JP5166104B2 - Ball joint - Google Patents
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Description
本発明は、主として車両用リンク機構の連結装置として使用されるボールジョイントに係り、特に、ボールスタッドを収容するソケットにロッドを溶接したボールジョイントに関する。
The present invention relates to a ball joint mainly used as a connecting device for a vehicle link mechanism, and more particularly to a ball joint in which a rod is welded to a socket for housing a ball stud.
従来、車両のサスペンションリンケージ、例えばサスペンションアームとスタビライザとの連結に使用されるボールジョイントとしては、図6に示すものが知られている。図6において、ボールジョイント100は、ボールスタッド102、ボールシート104、ソケット106、ダストカバー108及びロッド130で構成される。
Conventionally, as a ball joint used for connecting a vehicle suspension linkage, for example, a suspension arm and a stabilizer, one shown in FIG. 6 is known. In FIG. 6, the
ボールジョイント100は、ボールスタッド102の一端に形成する球状部102aをボールシート104を介してソケット106に組込み、ソケット106の開口部106aをかしめ成形してスタッド102を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド102とソケット106の間には、ソケット106の開口部106aから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー108を装着している。
In the
また、ソケット106の円筒状の外周面106bにはサスペンションアームとスタビライザとを連結するロッド130が溶接され、ロッド130の他端は図示しない別のボールジョイント等に接続されている。
しかしながら、図6に示すような従来のボールジョイントにあっては、ソケット106に対するロッド130の設置角度は、ボールジョイント100を車両に搭載する際の設計要件により決まるため、ボールジョイント100の製造上の都合によりその設置角度を変更したい場合でも変更できないという問題がある。
However, in the conventional ball joint as shown in FIG. 6, the installation angle of the
また、サスペンションレイアウトの都合等によりソケット106の中心軸CSに対するロッド130の中心軸CLの角度θが0°または90°以外の角度に溶接するように要求される場合があり、この角度で溶接する従来例として、以下の(1)及び(2)の場合がある。
(1)ソケットの溶接面に対し、ロッドの中心軸が垂直ではない状態で溶接する。
(2)ソケットの溶接面として、ロッドの中心軸に垂直となる平面を設けて溶接する。
Further, there is a case where the angle θ of the central axis CL of the
(1) Welding is performed with the center axis of the rod not perpendicular to the welding surface of the socket.
(2) As a welding surface of the socket, a plane that is perpendicular to the central axis of the rod is provided and welded.
図7は、従来のボールジョイントにおいて、ロッドをソケットの溶接面に対し斜めに溶接する(1)の実施例を示す断面図である。図7においてボールジョイント110は、ボールスタッド112、ボールシート114、ソケット116、ダストカバー118及びロッド140で構成され、ソケット116の底面116aに対しロッド140の中心軸CLが垂直ではなく角度γ傾斜するようにロッド140を溶接している。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment (1) in which a rod is welded obliquely with respect to a welding surface of a socket in a conventional ball joint. 7, the
図8は、図7のロッドの溶接方法を示す説明図であり、図8(A)は、ロッドの溶接端面がロッドの中心軸に垂直な場合を、図8(B)は、ロッドの溶接端面がソケットの溶接面に平行な場合を示し、図8(C)は、溶接面に働く圧着力の分力を示している。 FIG. 8 is an explanatory view showing a method of welding the rod of FIG. 7, FIG. 8A shows the case where the welding end surface of the rod is perpendicular to the central axis of the rod, and FIG. 8B shows the welding of the rod. The case where the end face is parallel to the welding surface of the socket is shown, and FIG. 8C shows the component force of the crimping force acting on the welding surface.
