JP5026924B2 - ボールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ボールジョイントに関し、特に、自動車のサスペンションに好適に用いられるボールジョイントに関するものである。

自動車のサスペンションに用いられるボールジョイントとして、球状頭部と軸部を有するボールスタッドと、このボールスタッドの球状頭部を収容した状態に連結された軸受け部（ソケット）とを備えるボールジョイントが知られている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。

従来、この種のボールジョイントにおいて、ボールスタッドの球状頭部は、樹脂製のボールシートを介して軸受け部と連結されている。すなわち、球状頭部の外周面とこれを取り囲む軸受け部の内周面との間には、球状頭部の外周面に対応した球状凹面を内周面に持つ樹脂製で円筒状のボールシートが介設されている。そして、ボールシートの内周面と球状頭部の外周面との間に潤滑剤としてのグリースを付与して、両者を摺動自在とすることで、軸受け部に対してボールスタッドを揺動（即ち、こじり変位）可能に構成している。
特開２００６−０７７８４５号公報 特開２０００−０８１０２５号公報 特開平０９−１６６１２９号公報

上記従来のボールジョイントでは、一般に、ボールスタッドの球状頭部がボールシートの内周面との間で滑り始めると摩擦力は小さくなるが、滑り出しトルクが高く、即ち、滑り始めるまでは摩擦力が大きい。そのため、微振幅の振動入力に対して、ボールスタッドが揺動しにくく、乗り心地性を損なうなどの問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、微振幅の振動入力に対して揺動、即ちこじり変位しやすくしたボールジョイントを提供することを目的とする。

本発明に係るボールジョイントは、軸部と該軸部の一端部に設けられた球状頭部とを有するボールスタッドと、前記球状頭部を取り込む筒状をなして軸方向の一端面から前記軸部を突出させた状態に前記ボールスタッドと結合された軸受け部と、を備えてなり、前記ボールスタッドと前記軸受け部が、前記球状頭部の外周面と前記軸受け部の内周面に接着されたゴム弾性体を介して結合されたことを基本構成とするものである。

このようにボールスタッドと軸受け部とをゴム弾性体を介して接着状態に結合したことにより、軸受け部に対するボールスタッドの揺動は、両者の間に介在するゴム弾性体の弾性変形によりなされる。そのため、荷重が大きくなるほど変位が大きくなるという関係となり、上記従来のボールシートでの摺動による場合のように変位初期に高い荷重を要しない。よって、本発明のボールシートであると、微振幅の振動入力に対して柔らかく揺動させることができ、乗り心地性や操舵フィーリングなどの改善につながる。

ところで、ボールスタッドと軸受け部をゴム弾性体を介して一体に加硫成形する場合、成形後のゴム弾性体の収縮を取り除いて耐久性を向上するために、軸受け部を縮径方向に絞り加工することが必要となる。かかる絞り加工は、特に、前記軸受け部が、外周面の径が軸方向で一定のストレート筒状に形成されるとともに、前記球状頭部を取り囲む内周面が球状頭部の外周面に対応する球面状に凹設されている場合、軸方向端部に肉厚部が存在することから、困難となる。

そこで、第１の発明に係るボールジョイントは、上記基本構成において、前記軸受け部が、外周面の径が軸方向で一定のストレート筒状に形成されるとともに、前記球状頭部を取り囲む内周面が球状頭部の外周面に対応する球面状に凹設され、前記軸受け部の内周面に軸方向に延びる複数の凹溝が周方向に分散して設けられ、前記軸受け部の内周面と前記球状頭部の外周面とが前記ゴム弾性体の加硫成形により一体に加硫接着され、該加硫成形後に前記軸受け部が絞り加工されてなることを特徴とする。このように凹溝を設けたことにより、軸受け部の肉厚が大の場合でも、ゴム弾性体の加硫成形後に軸受け部を絞り加工しやすく、耐久性を向上することができる。

第２の発明に係るボールジョイントは、上記基本構成において、前記軸受け部が、外周面の径が軸方向で一定のストレート筒状に形成されるとともに、前記球状頭部を取り囲む内周面が球状頭部の外周面に対応する球面状に凹設され、前記球状頭部の頂部が軸方向に垂直な平坦面に形成され、前記球状頭部の頂部側を受け止める前記軸受け部の軸方向端部が軸直角方向内方に張り出した形状をなし、該軸方向端部の内周縁が前記球状頭部の前記平坦面よりも軸直角方向外方側で終端していることを特徴とする。このように構成することで、上記絞り加工時に、軸受け部からのボールスタッドの抜脱方向の変位を抑制することができる。

