JP4953865B2 - ボールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車のサスペンション部やミッションコントロール部等に使用されてリンク機構を構成するボールジョイントに係り、詳細には、揺動及び回転運動自在に係合したホルダとボールシャンクとの間に外部から水分や粉塵等が侵入するのを防止するための改良に関する。

従来、この種のボールジョイントは、軸部の先端にボール部が形成されたボールシャンクと、前記ボール部を包持するボール受け部が形成されたホルダとから構成され、これらボール部とボール受け部とが極僅かな隙間を介して摺接することにより、ボールシャンクがホルダに対して一定の角度以内で自由に揺動し得る他、かかるボールシャンクの軸を中心として自由に回転運動をなし得るようになっている。

また、このように構成されるボールジョイントにおいては、ボールシャンクのボール部とホルダのボール受け部との間に塵芥が侵入すると、これら両者の摺接面が傷つき、早期摩耗の原因となる他、ボール部とボール受け部との間に水分が進入すると、鋼球から形成されたボール部の表面が錆び付いてしまい、ホルダに対するボールシャンクの円滑な運動が損なわれてしまう。このため、従来より、ボールシャンクとホルダとの間にはゴム製又は樹脂製のブーツシールが取り付けられ、ボール部とボール受け部との間に外部から塵芥や水分が侵入するのを防止している。また、このブーツシールはグリース等の潤滑剤の保持空間をも提供しており、ブーツシール内に潤滑剤を保持することで、ボール部とボール受け部との摺接面に常時グリースが供給され、ボールシャンクの円滑な運動を長期にわたって維持することができるようになっている。

ブーツシールを装着したボールジョイントとしては、特開２００１−１２４５０、特開２００５−４８８５０に開示されるものが知られている。これら文献に開示されるブーツシールは、ボールシャンクの軸部を締め付ける円環状シャンク側シール部と、ホルダに対して固定される円環状のホルダ側固定部と、これらシャンク側シール部とホルダ側固定部とを連結して潤滑剤の保持空間を形成するシール本体部とから構成されており、ボールジョイントの製造における最終行程でホルダ及びボールシャンクに対して装着されている。

かかる装着作業ではボールジャンクの軸部をブーツシールに対して挿通させ、かかるブーツシールでホルダのボール受け部から露出したボールシャンクのボール部を被覆する。ブーツシールのホルダ側固定部は前記ボール受け部の周縁に対して固定されるが、このホルダ側固定部はボールシャンクの直径よりも十分に大きく、容易にボール受け部の周縁に対して適合させることができる。また、リング状の固定金具を用い、前記ホルダ側固定部をボール受け部に対して締め付けることで、かかるホルダ側固定部をボール受け部に対して強固に固定することができるようになっている。

一方、ブーツシールのシャンク側シール部はボールシャンクの軸部よりも僅かに小さい円環状に形成されているが、かかる軸部にはサスペンションアーム部等のリンクを係止するフランジ部が鍔状に突設されており、シャンク側シール部をボールシャンクの軸部に装着するに当たっては、弾性体からなるシャンク側シール部を強制的に押し拡げ、前記フランジ部を乗り越えさせて軸部に装着する必要がある。このようにしてボールシャンクの軸部に装着されたシャンク側固定部はその弾性によって前記軸部を締め付ける一方、前記シール本体部の撓みを利用してフランジ部の下面側に突き当てられ、結果的にボールシャンクの軸部とフランジ部が形成する隅角部に対して圧接する。このシャンク側シール部はフランジ部を乗り越えて軸部に装着されるため、ホルダ側固定部と異なり、リング状の固定金具等を用いてボールシャンクの軸部に固定することが困難であり、前述した圧接力のみをもってフランジ部及び軸部と緊密に接し、シール機能を発揮している。
特開２００１−１２４５０ 特開２００５−４８８５０

しかし、このようにブーツシールを装着した従来のボールジョイントは、自然に降りかかる雨水や泥水などに対しては前記ブーツシールが十分にシール機能を発揮し、ブーツシール内への水分の進入を防止することができるのだが、高圧の水がブーツシールを直撃すると、ボールシャンクのフランジ部とブーツシールのシャンク側シール部との間から水分がブーツシール内に進入してしまう懸念があった。