図8(A)において、ロッド140の溶接端面140aに対しソケット116の溶接面である底面116aが傾いているため、方向Pに加圧して溶接した場合、溶接部のナゲット生成がロッド140の周方向で不均一となり、すなわち溶接の溶け込み程度の小さい部分が生じることで、同等断面積のロッドが周方向で均一に溶融している場合に比べて溶接強度が低下する。
In FIG. 8A, since the
このような場合、強度低下を補うためにソケット116とロッド140をプロジェクション溶接等で溶接した後に、更にアーク溶接等で図7に示すようなビード160を盛り補強する必要が生じ、これが製造コストを増加させる問題となる。
In such a case, after the
図8(B)においては、ロッド140の溶接端面140bをソケット116の底面116aと平行になるように中心軸CLに対し斜めにカットして溶接を行うが、この場合、溶接端面140bは中心軸CLに対し非対称の形状となるため、溶接時にロッド140の中心軸CLの軸回り方向DLの位置決めが必要となり、これも製造コストを増加させる問題となる。
In FIG. 8B, welding is performed by cutting the
更に、図8(A)及び(B)の何れの場合においても、ロッド140を中心軸CLの方向Pに加圧して溶接を行うため、加圧方向Pと溶接面である底面116aが垂直にならず、図8(C)に示すように、溶接時の圧着力Pにより、底面116aに垂直な分力Vと平行な分力Hが発生し、ロッド140は、この分力Hにより溶接位置がずれ易く、溶接後の寸法精度が低下する問題もある。
8A and 8B, the
図9は、従来のボールジョイントにおいて、ロッドをソケットの溶接面に対し垂直に溶接する(2)の実施例を示す断面図である。図9においてボールジョイント120は、ボールスタッド122、ボールシート124、ソケット126、ダストカバー128及びロッド150で構成され、ソケット126の中心軸CSに軸対称な円錐状の底面126aに対し、ロッド150の中心軸CLの角度δが垂直になるようにロッド150を溶接している。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an embodiment (2) in which a rod is welded perpendicularly to a welding surface of a socket in a conventional ball joint. 9, the
この場合、ソケット126の溶接面である底面126aにロッド150の溶接端面150aよりも大きな面積を確保する必要から、ソケット126の底部126bを下方に伸ばすように増肉することでソケット126のサイズが大きくなり、重量及びコストが増加してしまう。
In this case, since it is necessary to secure a larger area than the
図10は、図9のソケットのサイズが大きくなる理由を示す説明図であり、図10(A)は、ソケットの底部を増肉せずに軸対称な溶接面を確保できない理由を示し、図10(B)は、ソケットの溶接面をソケットの中心軸回りに非対称にした場合の欠点を示す。 FIG. 10 is an explanatory diagram showing the reason why the size of the socket of FIG. 9 is increased, and FIG. 10 (A) shows the reason why an axisymmetric welding surface cannot be secured without increasing the thickness of the bottom of the socket. 10 (B) shows a drawback when the welding surface of the socket is asymmetrical about the central axis of the socket.
図10(A)において、ソケット126を図7に示すソケット116と同程度の大きさにし、ロッド150を図9と同じ中心軸CL上に溶接しようとすると、ロッド150の溶接端面150aに対しソケット126の溶接面である底面126bの面積が足りず、ロッド150の溶接端面150aの一部150bがソケット126の底面126bから外れてしまい、この状態で溶接を行うと溶接部の強度が低下する。
10A, when the
しかし、ソケット126の底部126bを126aに示す位置まで下方に伸ばすことで、底面126bの面積とロッド150の中心軸CLの角度及び位置を変えずにロッド150をソケットに126に溶接することが可能となる。
However, by extending the
図10(B)においては、ソケット126の溶接面126cを中心軸CSの軸回りに非対称の平面にして面積を増加させることで底部126bの増肉を抑えているが、ソケット126が対称形でないため鍛造等による成形性が悪化すると共に、溶接時にソケット126の中心軸CSの軸回り方向DSの位置決めが必要となり、溶接工数が増加する問題がある。
In FIG. 10B, the thickness of the
また、図9の場合、設計要件による溶接角度θに応じてソケット126の溶接面126aの中心軸CSに対する角度を変えなければならず、僅かな溶接角度θの違いでもソケット126を共用化することができないため、量産効果を得られず製造コストが増加する。
Further, in the case of FIG. 9, the angle of the
本発明は、車両搭載上の要求に応じたロッドの溶接角度に適合できる、軽量、高強度、高精度のボールジョイントを安価に提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lightweight, high-strength, high-accuracy ball joint that can be adapted to the welding angle of a rod according to the requirements for mounting on a vehicle at low cost.