また、上記ボールジョイントにおいて、前記軸受け部の軸方向両端部の内周縁は、前記軸方向に直交する第１の軸直角方向にて対向する前記内周縁間の距離が、前記第１の軸直角方向に垂直な第２の軸直角方向にて対向する前記内周縁間の距離よりも大きい、平面視略長円形状に形成されてもよい。これにより、ボールスタッドの最大こじり角は、第２の軸直角方向よりも第１の軸直角方向で大きくなり、周方向において異なる最大こじり角に設定することができる。

本発明に係るボールジョイントであると、微振幅の振動入力に対してボールスタッドを揺動しやすくことができる。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１〜３は第１実施形態に係るボールジョイント１０を示したものであり、図２は平面図、図３は底面図、図１は図２及び図３のＩ−Ｉ線における縦断面図である。

ボールジョイント１０は、ボールスタッド１２と、軸受け部１４とを備えるとともに、軸受け部１４を保持する筒状ホルダ１６を備えた連結ロッド１８を備える。

ボールスタッド１２は、柱状の軸部２０と、該軸部２０の一端部２０Ａ（図１では上端部）に設けられた球状頭部２２を有する金属製部材である。球状頭部２２は、軸部２０に対して軸直角方向Ｙの外方側に膨らんだ球状をなしてなり、この例では、頂部２２Ａ（図１では上端部）が軸方向Ｘに垂直に切り落とされた平坦面に形成されている。また、軸部２０には、上記一端部２０Ａ側にテーパー部２０Ｂが設けられるとともに、他端部側に雄ねじ部２０Ｃが設けられており、該雄ねじ部２０Ｃにて不図示のアクスル側に連結されるように構成されている。

軸受け部１４は、ボールスタッド１２の球状頭部２２を同軸状に取り込む筒状の金属製部材であり、その軸方向Ｘの一端面（図１では下面）１４Ｃから上記軸部２０を突出させた状態にて、ボールスタッド１２と結合されている。

軸受け部１４は、外形が断面円形状をなし、外周面１４Ａの径が軸方向Ｘで一定のストレート筒状に形成されている。一方、球状頭部２２を取り囲む内周面１４Ｂは、球状頭部２２の球面状の外周面２２Ｂに対応する球面状に凹設されている。すなわち、軸受け部１４の内周面１４Ｂは、球状頭部２２と同心状（即ち、共通の中心Ｐを持つ）の凹状球面をなしている。詳細には、内周面１４Ｂは、後述する絞り加工後の形状において、球状頭部２２の外周面２２Ｂに一定の間隔をおいて沿う球帯状をなしている。そのため、絞り加工前の状態では、軸受け部１４の内周面１４Ｂは厳密な凹状球面ではなく、その中心Ｐが軸受け部１４の軸心Ａ上から軸直角方向Ｙにずれた位置にある。

そして、このように内周面１４Ｂに凹状球面を設けたことで、軸受け部１４は、軸方向Ｘの両端部において肉厚が大きく形成されており、従って、軸方向両端部が軸直角方向内方Ｙｉに張り出した形状をなしている。詳細には、ボールスタッド１２を受け入れる一端部（図１では下端部）１４Ｄ側よりも、球状頭部２２の頂部２２Ａ側を受け止める他端部（図１では上端部）１４Ｅ側の方で、より厚肉状に形成されており、該他端部１４Ｅは軸直角方向内方Ｙｉに突出するフランジ状に形成されている。

軸受け部１４の内周面１４Ｂには、軸方向Ｘに延びる複数の凹溝２４が周方向Ｃに等間隔に分散して設けられ、これにより軸受け部１４は凹溝２４が設けられた周方向位置で薄肉状に形成されている。詳細には、凹溝２４は、軸受け部１４の内周面１４Ｂにおいて、周方向に６〜９０°毎に、かつ溝幅Ｗよりも広い間隔（但し、間隔は凹溝の底部での間隔）Ｄをおいて配置されており、図の例では、凹溝２４は４５°毎に計８個設けられ、隣接する凹溝２４間の間隔Ｄは溝幅Ｗの２倍以上（具体的には約３倍）に設定されている。なお、凹溝２４は、図１に示すように、その溝底２４Ａの軸心Ａからの距離が軸方向Ｘにおいて一定となるように形成されている。

ボールスタッド１２と軸受け部１４とは、両者の間に介設された中空球状のゴム弾性体２６により結合されている。ゴム弾性体２６は、球状頭部２２の外周面２２Ｂと軸受け部１４の内周面１４Ｂとに一体に加硫接着されており、図１に示すように、絞り加工後の形状において、略一定の肉厚を持つ球帯状に形成されている。

