JP4498124B2 - ボールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ボールスタッドのボール部を保持したベアリングシートが収容される内室を有するソケットを備えたボールジョイントに関する。

従来、例えば、自動車の懸架装置、あるいは操舵装置などに用いられるボールジョイントが知られている。そして、このようなボールジョイントは、一般に、開口部を備えた内室を有する略有底円筒状のソケットと、このソケットの内室に固定され開口部に連通する開口を有する可撓性のベアリングシートとしてのボールシートと、このボールシート内の摺動面に摺動可能に保持されるボール部及び開口と開口部とに挿通されるスタッド部を有するボールスタッドとを備えている。そして、このようなボールジョイントのボールシートは、ソケットの開口部の周縁部をかしめ変形することで、ソケットの内室に固定されている。

そして、ボールジョイントの耐荷重性を向上させ耐久性の向上を図るために、ボールシートの軸方向の開口と反対側の端部の外周面に、ソケットの内室の底面部に当接する荷重受部を設ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
実開平７−１２６２１号公報（第７−９頁、図１）

ボールジョイントでは、ボールスタッドのボール部と摺動面との摺動などによりボールシートに熱が発生すると、この熱の熱履歴によってボールシートが収縮することがある。

この場合に、上述のボールジョイントでは、ソケットの開口部の周縁部のかしめ変形によりボールシートの開口側を中心軸方向に可塑変形させてソケットの内室の開口部側から底面部側へとボールシートを押さえているだけであるため、比較的滑らかな構造の外周面を有するボールシートの周方向への挙動を防止する部分がない。この結果、ボールシートの収縮により締め代が緩和されると、ボールスタッドのボール部の揺動あるいは回動に伴いボールシートが共回りするおそれがあるという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ベアリングシートの共回りを防止できる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は、ボール部を備えたボールスタッドと、前記ボールスタッドのボール部を回動可能に保持する球面状の摺動面及び開口を備えた略筒状のベアリングシートと、前記ボールスタッドのボール部を保持した前記ベアリングシートが収容される内室、前記開口に連通する開口部及び底部を備えた略有底筒状で、かつ、前記開口部側を中心軸側へとかしめ変形することにより前記ベアリングシートと前記ボール部とを保持するソケットとを具備し、前記ソケットは、前記ベアリングシートに保持された前記ボール部の赤道位置に対応する位置よりも軸方向に対して前記開口部と反対側に離間されかつ前記底部よりも前記赤道側に、複数の保持面を有する嵌合部を備え、前記ベアリングシートは、前記内室に収容された状態で前記保持面に当接する複数の当接面を有し、前記嵌合部に嵌合する嵌合受部を備えているものである。

そして、開口部側を中心軸側へとかしめ変形することによりボールスタッドのボール部を摺動可能に保持するベアリングシートを収容保持したソケットの内室にて、ボール部の赤道位置に対応する位置よりも軸方向に対して開口部と反対側に離間された位置かつ底部よりも赤道側に、複数の保持面を備えた嵌合部を設けるとともに、ベアリングシートに、内室に収容された状態で保持面に当接する複数の当接面を有し嵌合部に嵌合する嵌合受部を設けることで、回転トルクなどのボールジョイント特性に与える影響を抑制しつつ、保持面と当接面との当接によりベアリングシートが内室にて周方向に強制的に回り止めされ、ボール部の摺動に伴うベアリングシートの共回りが防止される。

請求項２記載のボールジョイントは、請求項１記載のボールジョイントにおいて、嵌合部及び嵌合受部は、それぞれ保持面及び当接面により軸方向から見て略正八角形状に形成されているものである。

そして、嵌合部及び嵌合受部を保持面及び当接面によりそれぞれ軸方向から見て略正多角形状に形成することで、ベアリングシートをソケットの内室に組み付ける際に、周方向に容易に位置合わせされる。

請求項３記載のボールジョイントは、請求項１記載のボールジョイントにおいて、嵌合部及び嵌合受部は、それぞれ保持面及び当接面により軸方向から見て略正八角形状に形成されているものである。