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。まず本発明は、球状部を有するボールスタッドと、ボールスタッドの球状部を揺動及び回動自在に収容し一方に開口部を有するソケットと、ソケットの外面に溶接されたロッドとを備えるボールジョイントに於いて、ソケットは、開口部の中央とボールスタッドの球状部の中心を通る線が中心軸となる円筒状外周部の半径以上の半径を有し、中心がボールスタッドの球状部の中心と一致する球面により、開口部の反対側全面に形成される球面部を備え、ロッドは、中心軸の延長線がソケットの球面部の中心を通るように球面部に溶接されることを特徴とする。
In order to achieve this object, the present invention is configured as follows. First, the present invention provides a ball joint including a ball stud having a spherical portion, a socket having a spherical portion of the ball stud swingably and rotatably accommodated and having an opening on one side, and a rod welded to the outer surface of the socket. The socket has a radius that is equal to or greater than the radius of the cylindrical outer peripheral portion whose center axis is a line passing through the center of the opening and the spherical portion of the ball stud, and the center is the center of the spherical portion of the ball stud. A spherical portion formed on the entire surface opposite to the opening portion by the matching spherical surface is provided , and the rod is welded to the spherical portion so that the extension line of the central axis passes through the center of the spherical portion of the socket. .
本発明のボールジョイントは、球状部及び軸部を有するボールスタッドと、ボールスタッドの球状部を揺動及び回動自在に収容し一方に軸部を突出させる開口部と外面にロッドを溶接可能な溶接面を有するソケットとを備えるボールジョイントに於いて、ソケットの溶接面は、開口部の中央とボールスタッドの球状部の中心を通る線が中心軸となる円筒状外周部の半径以上の半径を有し、中心がボールスタッドの球状部の中心と一致する球面により、開口部の反対側全面に形成されることを特徴とする。 The ball joint of the present invention is capable of welding a rod to a ball stud having a spherical portion and a shaft portion, an opening for projecting the shaft portion on one side of the ball stud so that the spherical portion of the ball stud can swing and rotate, and an outer surface. In a ball joint including a socket having a welded surface, the welded surface of the socket has a radius equal to or larger than the radius of the cylindrical outer peripheral portion whose center axis is a line passing through the center of the opening and the spherical portion of the ball stud. has, centered by spherical surface coincides with the center of the spherical portion of the ball stud, formed opposite the entire surface of the opening, characterized in Rukoto.
本発明によれば、ソケットの外面にロッドの端面投影面積よりも大きな範囲の球面部を設け、ロッドの中心軸の延長線がソケットの球面部の中心を通るように、ロッドの端面部をソケット球面部に溶接することで、ソケットに無駄な肉を付けて重量を増加させたり、ソケットを中心軸回りに非対称として生産性を低下させたりすることなく、ロッドの溶接面の周方向でナゲット生成を均一化することができ、軽量、高強度、高精度のボールジョイントを安価に提供することが可能となる。 According to the present invention, a spherical portion having a larger range than the projected end surface area of the rod is provided on the outer surface of the socket, and the end surface portion of the rod is connected to the socket so that the extension line of the central axis of the rod passes through the center of the spherical portion of the socket. By welding to the spherical surface, nuggets are generated in the circumferential direction of the welding surface of the rod without adding unnecessary weight to the socket and increasing the weight, or reducing the productivity by making the socket asymmetric about the central axis. Can be made uniform, and a light weight, high strength and high precision ball joint can be provided at low cost.
