂部およびスタッド連結部を除いて、ボールの球面を覆うように肉厚を均等にしながら球状に形成され、そしてベアリング部材の下面を支承する支承部材または閉止部材の支承面もボールの球面に沿って、凹球面になっている。

特許第５１１０３７１号公報

ところで、ベアリング部材は、閉止部材によって、ベアリング部材の軸方向に予圧されて、ハウジングに固定されると共に、ボールを所定の圧力をもって回転可能に支持するものであるが、特許文献１のものでは、ベアリングの、ボールと支承部材または閉止部材とに挟まれる部分の体積が充分ではなく、したがってその部分のばね定数は必然的に大きくなる。このため、製作誤差により、閉止部材のベアリング部材に対する予圧量にばらつきがあると、即座に、ベアリング部材のボールに対する圧力が大きく変化してしまう。このことは、ボールジョイントの使用中、ベアリング部材が熱膨張したとき、ベアリング部材のボールに対する圧力が急増することを意味し、ボールジョイントの性能を不安定にさせる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、閉止部材のベアリング部材に対する予圧量のばらつきや、ベアリング部材の熱膨張に関わらず、ベアリング部材のボールに対する圧力の変化を極力抑え、所定の性能を安定的に維持し得るボールジョイントを提供することを目的とする。

本発明の第１側面によれば、軸方向一端を第１開口部、他端を第２開口部として開放した内室を有し、この内室の第１開口部側半周面は第１開口部に向かって小径となる凹球面となっているハウジングと、前記内室に嵌装される合成樹脂製のベアリング部材と、このベアリング部材に首振り可能に保持されるボール部、およびこのボール部から前記第１開口部外方へ突出するスタッド部を有するボールスタッドと、前記凹球面と協働して前記ベアリング部材に予圧を与えながら第２開口部を閉鎖するようにハウジングに固着される閉止部材とを備え、前記ベアリング部材の閉止部材から加圧される端部を、半径方向の肉厚がベアリング中最大で前記ボール部とは接しない筒状の予圧部となし、この与圧部の周面には複数の凹溝を設けたボールジョイントは提供される。

第２側面によれば、第１側面の構成に加え、前記凹溝は、ベアリング部材の内面に開口する潤滑剤保持用の溝もしくはスリットに連続している。

第３側面によれば、第１または第２側面の構成に加え、ボールジョイントは電動パワーステアリング装置用ボールジョイントであって、前記スタッド部およびハウジングの一方はタイロッドに、他方はナックルにそれぞれ連結される。

第１側面によれば、与圧部は、半径方向の肉厚がベアリング中最大でボール部とは接しない筒状をなしているので、与圧部に充分な体積を付与して、与圧部のばね定数を充分に下げることができ、さらに与圧部の周面に複数の凹溝を設けたことにより、与圧部のばね定数を一層下げることができ、その結果、与圧部を閉止部材により加圧したとき、与圧部を介してベアリングに加圧力を効果的に伝達できて、大なる所望の予圧を付与することができるので、ベアリング部材およびボール部間の摩擦抵抗を大なる所望値に設定することができる。

また予圧部のばね定数が充分に低いことは、ベアリング部材の摩耗時、それを予圧部が補償するときでも、ベアリングおよびボール部間の摩擦抵抗の低下が少なく、ボール部の高首振りトルクが安定していることを意味する。

しかも、予圧部周面の複数凹溝は、予圧部の熱膨張時、その膨張分を吸収し、ボール部の高首振りトルクの安定化に寄与する。

第２側面によれば、潤滑剤保持用の溝もしくはスリットとばね定数低下用の凹溝とを連続させることで、ベアリング部材の成形時、全ての溝を一挙に形成することができ、成形性が良い。

第３側面によれば、ボール部の首振りトルクを充分に増大させることができるため、操舵停止時、電動モーターのローターの慣性によるステアリング要素のオーバーシュートを抑制し、操舵フィーリングの向上に寄与し得る。

本発明の一実施形態に係る車両としての四輪自動車の構成を概略的に示す概念図である。 ボールジョイントの構造を概略的に示す拡大垂直断面図である。 第１実施形態に係るボールジョイント用ベアリング部材の一部破断斜視図である。 ベアリング部材の平面図である。 図４の５−５線に沿った垂直断面図である。 図５に対応し、第２実施形態に係るベアリング部材の垂直断面図である。 図５に対応し、第３実施形態に係るベアリング部材の垂直断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は車両としての四輪自動車１１の構成を概略的に示す。四輪自動車１１は操舵輪としての前輪１２、１２および後輪（図示されず）を備える。車室内のステアリングホイール１３は電動ステアリングユニット１４を介して前輪１２、１２に接続される。電動ステアリングユニット１４は、ステアリングホイール１３に連結されてステアリングホイール１３と一体に回転するステアリングシャフト１５と、ステアリングシャフト１５の下端に結合されたピニオン１６と、ピニオン１６に噛み合うラック１７と、ラック１７の左右両端に第１ボールジョイント１８を介して連結されたラックエンド１９と、ラックエンド１９の外端にねじ結合されたタイロッドエンド（タイロッド）２１とを備える。個々のタイロッドエンド２１の先端は第２ボールジョイント２２で前輪１２のナックル２３に連結される。