そして、嵌合部及び嵌合受部を保持面及び当接面によりそれぞれ軸方向から見て略正八角形状に形成することで、ベアリングシートをソケットの内室に組み付ける際に、周方向に容易に位置合わせされるとともに、嵌合部と嵌合受部とが円形に近付き、ボールジョイント特性が安定化される。

請求項４記載のボールジョイントは、請求項１ないし３いずれか一記載のボールジョイントにおいて、ベアリングシートは、軸方向に対して嵌合受部よりも開口の反対側の外側面に、ソケットに組み付けられた状態で内室に圧接される突起を備えているものである。

そして、ベアリングシートの軸方向に対して嵌合受部よりも開口の反対側の外側面に、ソケットに組み付けられた状態で内室に圧接される突起を設けることで、突起が変形することによりベアリングシートの共回りがより確実に防止されるとともに、ボールスタッドからの荷重をソケットの内室で支持し、剛性及び耐久性が向上する。

請求項５記載のボールジョイントは、請求項１ないし４いずれか一記載のボールジョイントにおいて、ソケットは、嵌合部の各保持面から開口部側へと拡径するように傾斜した傾斜部を備えているものである。

そして、嵌合部の各保持面から開口部側へと拡径するように傾斜した傾斜部を形成することにより、ベアリングシートを内室に挿入する際に傾斜部がガイドとなって挿入が容易となる。

請求項１記載のボールジョイントによれば、開口部側を中心軸側へとかしめ変形することによりボール部及びベアリングシートを収容保持したソケットの内室にて、ボール部の赤道位置に対応する位置よりも軸方向に対して開口部と反対側に離間された位置かつ底部よりも赤道側に、複数の保持面を備えた嵌合部を設けるとともに、ベアリングシートに、内室に収容された状態で保持面に当接する複数の当接面を有し嵌合部に嵌合する嵌合受部を設けることで、回転トルクなどのボールジョイント特性に与える影響を抑制しつつ、保持面と当接面との当接によりベアリングシートを内室にて周方向に強制的に回り止めし、ボール部の摺動に伴うベアリングシートの共回りを防止できる。

請求項２記載のボールジョイントによれば、請求項１記載のボールジョイントの効果に加えて、嵌合部及び嵌合受部を保持面及び当接面によりそれぞれ軸方向から見て略正多角形状に形成することで、ベアリングシートをソケットの内室に組み付ける際に、周方向に容易に位置合わせできる。

請求項３記載のボールジョイントによれば、請求項１記載のボールジョイントの効果に加えて、嵌合部及び嵌合受部を保持面及び当接面によりそれぞれ軸方向から見て略正八角形状に形成することで、ベアリングシートをソケットの内室に組み付ける際に、周方向に容易に位置合わせできるとともに、嵌合部と嵌合受部とが円形に近付き、ボールジョイント特性を安定化できる。

請求項４記載のボールジョイントによれば、請求項１ないし３いずれか一記載のボールジョイントの効果に加えて、ベアリングシートの軸方向に対して嵌合受部よりも開口の反対側の外側面に、ソケットに組み付けられた状態で内室に圧接される突起を設けることで、突起が変形することによりベアリングシートの共回りをより確実に防止できるとともに、ボールスタッドからの荷重をソケットの内室で支持し、剛性及び耐久性を向上できる。

請求項５記載のボールジョイントによれば、請求項１ないし４いずれか一記載のボールジョイントの効果に加えて、嵌合部の各保持面から開口部側へと拡径するように傾斜した傾斜部を形成することにより、ベアリングシートを内室に挿入する際に傾斜部がガイドとなって挿入が容易となる。

以下、本発明の一実施の形態のベアリングシートの構成を図１ないし図７を参照して説明する。

図１において、１はボールジョイントで、このボールジョイント１は、鋼鉄製などのボールスタッド２、金属製などの略有底円筒状のソケット３、ベアリングシートとしての合成樹脂製などのボールシート４、及び、ゴムあるいは軟質合成樹脂などにて略円筒状に形成された図示しないダストカバーなどを備えている。そして、このボールジョイント１は、例えば軸方向を横として自動車の操舵装置のラックエンドなどに用いられるものである。

