JP6228996B2 - トルクチューニング方法及びボールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、車両の路面からの衝撃軽減などの役割を果たすボールジョイントにおいて、ハウジング内にボールシートを介して挿入されるボールスタッドのボールと、そのボールシートとの摩擦力を調整して揺動トルク及び回転トルク等を調整するトルクチューニング方法及びボールジョイントに関する。

車両のサスペンションは、路面から車体に伝わる衝撃を軽減し、スタビライザは、車体のロール剛性（捩れに対する剛性）を高める。このサスペンションとスタビライザは、スタビリンクを介して連結されている。スタビリンクは、棒状のサポートバーの両端にボールジョイントを備えて構成されている。各ボールジョイントは、カップ状のハウジング内に、樹脂によるボールシートを介して、ボールスタッドの球体状のボール部が回転可能に収容されている。

そのボール部の回転時の摩擦力に応じて、揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量が変化する。なお、ボールジョイントでは、車両のサスペンションがストロークするに伴い、ボール部とボールシートとが揺摺動するが、この揺摺動する際の特性が、揺動トルク及び回転トルクと定義づけられる。ボール部の回転時の摩擦力が増加して揺動トルク及び回転トルクが高まると、乗り心地が悪化する。

上述した弾性リフト量とは、ボールシートに対するボール部の移動量である。上記の摩擦力が低下すると弾性リフト量が大きくなって、ボール部がボールシートを介してハウジング内で大きく移動する。このため、ボールジョイントにガタが発生し、車両走行中の異音の発生に繋がる。つまり、摩擦力が低下すると、揺動トルク及び回転トルクは低下するが、弾性リフト量は大きくなるといった相反関係がある。

そこで、例えばボールシートとハウジングの締め代を調整することにより、揺動トルク及び回転トルクを、車両の乗り心地が向上するように低下させ、弾性リフト量を、ボールジョイントにガタが発生しないように小さくすることが行なわれている。この種の従来技術として特許文献１に記載のスタビリンクがある。

特許文献１に記載のスタビリンクにおけるボールジョイントは、ボールスタッドのボール部をボールシート内に挿入した後、ボール部をボールシートと共にハウジングに嵌め込む構成となっている。この構成の製作時に、スタッドボールとボールシートから成るサブ組立体を中子として型内に挿入してキャビティを形成し、そのキャビティに樹脂を注入するインサート成形を行う。この際、ボール部とボールシートとの間のクリアランスを所定値に設定し、樹脂の射出条件を適宜制御してインサート成形を行うことにより、射出成形後にボールシートの締め代を最適値に設定している。この設定により、揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量を適正に調整している。

特開２０１１−２４７３３８号公報

ところで、特許文献１では、ボール部とボールシートとの間のクリアランスの精度が悪い場合、ボールシートの締め代を最適値に設定することができず、このため、揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量を適正に調整することができないという問題がある。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ボールシートで覆われた状態のボールスタッドのボール部を、樹脂製のハウジングで包含する構成において、ボール部とボールシートとの摩擦力を適正に調整することができるトルクチューニング方法及びボールジョイントを提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、構造体に一端部が連結されるスタッド部の他端部に、金属製の球体部が一体に接合されて成るボールスタッドと、当該ボールスタッドの球体部を揺動及び回転可能に支持し一方が開口した空間を有するハウジングと、当該ハウジングと前記球体部との間に介在される樹脂製の支持部材とを有し、前記支持部材に覆われた前記球体部が前記ハウジングで包含されたボールジョイントの、前記球体部と前記支持部材との摩擦力を調整するトルクチューニング方法であって、前記ハウジングを樹脂で形成し、前記誘導加熱用のコイルを、前記球体部を包含するハウジングの表面位置に離間して配置し、前記球体部を、前記支持部材が変形可能な温度となる状態に、前記コイルで直接誘導加熱することを特徴とするトルクチューニング方法である。

この方法によれば、球体部が、樹脂製の支持部材をこの融点未満で変形可能な温度（変形可能温度）に誘導加熱される際に、球体部が熱膨張により拡大し、この拡大に応じて樹脂製の支持部材の内球面も拡大変形する。この後、誘導加熱を停止して球体部を冷却すると、球体部は収縮して加熱前の元のサイズに戻るが、支持部材の内球面の拡大変形は、変形として保持される。このため、支持部材と球体部との双方の間に僅かな隙間ができ、この隙間により双方の摩擦力が低減する。この摩擦力の低減の度合いを、誘導加熱温度や誘導加熱時間で調整すれば、双方の摩擦力を適正に調整することができる。これによって、車両等に搭載されたボールスタッドの揺動及び回転時に、揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量を適正に調整することができる。

請求項２に係る発明は、前記コイルに流す交流電流の周波数を可変設定し、当該設定された周波数が所定周波数よりも高い程に前記交流電流を流す時間を短くし、当該設定された周波数が所定周波数よりも低い程に前記交流電流を流す時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載のトルクチューニング方法である。

この方法によれば、交流電流の周波数が高い場合は、球体部の表面に近い側から加熱され、低い場合は、球体部の中心に近い側から加熱される。このため、周波数が低い程に球体部の表面温度を支持部材の変形可能温度とするためには時間が掛かる。この逆に周波数が高いほどに、変形可能温度とする時間が掛からない。

このことから、周波数が低い程に時間は掛かるが、球体部のより内部側から加熱されるため熱膨張量が大きくなり、これに応じて支持部材の変形量も大きくなる。従って、球体部の冷却後に、支持部材の内球面の変形が大きくなるため、支持部材と球体部との間の隙間が大きくなって摩擦力が低減する。この場合、各トルクが低めに、リフト量が高めに調整される。この逆に、周波数が高い程に時間は掛からないが、球体部のより表面側から加熱されるため熱膨張量が小さくなり、これに応じて支持部材の変形量も小さくなる。従って、球体部の冷却後に、支持部材の内球面の変形が小さくなるため、支持部材と球体部との間の隙間が小さくなって摩擦力が増加する。この場合、各トルクが高めに、リフト量が低めに調整される。このように電流の周波数を可変し、この電流を流す時間を可変することにより摩擦力を任意に調整することができる。