前輪１２、１２は個々に水平軸回りに回転自在にナックル２３に支持される。ナックル２３は、四輪自動車１１の車体に上下方向に揺動自在に連結される。第２ボールジョイント２２は、サスペンションストロークに追従したラックエンド１９の上下動を吸収する。運転者がステアリングホイール１３を操作すると、ピニオン１６の回転動作がラック１７の線形動作に変換され、前輪１２の転舵は実現される。第２ボールジョイント２２は、ラックエンド１９の転舵動作に従ってタイロッドエンド２１に対してナックル２３の回転動作を許容する。

電動ステアリングユニット１４はステアリングアクチュエーター２４を備える。ステアリングアクチュエーター２４は電気モーターで構成される。電気モーターの駆動軸はウオームギヤ２５を介してステアリングシャフト１５に連結される。電気モーターの駆動力は操舵トルクを支援する。こうして操舵の操作にあたって運転手の労力は軽減される。

図２に示されるように、第２ボールジョイント２２はハウジング２６を備える。ハウジング２６は、軸方向一端を第１開口部２７、他端を第２開口部２８として開放した内室２９を有する。この内室２９の第１開口部側半周面は第１開口部２７に向かって小径となる凹球面３１となっている。ハウジング２６はタイロッドエンド２１に結合される。ハウジング２６はタイロッドエンド２１に一体化されてもよい。内室２９には合成樹脂製のベアリング部材３２が嵌装される。ベアリング部材３２は弾性を有する。ベアリング部材３２は例えばポリアセタールといった樹脂材料から一体成型される。

ハウジング２６にはボールスタッド３３が連結される。ボールスタッド３３は、ベアリング部材３２に首振り可能に保持されるボール部３４と、このボール部３４から第１開口部２７外方へ突出するスタッド部３５とを備える。スタッド部３５は、前輪１２を支持するナックル２３に結合される。スタッド部３５はナックル２３に一体化されてもよい。スタッド部３５の軸心３５ａがボール部３４の中心３４ａを通過する。スタッド部３５の軸径はボール部３４の直径よりも小さい。第１開口部２７の内径はスタッド部３５の外径よりも大きくボール部３４の外径よりも小さい。スタッド部３５は第１開口部２７を貫通する。第１開口部２７はスタッド部３５の可動範囲を規定する。ハウジング２６の凹球面３１は第１開口部２７からボール部３４の抜け落ちを阻止する。

ハウジング２６には閉止部材３７が固着される。閉止部材３７は、凹球面３１と協働してベアリング部材３２に予圧を与えながら第２開口部２８を閉鎖する。ベアリング部材３２は第２開口部２８からハウジング２６の円筒部２６ａに嵌め込まれる。円筒部２６ａの内向き円筒面は、ボール部３４の外径よりも大きい径を有する。

ベアリング部材３２の端部３２ａは閉止部材３７から加圧される。端部３２ａは、半径方向にベアリング中で最大の肉厚を有してボール部３４とは接しない筒状の予圧部を構成する。閉止部材３７をハウジング２６の嵌合孔に段部３８に当接するまで嵌装することで、ベアリング部材３２に規定の与圧量を付与し、その後、ハウジング２６の下端部をかしめて閉止部材３７を固定する。

図３に示されるように、ベアリング部材３２には、ハウジング２６の中心軸３９を含む垂直面に沿って第１開口部２７側の先端から端部３２ａに向かって延び、ベアリング部材３２の内面に開口する潤滑剤保持用のスリット４１が形成される。スリット４１は、その全長にわたって均一なスリット幅ｗを有する。ここでは、図４に示されるように、スリット４１は中心軸３９周りに９０度間隔で配置される。ただし、スリット４１の間隔は９０度に限定されるものではない。

図４および図５に示されるように、端部３２ａ（与圧部）の周面には複数の凹溝４３が設けられる。第１実施形態に係る凹溝４３は外周の円筒面に形成される。凹溝４３は、中心軸３９に平行に延びる縦溝であればよい。凹溝４３の溝幅をスリット幅ｗと同じまたはこれよりも狭くすれば、アンダーカットとならないので、離型時の干渉を回避できる。凹溝４３の溝深さは全長にわたって均一であればよい。

