JP5110371B2 - ラックエンド用ボールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ラックエンド用ボールジョイントに関する。

通例、ボールジョイントは、カップ状のソケット内にボールスタッドの球頭部が収容された構成を有している。このようなボールジョイントとして、ラックの端部に設けられて、タイロッドに接続されるラックエンド用ボールジョイントが知られている。ラックエンド用ボールジョイントでは、ボールスタッドは、球頭部を支点として揺動可能にソケットに支持されている。ソケットと球頭部との間には、カップ状の樹脂シートが介在しており、ボールスタッドの揺動の際には、球頭部が樹脂シートに対して摺動する。球頭部および樹脂シートをソケット内に嵌め入れた後、ソケットの先端部をかしめ変形により縮径することにより、ボールスタッドおよび樹脂シートのソケットからの抜止めが達成されるとともに、ボールジョイント内に予圧が付与される（特許文献１参照）。
特開２００４−１１６５４６号公報

しかしながら、かしめ変形後におけるソケット先端部の内面（かしめ面）の寸法精度が低く、そのため、球頭部の表面に付与される面圧にばらつきが生じていた。球頭部の表面の面圧が不均一であると、揺動トルクがばらつき安定しないおそれがある。
また、球頭部の表面の面圧が不均一であると、球頭部と樹脂シートとの間の面圧が大きい部分で摩擦が大きくなり、樹脂シートに異常磨耗が生じて、球頭部とソケットとの間にがたつきが発生するおそれがある。

本発明は、かかる背景の下でなされたものであり、揺動トルクの安定化を図ることができるとともに、長期にわたってがたつきの発生が抑制されたラックエンド用ボールジョイントを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ステアリング装置（１）のラック（１０）の端部に設けられるラックエンド用ボールジョイント（１２）であって、球頭部（２３）を有するボールスタッド（１８）と、前記球頭部の表面を覆う樹脂シート（１７，１７Ａ）と、前記樹脂シートで覆われた前記球頭部を収容し、前記球頭部を前記樹脂シートを介して摺動可能に支持するソケット（１６）とを備え、前記樹脂シートが、前記球頭部を包み込むように配置される球面状の第１樹脂シート（５３）と、前記第１樹脂シートと別部材で形成されて、前記第１樹脂シートと前記第２部材との間に、前記球頭部に接しない状態で介装される第２樹脂シート（５４）とを含み、前記ソケットが、筒状の第１部材（４３，４３Ｂ）と、前記第１部材とは別部材で形成され、前記第１部材の一端部を塞ぐための第２部材（４４，４４Ａ，４４Ｂ）とを備えるとともに、前記第１および第２部材はかしめ結合により互いに結合されており、前記第１部材の他端部の内面は、前記球頭部の表面に沿う曲面に形成されて、前記球頭部を保持する第１保持面（４７）を有し、前記ボールスタッドならびに前記第１および第２樹脂シートが前記第１部材に入れられた後、前記第１および第２部材が互いにかしめ結合されていることを特徴とする、ラックエンド用ボールジョイントである。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、第１部材内に球頭部と樹脂シートとが嵌め入れられた後、第１部材と第２部材とが結合されて、球頭部および樹脂シートのソケット内への収容が達成される。第１保持面が球頭部の表面に沿う曲面に形成されているので、球頭部の表面に付与されている面圧が均一になる。これにより、揺動トルクの安定化を図ることができる。

また、球頭部の表面の面圧が均一であるので、球頭部と樹脂シートとの間の面圧大部がなく摩擦を低く抑えることができる。このため、樹脂シートにおける異常磨耗の発生を抑制することができる。これにより、長期にわたってがたつきの発生を抑制することができる。
前記第１樹脂シートは、球面状の球面シートを有し、前記第２樹脂シートが、前記第１樹脂シートと前記第２部材との間に介装されていてもよい（請求項２）。

この発明は、ステアリング装置のラックの端部に設けられるラックエンド用ボールジョイントに適用されることが好ましい。ラックエンド用ボールジョイントでは、ソケットの軸方向の肉厚寸法を、ラックとの位置関係を調節することにより、比較的大きく確保することが可能である。このため、前記第２保持面を所望の形状（曲面状、球面状など）に加工することができる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るラックエンド用ボールジョイントが搭載されたステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。ステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵輪(図示せず)を転舵する転舵機構としてのラックアンドピニオン機構３とを備えている。