請求項３に係る発明は、前記コイルを、前記ハウジングの周囲に離間して複数独立して
配置し、当該複数のコイルに前記誘導加熱装置から交流電流を流すことを特徴とする請求
項１又は２に記載のトルクチューニング方法である。

この方法によれば、球体部を誘導加熱により、より早く加熱して熱膨張させることができるので、支持部材をより早く拡大変形させることができる。

請求項４に係る発明は、前記コイル及び前記ハウジングの双方の何れか一方を、前記球体部を誘導加熱可能な距離内で移動することで、前記コイルと前記球体部との間隔を変えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトルクチューニング方法である。

この方法によれば、球体部を誘導加熱可能な距離内において、コイルと球体部の間隔を短くすれば、コイルから発生する磁場が球体部に対してより強くなるので、球体部に誘起される渦電流が大きくなり、球体部をより短時間で目標温度まで誘導加熱することができる。

請求項５に係る発明は、前記コイルを、前記スタッド部の軸芯に沿った前記球体部の上下間の任意の対向位置に配置することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトルクチューニング方法である。

この方法によれば、球体部の誘導加熱領域の位置を上下方向に変えることができるので、支持部材の変形状態を変えることができ、支持部材と球体部との摩擦力分布を変えて、各種車両等に応じて変化する各トルク及びリフト量を適正に調整することが可能となる。

請求項６に係る発明は、前記球体部の誘導加熱中に、前記コイルと前記ハウジングとを相対的に上下動させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトルクチューニング方法である。

この方法によれば、球体部全体の誘導加熱面積を増加できるので、誘導加熱時間を早めることができる。

請求項７に係る発明は、前記球体部の誘導加熱中に、当該ハウジングと前記コイルとを相対的に回転移動させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトルクチューニング方法である。

この方法によれば、球体部全体の誘導加熱面積を増加できるので、誘導加熱時間を早めることができる。

請求項８に係る発明は、前記コイルを、導線を周回又は蛇行させて長方形状に成形し、この成形された長方形状のコイルを、前記ハウジングの外周面の外方に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクチューニング方法である。

この方法によれば、ハウジング内の球体部の外周がコイルで離間状態に囲まれているので、球体部を誘導加熱により、より早く加熱して熱膨張させることができる。このため、支持部材をより早く拡大変形させることができる。

請求項９に係る発明は、前記コイルを、前記スタッド部の軸芯方向に前記球体部の中心で直交する当該球体部の直径延長線上の前記ハウジングの表面位置に、離間して配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクチューニング方法である。
この方法によれば、誘導加熱用のコイルが、スタッド部の軸芯方向に、その中心で直交する球体部の直径（赤道という）方向のハウジングの表面位置に、離間して配置されるので、球体部の赤道の付近が誘導加熱により最も高温となり、赤道から離れる程にその高温よりも低温に下がって行く。このような温度分布に応じて、球体部の熱膨張は、赤道の付近が最も大きく、赤道から離れる程に小さくなり、この熱膨張の分布に応じて支持部材の内球面も拡大変形する。
このため、球体部の冷却後に変形した支持部材と、誘導加熱前の元のサイズに戻った球体部との間の寸法差は、赤道の付近が最も大きく、赤道から離れる程に小さくなる。これにより、球体部は、赤道に近付く程に緩く締め付けられ、赤道から離れるスタッド部との境界に近づく程に固く締め付けられるので、赤道の位置が最も摩擦力が小さく、赤道から離れる程に摩擦力が大きくなる。この摩擦力分布によって、ボールスタッドの揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量を適正とすることができる。また、球体部をハウジングから抜けにくくすることができる。

本発明によれば、ボールシートで覆われた状態のボールスタッドのボール部を、樹脂製のハウジングで包含する構成において、ボール部とボールシートとの摩擦力を適正に調整することができるトルクチューニング方法及びボールジョイントを提供することができる。

本発明に係る実施形態のスタビリンクのボールジョイントの縦断面図である。 高周波誘導加熱によるトルクチューニングを行うための高周波誘導加熱装置及びボールジョイントの構成を示す図である。 図２に示すボールジョイント及びコイルの平面図である。 被加熱物の直径と、被加熱物に誘導加熱を起こす渦電流の密度分布（渦電流密度分布）との関係を示す図である。 他例１の高周波誘導加熱によるトルクチューニングを行うための高周波誘導加熱装置及びボールジョイントの構成を示す図である。 図５に示すボールジョイント及び２つのコイルの平面図である。 他例２の高周波誘導加熱用のコイルをアウターハウジングの周囲に配置した構成を示す図である。 図７に示すコイルとして適用されるコイルの構成を示し、（ａ）は導線を平面の長方形状に周回させて形成したコイルの構成図、（ｂ）は導線を平面の長方形状に蛇行させて形成したコイルの構成図である。 ヒータ加熱によりトルクチューニングを行うためのヒータ加熱装置及びボールジョイントの構成を示す図である。 ボールスタッドを高速回転させている状態を示す一部断面外観図である。 ボールスタッドを揺動させている状態を示す一部断面外観図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜実施形態＞
図１は、本発明に係る実施形態のスタビリンクのボールジョイントの縦断面図である。
図１に示すボールジョイントＪは、樹脂製のボールシート１２を、ボールスタッド１０の一端部のボール部１０ｂを覆うようにインサート成形し、更に、樹脂製のハウジング１１により、ボールシート１２に覆われた金属製のボール部１０ｂと、ボールジョイント連結用のサポートバー１ａの先端部１ａ１とが一体に結合するようにインサート成形されている。

ボール部１０ｂとボールシート１２との間、及び、ボールシート１２とアウターハウジング１１との間に隙間が無い結合構造において、ボール部１０ｂとボールシート１２との摩擦力を後述のトルクチューニングにより調整することにより、揺動トルク及び回転トルク（値）、並びに弾性リフト量とを適正範囲に設定できる低トルクスタビリンクを実現する。