特に、この種のボールジョイントは各種車輛のサスペンション部に多用されており、かかるサスペンション部は高圧水による洗浄が行われることから、高圧水の噴射がブーツシールを直撃してしまう場合もあり、かかる場合であってもブーツシールが十分な防水機能を発揮することが必要とされている。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ブーツシールとボールシャンクとの間におけるシール性能、特に高圧水が噴射された場合におけるシール性能を高め、ホルダのボール受け部に対する塵芥や泥水の侵入を完全に防止して、長期にわたり良好な運動性能を発揮することが可能なボールジョイントを提供することにある。

すなわち、本発明のボールジョイントは、軸部の一端にボール部が設けられると共に前記軸部にはリンクを係止するためのフランジ部が設けられたボールシャンクと、このボールシャンクのボール部を包持するボール受け部を有し、前記ボールシャンクが揺動及び回転運動自在に連結されるホルダと、これらホルダとボールシャンクとの間に装着されるブーツシールとを備えており、前記ブーツシールは、前記ホルダに対して固定される円環状のホルダ側固定部と、前記ボールシャンクの軸部を締めつけて前記フランジ部と軸部の隅角部に圧接する円環状のシャンク側シール部と、これらホルダ側固定部とシャンク側シール部とを連結して潤滑剤の保持空間を形成するシール本体部とから構成されている。そして、前記ボールシャンクのフランジ部には前記軸部の外周面から段差なく連続する環状のシール部被覆溝が形成され、前記ブーツシールのシャンク側シール部は少なくともその一部がこのシール部被覆溝に没入している。

このような技術的手段によれば、ボールシャンクのフランジ部には前記軸部の外周面から段差なく連続するシール部被覆溝が形成され、ボールシャンクの軸部を締め付けているブーツシールのシャンク側シール部は、フランジ部と軸部の隅角部に圧接する際に少なくともその一部が前記シール部被覆溝に没入し、シャンク側シール部とフランジ部との接触は前記シール部被覆溝の内部で行われる。このため、噴射された高圧水がブーツシールを直撃したとしても、シャンク側シール部とフランジ部との接触域に対して直接的に高圧水が作用することはなく、かかる接触域からブーツシール内へ水分が侵入するのを防止することが可能となる。

また、前記シール部被覆溝はボールシャンクの軸部の外周面から段差なく連続して形成されていることから、ボールシャンクに対するブーツシールの装着方法は何ら変更する必要がなく、ブーツシールのシャンク側シール部がボールシャンクのフランジ部と軸部の隅角部に圧接させることにより、シャンク側シール部の一部を前記シール部被覆溝に没入させることができる。すなわち、極めて簡易な構成でブーツシールとボールシャンクとの間のシール性能を高めることが可能となる。

以下、添付図面に沿って本発明のボールジョイントを詳細に説明する。

図１は本発明を適用したボールジョイントの第１の実施形態を示すものである。このボールジョイントＢＪは、先端にボール部を備えたボールシャンク１と、このボールシャンク１のボール部１０を包持するボール受け部２０を備えたホルダ２と、これらホルダ２とボールシャンク１との連結部位を覆うようにして装着されるブーツシール３とから構成され、前記ボール部１０がボール受け部２０に対して自在に摺接することで、前記ボールシャンク１及びホルダ２が揺動又は回転運動自在に連結している。

前記ボールシャンク１はボール部１０となる真球度の高いベアリング用鋼球に対して棒状の軸部１１を溶接して形成されており、この軸部１１には前記ボール部１０との接合部に近接してサスペンションアーム等のリンクを固定するためのフランジ部１２が形成されている。また、この軸部１１のボール部１０と反対側の端部には雄ねじ１３が形成されており、この雄ねじ１３にナットを螺合させることで、前記リンクを前記フランジ部１２とナットとの間で挟持し、ボールシャンク１に固定できるようになっている。

一方、前記ホルダ２は、ボールシャンク１のボール部１０を包持するボール受け部２０と、かかるボール受け部２０をリンクに結合するための固定部２１とを備え、これらボール受け部２０と固定部２１とがアルミニウム合金又は亜鉛合金のダイカスト鋳造により一体に成形されている。このホルダ２のダイカスト鋳造においては、ボール部１０となるベアリング用鋼球を金型内に中子としてインサートし、この状態でホルダ２の鋳造を行う。これにより、鋳造されたホルダ２のボール受け部２０はボール部１０の赤道を抱え込み、ボール部１０がボール受け部２０から離脱するのを防止している。また、ボール受け部２０にはベアリング用鋼球の球面を転写した凹球面状の摺接面２４が形成され、ボール部１０とボール受け部２０とが隙間なく摺接することとなり、ボールシャンク１がホルダ２に対してガタつきのない高精度の揺動又は回転運動をなし得るようになっている。更に、前記固定部２１にはリンクを結合するための雌ねじが形成されており、例えばコネクティングロッド等の先端に形成された雄ねじを結合できるようになっている。

