JP5168575B2 - ボールジョイントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボールジョイントを製造する方法に関する。

ボールジョイントは、カップ状のハウジング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。ボールスタッドは、球頭部を支点として揺動可能にハウジングに支持されている。ハウジングと球頭部との間には、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。
ボールジョイントの組付けでは、球頭部および樹脂シートをハウジング内に嵌め入れた後、ハウジングの一端部を小径になるようにかしめ変形させるかしめ工程が行われる。このかしめ工程により、ボールスタッドおよび樹脂シートのハウジング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

かしめ工程後の樹脂シートには、残留応力が残っている。そのため、かしめ工程後の樹脂シートは、時間に経過につれて、球頭部およびハウジングに応じた形状に変形する（なじみ変形）。そのため、かしめ工程終了後からの経過時間に応じて揺動トルクが異なる。したがって、揺動トルクが製品個体間でばらつくおそれがある。
揺動トルクのばらつきをなくすため、通例、かしめ工程の終了直後に、樹脂シートをなじみ変形させるためのならし工程が実施される。このならし工程では、ボールスタッドをスタッド軸の軸線まわりに回転させる。ボールスタッドの球頭部が回転すると、これに伴って球頭部が樹脂シートと摺動する。これによって、樹脂シートは球頭部の回転に従ってなじみ変形するようになる。

しかしながら、球頭部がスタッド軸の軸線まわりにのみ回転するので、球頭部の樹脂シートに対する摺動軌跡が一定になり、ボールスタッドの回転によって球頭部の形状が樹脂シートに転写されるおそれがある。球頭部の真球度が低い場合は、樹脂シートの内周面の真球度が低くなるおそれがある。このため、ボールスタッドの予圧が製品個体間でばらつき、揺動トルクが製品個体間でばらつくおそれがある。

そこで、本発明は、球頭部の真球度によらずに、良好な揺動トルクを得ることができるボールジョイントの製造方法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、球頭部（２３）およびこの球頭部から突出するスタッド軸（２４）を備えるボールスタッド（１８）と、前記球頭部の外表面を覆うための樹脂シート（１７）とが挿入された有底筒状のハウジング（１６）を、かしめ変形させるかしめ工程を含むボールジョイント（１２）の製造方法であって、前記かしめ工程後に、前記ハウジングを当該ハウジングの中心軸線（Ｃ１）まわりに回転させる回転工程と、前記回転工程と並行して実行されて、前記ボールスタッドを前記球頭部の中心を支点として揺動させる揺動工程とを含む、ボールジョイントの製造方法である。

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。
この方法によれば、かしめ工程後において、ハウジングを当該ハウジングの中心軸線まわりに回転させると同時に、ボールスタッドを球頭部の中心を支点として揺動させる。このハウジングの回転およびボールスタッドの揺動により、球頭部は互いに交差する２軸まわりに回転し、この球頭部の回転に伴って樹脂シートがなじみ変形する。球頭部が２軸まわりに回転するので、球頭部の樹脂シートに対する摺動軌跡が変化する。このため、球頭部の形状が、樹脂シートのなじみ変形後の形状に転写されない。これにより、球頭部の真球度によらずに、良好な揺動トルクを得ることができる。

また、前記の目的を達成するための請求項２記載の発明は、球頭部（２３）およびこの球頭部から突出するスタッド軸（２４）を備えるボールスタッド（１８）と、前記球頭部の外表面を覆うための樹脂シート（１７）とが挿入された有底筒状のハウジング（１６）を、かしめ変形させるかしめ工程を含むボールジョイント（１２）の製造方法であって、前記かしめ工程後に、前記ボールスタッドを当該ボールスタッドの前記スタッド軸の軸線（Ｃ３）まわりに回転させる回転工程と、前記回転工程と並行して実行されて、前記ハウジングを前記球頭部の中心まわりに回動させて、前記ボールスタッドを、前記球頭部の中心を支点として、前記ハウジングに対して相対的に揺動させる揺動工程とを含む、ボールジョイントの製造方法である。

この方法によれば、かしめ工程後において、ボールスタッドをスタッド軸の軸線まわりに回転させると同時に、ボールスタッドを、球頭部の中心を支点として、ハウジングに対して相対的に揺動させる。このハウジングの回動およびボールスタッドの回転により、球頭部は互いに交差する２軸まわりに回転し、この球頭部の回転に伴って樹脂シートがなじみ変形する。球頭部が２軸まわりに回転するので、球頭部の樹脂シートに対する摺動軌跡が変化する。このため、球頭部の形状が、樹脂シートのなじみ変形後の形状に転写されない。これにより、球頭部の真球度によらずに、良好な揺動トルクを得ることができる。