ボールスタッド２は、ボールシート４に回動可能に保持されたボール部15と、このボール部15から軸状に突設されたスタッド部16とを有している。

ボール部15は、ボールシート４に保持された状態でソケット３内に収容されている。

また、スタッド部16は、ソケット３から突出し、先端部が例えば図示しないタイロッドエンドに接続されている。

さらに、ソケット３は、図２ないし図４に示すように、略有底円筒状のソケット本体21と、このソケット本体21の軸方向の一端部からボールスタッド２のスタッド部16と逆方向に突設された接続部22とを有している。

ソケット本体21は、ボールシート４が嵌着される内室25を内部に備え、軸方向の一端部に、接続部22が突設される底部26が形成され、この底部26と反対側である軸方向の他端部に、内室25に連通する開口部27が開口形成されるとともに、外周部に一対の凹部28が互いに対向する位置に設けられている。そして、このソケット本体21は、内室25にボールシート４を嵌着した状態で、図１に示すように開口部27の外周縁部を中心軸方向にかしめ変形してかしめ部29を形成することにより、ボールシート４を内室25に保持するとともに、ソケット３及びボールシート４に対してボールスタッド２を抜け止めする。

内室25は、図３及び図４に示すように、開口部27側から底部26側へと、開口部側内周面部31、嵌合部32、傾斜面部33及び底面部36が順次連続的に同心状に形成され、底部26側である傾斜面部33及び底面部36が傾斜状に縮径されて底部26の開口部27側の面となっている。

開口部側内周面部31は、ボールシート４の最大外径寸法よりも若干大きい内径寸法を有する円筒内面状に形成されている。また、この開口部側内周面部31は、嵌合部32側の端部が、ボール部15の赤道Ｅに対応する位置よりも底部26側に位置している。言い換えると、開口部側内周面部31は、嵌合部32側の端部近傍がボール部15の赤道Ｅに対応する位置となっている。

なお、ボール部15の赤道Ｅとは、ボールスタッド２の中心軸に直交する平面上でのボール部15の半径が最大となる位置をいう。

また、嵌合部32は、ボールシート４の最大外径寸法と略等しい外径寸法を有する円筒内面状に形成され、ソケット３の中心軸側に突出した複数、本実施の形態では８つの保持面37が設けられて、開口部側内周面部31との連続部に、ソケット３の中心軸方向に向けて若干の段部38が形成されている。そして、この嵌合部32は、ボール部15の赤道Ｅに対応する位置から所定の距離、本実施の形態では例えば２〜３ｍｍ程度、開口部27と反対側である底部26側に離間された位置から、底部26よりも赤道Ｅ側である傾斜面部33に亘って設けられている。

保持面37は、ソケット３の軸方向に略平行な平面状に設けられ、かつ、開口部27側に、開口部側内周面部31に滑らかに連続するように傾斜した傾斜部37aが形成されている。そして、これら保持面37は、ソケット３の周方向に略等間隔に離間されている。このため、嵌合部32は、ソケット３の軸方向から見て略正多角形状、本実施の形態では略正八角形状に形成されている。

また、段部38は、図１に示すように、ソケット本体21のかしめ変形時に、ボール部15の赤道Ｅの位置に対応して位置した緩衝部となり、トルクを緩和するものである。

さらに、傾斜面部33は、ボールシート４の外周面に沿って嵌合部32から底部26側へと中心軸に向けて傾斜して形成された円筒内面状である。

そして、底面部36は、内室25の底面となる部分であり、傾斜面状に形成されている。

一方、接続部22は、ソケット本体21の底部26にこのソケット本体21と同軸状に設けられ、例えば図示しないラックギヤバーにねじこまれる雄ねじ部41が外周面に設けられている。