ステアリングホイール２は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介して、ラックアンドピニオン機構３に連結されている。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介してラックアンドピニオン機構３に伝達される。
ラックアンドピニオン機構３は、ピニオン軸６およびラック軸７を備えている。ピニオン軸６は、中間軸５に連結された軸部８と、この軸部８の先端に連結されたピニオン９とを含む。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介してピニオン軸６に伝達される。

ラック軸７は、車両の左右方向に沿って延びている。ラック軸７には、ラック１０が形成されている。ピニオン９およびラック１０は、互いに噛み合わされている。ピニオン軸６の回転は、ラック１０およびピニオン９により、ラック軸７の軸方向移動に変換される。
ラック軸７は筒状のラックハウジング１１に挿通されている。ラック軸７の両端部は、それぞれラックハウジング１１から突出している。ラック軸７の各端部（いわゆるラックエンド）には、インナーボールジョイント１２を介して、タイロッド１４の一端が連結されている。また、タイロッド１４の他端（いわゆるタイロッドエンド）には、アウターボールジョイント１３が設けられている。このアウターボールジョイント１３は、ナックルアーム４１（図２参照）を介して転舵輪に連結されている。

また、ラックハウジング１１の各端部には、筒状のラックブーツ１５が配置されている。各ラックブーツ１５の一端は、ラックハウジング１１の端部に外嵌しており、当該端部に固定されている。また、各ラックブーツ１５の他端は、タイロッド１４に外嵌しており、当該タイロッド１４に固定されている。ラックハウジング１１の端部およびインナーボールジョイント１２は、対応するラックブーツ１５により覆われている。このラックブーツ１５によって、水や埃などの異物が、ラックハウジング１１内やインナーボールジョイント１２内に進入することが防止されている。

操舵操作（回転操作）では、前述したように、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４および中間軸５によってピニオン軸６に伝達され、ピニオン９の回転がラック１０を通じてラック軸７の軸方向移動に変換される。そのときのラック軸７の軸方向移動は、インナーボールジョイント１２を介してタイロッド１４に伝えられ、さらに、タイロッド１４の動きがアウターボールジョイント１３を介してナックルアーム４１（図２参照）へと伝えられる。

図２は、インナーボールジョイント１２およびアウターボールジョイント１３を含むステアリング装置１の一部の断面図である。
インナーボールジョイント１２は、ラック軸７の端部に連結されるソケット１６と、このソケット１６内に収容された樹脂シート１７と、ソケット１６および樹脂シート１７によって揺動可能に支持されたボールスタッド１８とを備えている。ソケット１６には、ラック軸７の端部に連結される連結部２０が設けられている。

ボールスタッド１８は、鋼等の金属製の部材であり、球面状の外表面を有する球頭部２３と、この球頭部２３から突出するスタッド軸２４とが一体的に形成されている。球頭部２３は、樹脂シート１７に覆われた状態でソケット１６に収容されている。
スタッド軸２４は、ソケット１６から突出している。このスタッド軸２４と、このスタッド軸２４に連結されるアウターボールジョイント１３に連結されたロッド２５とによって、タイロッド１４が構成されている。

スタッド軸２４の先端部（図２では右端部）には、雄ねじ部２６が形成されている。雄ねじ部２６は、ロッド２５に形成された雌ねじ孔２７に螺合されている。雄ねじ部２６が雌ねじ孔２７に螺合されることにより、ロッド２５がボールスタッド１８に同軸的に連結されている。
また、雄ねじ部２６にはロックナット２８が螺合されている。ボールスタッド１８およびロッド２５は、ロックナット２８によって互いに固定されている。また、雌ねじ孔２７に対する雄ねじ部２６のねじ込み量は、ロッド２４（ボールスタッド１８）を回転させ調節し、ロックナット２８によって固定されている。雌ねじ孔２７に対する雄ねじ部２６のねじ込み量を調節することにより、転舵輪のトーイン角を調節することができる。