また、車両搭載上の要求であるソケットに対するロッドの溶接角度違いに対するソケット共用化の幅が広がり、量産効果による更なるコスト低減も望める。 In addition, a wider range of socket sharing is available for different welding angles of the rod to the socket, which is a requirement for mounting on a vehicle, and further cost reduction can be expected due to the mass production effect.
更に、ボールスタッドを経由した外力を常にロッドの中心軸線上で受けることができるため、外力に耐えるのに必要な溶接強度及びロッド強度を最も小さくでき、よって、ロッド断面積を小さくすることでより安価なロッドを使用することができる。
Furthermore, since the external force via the ball stud can always be received on the central axis of the rod, the welding strength and rod strength necessary to withstand the external force can be minimized, and thus by reducing the rod cross-sectional area, An inexpensive rod can be used.
図1は、本発明のボールジョイントの第1実施形態を示す断面図である。図1において、ボールジョイント10は、ボールスタッド12、ボールシート14、ソケット16、ダストカバー18及びロッド40で構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the ball joint of the present invention. In FIG. 1, the ball joint 10 includes a
ボールジョイント10は、ボールスタッド12の一端に形成する球状部12aをボールシート14を介してソケット16に組込み、ソケット16の開口部16aをかしめ成形してスタッド12を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド12とソケット16の間には、ソケット16の開口部16aから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー18を装着している。
In the ball joint 10, a
ここで、ソケット16の開口部16aの中央とボールスタッド12の球状部12aの中心OBを通る軸線をソケット16の中心軸CSとし、ソケット16は中心軸CSに対し基本的に軸対称の形状をしている。
Here, an axis passing through the center of the
ソケット16の底面16bには、ソケット16の中心軸CS上の中心OSから半径RSの球面部16cを有し、球面部16cには、ソケット16の中心軸CSに対し中心軸CLを角度θ傾け、且つ、中心軸CLの延長線がソケット16の球面部16cの中心OSを通るようにロッド40の端面部40aをソケット球面部に溶接している。
The
図2は、本発明のボールジョイントの第2実施形態を示す断面図である。図2において、ボールジョイント20は、ボールスタッド22、ボールシート24、ソケット26、ダストカバー28及びロッド50で構成される。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the ball joint of the present invention. In FIG. 2, the ball joint 20 includes a
ボールジョイント20は、ボールスタッド22の一端に形成する球状部22aをボールシート24を介してソケット26に組込み、ソケット26の開口部26aをかしめ成形してスタッド22を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド22とソケット26の間には、ソケット26の開口部26aから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー28を装着している。
In the ball joint 20, a
ここで、ソケット26の開口部26aの中央とボールスタッド22の球状部22aの中心OBを通る軸線をソケット26の中心軸CSとし、ソケット26は中心軸CSに対し基本的に軸対称の形状をしている。
Here, an axis passing through the center of the
ソケット26の底面26bは、ボールスタッド22の球状部22aの中心OBから半径RSの球面26cから成り、球面26cには、ソケット26の中心軸CSに対し中心軸CLを角度θ傾け、且つ、中心軸CLの延長線がソケット26の球面26cの中心OS(ボールスタッド22の球状部22aの中心OBと同一点)を通るようにロッド50の端面部50aをソケット球面部に溶接している。
The
従って、図1及び2に示す実施形態においては、ソケット16及び26に無駄な肉を付けて重量を増加させたり、ソケット16及び26を中心軸回りに非対称にして生産性を低下させたりすることなく、ロッド40及び50の溶接面の周方向でナゲット生成を均一化することができ、軽量、高強度、高精度のボールジョイントを安価に提供することが可能となる。