そして、ボールシート４は、例えば可撓性を有するポリアセタールなどの合成樹脂により、図５ないし図７に示すように、軸方向の一端側が縮径した略円筒状に形成され、かしめ変形によりボール部15を回動可能に保持する摺動面44が内部に設けられ、軸方向の一端側に摺動面44に連通する底部開口45が開口形成され、かつ、軸方向の他端側に摺動面44に連通する開口46が開口形成されている。また、このボールシート４の外周部は、図１、図４及び図５に示すように、開口46側から底部開口45側へと、ソケット３のかしめ変形時にこのソケット３の開口部側内周面部31により保持される開口側外周面部51、嵌合部32に嵌合する嵌合受部52、ソケット３の傾斜面部33により保持される傾斜外周面部53、及び、底面部36により保持される底部開口側外周面部55が順次連続的に同心状に形成されている。

摺動面44は、開口46側から底部開口45側へと、開口側摺動面57及び底部開口側摺動面58が順次連続的に同心状に形成されている。

開口側摺動面57は、ボールスタッド２のボール部15の外径寸法と略等しい内径寸法を有する円筒内面状に形成され、ソケット３のかしめ変形により変形して球面状となり、ボール部15の赤道Ｅよりもスタッド部16側寄りの外周面を保持する部分である。

また、底部開口側摺動面58は、ボールスタッド２のボール部15の外周形状に沿った球面凹状に形成されている。さらに、この底部開口側摺動面58には、本実施の形態では、ボールシート４の軸方向の略中心域に、例えばグリースなどの潤滑剤をボール部15の外周面との間に保持する油溜まり部61が形成されている。このため、底部開口側摺動面58は、この油溜まり部61により、第１摺動面62と第２摺動面63とに分割されている。なお、この油溜まり部61は、必ずしも必要なものではない。

そして、底部開口側摺動面58は、最大内径寸法が開口側摺動面57の内径寸法よりも小さく形成されている。このため、各摺動面57，58の連続部には、ボール部15の外周面との間に潤滑剤を保持する段差部65が形成されている。

一方、開口側外周面部51は、開口部側内周面部31の内径寸法と略等しい外径寸法を有する円周面状に形成され、ボールシート４の赤道Ｅよりも底部開口45側に延設されている。

また、嵌合受部52は、ボールシート４をソケット３の内室25に取り付けた状態で嵌合部32に対応する位置、すなわちボール部15の赤道Ｅから開口46と反対側である底部開口45側に所定の距離、本実施の形態では例えば２〜３ｍｍ程度、離間された位置から、底部開口45から離間された傾斜外周面部53の端部まで設けられている。さらに、この嵌合受部52には、ボールシート４をソケット３の内室25に取り付けた状態で各保持面37に当接する複数、本実施の形態では８つの当接面67が形成されている。

当接面67は、ボールシート４の軸方向に略平行な平面状に形成されており、ボールシート４の周方向に略等間隔に離間され、開口側外周面部51よりもボールシート４の中心軸側にそれぞれ位置している。このため、嵌合受部52は、ボールシート４の軸方向から見て略多角形状、本実施の形態では正八角形状に形成されている。そして、この当接面67の開口46側の端部には、開口側外周面部51へと滑らかに連続する傾斜状の傾斜当接部68が形成されている。この傾斜当接部68は、保持面37の傾斜部37aに当接して保持される部分である。

さらに、傾斜外周面部53は、開口側外周面部51側から底部開口側外周面部55側へと、ボールシート４の中心軸に向けて傾斜された円周面状に形成されている。

そして、傾斜外周面部53には、嵌合受部52側の端部に複数、本実施の形態では８つの突起71と、底部開口側外周面部55側の端部に複数、本実施の形態では８つの突起72とがそれぞれ突設されている。これら突起71，72は、ボールシート４をソケット３の内室25に収容してソケット３のかしめ部29をかしめ変形した際に傾斜面部33に圧接されて変形して潰れることで、ボールシート４の外周面とソケット３の内室25との寸法公差を吸収し、ボールスタッド２からの荷重を傾斜面部33で支持するものである。