ダイカスト鋳造時には金型内にインサートされたボール部としての鋼球を上下からピンで抑え込んでいるので、鋳造されたホルダ２には相反する方向に向かってボール部１０を露出させる一対の開口部２２，２３が形成されている。前記軸部１１は一方の開口部２３を介してボール受け部２０内に包持されたボール部１０と接合されている。この接合にはプロジェクション溶接が用いられる。

また、前記開口部２２，２３はボール受け部２０の摺接面２４に対する潤滑剤の供給窓としても機能している。前記開口部２２には閉塞キャップ４が固定され、かかる開口部２２内には潤滑剤５が貯留されている。これにより、ボール部１０の球面とホルダ２の摺接面２４との間に潤滑剤５を供給することが可能となっている。前記閉塞キャップ４は円板状に打ち抜かれたアルミニウムプレートに対して合成樹脂製の押圧パッドを接着したものであり、ホルダ２の開口部２２の縁部に対してカシメ加工を施すことにより、前記アルミニウムプレートの周縁がホルダ２に固定されている。このとき、前記押圧パッドはボールシャンク１のボール部１０に対して圧接しており、ホルダ２に対するボールシャンク１の揺動又は回転運動に対して圧接力に応じた抵抗力を与えている。

前記ブーツシール３はホルダ２のボール受け部２０の周縁とボールシャンク１の軸部１１との間に取り付けられ、ボール部１０の球面とボール受け部２０の摺接面２４との間に開口部２３から塵芥が侵入するのを防止すると共に、かかる開口部２３に露出したボール部１０の球面に面して潤滑剤５の保持ポケット５０を形成している。このブーツシール３はゴム等の弾性材料から成形されており、ボールシャンク１の自在な揺動運動を阻害しないよう、かかるボールシャンク１に追従して自在に変形し得るようになっている。

かかるブーツシール３は両端が開口した袋状に形成されており、前記ホルダ２のボール受け部２０の周縁に対して固定される円環状のホルダ側固定部３１と、前記ボールシャンク１の軸部１１に対して固定される円環状のシャンク側シール部３２と、これらホルダ側固定部３１とシャンク側シール部３２を連結するシール本体部３３とから構成されている。

また、前記ホルダ側固定部３１にはホルダ２のボール受け部２０の周縁と噛み合う金属性の補強環が内蔵されており、ボールシャンク１の揺動に追従してブーツシール３が変形を生じた場合であっても、前記ホルダ側固定部３１がボール受け部２０から離脱するのを防止している。かかる補強環はゴム材から形成されたホルダ側固定部３１の内部に埋設されており、ボール受け部２０と噛み合う係止部のみがホルダ側固定部３１の内径側に露出している。ブーツシール３のホルダ側固定部３１をボール受け部２０に固定する際には、専用治具を用い、かかる治具をホルダ側固定部３１に対して上方から当接させるようにして、ホルダ側固定部３１をボール受け部２０の周縁に対して強制的に押し込む。これにより、補強環がボール受け部２０に圧入され、ブーツシール３がボールシャンク１の揺動に追従して変形した場合であっても、ホルダ側固定部３１のボール受け部２０に対する離脱が防止されるようになっている。

一方、前記シャンク側シール部３２は前記保持ポケット５０から潤滑剤が漏出するのを防止するため、若干の締め代をもってボールシャンク１の軸部１１に嵌合しており、強制的に押し広げることによって軸部１１に装着されている。かかるシャンク側シール部３２はボールシャンク１の軸部１１とフランジ部１２の交わった隅角部に接しており、前記シール本体部３３の撓み変形に起因して生じる付勢力を利用して、前記フランジ部１２に押しつけられている。