ゴム弾性体２６は、上記軸受け部１４の一端部１４Ｄにおいて、軸方向Ｘの内方側に向かって陥没する環状のすぐり部２８を備える。かかるすぐり部２８を設けることで、ボールスタッド１２が球状頭部２２の中心Ｐを中心として軸受け部１４に対して傾くように揺動変位（こじり方向Ｚへの変位）する際のバネ定数を小さくできるとともに、ゴム弾性体２６の端面での自由長を大きくして耐久性を向上している。また、この例では、ゴム弾性体２６は、上記軸受け部１４の他端部１４Ｅ側において、軸方向Ｘ内方側の球状頭部２２の平坦な頂部２２Ａに向かって陥没する円形の凹部３０を備える。かかる凹部３０を設けたことで、ゴム弾性体２６の端面での自由長を大きくして耐久性を向上している。

ボールジョイント１０の製造方法について説明する。製造に際しては、まず、軸部２０と球状頭部２２を有するボールスタッド１２と、内周面１４Ｂに凹溝２４を設けた軸受け部１４を、それぞれ作製する。

次いで、球状頭部２２を、軸受け部１４の一端面１４Ｃから軸受け部１４内に挿入した状態で、ボールスタッド１２と軸受け部１４を不図示の成形型に配置し、該成形型内にゴム材料を注入することで、ボールスタッド１２と軸受け部１４との間にゴム弾性体２６を加硫成形するとともに、球状頭部２２の外周面２２Ｂと軸受け部１４の内周面１４Ｂにゴム弾性体２６を一体に加硫接着させる。これにより得られる加硫成形体において、軸受け部１４の凹溝２４内にはゴム弾性体２６が入り込んでおり、該凹溝２４内でもゴム弾性体２６が軸受け部１４の内周面１４Ｂに加硫接着され、接着強度が高められている。

その後、上記加硫成形体の軸受け部１４に絞り加工が施される。絞り加工は、図４に示すように、放射状に複数に分割されたダイス片５０を持つダイス５２を用いて行われる。ダイス５２は、この例では、軸受け部１４の凹溝２４と同数の８個に分割されており、各ダイス片５０の周方向中央に上記凹溝２４が位置するようにセットして、ダイス片５０を径内方に移動させることにより、軸受け部１４が縮径方向に絞り加工される。これにより、ボールジョイント１０が得られる。なお、上記凹溝２４は、絞り加工後も完全につぶれることはなく、凹溝２４内にゴム弾性体２６が入り込んだ状態で残存している。

このようにして得られたボールジョイント１０は、連結ロッド１８の円筒状のホルダ１６内に圧入されることにより固定される。なお、連結ロッド１８は、この例では、不図示のサスペンションメンバーに結合される。

以上よりなる本実施形態であると、ボールスタッド１２と軸受け部１４とをゴム弾性体２６を介して接着状態に結合したことにより、軸受け部１４に対するボールスタッド１２の揺動がゴム弾性体２６の弾性変形によりなされることになり、上記従来の摺動によるものではないので、こじり方向Ｚにおける微振幅の振動入力に対して柔らかく揺動させることができ、微振幅振動を吸収することができる。

また、その際、軸受け部１４の内周面１４Ｂを球状頭部２２に対応する凹状球面としたので、こじり方向Ｚにおける変位時、ゴム弾性体２６が受ける力は剪断変形のみとなるので、こじり方向Ｚにおけるバネ定数を効果的に低減することができ、ボールスタッド１２を一層揺動しやすくすることができる。

また、このように従来の樹脂製ボールシートに代えて、ゴム弾性体２６の加硫接着によりボールスタッド１２と軸受け部１４を結合したので、グリースを封入するためのダストカバーが不要となり、部品点数および組付け工数が削減される。

また、軸受け部１４の内周面１４Ｂに複数の凹溝２４を均等配置したことにより、軸方向Ｘの端部に肉厚部を有するものでありながら、加硫成形後に軸受け部１４を絞り加工しやすい。また、所要数の凹溝２４を適切に配置したことにより、ゴム弾性体２６の軸受け部１４との接着界面における絞りによる歪みを分散して、接着界面の破壊を回避することができ、ゴム弾性体２６と軸受け部１４との剥離を防止することができる。なお、凹溝２４は絞り加工により潰れる方向に変形するが、凹溝２４内に入り込んだゴム弾性体２６は、上記揺動変位に寄与する本体ゴム部分からはみ出た部分であるため、本体ゴム部分の特性に影響を与えることなく絞り加工を行うことができる。