突起71は、ボールシート４の周方向に対してそれぞれ当接面67の中央部近傍に位置している。

一方、突起72は、ボールシート４の周方向に対してそれぞれ当接面67と当接面67との間に位置している。したがって、これら突起71，72は、ボールシート４の周方向に互いにずれた位置に設けられている。

なお、これら突起71，72は、その設ける位置及び個数を任意に設定でき、また、必ずしも必要ない場合もある。

また、底部開口側外周面部55は、ボールシート４の外側の底面となる部分であり、ボールシート４の径方向に沿って円環平面状に形成され、ソケット３の底面部36の外周縁部に位置している。

さらに、底部開口45は、ソケット３の底面部36に対向し、この底面部36とボールスタッド２のボール部15の外周面との間に潤滑剤を保持するものである。

そして、開口46は、開口部27に連通し、ボールスタッド２のスタッド部16が挿通される部分である。

次に、上記一実施の形態の組み立て手順を説明する。

まず、ソケット３の内室25にボールシート４を収容する。

このとき、ボールシート４を開口部27側から挿入すると、ボールシート４の当接面67及び傾斜当接部68とソケット３の保持面37及び傾斜部37aとが当接するようにボールシート４とソケット３とが位置合わせされ、ボールシート４の底部開口側外周面部55、傾斜外周面部53、嵌合受部52及び開口側外周面部51がそれぞれソケット３の底面部36、傾斜面部33、嵌合部32及び開口部側内周面部31に保持され、このボールシート４が内室25に保持される。

この後、ボールシート４の摺動面44にボールスタッド２のボール部15を保持するように、これらソケット３、ボールシート４及びボールスタッド３をかしめ加工機の所定の金型に納め、ソケット３に外力を加えて、ソケット３の開口部27の外周縁部を塑性変形させると、かしめ部29によりボールシート４の開口側外周面部51がボールスタッド２のボール部15の外周面に沿って変形するとともに、ボールシート４の突起71，72がソケット３の傾斜面部33に圧接され、ボールスタッド２がソケット３及びボールシート４から抜け止めされる。

上述したように、上記一実施の形態によれば、ボールシート４を収容したソケット３の内室25にて、ボール部15の赤道Ｅの位置に対応する位置よりも軸方向に対して底部26側に離間された位置かつ底部26よりも赤道Ｅ側に、保持面37を複数備えた嵌合部32を設けるとともに、ボールシート４の外周面に、内室25に収容された状態で保持面37に当接する当接面67を複数有し嵌合部32に嵌合する嵌合受部52を設けることで、回転トルクなどのボールジョイント特性に与える影響を抑制してボールジョイント特性を容易に確保しつつ、保持面37と当接面67との当接によりボールシート４を内室25にて周方向に強制的に回り止めし、ボール部15の摺動、すなわち回動あるいは揺動に伴うボールシート４の共回りを防止できる。

また、ソケット３の保持面37の開口部27側に、開口部側内周面部31へと拡径するように傾斜した傾斜部37aを設けることで、ボールシート４を内室25に挿入する際に傾斜部37aがガイドとなって挿入が容易となるとともに、これら傾斜部37aにボールシート４の傾斜当接部68を当接させることで、ボールシート４を、より確実に周方向に回り止めできる。

さらに、嵌合部32及び嵌合受部52を、保持面37及び当接面67によりそれぞれ軸方向から見て略正多角形状に形成することで、ボールシート４をソケット３の内室25に組み付ける際に、互いの周方向の位相を合わせやすくなるため、容易に位置合わせできる。

特に、嵌合部32及び嵌合受部52を、それぞれ軸方向から見て略正八角形状に形成することで、嵌合部32と嵌合受部52とが円形に近付き、ボールジョイント特性を安定化できるとともに、例えば八角形よりも角数が大きい多角形状とする場合と比較して、ボールシート４の回り止めの効果を向上でき、八角形よりも角数が小さい多角形状とする場合と比較して、ソケット３の内室25へのボールシート４の組み付けの際の位相合わせが容易となるととともにボールジョイント特性を安定化できる。