ここで、車両のサスペンションは、路面から車体に伝わる衝撃を軽減し、スタビライザは、車体のロール剛性を高めるものであり、サスペンションとスタビライザは、スタビリンク１を介して連結されている。スタビリンク１は、棒状のサポートバーの両端に、上述したボールジョイントＪを備えて構成されている。

ボールジョイントＪのスタッド部１０ｓは、符号２で示すサスペンションの一端部又はスタビライザの一端部が貫通孔を介して鍔部１０ａ１の位置まで挿通され、ナットＮ１で締め付けられて固定される。なお、サスペンション２又はスタビライザ２は、請求項記載の構造体を構成する。

ボールスタッド１０は、棒状のスタッド部１０ｓの一端に球状のボール部１０ｂが一体に連結された構造を有している。スタッド部１０ｓには、雄ねじ１０ｎが螺刻されており、この雄ねじ１０ｎよりも先端側（ボール部１０ｂ側）には、周回状に拡がる鍔部１０ａ１と小鍔部１０ａ２とが離間して形成されている。アウターハウジング１１の上端部と鍔部１０ａ１との間には、ダストカバー１３が配設されている。

ボールジョイントＪは、ボールスタッド１０の一端部のボール部１０ｂがボールシート１２で覆われ、この覆われたボール部１０ｂと、金属製のサポートバー１ａとが、樹脂製のアウターハウジング１１により一体に包含されて固定されている。サポートバー１ａは、金属材料として例えば、鋼管が使用されており、先端部１ａ１はボールスタッド１０が延在する方向にプレスされて平板状に変形されている。なお、サポートバー１ａは、金属製以外に、樹脂製やこの他の材料であってもよい。更に、サポートバー１ａが樹脂製である場合、後述のアウターハウジング１１と一体に構成してもよい。

スタッド部１０ｓの周回状に形成される小鍔部１０ａ２の下方側（ボール部１０ｂ側）には、円柱形状のストレート部１０ｓ１が形成されている。若しくは、小鍔部１０ａ２下方のＲ部１０ａ３の下方を所定以上の長さ（例えば１ｍｍ）だけ、ストレートの円柱形状のストレート部１０ｓ２とし、ストレート部１０ｓ２の下からボール部１０ｂの近接位置までを、ボール部１０ｂに近付くに従い細くなるテーパ形状（円錐形状）としてもよい。

アウターハウジング１１は、ＰＡ６６−ＧＦ３０（ＰＡ６６に重量比３０％のガラス繊維を入れた材料）が用いられる。なお、ハウジング１１の材料は強度要件が満たされるものであればよい。例えば、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＡ６６（Polyamide 66）、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin）、ＰＯＭ（polyoxymethylene）等のエンジニアリングプラスティック、スーパーエンジニアリングプラスティック、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化プラスティック）、ＧＲＰ（glass reinforced plastic：ガラス繊維強化プラスティック）、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスティック）等が使用される。

アウターハウジング１１には、ボールシート１２の上端１２ｕから外方に広がるテーパ形状（円錐形状）のテーパ部１１ｆ１を有する凸形状の凸形フランジ１１ｆが円環状に形成されている。テーパ部１１ｆ１の開始点は、ボールシート１２の上端１２ｕの外側コーナー１２ｕ１となっている。

凸形フランジ１１ｆの内周面であるテーパ部１１ｆ１の傾斜角は、ボールスタッド１０が揺動（矢印α１）した際に、ボールスタッド１０の揺動角を満たすように設計されている。凸形フランジ１１ｆの外周面には、上述したように、ダストカバー１３の鉄リンク１３ａの埋設箇所が圧入固定されている。

ボールシート１２は、ボールスタッド１０の球形状のボール部１０ｂを覆う球形状の内面を持って形成されている。このボールシート１２は、材料としてはＰＯＭが用いられている。ボールシート１２は、ＰＯＭの他、同じく熱可塑性樹脂であって、摩耗要件等が満たされれば、他の材料でも構わない。上述したように、ボールシート１２の内面は、ボールスタッド１０のボール部１０ｂが揺摺動するため、所定の摩耗耐久性が求められる。

ボールシート１２は、例えば、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＡ６６（Polyamide 66）、ＰＡ６（Polyamide 6）、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin）等のエンジニアリングプラスティック、スーパーエンジニアリングプラスティックが使用される。ボールシート１２はインサート成形で形成されるため、熱可塑性樹脂がよい。

アウターハウジング１１は、ボールシート１２に比べ厚さが大幅に厚いので、成形後の収縮が大きい。このため、アウターハウジング１１の成形後、ボール部１０ｂは、アウターハウジング１１及びボールシート１２の双方により内方に向けて締め付けられる。この締め付けにより、ボール部１０ｂと、アウターハウジング１１で覆われるボールシート１２との摩擦力が大きくなって、ボールスタッド１０の揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量の調整が必要となる。これを解消するため、後述のトルクチューニングが行われる。

＜トルクチューニング方法＞
トルクチューニングとは、ボール部１０ｂとボールシート１２との摩擦力を調整することにより、ボールスタッド１０の揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量を適正に調整する工程である。このトルクチューニングを行うために、ボール部１０ｂを誘導加熱して行なうトルクチューニング方法について説明する。なお、揺動トルク及び回転トルクを各トルク、弾性リフト量をリフト量と省略する。

図２は、高周波誘導加熱によるトルクチューニングを行うための高周波誘導加熱装置及びボールジョイントの構成を示す図である。但し、図２に示すボールジョイントＪは、図１に示すボールジョイントＪを矢印Ｙ１方向から見た際の一部断面図である。また、図３に図２に示すボールジョイントＪ及びコイル２４の平面図を示す。

図２に示す高周波誘導加熱装置２０は、コイル２４に高周波電流を流すことにより、金属製のボール部１０ｂを誘導加熱するものであり、商用電源等の交流電源２１が接続された高周波電源２２と、共振回路２３と、コイル２４と、温度計２５と、フィードバック制御回路２６とを備えて構成されている。但し、ボール部１０ｂは誘導加熱が可能な、ステンレス、鋼等の金属材料により形成されている。本実施形態では、ボール部１０ｂは鋼製であるとする。