かしめ工程後において、ハウジングを当該ハウジングの中心軸線まわりに回転させると同時に、この中心軸線と交差する軸線まわりにボールスタッドを揺動させる。
これらのボールジョイントは、ステアリング装置のタイロッドの端部に設けられるタイロッドエンド用のボールジョイントであることが好ましい。タイロッドエンド用ボールジョイントでは、タイロッドの左右の動きに伴って、ボールスタッドがハウジングに対して揺動することが多い。この場合、ボールジョイントに実際の使用状況に近い動作を行わせることにより、樹脂シートをなじみ変形させることができる。これにより、ボールジョイントが、より一層良好な揺動トルクを得ることができる。

また、前記回転工程および前記揺動工程は、常温よりも温度の高い高温雰囲気中において実行されることが好ましい（請求項３）。
この方法によれば、高温雰囲気下で回転工程および揺動工程が行われるので、樹脂シートのなじみ変形が促進される。
高温雰囲気の好適温度は、樹脂シートの種類に応じて異なっている。樹脂シートがＰＯＭ（ポリアセタール）である場合は、高温雰囲気の温度は、４０℃〜８０℃程度であることが望ましい。

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かかる製造方法によって製造されたボールジョイント（インナーボールジョイント）１２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（タイロッドエンド用ボールジョイント）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の端部に外嵌されており、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に外嵌されており、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ハウジング１６と、このハウジング１６内に収容されたカップ状の樹脂シート１７と、ハウジング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。ハウジング１６の底部には、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に覆われた状態でハウジング１６に収容されている。
樹脂シート１７は、たとえば、ポリアセタール（ＰＯＭ）を用いて形成されている。ハウジング１６内に収容された状態で、球頭部２３の外表面およびハウジング１６の内面に沿う形状に変形している。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。

樹脂シート１７には、中心軸線Ｃと同心の通孔６１（図２には図示せず。図３参照）が形成されている。通孔６１が形成されているために、球頭部２３から樹脂シート１７に力が作用したときに、樹脂シート１７が弾性的に変形し、その衝撃を緩和させるようになる。通孔６１には、グリースなどの潤滑剤が充填されている。
スタッド軸２４は、ハウジング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、スタッド軸２４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、ハウジング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、カップ状のハウジング２９と、このハウジング２９内に収容された樹脂シート３０と、ハウジング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。

ハウジング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。
ハウジング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小径にされている。突出部３８の内面は、球頭部３９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、突出部３８と閉鎖板３３との間で保持されている。樹脂シート３０はカップ状をなしており、ハウジング２９内に収容された状態で、球頭部３９の外表面に沿う形状に変形している。
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、樹脂シート３０に覆われた状態でハウジング２９に収容されている。樹脂シート３０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、ハウジング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、ハウジング２９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。
ハウジング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、ハウジング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。ハウジング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の製造方法の一部を示す模式的な断面図である。この製造方法は、嵌入工程（図３（ａ）参照）と、かしめ工程（図３（ｂ）参照）と、ならし工程とを備えている。
嵌入工程では、一端部１６ａに開口部４４を有する有底円筒状のハウジング１６（の製造中間体）内に樹脂シート１７および球頭部２３が、この順で嵌め入れられる。

次いで、ハウジング１６の一端部１６ａ（図３に示す上端部）にかしめ工程が施される。かしめ工程では、次に述べるかしめ装置４５を用いた冷間プレス成形（かしめ変形）によって、円筒状のハウジング１６の一端部１６ａが小径にされる。このかしめ工程では、ハウジング１６の一端部１６ａが環状の金型４６のかしめ曲面６０に押し付けられる。かしめ曲面６０は、被加工材（ハウジング１６）側から離反する方向に向かうに従って小径になるように湾曲しており、予め定める曲率を有している。ハウジング１６の一端部１６ａの押付けにより、ハウジング１６の一端部１６ａがかしめ曲面６０と同じ形状にかしめ変形される。

かしめ工程後は、ならし工程が実施される。これにより、樹脂シート１７のなじみ変形が促進される。これにより、製造直後のボールジョイントであっても、良好な揺動トルクを得ることができる。このならし工程は、次に述べるならし装置４５を用いて行われる。
図４は、ならし装置４５の模式的な断面図である。図５は、図４の矢印Ａから見た図である。