そして、嵌合部32を略正多角形状とすることで、例えば嵌合部を、鋭角を有する多角形状とする場合と比較して、容易に形成できるとともに、ソケット３の強度を確保できる。

同様に、嵌合受部52を略正多角形状とすることで、例えば嵌合受部を、鋭角を有する多角形状とする場合と比較して、容易に形成できるとともに、ボールシート４の強度を確保できる。

また、ボールシート４の軸方向に対して嵌合受部52よりも底部開口45側の外周面である傾斜外周面部53に、ソケット３に組み付けられた状態で内室25に圧接される突起71，72を設けることで、突起71，72が変形して潰れることにより寸法公差を吸収し、ボールシート４の共回りをより確実に防止できるとともに、ボールスタッド２からの荷重をソケット３の傾斜面部33で支持し、剛性及び耐久性をより向上できる。

さらに、突起71，72をボールシート４の周方向にそれぞれ複数設けることで、ボールシート４をより確実に内室25に保持できるとともに、各突起71を傾斜外周面部53の嵌合受部52側に設け、各突起72を傾斜外周面部53の底部開口側外周面部55側に設けることで、ボールシート４をより確実に内室25に保持できる。

そして、突起71，72をボールシート４の周方向に互いにずれた位置に設けることで、ソケット３の傾斜面部33全体でボールスタッド２からの荷重を支持できる。

なお、上記一実施の形態において、嵌合部32及び嵌合受部52は、正多角形状とすることも可能である。

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ソケットの外部側を示す平面図である。 同上ソケットの図２のＡ−Ａ断面図である。 同上ソケットの内部側を示す平面図である。 同上ボールジョイントのベアリングシートを示す平面図である。 同上ベアリングシートの図５のＢ−Ｂ断面図である。 同上ベアリングシートをソケットに取り付けた状態を示す断面図である。

１ ボールジョイント
２ ボールスタッド
３ ソケット
４ ベアリングシートとしてのボールシート
15 ボール部
25 内室
26 底部
27 開口部
32 嵌合部
37 保持面
37a 傾斜部
46 開口
44 摺動面
52 嵌合受部
67 当接面
71，72 突起
Ｅ 赤道

Claims (5)

1. ボール部を備えたボールスタッドと、
   前記ボールスタッドのボール部を回動可能に保持する球面状の摺動面及び開口を備えた略筒状のベアリングシートと、
   前記ボールスタッドのボール部を保持した前記ベアリングシートが収容される内室、前記開口に連通する開口部及び底部を備えた略有底筒状で、かつ、前記開口部側を中心軸側へとかしめ変形することにより前記ベアリングシートと前記ボール部とを保持するソケットとを具備し、
   前記ソケットは、前記ベアリングシートに保持された前記ボール部の赤道位置に対応する位置よりも軸方向に対して前記開口部と反対側に離間されかつ前記底部よりも前記赤道側に、複数の保持面を有する嵌合部を備え、
   前記ベアリングシートは、前記内室に収容された状態で前記保持面に当接する複数の当接面を有し、前記嵌合部に嵌合する嵌合受部を備えている
   ことを特徴としたボールジョイント。
2. 嵌合部及び嵌合受部は、それぞれ保持面及び当接面により軸方向から見て略多角形状に形成されている
   ことを特徴とした請求項１記載のボールジョイント。
3. 嵌合部及び嵌合受部は、それぞれ保持面及び当接面により軸方向から見て略正八角形状に形成されている
   ことを特徴とした請求項１記載のボールジョイント。
4. ベアリングシートは、軸方向に対して嵌合受部よりも開口の反対側の外側面に、ソケットに組み付けられた状態で内室に圧接される突起を備えている
   ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載のボールジョイント。
5. ソケットは、嵌合部の各保持面から開口部側へと拡径するように傾斜した傾斜部を備えている
   ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか一記載のボールジョイント。

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