コイル２４は、ボールジョイントＪ及びサポートバー１ａの部分に当接しないように、ボールジョイントＪの側面の近傍位置に配置されている。このコイル２４は、本例では、図２に示す状態のボール部１０ｂの中心を水平方向に通る水平線Ｈの延長上に上下に跨って配置されている。但し、コイル２４は、熱による損傷防止のために、図示せぬ冷却水循環ユニットにより冷却される。なお、ボール部１０ｂの中心を水平線Ｈに対して垂直に通る軸線Ｖは、ボールスタッド１０の軸芯である。また、水平線Ｈの上のボール部１０ｂの直径を赤道Ｓともいう。

高周波電源２２は、交流電源２１から供給される商用周波数等の所定周波数の電流を、所望周波数の電流に変換し、共振回路２３を介して高周波電流等の交流の電流ｉとしてコイル２４に供給する。

共振回路２３は、当該回路２３の構成要素であるコンデンサＣ（図示せず）と、コイルＬ（コイル２４）とによるＬＣ並列共振回路等である。この共振回路２３は、周知の通り、電気エネルギと磁気エネルギを共振周波数で交換しながらエネルギ（電力）をコンデンサＣに蓄えることで、コイル２４に高周波の電流ｉを流す。この電流ｉによりコイル２４から強い磁場Ｂが発生し、金属製のボール部１０ｂに渦電流が誘起し、ボール部１０ｂが誘導加熱される。

つまり、高周波電源２２は共振回路２３を介して、交流電源２１からの電流周波数よりも大幅に高い周波数（例えばＫＨｚオーダ以上）の高周波の電流ｉに変換し、これをコイル２４へ供給して、コイル２４から強い磁場Ｂを発生させる。即ち、その磁場Ｂによりコイル２４から離間した金属製のボール部１０ｂに密度の高い渦電流を誘起させ、この渦電流によりボール部１０ｂを直接発熱させる。換言すれば、ボール部１０ｂを誘導加熱することで、高レスポンスでの加熱を実現している。この誘導加熱によりボール部１０ｂは、ボールシート１２の樹脂の融点よりも低く、当該ボールシート１２を変形可能な温度（シート変形可能温度：例えば１５０℃）まで加熱される。

一般的に、図４に示すように、誘導加熱を起こす渦電流（渦電流密度分布）は、被加熱物（ボール部１０ｂ）の表面「０」に近いほど強く、内部中心部に向かうにつれて指数関数的に弱くなる。渦電流が表面における強さ「１」の０．３６８倍に減少した点までの深さを電流浸透深さδと呼び、次式（１）で表される。
δ＝５．０３√（ρ／μｆ） ［ｃｍ］ …（１）
但し、ρ：非加熱材の抵抗率［μΩ・ｃｍ］、μ：非加熱材の比透磁率（磁性材ではμ＞１、非磁性材ではμ＝１）、ｆ：電流の周波数［Ｈｚ］である。

上式（１）から、非加熱物（ボール部１０ｂ）を誘導加熱すると（ρ/μ＝一定のとき）、電流の周波数ｆが高い程、電流浸透深さδは小さくなり、非加熱物の発熱部分が表面近くに集中される。この逆に、周波数ｆが低い程、電流浸透深さδは大きくなり、非加熱物の発熱部分が中心部へ向かう。この場合、その中心部の発熱部分から表面までが略一定の発熱温度（加熱温度）となる。

図２に戻って、温度計２５は、ボール部１０ｂの温度を測定するものであり、例えば放射温度計が用いられる。この温度計２５は、ボール部１０ｂから放射される矢印Ｙ２で示す赤外線の強度を測定して、ボール部１０ｂの温度を測定する。

フィードバック制御回路２６は、温度計２５で測定された温度が所定温度で一定となるように、高周波電源２２における電流量や電源オン及びオフを制御する。この制御により、ボール部１０ｂの温度がシート変形可能温度に保持される。

ボール部１０ｂがシート変形可能温度に誘導加熱されると、ボール部１０ｂが熱膨張してボール部１０ｂの径（ボール径）が拡大し、この拡大に応じてボールシート１２もこの内球面が拡大するように変形する。この後、誘導加熱の停止によりボール部１０ｂが冷却されると、ボール径は収縮して加熱前の元のサイズに戻るが、ボールシート１２の内球面の拡大変形は、熱変形として残留される。このため、ボールシート１２とボール部１０ｂとの双方の間に僅かな隙間ができ、この隙間により双方の摩擦力が低減し、ボールスタッド１０の各トルク及びリフト量が調整可能となる。

具体的には、例えばボールシート１２の素材がＰＯＭであるとすると、ＰＯＭの融点は１６０℃位なので、鋼製のボール部１０ｂを１４０℃〜１５０℃位に加熱する。鋼製のボール部１０ｂの熱膨張係数は微小であるが、１４０℃〜１５０℃位の加熱によりボール径が僅かに拡大する。ＰＯＭ製のボールシート１２は、１４０℃〜１５０℃位の熱で柔らかくなって変形し、この変形後に冷却されると、その変形を保持する。

つまり、ボール部１０ｂの誘導加熱による温度は、ボール部１０ｂ及びボールシート１２の双方の素材に応じて、予め次のように設定される。即ち、上述したようにボール部１０ｂの誘導加熱後の冷却により、双方の摩擦力が、ボールスタッド１０の各トルク及びリフト量を適正値とする摩擦力となるように、ボール部１０ｂの誘導加熱温度が設定される。

この誘導加熱温度は、コイル２４がボール部１０ｂの赤道Ｓに最も近い位置に配置されているので、ボール部１０ｂの赤道Ｓの付近が最も高温となり、赤道Ｓから離れる程にその高温よりも低温に下がって行く。このような温度分布に応じて、ボール部１０ｂの熱膨張は、赤道Ｓの付近が最も大きく、赤道Ｓから離れる程に小さくなり、この熱膨張に応じてボールシート１２の内球面も拡大変形する。