図２はボールシャンク１のフランジ部１２に対するブーツシール３の圧接状態を示す断面図である。前記フランジ部１２のボール部１０に向いた面には、軸部１１を取り囲むようにしてシール部被覆溝１４が形成されている。このシール部被覆溝１４は軸部１１の外周面から段差なく連続して形成されており、その深さはシャンク側シール部３２の一部が没入する程度の深さに設定されている。このようなシール部被覆溝１４はボールシャンク１の軸部１１及びフランジ部１２を圧造によって成形する際に同時に加工することが可能である。

ブーツシール３のシャンク側シール部３２はその一部が前記シール部被覆溝１４に没入した状態でボールシャンク１のフランジ部１２に突き当てられている。図３はシール部被覆溝１４に対するシャンク側シール部３２の没入状態を示す拡大断面図である。このシール部被覆溝１４は断面略矩形状に形成されており、小径内側面１４ａは軸部１１の外周面と段差なく連続している。また、シール部被覆溝１４の溝幅はシャンク側シール部３２の厚さよりも僅かに大きく形成されており、シャンク側シール部３２がシール部被覆溝１４に没入した状態では、シャンク側シール部３２とシール部被覆溝１４の大径内側面１４ｂとの間に隙間が形成され、両者が非接触に保たれるようになっている。

これにより、ブーツシール３のシャンク側シール部３２はボールシャンク１の軸部１１に対して装着されると、かかる軸部１１の外周面を滑って容易に前記シール部被覆溝１４に没入するので、ブーツシール３の装着作業は従来のボールジョイントと何ら変わるところがない。また、シール部被覆溝１４の内部におけるシャンク側シール部３２のフランジ部１２及び軸部１１への接触状態は、従来のボールジョイントと何ら異なるところがなく、例えばボールシャンク１がその軸心を中心として回転を生じたとしても、シャンク側シール部３２がフランジ部１２に連れ回されてしまうことはない。

尚、図３に示した例ではシャンク側シール部３２とシール部被覆溝１４の大径内側面１４ｂとの間に隙間が形成されているが、シール部被覆溝１４の溝幅をシャンク側シール部３２の厚さと略同一に設定し、シャンク側シール部３２がシール部被覆溝１４に対して隙間なく没入するように構成しても良い。

前記シャンク側シール部３２の内周面にはボールシャンク１の軸部１１に圧接する内周リップ部３４が形成されている。具体的には、シール部３２の内周面に周方向に沿った溝部３５が形成され、この溝部３５によって区画されるようにして内周リップ部３４が区画されており、各内周リップ部３４が潤滑剤の漏出防止、保持ポケット５０に対する塵芥侵入の防止の機能を発揮している。また、シャンク側シール部３２の上面は前記シール部被覆溝１４の底面１４ｃに圧接することで、シャンク側シール部３２とフランジ部１２との間の密封がなされている。すなわち、シール部被覆溝１４の小径内側面１４ａ及び底面１４ｃはシャンク側シール部３２が圧接するシール面として利用されている。

そして、このようにしてブーツシール３が装着された図１乃至図３に示すボールジョイントＢＪにおいては、ブーツシール３のシャンク側シール部３２の頭部がボールシャンク１のフランジ部１２に形成されたシール部被覆溝１４に没入しているので、かかるシャンク側シール部３２とフランジ部１２との接触域は前記シール部被覆溝１４の内部で形成される。このため、例えば、高圧の洗浄水が外部からブーツシール３に噴射されたとしても、かかる洗浄水がシャンク側シール部３２とフランジ部１２との接触域に対して直接的に作用することはなく、かかる洗浄水がシャンク側シール部３２を介してブーツシール３の内部に侵入するのを効果的に防止することが可能となる。

また、ブーツシール３のシャンク側シール部３２のボールシャンク１に対する装着方法は従来と何ら変わるところがなく、しかも前記シール部被覆溝１４はボールシャンク１の軸部１１及びフランジ部１２と同時に圧造によって形成することができるので、図１乃至図３に示したボールジョイントＢＪは極めて簡易に且つ低コストで実施することが可能である。

次に、図４は本発明を適用したボールジョイントの第２の実施形態を示すものであり、図３と同様にシール部被覆溝１４に対するシャンク側シール部３２の没入状態を示す拡大断面図である。この図４に示す例では、ボールシャンク１の軸部１１の外周面上であって、前記フランジ部１２よりも僅かにボール部１０に近接した位置に軸部１１の周方向に連続する係止段部１５を突設した。尚、その他の構成は前述した第１の実施形態と同一なので、ここではその詳細な説明は省略する。