ならし装置４５は、ならし工程が行われる処理室４７を備えている。処理室４７は、隔壁で取り囲まれている。処理室４７における天面付近の側壁には、高温のエアを処理室４７内に流入させるためのエア流入口４８が形成されている。また、処理室４７における底面付近の側壁には、処理室４７内の雰囲気を処理室４７外に流出させるためのエア流出口４９が形成されている。

エア流出口４９には、高温エア供給源からの高温エアが供給される高温エア供給管５０が接続されている。高温エア供給管５０の途中部には、高温エア供給管５０を開閉するためのバルブ５１が介装されている。バルブ５１が開かれることにより、高温エア供給管５０からの高温エアがエア流入口４８を介して処理室４７内に供給される。処理室４７内には、インナーボールジョイント１２を保持するための保持部材としてのハウジング保持具５２およびボールスタッド保持具５３が収容されている。

ハウジング保持具５２は有底円筒形状をなしており、その開口部を上方に向けて配置されている。ハウジング保持具５２の底面には、第１モータ５４の出力軸が固定されている。開口部４４を上方に向けた状態で、ハウジング保持具５２にハウジング１６が内嵌されることにより、ハウジング１６がハウジング保持具５２に固定的に保持される。このハウジング１６の保持状態で、第１モータ５４の出力軸は、ハウジング１６の中心軸線と同軸である。第１モータ５４が回転駆動されると、ハウジング保持具５２が回転し、これにともなって、ハウジング１６がその中心軸線（回転軸線Ｃ１）まわりに回転する。

ボールスタッド保持具５３は、長尺形状の本体部５５と、本体部５５の一端からこの本体部５５と直交する水平方向に延びるスタッド軸クランプ５６とを備えている。スタッド軸クランプ５６は、スタッド軸２４のロックナット２８をクランプしてボールスタッド１８を固定的に保持する。本体部５５の他端部には、第２モータ５７の出力軸が水平方向に延びる所定の揺動軸線Ｃ２に同軸に固定されている。この揺動軸線Ｃ２は、ハウジング保持具５２に保持された球頭部２３の中心を通過する軸線であり、回転軸線Ｃ１と直交している。第２モータ５７が回転駆動されると、ボールスタッド保持具５３およびボールスタッド１８（スタッド軸２４）が、球頭部２３の中心を支点として、揺動軸線Ｃ２まわりに揺動する。すなわち、このボールスタッド１８は、水平面と直交する所定の面内を移動するようになる。

ならし装置４５は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置４３を備えている。この制御装置４３には、制御対象として、バルブ５１、第１モータ５４および第２モータ５７などが接続されている。
このならし装置４５を用いたならし工程について説明する。
ならし工程の前に、バルブ５１が開かれて処理室４７内に高温雰囲気が流入する。バルブ５１の開放は、処理室４７内の雰囲気が予め定める温度（たとえば４０〜８０℃）に到達するまで続行される。

その後、かしめ工程後のインナーボールジョイント１２が処理室４７内に搬入される。そして、そのインナーボールジョイント１２が、スタッド軸２４を上向きにして、ハウジング保持具５２およびボールスタッド保持具５３に保持される。
次に、第１モータ５４が回転駆動されて、ハウジング保持具５２が予め定める一方向に向けて回転し、これに伴って、ハウジング１６が回転軸線Ｃ１まわりに回転する。このハウジング１６の回転速度は、１００〜１０００ｒｐｍである。

また、第２モータ５７が回転駆動されて、ボールスタッド保持具５３が所定の揺動軸線Ｃ２まわりに揺動されて、ボールスタッド１８が、揺動軸線Ｃ２まわりに往復揺動する。このボールスタッド１８の揺動は、鉛直姿勢から所定角度（たとえば２５°）傾斜した第１位置Ｐ１と、この第１揺動位置から鉛直姿勢に対して反対側に同じ角度だけ傾斜した第２位置Ｐ２との間で行われる。ボールスタッド１８の揺動速度は、１回／秒である。