従って、ボール部１０ｂの冷却後に変形したボールシート１２の内球面と、誘導加熱前の元のサイズに戻ったボール部１０ｂの外球面との寸法差は、赤道Ｓの付近が最も大きく、赤道Ｓから離れる程に小さくなる。このため、ボール部１０ｂは、赤道Ｓに近付く程に緩く、スタッド部１０ｓとの境界に近づく程に固く締め付けられるので、赤道Ｓの位置が最も摩擦力が小さく、赤道Ｓから離れる程に摩擦力が大きくなる。この摩擦力分布によって、ボールスタッド１０の揺動及び回転時に、各トルク及びリフト量を適正とすることが可能となる。また、ボール部１０ｂをアウターハウジング１１から抜けにくくすることが可能となる。

なお、ボール部１０ｂの赤道Ｓや、赤道Ｓから離れる位置の外径寸法、並びに、ボールシート１２の前記赤道Ｓに対向する位置や、当該位置から離れる位置の内球面の径寸法は、それぞれ３次元測定機、レーザ光を用いる測定機等で測ることができる。この測定結果をトルクチューニングにフィードバックさせて、スペックに適合した各トルク及びリフト量を得ることが可能となる。

また、上述した摩擦力の増減を調整するには、コイル２４に流す電流ｉ（図２）の周波数ｆ、誘導加熱時間、コイル２４のボール部１０ｂに対する対向面積等を変えるといった種々の方法がある。

例えば、前述（図４参照）したように電流ｉの周波数ｆが高い場合は、ボール部１０ｂの表面に近い側から加熱され、低い場合は、ボール部１０ｂの中心に近い側から加熱される。そこで、周波数ｆを低くした場合は、ボール部１０ｂの中心に近い側から加熱されるので、ボール部１０ｂの表面温度をシート変形可能温度とするためには、周波数ｆが高い場合よりも時間が掛かる。しかし、低周波数ｆの場合は、より内部側から加熱されるため、時間が掛かっても熱膨張量が大きくなり、これに応じてボールシート１２の変形量も大きくなる。この状態でボール部１０ｂが冷却されると、ボールシート１２の内球面の変形が大きくなって保持されるため、ボールシート１２とボール部１０ｂとの双方の隙間が大きくなって、双方の重畳度合いが減少し、摩擦力が低減する。この場合、各トルクが低めに、リフト量が大きめに調整される。

一方、電流ｉの周波数ｆを高くして、短時間でボール部１０ｂの表面温度をシート変形可能温度とし、この後、短時間で誘導加熱を停止させた場合、即ち誘導加熱時間が短い場合は、ボール部１０ｂの熱膨張量が少なく、これに応じてボールシート１２の変形量も少なくなる。この場合、ボール部１０ｂが冷却されると、ボールシート１２の内球面の変形が小さくなって保持されるため、双方の隙間が小さくなって、双方の重畳度合いが増加し、摩擦力が上記低減時よりも増加する。例えば、摩擦力が誘導加熱前よりも僅かに低い状態となる。この場合、各トルクが高めに、リフト量が低めに調整される。

また、電流ｉの周波数ｆが高い状態でボール部１０ｂの表面温度をシート変形可能温度で一定に制御しながら長時間加熱した場合、即ち、誘導加熱時間が長い場合、ボール部１０ｂが表面側から中心部側まで加熱されて熱膨張量が大きくなる。これに応じてボールシート１２の変形量も大きくなる。この場合、上述したように、双方の隙間が大きくなって摩擦力が低減する。

次に、コイル２４のボール部１０ｂに対する対向面積を大きくする程に、ボール部１０ｂの誘導加熱面積が大きくなって外球面全体として加熱量が上昇するので、ボール部１０ｂがより短時間で誘導加熱される。この誘導加熱を短時間又は長時間で停止させることで、上述したように、ボールシート１２の変形量を少なく又は大きくして、ボールシート１２とボール部１０ｂの双方の摩擦力を任意量に低減できる。

＜トルクチューニング方法の効果＞
このような本実施形態のトルクチューニング方法の効果について説明する。
（１）高周波誘導加熱装置２０により、ボール部１０ｂを、ボールシート１２が変形可能な温度となる状態に誘導加熱するようにした。

この方法によれば、金属製のボール部１０ｂが、樹脂製のボールシート１２をこの融点未満で変形可能な温度に誘導加熱される際に、ボール部１０ｂが熱膨張により拡大し、この拡大に応じて樹脂製のボールシート１２の内球面も拡大変形する。この後、誘導加熱を停止してボール部１０ｂを冷却すると、ボール部１０ｂは収縮して加熱前の元のサイズに戻るが、ボールシート１２の内球面の拡大変形は、変形として保持される。このため、ボールシート１２とボール部１０ｂとの双方の間に僅かな隙間ができ、この隙間により双方の摩擦力が低減する。この摩擦力の低減の度合いを、誘導加熱温度や誘導加熱時間で調整すれば、双方の摩擦力を適正に調整することができる。これによって、車両等に搭載されたボールスタッド１０の揺動及び回転時に、揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量を適正に調整することができる。

（２）誘導加熱用のコイル２４を、スタッド部１０ｓの軸芯方向にボール部１０ｂの中心で直交するボール部１０ｂの直径（赤道Ｓ）方向のアウターハウジング１１の表面位置に、離間して配置するようにした。

この方法によれば、コイル２４が、スタッド部１０ｓの軸芯方向に直交するボール部１０ｂの赤道Ｓ方向のアウターハウジング１１の表面位置に、離間して配置されるので、ボール部１０ｂの赤道Ｓの付近が誘導加熱により最も高温となり、赤道Ｓから離れる程にその高温よりも低温に下がって行く。このような温度分布に応じて、ボール部１０ｂの熱膨張は、赤道Ｓの付近が最も大きく、赤道Ｓから離れる程に小さくなり、この熱膨張の分布に応じてボールシート１２の内球面も拡大変形する。