Therefore, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the
図3は、図1及び2のロッドの溶接可能範囲を示す説明図であり、図3(A)は図1の第1実施形態を、図3(B)は図2の第2実施形態を示している。図3(A)において、ロッド40のソケット16に対する溶接角度、すなわち中心軸CLと中心軸CSとの角度θは、球面部16cの中心OSに対し、角度αの範囲内で任意に設定できる。
FIG. 3 is an explanatory view showing the weldable range of the rods of FIGS. 1 and 2, FIG. 3 (A) shows the first embodiment of FIG. 1, and FIG. Show. In FIG. 3A, the welding angle of the
また、図3(B)においても、ロッド50のソケット26に対する溶接角度θは、球面部26cの中心OSに対し、角度βの範囲内で任意に設定できる。従って、一種類のソケット16あるいは26で、複数の溶接角度に対応できることから、ソケット共用化の幅が広がり、量産効果によるコスト低減が可能である。
3B, the welding angle θ of the
また、図1に示す第1実施形態においては、球面16cの中心OSと球状部12aの中心OBの位置は一致していないが、図2に示す第2実施形態においては、球面26cの中心OSは、ボールスタッド22の球状部22aの中心OBに一致させており、このことにより、第2実施形態のボールジョイント20は、ボールスタッド22を経由した外力を常にロッド50の中心軸線上で受けることができる。
Further, in the first embodiment shown in FIG. 1, the position of the center OS of the
図4は、ボールスタッドからロッドに伝達される外力のボールジョイント内の作用を示す説明図であり、図4(A)は図1の第1実施形態を、図4(B)は図2の第2実施形態を示している。図4(A)において、ボールスタッド12は、中心軸CBがロッド40の中心軸CLと同一平面にあり、また、中心軸CBがソケット16の中心軸CSに対し、ロッド40の中心軸CLの傾斜角度θと同じ角度θ傾いた状態である。
4A and 4B are explanatory views showing the action in the ball joint of the external force transmitted from the ball stud to the rod. FIG. 4A shows the first embodiment of FIG. 1, and FIG. 4B shows the action of FIG. 2nd Embodiment is shown. In FIG. 4A, the
しかし、ボールスタッド12の球状部12aの中心OBとソケット16の球面16cの中心OSの位置が一致していないため、ボールスタッド12の中心軸CBとロッド40の中心軸CLは同一線上にはなく、Eだけずれている。そのため、ボーススタッド12からの外力Fは、ロッド40の中心軸CLに平行に作用するだけではなく、モーメントFEとしても作用してしまう。
However, since the position of the center OB of the
図4(B)においても、ボールスタッド22は、中心軸CBがロッド50の中心軸CLと同一平面にあり、また、中心軸CBがソケット26の中心軸CSに対し、ロッド50の中心軸CLの傾斜角度θと同じ角度θ傾いた状態であるが、ボールスタッド22の球状部22aの中心OBとソケット26の球面26cの中心OSの位置が一致しているため、ボーススタッド22からの外力Fは、ロッド50の中心軸CL上にそのまま作用する。
4B, the
図4(B)に示す例は、外力Fがそのまま直線的にロッド50に作用する最も条件の良い状態であるが、第2実施形態においては、スタッド22の角度θ(図面平面以外も含む)に係わらず、ボールスタッド22を経由した外力Fを常にロッド50の中心軸CLの線上で受けることができるため、外力Fに耐えるのに必要な溶接強度及びロッド強度を最も小さくでき、よって、ロッド断面積を小さくすることでより安価なロッドを使用することができる。
The example shown in FIG. 4B is the most favorable state in which the external force F acts on the
図5は、本発明のボールジョイントの第3実施形態を示す断面図であり、図2に示す第2実施形態に対し、溶接角度θが大きい場合である。図5において、ボールジョイント30は、ボールスタッド32、ボールシート34、ソケット36、ダストカバー38及びロッド60で構成される。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the ball joint of the present invention, and shows a case where the welding angle θ is larger than that of the second embodiment shown in FIG. In FIG. 5, the ball joint 30 includes a ball stud 32, a ball seat 34, a socket 36, a dust cover 38 and a rod 60.