ボールスタッド１８は、球頭部２３を支点として、ソケット１６に対して揺動可能となっている。したがって、ラック軸７（図１参照）の軸方向への動きは、軸方向へ直線的にタイロッド１４に伝達されるのではなく、インナーボールジョイント１２によって揺動する角度方向へ伝達される。
一方、アウターボールジョイント１３は、カップ状のソケット２９と、このソケット２９内に収容された樹脂シート３０と、ソケット２９および樹脂シート３０によって揺動可能に支持されたボールスタッド３１とを備えている。

ソケット２９は、樹脂シート３０がその内側に配置された円筒３２と、この円筒３２の一端（図２では下端）を塞ぐように当該一端に固定された閉鎖板３３とを含む。円筒３２は、例えばロッド２５の先端部に一体的に形成されている。
ソケット２９の開放側端部、すなわち、円筒３２の他端部（図２で示す上端部）には、その内面が半径方向内方に突出した突出部３８が形成されている。そのため、円筒３２の他端部（図２では上端部）は、円筒３２の他の部分に比べてその内径が縮径されている。突出部３８の内面は、球頭部２３の外表面に沿う球面状に形成されている。

樹脂シート３０は、カップ状の第１シート３４と、板状の第２シート３５とを含む。第１シート３４は、周壁部３６と底部３７とを一体的に備えている。周壁部３６は、円筒３２の内周面に沿って配置されており、ソケット２９内に収容された状態で、球頭部３９の外表面に沿う球面状に変形している。また、第２シート３５は、第１シート３４の底部３７と閉鎖板３３との間に介在している。樹脂シート３０は、突出部３８と、閉鎖板３３との間で保持されている。

ボールスタッド３１は、鋼等の金属製の部材であり、球面状の外表面を有する球頭部３９と、この球頭部３９から突出するスタッド軸４０とが一体的に形成されている。球頭部３９は、第１シート３４に覆われた状態でソケット２９に収容されている。第１シート３４と球頭部３９との間には、グリース等の潤滑剤が充填されている。スタッド軸４０は、ソケット３２から突出している。

球頭部３９は、樹脂シート３０に対して摺動可能となっている。また、ボールスタッド３１は、スタッド軸４０の中心軸線まわりに回転可能となっている。アウターボールジョイント１３により、タイロッド１４の動きをその揺動する角度方向へ向けてナックルアーム４１に伝達する。
ソケット２９およびボールスタッド３１には、筒状のカバー４２が取り付けられている。カバー４２の一端は、ソケット２９の開放側端部に外嵌されて、この開放側端部に固定されている。また、カバー４２の他端は、ボールスタッド３１のスタッド軸４０に外嵌されて、このスタッド軸４０に固定されている。ソケット２９の開放側端部およびスタッド軸４０の一部は、カバー４２によって覆われている。このカバー４２によって、水や埃などの異物が、アウターボールジョイント１３内に進入することが防止されている。

図３は、インナーボールジョイント１２の構成を示す断面図である。
ソケット１６は、ほぼ有底円筒状であり、ほぼ円筒状の第１部材４３と、この第１部材４３と別部材に形成された第２部材４４とが結合された構造である。ソケット１６の開放側端部には開口部４５が形成されている。この開口部４５にはスタッド軸２４が挿通している。第１部材４３は、たとえば鋼などの金属製の単一部材により形成されたほぼ円筒状の部材であり、その内部に球頭部２３を収容することができる大きさに形成されている。第１部材４３の一端部（図３で示す上端部）には、その一端に向かうにつれて第１部材４３の中心軸線Ｃ側に近づくように湾曲する湾曲部４６が形成されている。そのため、第１部材４３の一端部は、第１部材４３の他の部分に比べて縮径している。湾曲部４６の内面（第１保持面）４７は、旋削加工などによって、球頭部２３の外表面に沿う球面状に形成されている。