このため、ボール部１０ｂの冷却後に変形したボールシート１２と、誘導加熱前の元のサイズに戻ったボール部１０ｂとの間の寸法差は、赤道の付近が最も大きく、赤道から離れる程に小さくなる。これにより、ボール部１０ｂは、赤道に近付く程に緩く締め付けられ、赤道から離れるスタッド部１０ｓとの境界に近づく程に固く締め付けられるので、赤道の位置が最も摩擦力が小さく、赤道から離れる程に摩擦力が大きくなる。この摩擦力分布によって、ボールスタッド１０の各トルク、並びにリフト量を適正とすることができる。また、ボール部１０ｂをアウターハウジング１１から抜けにくくすることができる。

（３）コイル２４に流す電流ｉの周波数を可変設定し、設定された周波数が所定周波数よりも高い程に電流ｉを流す時間を短くし、設定された周波数が所定周波数よりも低い程に電流ｉを流す時間を長くするようにした。

この方法によれば、電流ｉの周波数が高い場合は、ボール部１０ｂの表面に近い側から加熱され、低い場合は、ボール部１０ｂの中心に近い側から加熱される。このため、周波数が低い程にボール部１０ｂの表面温度をボールシート１２の変形可能温度とするためには時間が掛かる。この逆に周波数が高いほどに、変形可能温度とする時間が掛からない。

このことから、周波数が低い程に時間は掛かるが、ボール部１０ｂのより内部側から加熱されるため熱膨張量が大きくなり、これに応じてボールシート１２の変形量も大きくなる。従って、ボール部１０ｂの冷却後に、ボールシート１２の内球面の変形が大きくなるため、ボールシート１２とボール部１０ｂとの間の隙間が大きくなって摩擦力が低減する。この場合、各トルクが低めに、リフト量が高めに調整される。この逆に、周波数が高い程に時間は掛からないが、ボール部１０ｂのより表面側から加熱されるため熱膨張量が小さくなり、これに応じてボールシート１２の変形量も小さくなる。従って、ボール部１０ｂの冷却後に、ボールシート１２の内球面の変形が小さくなるため、ボールシート１２とボール部１０ｂとの間の隙間が小さくなって摩擦力が増加する。この場合、各トルクが高めに、リフト量が低めに調整される。このように電流の周波数を可変設定し、この設定された電流を流す時間を可変することにより摩擦力を任意に調整することができる。

＜高周波誘導加熱の他例１＞
図５は、他例１の高周波誘導加熱によるトルクチューニングを行うための高周波誘導加熱装置及びボールジョイントの構成を示す図である。図６は、図５に示すボールジョイント及び２つのコイルの平面図である。
図５及び図６に示す構成は、ボールジョイントＪを挟んだ両側に同一の２つのコイル２４ａ，２４ｂを対向状態に配置したものである。各コイル２４ａ，２４ｂは、水平線Ｈの延長上に上下に跨って配置されている。コイル２４ａ，２４ｂは、図２に示したと同じ高周波誘導加熱装置２０ａ，２０ｂの共振回路２３（図２）に接続されている。但し、１つの高周波誘導加熱装置２０の共振回路２３に、２つのコイル２４ａ，２４ｂが接続された構成としてもよい。

このように２つのコイル２４ａ，２４ｂをボールジョイントＪの両側に配置した場合、ボール部１０ｂの誘導加熱量を、コイル２４が１つの場合よりも上昇させることができる。このため、ボール部１０ｂを誘導加熱により、より早く加熱して熱膨張させることができるので、ボールシート１２をより早く拡大変形させることができる。

また、図５に示すように、２つのコイル２４ａ，２４ｂを、アクチュエータを用いた移動制御部３０により、水平方向の双方向矢印Ｙ１０で示すように、アウターハウジング１１へ近接又は遠ざける位置に移動させて設定してもよい。この場合、前述したように、コイル２４とボール部１０ｂとの間隔の距離が変わるので、ボール部１０ｂの熱膨張量及びボールシート１２の変形量を任意に可変させて、ボール部１０ｂ及びボールシート１２の双方を所望の摩擦力とすることができる。この移動設定は、図２に示した構成においても同様に適用可能である。

移動制御部３０で、コイル２４とボール部１０ｂとの間隔を狭めた場合は、コイル２４から発生する磁場Ｂにおける磁束がボール部１０ｂにより強く掛かるので、ボール部１０ｂに誘起される渦電流が大きくなり、ボール部１０ｂがより短時間で誘導加熱される。この誘導加熱を短時間で停止させた場合、ボール部１０ｂの熱膨張量が少なく、これに応じてボールシート１２の変形量も少なくなる。この場合、上述したように、双方の隙間が小さくなって摩擦力が誘導加熱前よりも僅かに低い状態となる。この逆に、その誘導加熱を長時間で停止させた場合は、ボール部１０ｂの熱膨張量が大きくなり、ボールシート１２の変形量も大きくなって、双方の隙間が大きくなり摩擦力が低減する。

更に、図５に示すように、移動制御部３０により、２つのコイル２４ａ，２４ｂを上下方向の双方向矢印Ｙ１１で示すように、アウターハウジング１１に対して上又は下に移動させてもよい。この場合、ボール部１０ｂの誘導加熱領域の位置を変えることができるので、ボールシート１２の変形状態を変えることができ、ボール部１０ｂとの摩擦力分布を変えて、各種車両等に応じて変化する各トルク及びリフト量を適正に調整することが可能となる。また、移動制御部３０により、アウターハウジング１１を各コイル２４ａ，２４ｂに対して上下に移動するようにしてもよい。この際のアウターハウジング１１と各コイル２４ａ，２４ｂとの相対的な移動は、図２に示した構成においても同様に適用可能である。

また、移動制御部３０により、ボール部１０ｂの誘導加熱中に各コイル２４ａ，２４ｂをアウターハウジング１１に対して上下動させてもよい。この場合、ボール部１０ｂの全体の誘導加熱面積を増加できるので、誘導加熱時間を早めることができる。