また、本実施形態であると、軸受け部１４は外周面１４Ａの径が軸方向で一定のストレート筒状であるので、筒状のホルダ１６との間で圧入のための十分な軸方向寸法を確保することができ、ホルダ１６からの抜け力を向上することができる。

（第２実施形態）
図５〜８は第２実施形態に係るボールジョイント１０Ａを示したものである。この実施形態のボールジョイント１０Ａも、上記第１実施形態と同様、ボールスタッド１２と軸受け部１４とを備えて、軸受け部１４が連結ロッド１８の筒状ホルダ１６内に圧入保持されてなるものであり、以下、第１実施形態との相違点について説明する。

本実施形態では、軸受け部１４の軸方向端部の形状が上記第１実施形態とは異なる。詳細には、ボールスタッド１２の球状頭部２２は、上記と同様、頂部２２Ａが軸方向Ｘに垂直な平坦面３２に形成され、この球状頭部２２の頂部２２Ａ側を受け止める軸受け部１４の軸方向端部（即ち、上端部）１４Ｅが、軸直角方向内方Ｙｉに張り出した形状をなしている。ここにおいて、図６に示すように、この張り出し形状をなす軸方向端部１４Ｅの内周縁１４Ｅｉが、球状頭部２２の平坦面３２の外周縁３２Ａよりも軸直角方向外方Ｙｏ側で終端している。従って、本実施形態では、上記軸方向端部１４Ｅの軸直角方向内方Ｙｉへの張り出し量が第１実施形態よりも小さく設定されている。

このように張り出し量を小さくすることにより、軸受け部１４を絞り加工したときに、ボールスタッド１２の球状頭部２２の頂部２２Ａ側が、ゴム弾性体２６を介して上記軸方向端部１４Ｅにより下方に押圧されるのを抑制することができる。そのため、ボールスタッド１２の抜脱方向への変位が低減される。

また、本実施形態では、軸受け部１４の軸方向両端部１４Ｄ，１４Ｅの内周縁１４Ｄｉ，１４Ｅｉの形状が、図５，７に示すように、軸方向Ｘから見た平面視で略長円形状をなしている。詳細には、軸方向両端部１４Ｄ，１４Ｅのそれぞれにおいて、軸方向Ｘに直交する第１の軸直角方向Ｙ１にて軸心Ａを挟んで対向する内周縁１４Ｄｉ，１４Ｅｉ間の距離Ｌ１が、第１の軸直角方向Ｙ１に垂直な第２の軸直角方向Ｙ２にて軸心Ａを挟んで対向する内周縁間１４Ｄｉ，１４Ｅｉの距離Ｌ２よりも大きく設定されている。また、この例では、内周縁１４Ｄｉ，１４Ｅｉは、第１の軸直角方向Ｙ１にて対向する一対の半円形部分３４を、第２の軸直角方向Ｙ２にて対向する一対の直線部分３６で連結してなるトラック形状に形成されている。

これにより、図６に示すように、軸受け部１４の軸方向両端部１４Ｄ，１４Ｅは、第１の軸直角方向Ｙ１にて対向する部分（図中の左側）よりも、第２の軸直角方向Ｙ２にて対向する部分（図中の右側）の方が、軸直角方向内方Ｙｉへの張り出し量が大きく設定されている。また、この例では、第１の軸直角方向Ｙ１にて対向する部分の方が軸方向Ｘでの寸法が短く設定されており、それに対応してゴム弾性体２６の軸方向Ｘでの寸法も第１の軸直角方向Ｙ１にて対向する部分の方が短く設定されている。なお、これらの軸方向寸法は周方向Ｃにおいて漸次変化することでなだらかに連結されている。

このように軸受け部１４の軸方向両端部１４Ｄ，１４Ｅの形状を設定することで、ボールスタッド１２の第１の軸直角方向Ｙ１での最大こじり角θ１が、第２の軸直角方向Ｙ２での最大こじり角θ２よりも大きくなり（図８参照）、周方向Ｃにおいて異なる最大こじり角に設定することができる。

第２実施形態について、その他の構成は、上記第１実施形態と同様であり、同様の作用効果が奏される。

図９，１０は、上記実施形態のボールジョイント１０Ａについて、こじり方向Ｚでの微振幅の振動入力に対する動ばね定数の測定データを示したものである。比較例として、従来の摺動タイプのボールジョイントについての測定データも示した。図９は、こじり方向Ｚでの振幅を±０．１度とした場合、図１０は、こじり方向Ｚでの振幅を±０．２度とした場合であり、５〜１５Ｈｚの周波数領域で動ばね定数を測定した。