第２部材４４は、たとえば鋼などの金属製の単一部材により形成されたほぼ円柱状の部材であり、その一端部（図３で示す上端部）が第１部材４３の他端部（図３で示す下端部）に内嵌されて、その他端部を塞いでいる。第１部材４３の他端部には、第２部材４４が内嵌した状態で第２部材４４に対してかしめ変形されたかしめ部４８が形成されている。このかしめ部４８により、第１部材４３と第２部材４４との固定が達成される。第２部材４４の内端面（第２保持面）４９は平坦面に形成されている。この内端面４９と第１部材４３の内周面５０とによって、球頭部２３および樹脂シート１７を収容する収容空間５１が区画されている。この第２部材４４には、連結部２０が一体的に形成されている。

樹脂シート１７は、ほぼ球面状の球面シートとしての第３シート（第１樹脂シート）５２と、板状の第４シート（第２樹脂シート）５３とを含む。第３シート５２は、球頭部２３を包み込むように配置されている。樹脂シート１７と球頭部２３との間には、グリース等の潤滑剤が充填されている。第４シート５３は、第３シート５２の外周面と第２部材４４との間に介在されている。第３シート５２は、予め球面状に形成されており、第１部材４３の内周面に沿うように配置されている。この第３シート５２は、その収容状態において球頭部２３の外表面に沿うようになるが、予め球面状に形成されているために、その嵌入時の変形量が少ない。第３シート５２には、第１部材４３の中心軸線Ｃと同心の通孔５４が形成されている。通孔５４には、グリースなどの潤滑剤が充填されている。

第４シート５３の内面（図３で示す上面）は、球頭部２３の外表面に沿う傾斜面（屈曲面）に形成されている。また、第４シート５３の底面（図３で示す下面）は平坦面であり、第２部材４４の内端面４９に当接している。
第３シート５２および第４シート５３は、たとえば、ポリアセタールかＰＥＥＫ等の樹脂材料を用いて形成されている。ポリウレタンやポリエステルなどのゴム状の材料（エラストマー）を用いても良い。

球頭部２３は、この樹脂シート１７に対して摺動可能となっている。ボールスタッド１８は、球頭部２３を支点としてソケット１６に対して揺動可能に、ソケット１６に保持されている。
図４は、インナーボールジョイント１２の製造工程を示す模式的な断面図である。
インナーボールジョイント１２は、第１部材４３の他端部から、ボールスタッド１８、第３シート５２および第４シート５３の順で嵌め入れられる。第３シート５２は、予め球面状に形成されている。各部品の嵌入後に第２部材４４が第１部材４３の他端部から内嵌され、予め定められた量だけ押し込まれた後に、第１部材４３の他端部がかしめ変形されて、かしめ部４８（図３参照）が形成される。これにより、第１部材４３と第２部材４４とが固定される。

以上のように、この実施形態によれば、内面４７および内端面４９が球頭部２３の外表面に沿う球面状に形成されており、その上、第３シート５２が球面状に形成されているために、ソケット１６内に収容された後の球頭部２３の外表面に付与されている面圧が均一になる。これにより、揺動トルクの安定化を図ることができる。
また、球頭部２３の外表面の面圧が均一であるので、球頭部２３と第３シート５２との間の摩擦を低く抑えることができる。このため、第３シート５２における異常磨耗の発生を抑制することができる。これにより、長期にわたってがたつきの発生を抑制することができる。

図５は、本発明の他の実施形態に係るインナーボールジョイント１２Ａの概略構成を模式的に示す断面図である。この図５において、前述の図１〜図４に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図４と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
この図５に示す実施形態にかかるインナーボールジョイント１２Ａが、図１〜図４に示すインナーボールジョイント１２と大きく相違する点は、樹脂シート（球面シート）１７Ａを、球面状の樹脂シート単体としたことである。この樹脂シート１７Ａは、前述した第３シート５２とほぼ同一の形状および寸法に形成されている。

また、この図５に示す実施形態では、第２部材４４Ａの内端面（第２保持面）４９Ａは、球頭部２３の外表面に沿う球面状に形成されている。この第２部材４４Ａの内端面４９Ａが、樹脂シート１７Ａの外周面に当接している。
この図５に示す実施形態によれば、内面４７および内端面４９が球頭部２３の外表面に沿う球面状に形成されており、その上、第３シート５２が球面状に形成されているために、ソケット１６内に収容された後の球頭部２３の外表面に付与されている面圧が全域にわたって均一になる。これにより、揺動トルクの安定化を図ることができる。