更には、図６に示すように、各コイル２４ａ，２４ｂを移動制御部３０により、アウターハウジング１１の周囲を水平状態でサポートバー１ａに当たらないように、時計回り（矢印Ｙ１２）又は反時計回り（矢印Ｙ１３）に回転移動させながら誘導加熱を行なってもよい。この場合、ボール部１０ｂをシート変形可能温度とする誘導加熱を、より短時間で行なうことができる。また、アウターハウジング１１を、この軸芯を中心に回転させ、サポートバー１ａに当たらないように反転させてもよい。この際のアウターハウジング１１と各コイル２４ａ，２４ｂとの相対的な移動は、図２に示した構成においても同様に適用可能である。

＜高周波誘導加熱の他例２＞
図７は、他例２の高周波誘導加熱用のコイル２４ｃをアウターハウジング１１の周囲に配置した構成を示す図である。
図７に示すコイル２４ｃは、図８（ａ）に示すコイル２４ｃ１又は図８（ｂ）に示すコイル２４ｃ２を適用したものである。コイル２４ｃ１は、絶縁体で被覆された導線を平面の長方形状に周回させて形成してある。コイル２４ｃ２は、絶縁体で被覆された導線を平面の長方形状に蛇行させて形成してある。なお、一点鎖線ＣＬ１は、コイル２４ｃ１又はコイル２４ｃ２の長方形状の長手方向の中心線である。

図７に示すように、コイル２４ｃを、アウターハウジング１１のサポートバー１ａ部分以外の外周を離間状態に囲って配置してある。更に、コイル２４ｃは、この中心線ＣＬ１（図８）が、ボール部１０ｂの中心の水平な同心円と略一致する状態に配置してある。このコイル２４ｃは、１つの高周波誘導加熱装置２０に接続されている。

このように、ボール部１０ｂのサポートバー１ａ以外の外周を囲んでコイル２４ｃを配置してあるので、ボール部１０ｂの誘導加熱によりシート変形可能温度に短時間で到達させることができる。このため、ボール部１０ｂを誘導加熱により、より早く加熱して熱膨張させることができるので、ボールシート１２をより早く拡大変形させることができる。

＜トルクチューニング方法の他例１＞
上述したトルクチューニング方法では、ボール部１０ｂを誘導加熱により加熱しているが、誘導加熱以外でボール部１０ｂを加熱する方法について、図９を参照して説明する。図９に示すように、交流（又は直流）の電源４１に接続されたヒータ４０と、断熱材４３とを、ボールスタッド１０のスタッド部１０ｓに組み付けてボール部１０ｂを加熱する。

ヒータ４０は、環状を成し、中央の開口がスタッド部１０ｓに嵌合されるようになっており、両端のヒータ線が電源４１に接続されている。断熱材４３は、断熱用のグラスウール等を板状等に成形したものであり、中央に、スタッド部１０ｓに嵌合するための貫通孔が形成されている。この断熱材４３及びヒータ４０をスタッド部１０ｓに組み付けてボール部１０ｂを加熱する場合、図９に示すようにダストカバー１３を取り付けない状態で行なう。

まず、スタッド部１０ｓに断熱材４３を組み付けた後、ヒータ４０を断熱材から所定間隔上方側に離間してスタッド部１０ｓに組み付ける。次に、電源４１を投入してヒータ４０でスタッド部１０ｓを加熱する。この加熱温度は、前述したように、ボールシート１２の素材がＰＯＭであるとすると、ＰＯＭの融点は１６０℃位なので、鋼製のボール部１０ｂを１４０℃〜１５０℃位に加熱するための温度とする。スタッド部１０ｓは、ヒータ４０の当接部分から加熱され、この熱が熱伝導により下方側のボール部１０ｂへ伝わる。この際、ヒータ４０の下方側には、断熱材４３が配置されているので、ヒータ４０から空間へ放射される熱は、断熱材４３で遮断される。このため、空間を伝わる熱は下方側のハウジング１１へは伝導しない。

スタッド部１０ｓを伝導する熱がボール部１０ｂに伝わり、ボール部１０ｂが１４０℃〜１５０℃位に加熱されるとボール径が僅かに拡大する。この際、ＰＯＭ製のボールシート１２は、１４０℃〜１５０℃位の熱で柔らかくなって変形する。この変形後、電源４１の遮断によりヒータ４０をオフとすると、スタッド部１０ｓ及びボール部１０ｂが所定時間後に冷却されて、ボール部１０ｂは加熱前の大きさに戻るが、ボールシート１２は上記の変形を保持する。これによって、ボールシート１２とボール部１０ｂとの双方の隙間が大きくなって、双方の重畳度合いが減少し、摩擦力が低減し、スペックに適合した各トルク及びリフト量を得ることが可能となる。

但し、スタッド部１０ｓを加熱する加熱手段は、電源４１が接続されたヒータ４０に限定されず、ガスバーナや油を用いた加熱装置等の加熱手段でもよい。また、その加熱でハウジング１１が変形する程に加熱されなければ、断熱材４３は不要である。

＜トルクチューニング方法の他例２＞
上記のトルクチューニング方法の他例１のように、スタッド部１０ｓを介してボール部１０ｂを加熱した状態において、後述するように、ボールスタッド１０を高速回転、又は、高速回転及び揺動の双方を同時に行ってもよい。
図１０は、ボールスタッドを高速回転させている状態を示す一部断面外観図である。図１１は、ボールスタッドを揺動させている状態を示す一部断面外観図である。

まず、上述したようにスタッド部１０ｓを介してボール部１０ｂを加熱した上で、このボールスタッド１０の軸線Ｖを中心に、図１０の矢印α７で示す方向に高速回転させ、このボール部１０ｂの外球面でボールシート１２の内球面を摩耗させる。この摩耗により、ボール部１０ｂとボールシート１２の双方の摩擦力を低減させる。この摩擦力の低減により、ボールスタッド１０の各トルク及びリフト量を適正に調整することができる。