その結果、図９に示すように、±０．１度の微振幅域において、実施形態のものでは、比較例のものに対して、動ばね定数が約１／５と大幅に低減されていた。また、図１０に示すように、±０．２度の振幅域でも、実施形態のものでは、比較例のものに対して、動ばね定数が約１／２と小さかった。また、本実施形態のものでは、±０．１度と±０．２度との間での動ばね定数の違いはほとんど見られなかった。しかも、比較例のものでは、周波数が大きくなるにつれて動ばね定数も高くなる傾向が見られたが、本実施形態のものでは、周波数の変化による動ばね定数の変化はほとんど見られず、周波数依存性が小さかった。これらのことから、本実施形態によれば、乗り心地性や操舵フィーリングの向上効果が奏されることが分かる。

なお、上記実施形態では、軸受け部１４やボールスタッド１２を金属製のものとしたが、これらは剛性材料からなるものであれば、例えば合成樹脂により形成することもできる。また、ボールジョイントは自動車のサスペンションに用いられるものに限定されるものではなく、スタビライザーリンクやステアリング装置などに用いられるボールジョイントの他、自動車を始めとした各種車両のボールジョイントとして用いることができる。その他、一々列挙しないが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。

第１実施形態に係るボールジョイントの縦断面図である。 同ボールジョイントの平面図である。 同ボールジョイントの底面図である。 同ボールジョイントの絞り加工工程を示す図である。 第２実施形態に係るボールジョイントの平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 同ボールジョイントの底面図である。 同ボールジョイントの連結ロッドに対する組み付け状態での断面図である。 こじり方向における振幅±０．１度での動ばね定数のスイープ線図である。 こじり方向における振幅±０．２度での動ばね定数のスイープ線図である。

符号の説明

１０，１０Ａ…ボールジョイント
１２…ボールスタッド
１４…軸受け部、１４Ｂ…内周面、１４Ｃ…一端面、１４Ｄ，１４Ｅ…軸方向端部
１４Ｄｉ，１４Ｅｉ…軸方向端部の内周縁
２０…軸部、２０Ａ…一端部
２２…球状頭部、２２Ａ…頂部、２２Ｂ…外周面
２４…凹溝
２６…ゴム弾性体
３２…平坦面
Ｃ…周方向
Ｌ１…第１の軸直角方向での内周縁間の距離
Ｌ２…第２の軸直角方向での内周縁間の距離
Ｘ…軸方向
Ｙ…軸直角方向、Ｙｉ…軸直角方向内方、Ｙｏ…軸直角方向外方
Ｙ１…第１の軸直角方向、Ｙ２…第２の軸直角方向

Claims (3)

1. 軸部と該軸部の一端部に設けられた球状頭部とを有するボールスタッドと、前記球状頭部を取り込む筒状をなして軸方向の一端面から前記軸部を突出させた状態に前記ボールスタッドと結合された軸受け部と、を備えてなり、
   前記ボールスタッドと前記軸受け部が、前記球状頭部の外周面と前記軸受け部の内周面に接着されたゴム弾性体を介して結合され、
   前記軸受け部は、外周面の径が軸方向で一定のストレート筒状に形成されるとともに、前記球状頭部を取り囲む内周面が前記球状頭部の外周面に対応する球面状に凹設され、
   前記軸受け部の内周面に軸方向に延びる複数の凹溝が周方向に分散して設けられ、前記軸受け部の内周面と前記球状頭部の外周面とが前記ゴム弾性体の加硫成形により一体に加硫接着され、該加硫成形後に前記軸受け部が絞り加工されてなる
   ことを特徴とするボールジョイント。
2. 前記軸受け部は、外形が断面円形状をなして、前記凹溝が設けられた周方向位置で薄肉状に形成された請求項１記載のボールジョイント。
3. 軸部と該軸部の一端部に設けられた球状頭部とを有するボールスタッドと、前記球状頭部を取り込む筒状をなして軸方向の一端面から前記軸部を突出させた状態に前記ボールスタッドと結合された軸受け部と、を備えてなり、
   前記ボールスタッドと前記軸受け部が、前記球状頭部の外周面と前記軸受け部の内周面に接着されたゴム弾性体を介して結合され、
   前記軸受け部は、外周面の径が軸方向で一定のストレート筒状に形成されるとともに、前記球状頭部を取り囲む内周面が前記球状頭部の外周面に対応する球面状に凹設され、
   前記球状頭部の頂部が軸方向に垂直な平坦面に形成され、前記球状頭部の頂部側を受け止める前記軸受け部の軸方向端部が軸直角方向内方に張り出した形状をなし、該軸方向端部の内周縁が前記球状頭部の前記平坦面よりも軸直角方向外方側で終端している
   ことを特徴とするボールジョイント。

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