この係止段部１５はシール部被覆溝１４に没入したブーツシール３のシャンク側シール部３２を、かかるシール部被覆溝１４の内部に係止する機能を発揮する。すなわち、シャンク側シール部３２はシール本体部３３の撓みによる反発力を利用してボールシャンク１のフランジ部１２に押し当てられているので、ボールシャンク１が激しく揺動した場合等には、フランジ部１２から離れて軸部１１上をずり下がってしまう懸念がある。しかし、前記係止段部１５を軸部１１の外周面に形成しておけば、シャンク側シール部３２を前記シール部被覆溝１４の内部に止めることができ、このシャンク側シール部３２とフランジ部１２との間で良好な密封性を維持することが可能となる。

更に、図５は本発明を適用したボールジョンイトの第３の実施形態を示すものであり、図４と同様にシール部被覆溝１６に対するシャンク側シール部３６の没入状態を示す拡大断面図である。前述した第１及び第２の実施形態ではシール部被覆溝１４の断面形状を略矩形状に形成していたが、この第３の実施形態におけるシール部被覆溝１６は断面略円形状に形成されている。また、ブーツシール３のシャンク側シール部３６の断面形状も、前記シール部被覆溝１６の形状に合致させて略円形状に形成され、このシャンク側シール部３６を前記シール部被覆溝１６に隙間なく嵌合させることができるようになっている。

前記シール部被覆溝１６はボールシャンクの軸部の外周面の一部を切り欠いて形成されているので、かかるシール部被覆溝１６と軸部１１の外周面との間には段部１７が形成され、この段部１７の存在によってシャンク側シール部３６がシール部被覆溝１６の内部に係止されるように構成されている。すなわち、このシール部被覆溝１６の形状は、第２の実施形態におけるシール部被覆溝１４と係止段部１５とを組み合わせたものに相当する。従って、この第３の実施形態においてもシャンク側シール部３６とフランジ部１２との間において良好な密封性を維持することが可能となる。

本発明を適用したボールジョイントの第１の実施形態を示すものである。 第１の実施形態におけるブーツシールのボールシャンクに対する装着状態を示す断面図である。 ブーツシールのシャンク側シール部とボールシャンクのシール部被覆溝との接触状態を示す拡大断面図である。 本発明を適用したボールジョイントの第２の実施形態を示すものである。 本発明を適用したボールジョイントの第３の実施形態を示すものである。

符号の説明

１…ボールシャンク、２…ホルダ、３…ブーツシール、１０…ボール部、１１…軸部、１２…フランジ部、１４…シール部被覆溝、３１…ホルダ側固定部、３２…シャンク側シール部、３３…シール本体部

Claims (4)

1. 軸部の一端にボール部が設けられると共に前記軸部にはリンクを係止するためのフランジ部が設けられたボールシャンクと、このボールシャンクのボール部を包持するボール受け部を有し、前記ボールシャンクが揺動及び回転運動自在に連結されるホルダと、これらホルダとボールシャンクとの間に装着されるブーツシールとを備え、
   前記ブーツシールは、前記ホルダに対して固定される円環状のホルダ側固定部と、前記ボールシャンクの軸部を締めつけて前記フランジ部と軸部の隅角部に圧接する円環状のシャンク側シール部と、これらホルダ側固定部とシャンク側シール部とを連結して潤滑剤の保持空間を形成するシール本体部とから構成されたボールジョイントにおいて、
   前記ボールシャンクのフランジ部には前記軸部の外周面から段差なく連続する環状のシール部被覆溝が形成され、前記ブーツシールのシャンク側シール部は少なくともその一部がこのシール部被覆溝に没入され、
   前記シール部被覆溝の溝幅はシャンク側シール部の厚さよりも大きく形成され、当該シール部被覆溝の大径内側面は前記ブーツシールのシャンク側シール部と非接触に保たれていることを特徴とするボールジョイント。
2. 前記シール部被覆溝は断面略矩形状に形成され、その底面及び小径内側面は前記ブーツシールのシャンク側シール部が圧接するシール面を形成していることを特徴とする請求項１記載のボールジョイント。
3. 前記ブーツシールのシャンク側シール部を前記シール部被覆溝内に係止する係止段部がボールシャンクの軸部に形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールジョイント。
4. 前記シール部被覆溝は断面略円形状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のボールジョイント。

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