ボールジョイント30は、ボールスタッド32の一端に形成する球状部32aをボールシート34を介してソケット36に組込み、ソケット36の開口部36aをかしめ成形してスタッド32を揺動及び回動自在に支持し、ボールスタッド32とソケット36の間には、ソケット36の開口部36aから内部に水や埃が侵入するのを防止するダストカバー38を装着している。
The ball joint 30 incorporates a
ここで、ソケット36の開口部36aの中央とボールスタッド32の球状部32aの中心OBを通る軸線をソケット36の中心軸CSとし、ソケット36は中心軸CSに対し基本的に軸対称の形状をしている。
Here, an axis passing through the center of the
ソケット36の外周部36bは、ボールスタッド32の球状部32aの中心OBから半径RSの球面部36cを有し、球面部36cには、ソケット36の中心軸CSに対し中心軸CLを角度θ傾け、且つ、中心軸CLの延長線がソケット36の球面部36cの中心OS(ボールスタッド32の球状部32aの中心OBと同一点)を通るようにロッド50の端面部50aをソケット球面部に溶接している。
The outer
また、図5において、ソケット36の底面36dは平面になっているが、この部分も球面36cとしてもよく、そうすることで溶接角度θを大きな範囲で設定可能となる。
In FIG. 5, the
本発明は、車両用リンク機構の連結装置として用いられるボールジョイントに限らず、ロッドをソケットに溶接するあらゆるボールジョイントに適用可能であり、また、上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。
The present invention is not limited to a ball joint used as a connecting device for a vehicle link mechanism, but can be applied to any ball joint that welds a rod to a socket, and is not limited to the above-described embodiment. It includes appropriate modifications that do not impair the process.
10、20、30、100、110、120:ボールジョイント
12、22、32、102、112、122:ボールスタッド
14、24、34、104、114、124:ボールシート
16、26、36、106、116、126:ソケット
18、28、38、108、118、128:ダストカバー
40、50、60、130、140、150:ロッド
160:ビード
CB:ボールスタッドの中心軸
CS:ソケットの中心軸
CL:ロッドの中心軸
OB:ボールスタッドの球状部の中心
OS:ソケットの球面部の中心
θ:ロッドの溶接角度
10, 20, 30, 100, 110, 120: Ball joints 12, 22, 32, 102, 112, 122:
Claims (2)
前記ソケットは、前記開口部の中央と前記ボールスタッドの球状部の中心を通る線が中心軸となる円筒状外周部の半径以上の半径を有し、中心が前記ボールスタッドの球状部の中心と一致する球面により、前記開口部の反対側全面に形成される球面部を備え、
前記ロッドは、中心軸の延長線が前記ソケットの球面部の中心を通るように前記球面部に溶接されることを特徴とするボールジョイント。
In a ball joint comprising: a ball stud having a spherical portion; a socket having a spherical portion of the ball stud that is swingably and rotatably accommodated and having an opening on one side; and a rod welded to an outer surface of the socket. ,
The socket has a radius equal to or greater than the radius of a cylindrical outer peripheral portion whose center axis is a line passing through the center of the opening and the spherical portion of the ball stud, and the center is the center of the spherical portion of the ball stud. by matching spherical, provided with a spherical surface portion which is formed opposite the entire surface of the opening,
The rod joint is welded to the spherical surface portion so that an extension line of a central axis passes through the center of the spherical surface portion of the socket.
前記ソケットの溶接面は、前記開口部の中央と前記ボールスタッドの球状部の中心を通る線が中心軸となる円筒状外周部の半径以上の半径を有し、中心が前記ボールスタッドの球状部の中心と一致する球面により、前記開口部の反対側全面に形成されることを特徴とするボールジョイント。 A ball stud having a spherical portion and a shaft portion, a socket having a spherical portion of the ball stud that is swingably and pivotably accommodated, an opening for projecting the shaft portion on one side, and a welding surface capable of welding a rod to the outer surface In a ball joint comprising
The welding surface of the socket has a radius equal to or greater than the radius of a cylindrical outer peripheral portion whose center axis is a line passing through the center of the opening and the spherical portion of the ball stud, and the center is the spherical portion of the ball stud. the spherical surface coincides with the center of the ball joint, characterized in Rukoto formed opposite the entire surface of the opening.
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