図６は、本発明のさらに他の実施形態に係るインナーボールジョイント１２Ｂの概略構成を模式的に示す断面図である。この図６において、前述の図５に示す実施形態に示された各部と同等の構成部分については、図５に示す実施形態の場合と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
この図６の実施形態に係るインナーボールジョイント１２Ｂが、図５に示すインナーボールジョイント１２Ａと大きく相違する点は、第２部材４４Ｂの第１部材４３Ｂへの固定がねじ嵌合により達成されていることある。

具体的には、第２部材４４Ｂの周面には、雄ねじ５５が形成されている。一方、第１部材４３Ｂの他端部の内周面には、雄ねじ５５に対応する雌ねじ５７が形成されている、この雌ねじ５７に第２部材４４Ｂがねじ込まれて固定されている。この場合、第１部材４３Ｂに対する第２部材４４Ｂのねじ込み量を調節することにより、球頭部２３に付与される面圧を調節することができる。これにより、インナーボールジョイント１２Ｂ内の予圧を適切に管理することができる。

以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。
図６の実施形態では、図５に示す構成にねじ嵌合による固定を適用する場合を例にとって説明したが、このねじ嵌合構造が図１〜図４の実施形態に適用されていてもよい。
また、第２部材４４Ａの内端面４９Ａは、球面状でなくても、湾曲面状または屈曲面状に形成されていればよい。

さらに、第１部材４３，４３Ｂと第２部材４４，４４Ａ，４４Ｂとの固定が、かしめ変形やねじ嵌合により達成された構成を例に挙げて説明したが、たとえば、溶接により第１部材４３，４３Ｂと第２部材４４，４４Ａ，４４Ｂとの固定が達成された構成であってもよい。
また、球面状のシート５２，１７Ａにスリットが形成されていてもよい。

本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

本発明の一実施形態に係るインナーボールジョイントが搭載されたステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 インナーボールジョイントおよびアウターボールジョイントを含むステアリング装置の一部の断面図である。 インナーボールジョイントの構成を示す断面図である。 インナーボールジョイントの製造工程を示す模式的な断面図である。 本発明の他の実施形態に係るインナーボールジョイントの概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るインナーボールジョイントの概略構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１…ステアリング装置、１０…ラック，１２…インナーボールジョイント（ラックドエンド用ボールジョイント）、１６…ソケット、１７…樹脂シート、１７Ａ…樹脂シート（球面シート），１８…ボールスタッド、２３…球頭部、２４…スタッド軸、４３，４３Ｂ…第１部材、４４，４４Ａ，４４Ｂ…第２部材、４７…内面（第１保持面）、４９，４９Ａ…内端面（第２保持面）、５２…第３シート、５３…第４シート、５５…雄ねじ、５７…雌ねじ

Claims (1)

1. ステアリング装置のラックの端部に設けられるラックエンド用ボールジョイントであって、
   球頭部を有するボールスタッドと、
   前記球頭部の表面を覆う樹脂シートと、
   前記樹脂シートで覆われた前記球頭部を収容し、前記球頭部を前記樹脂シートを介して摺動可能に支持するソケットとを備え、
   前記樹脂シートが、前記球頭部を包み込むように配置される球面状の第１樹脂シートと、前記第１樹脂シートと別部材で形成されて、前記第１樹脂シートと前記第２部材との間に、前記球頭部に接しない状態で介装される第２樹脂シートとを含み、
   前記ソケットが、筒状の第１部材と、前記第１部材とは別部材で形成され、前記第１部材の一端部を塞ぐための第２部材とを備えるとともに、前記第１および第２部材はかしめ結合により互いに結合されており、
   前記第１部材の他端部の内面は、前記球頭部の表面に沿う曲面に形成されて、前記球頭部を保持する第１保持面を有し、
   前記ボールスタッドならびに前記第１および第２樹脂シートが前記第１部材に入れられた後、前記第１および第２部材が互いにかしめ結合されていることを特徴とする、ラックエンド用ボールジョイント。

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