更に詳述すると、ボール部１０ｂの赤道Ｓ近くは周速が速く、赤道Ｓから離れるに従って周速が遅くなる。このため、高速回転するボール部１０ｂの赤道Ｓを含む赤道箇所が最も摩耗が激しく、赤道Ｓから離れる程に摩耗が少なくなる。従って、双方の摩擦力は、その摩耗の分布に応じたものとなる。即ち、ボール部１０ｂの赤道Ｓを含む赤道個所が最も摩擦力が小さく、赤道Ｓから離れる程に摩擦力が大きくなる。このように摩擦力が調整される。

＜トルクチューニング方法の他例２の効果＞
このようなトルクチューニング方法の他例２の効果について説明する。
上述した摩擦力の分布によれば、前述した高周波誘導加熱によるトルクチューニングと同様に、ボールシート１２の内球面と、ボール部１０ｂの外球面との寸法差は、赤道Ｓの付近が最も大きく、赤道Ｓから離れる程に小さくなる。このため、ボール部１０ｂは、赤道Ｓに近付く程に緩く締め付けられ、スタッド部１０ｓとの境界に近づく程に固く締め付けられるので、赤道Ｓの位置が最も摩擦力が小さく、赤道Ｓから離れる程に摩擦力が大きくなる。このため、ボールスタッド１０の揺動及び回転時に、各トルク及びリフト量を適正に調整することが可能となる。また、ボール部１０ｂをアウターハウジング１１から抜けにくくすることが可能となる。

このような各トルク及びリフト量の調整後のボール部１０ｂの外径寸法、ボールシート１２の内径寸法は、それぞれ３次元測定機、レーザ光を用いる測定機等で測定することができる。この測定結果を上述した他例２のトルクチューニングにフィードバックさせて、スペックに適合した各トルク及びリフト量を得ることができる。

この他、図１０に矢印α７で示す方向のボールスタッド１０の回転に、図１１に矢印α８で示すような揺動を加えると、更にトルクチューニングの効果を高めることができる。矢印α８で示す揺動動作は、実際の揺動動作に対応させるのが好ましい。このように揺動動作を行うことにより、車両等の実際の揺動トルクを低減させるための摩擦力となるようにボールシート１２を摩耗させることができる。

＜ボールジョイントＪの特徴構造＞
以上説明したトルクチューニング方法によりボールジョイントＪのトルクチューニングを行えば、ボールシート１２とボール部１０ｂとの間に形成された隙間の寸法差が、ボール部１０ｂの中心を通るボールスタッド１０の軸芯に対して直交するボール部１０ｂの直径部分（赤道Ｓ部分）の締め代が最も大きく、直径部分から離れる程に小さくなる構造となる。

この構造によれば、上述したように、ボール部１０ｂの直径部分の位置が最も摩擦力が小さく、直径部分から離れる程に摩擦力が大きくなるので、ボールスタッド１０の揺動トルク及び回転トルク、並びに弾性リフト量を適正に調整することが可能となる。また、ボール部１０ｂをアウターハウジング１１から抜けにくくすることができる。

その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
本発明のトルクチューニングが行なわれるボールジョイントＪは、産業用ロボットや人型ロボット等のロボットアームの関節部分や、ショベルカーやクレーン車等のアームが関節部分で回転する装置に適用可能である。

１ スタビリンク
１ａ サポートバー
１０ ボールスタッド
１０ｂ ボール部（球体部）
１０ｓ スタッド部
１１ アウターハウジング（ハウジング）
１２ ボールシート（支持部材）
２０，２０ａ，２０ｂ 高周波誘導加熱装置（誘導加熱装置）
２１ 交流電源
２２ 高周波電源
２３ 共振回路
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｃ１，２４ｃ２ コイル
２５ 温度計
２６ フィードバック制御回路
３０ 移動制御部
ｉ 交流電流
Ｂ 磁場
Ｊ ボールジョイント

Claims (9)

1. 構造体に一端部が連結されるスタッド部の他端部に、金属製の球体部が一体に接合されて成るボールスタッドと、当該ボールスタッドの球体部を揺動及び回転可能に支持し一方が開口した空間を有するハウジングと、当該ハウジングと前記球体部との間に介在される樹脂製の支持部材とを有し、前記支持部材に覆われた前記球体部が前記ハウジングで包含されたボールジョイントの、前記球体部と前記支持部材との摩擦力を調整するトルクチューニング方法であって、
   前記ハウジングを樹脂で形成し、
   誘導加熱用のコイルを、前記球体部を包含するハウジングの表面位置に離間して配置し、
   前記球体部を、前記支持部材が変形可能な温度となる状態に、前記コイルで直接誘導加熱する
   ことを特徴とするトルクチューニング方法。
2. 前記コイルに流す交流電流の周波数を可変設定し、当該設定された周波数が所定周波数よりも高い程に前記交流電流を流す時間を短くし、当該設定された周波数が所定周波数よりも低い程に前記交流電流を流す時間を長くする
   ことを特徴とする請求項１に記載のトルクチューニング方法。
3. 前記コイルを、前記ハウジングの周囲に離間して複数独立して配置する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクチューニング方法。
4. 前記コイル及び前記ハウジングの双方の何れか一方を、前記球体部を誘導加熱可能な距離内で移動することで、前記コイルと前記球体部との間隔を変える
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトルクチューニング方法。
5. 前記コイルを、前記スタッド部の軸芯に沿った前記球体部の上下間の任意の対向位置に配置する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトルクチューニング方法。
6. 前記球体部の誘導加熱中に、前記コイルと前記ハウジングとを相対的に上下動させる
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトルクチューニング方法。
7. 前記球体部の誘導加熱中に、当該ハウジングと前記コイルとを相対的に回転移動させる
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトルクチューニング方法。
8. 前記コイルを、導線を周回又は蛇行させて長方形状に成形し、この成形された長方形状のコイルを、前記ハウジングの外周面の外方に配置する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクチューニング方法。
9. 前記コイルを、前記スタッド部の軸芯方向に前記球体部の中心で直交する当該球体部の直径延長線上の前記ハウジングの表面位置に、離間して配置する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクチューニング方法。

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