端部３２ａ（与圧部）は、半径方向の肉厚がベアリング中最大でボール部３４とは接しない筒状をなしているので、与圧部に充分な体積を付与して、与圧部のばね定数を充分に下げることができ、さらに与圧部の周面に複数の凹溝４３を設けたことにより、与圧部のばね定数を一層下げることができ、その結果、与圧部を閉止部材３７により加圧したとき、与圧部を介してベアリングに加圧力を効果的に伝達できて、大なる所望の予圧を付与することができるので、ベアリング部材３２およびボール部３４間の摩擦抵抗を大なる所望値に設定することができる。特に、凹溝４３はボール部３４との接触を避けて配置されることから、ベアリング部材３２とボール部３４との接触面積の減少は回避されることができる。

また予圧部のばね定数が充分に低いことは、ベアリング部材３２の摩耗時、それを予圧部が補償するときでも、ベアリング部材３２およびボール部３４間の摩擦抵抗の低下が少なく、ボール部３４の高首振りトルクが安定していることを意味する。

しかも、予圧部周面の複数の凹溝４３は、予圧部の熱膨張時、その膨張分を吸収し、ボール部３４の高首振りトルクの安定化に寄与する。これによりボール部３４の首振りトルクを充分に増大させることができるため、操舵停止時、電動モーターのローターの慣性によるステアリング要素のオーバーシュートを抑制し、操舵フィーリングの向上に寄与し得る。

潤滑剤保持用のスリット４１とばね定数低下用の凹溝４３とを連続させることで、ベアリング部材３２の成形時、全ての溝を一挙に形成することができ、成形性がよい。

図６は第２実施形態に係るベアリング部材３２の構造を概略的に示す。ベアリング部材３２は凹溝４３ａを備える。第２実施形態に係る凹溝４３ａは内周の円筒面に形成される。凹溝４３ａは、中心軸３９に平行に延びる縦溝であればよい。凹溝４３ａの溝幅をスリット幅ｗと同じまたはこれよりも狭くすれば、アンダーカットとならないので、離型時の干渉を回避できる。凹溝４３ａの溝深さは全長にわたって均一であればよい。その他の構成は前述の第２ボールジョイント２２と同様である。この第２実施形態では前述の第１実施形態と同様な作用効果が達成されることができる。

図７は第３実施形態に係るベアリング部材３２の構造を概略的に示す。ベアリング部材３２は凹溝４３ｂを備える。第３実施形態に係る凹溝４３ｂはベアリング部材３２の下面に形成される。凹溝４３は、中心軸３９から遠心方向に半径線に沿って延びる横溝であればよい。その他の構成は前述の第２ボールジョイント２２と同様である。この第３実施形態では前述の第１実施形態と同様な作用効果が達成されることができる。

なお、本発明は上述に記載の実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、前述のスリット４１は、ベアリング部材３２の内面に開口する潤滑剤保持用の溝に置き換えられてもよい。また、前述のようにナックル２３にスタッド部３５が連結されタイロッドエンド２１にハウジング２６が連結されるだけでなく、タイロッドエンド２１にスタッド部３５が連結されナックル２３にハウジング２６が連結されてもよい。

２１…タイロッドエンド、２３…ナックル、２６…ハウジング、２７…第１開口部、２８…第２開口部、２９…内室、３１…凹球面、３２…ベアリング部材、３２ａ…端部（予圧部）、３３…ボールスタッド、３４…ボール部、３５…スタッド部、３７…閉止部材、４１…スリット、４３…凹溝、４３ａ…凹溝、４３ｂ…凹溝。

Claims (3)

1. 軸方向一端を第１開口部（２７）、他端を第２開口部（２８）として開放した内室（２９）を有し、この内室（２９）の第１開口部（２７）側半周面は第１開口部（２７）に向かって小径となる凹球面（３１）となっているハウジング（２６）と、
   前記内室（２９）に嵌装される合成樹脂製のベアリング部材（３２）と、
   このベアリング部材（３２）に首振り可能に保持されるボール部（３４）、およびこのボール部（３４）から前記第１開口部（２７）外方へ突出するスタッド部（３５）を有するボールスタッド（３３）と、
   前記凹球面（３１）と協働して前記ベアリング部材（３２）に予圧を与えながら第２開口部（２８）を閉鎖するようにハウジング（２６）に固着される閉止部材（３７）とを備え、
   前記ベアリング部材（３２）の前記閉止部材（３７）から加圧される端部（３２ａ）を、半径方向の肉厚がベアリング中最大で前記ボール部（３４）とは接しない筒状の予圧部となし、
   この与圧部の周面には複数の凹溝（４３、４３ａ、４３ｂ）を設けた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おいて、前記凹溝（４３、４３ａ）は、ベアリング部材（３２）の内面に開口する潤滑剤保持用の溝もしくはスリット（４１）に連続していることを特徴とするボールジョイント。
3. 請求項１または２に記載のボールジョイントは、電動パワーステアリング装置用ボールジョイントであって、前記スタッド部（３５）およびハウジング（２６）の一方はタイロッド（２１）に、他方はナックル（２３）にそれぞれ連結されることを特徴とするボールジョイント。

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