すなわち、ハウジング１６が回転軸線Ｃ１まわりに回転すると同時に、ボールスタッドを、球頭部２３の中心を支点として、回転軸線Ｃ１と直交する揺動軸線Ｃ２まわりに揺動させる。このハウジング１６の回転およびボールスタッド１８の揺動により、球頭部２３は互いに直交する２軸まわりに回転し、この球頭部２３の回転に伴って樹脂シート１７がなじみ変形する。球頭部２３が２軸まわりに回転するので、球頭部２３の樹脂シート１７に対する摺動軌跡は一定でなく、常に変化する。したがって、球頭部２３の形状が、樹脂１７シートのなじみ変形後の形状に転写されない。これにより、球頭部２３の真球度によらずに、良好な揺動トルクを得ることができる。

ハウジング保持具５２の回転開始から予め定める時間が経過すると、第１および第２モータ５４，５７がそれぞれ停止されて、ハウジング保持具５２の回転およびボールスタッド保持具５３の揺動が停止される。
図６は、この発明の他の実施形態にかかるインナーボールジョイント１２の製造方法におけるならし工程を説明するための図である。この図６に示すならし工程が、図１〜図５に示す実施形態のならし工程と相違する点は、ボールスタッド１８をスタッド軸２４の軸線（回転軸線Ｃ３）まわりに回転させるとともに、ハウジング１６を球頭部２３の中心を支点として、回動軸線Ｃ４まわりに回動させたことである。この回動軸線Ｃ４は、球頭部２３の中心を通過する軸線であり、回転軸線Ｃ３と直交している。すなわち、ハウジング１６の回動により、ボールスタッド１８は、球頭部２３の中心を支点として、水平面と直交する所定の面内を揺動するようになる。このハウジング１６の回動（揺動）およびボールスタッド１８の回転により、球頭部２３は互いに直交する２軸まわりに回転し、この球頭部２３の回転に伴って樹脂シート１７がなじみ変形する。

以上、この発明の２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できる。
前述の実施形態では、処理室４７を高温雰囲気で充満させることにより、高温雰囲気下でならし工程を行ったが、インナーボールジョイント１２の周囲にコイル等の熱源を配置して、この熱源によりインナーボールジョイント１２の周囲の雰囲気（処理室４７内の雰囲気）を高温にすることもできる。

また、前述の説明では樹脂シート１７はポリアセタール製であるとして説明したが、ＰＥＥＫなどの材料や、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）を用いて形成されていてもよい。この場合は、処理室４７内の雰囲気温度は、樹脂シート１７の種類に応じた温度に保たれることが望ましい。
さらにまた、本発明は、アウターボールジョイント１３の製造方法にも適用することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の一実施形態にかかる製造方法によって製造された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製造方法の一部を示す模式的な断面図である。 ならし装置の模式的な断面図である。 図４の矢印Ａから見た図である。 この発明の他の実施形態にかかるボールジョイントの製造方法におけるならし工程を説明するための図である。

符号の説明

１２…インナーボールジョイント（ボールジョイント）、１６…ハウジング、１７…樹脂シート、１８…ボールスタッド、２３…球頭部、２４…スタッド軸、Ｃ１…回転軸線（中心軸線）、Ｃ３…回転軸線（軸線）

Claims (3)

1. 球頭部およびこの球頭部から突出するスタッド軸を備えるボールスタッドと、前記球頭部の外表面を覆うための樹脂シートとが挿入された有底筒状のハウジングを、かしめ変形させるかしめ工程を含むボールジョイントの製造方法であって、
   前記かしめ工程後に、前記ハウジングを当該ハウジングの中心軸線まわりに回転させる回転工程と、
   前記回転工程と並行して実行されて、前記ボールスタッドを前記球頭部の中心を支点として揺動させる揺動工程とを含む、ボールジョイントの製造方法。
2. 球頭部およびこの球頭部から突出するスタッド軸を備えるボールスタッドと、前記球頭部の外表面を覆うための樹脂シートとが挿入された有底筒状のハウジングを、かしめ変形させるかしめ工程を含むボールジョイントの製造方法であって、
   前記かしめ工程後に、前記ボールスタッドを当該ボールスタッドの前記スタッド軸の軸線まわりに回転させる回転工程と、
   前記回転工程と並行して実行されて、前記ハウジングを前記球頭部の中心まわりに回動させて、前記ボールスタッドを前記ハウジングに対して相対的に、前記球頭部の中心を支点として揺動させる揺動工程とを含む、ボールジョイントの製造方法。
3. 前記回転工程および前記揺動工程は、高温雰囲気中において実行される、請求項１または請求項２に記載のボールジョイントの製造方法。

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