JP7228449B2 - ボールジョイントのボールシート固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の路面からの衝撃軽減等の役割を果たすサスペンションにおけるボールジョイントのボールシート固定構造に関する。

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。

図２６に示すように、ボールジョイントＪとして、金属製のカップ状のハウジング１１内に、樹脂製のボールシート１２を介して金属製のボールスタッド１０のボール部１０ｂを回転自在に収容（包含）した構成がある。

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となっている。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、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。鍔部１０ａ１とハウジング１１の上端部との間には、ダストカバー１３が配設されている。ダストカバー１３におけるハウジング１１の上端部への接続部分には、鉄リンク１３ａが圧入固定されている。

ハウジング１１の外周面には、金属製のサポートバー１ａが固定されている。サポートバー１ａを水平線Ｈに沿って水平とした際に、ボールスタッド１０の軸芯が水平線Ｈに対して垂直線Ｖで示す垂直となるように構成されている。

ボール部１０ｂを包含するボールシート１２は、ハウジング１１の上端部１１ａを折り曲げ、この折り曲げられた上端部１１ａで、Ｃ型ストッパリング１４（リング１４ともいう）を介して上方から下方へ向かってカシメられ、押圧固定されている。ボールシート１２の上端部は、平坦面から内周側に傾斜するテーパ面を有する形状となっている。リング１４は、ボールシート１２の上端部を被覆する平坦面とテーパ面１４ａを有する形状となっている。テーパ面１４ａ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の揺動角を満たす角度となっている。

ハウジング１１の内面は、断面形状の縦壁がストレート形状となっており、この内面にボールシート１２が収容されている。ボールシート１２の内面は、ボール部１０ｂの球状に沿った球形湾曲面１２ａの形状となっている。球形湾曲面１２ａをボールシート内球面１２ａ又は内球面１２ａともいう。このような構成のボールジョイントとして、例えば特許文献１～３に記載のものがある。

ボールジョイントＪ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１０ｂとボールシート内球面１２ａ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（各トルクともいう）と定義づけられる。ボール部１０ｂの回転時の内球面１２ａへの摩擦力が増加して各トルクが高まると、乗り心地が悪化する。

ハウジング１１内のボール部１０ｂに対するボールシート１２の締め代を減少させると、各トルクを下げることができるが、同時に弾性リフト量が上がる。弾性リフト量とは、ハウジング１１内のボールシート１２を介したボール部１０ｂの移動量である。弾性リフト量が大きくなると、ボール部１０ｂがハウジング１１内でボールシート１２を介して大きく移動し、ボールジョイントＪ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、各トルクと弾性リフト量との間には、各トルクが低下すると、弾性リフト量が増大するといった相反関係がある。

特表２００９－５３６１２２号公報 特許３１６８２２９号公報 特許３３６９６５９号公報

ボールジョイントＪの製造工程においてハウジング１１の上端部１１Ａでリング１４を介してボールシート１２を押さえているが、ハウジング１１をカシメる際に、成形の都合上、カシメ工程が三段階となるため、タクトタイムが長くなり、ボールジョイントＪの製造コストが高くなる問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、リングを固定する工程を、短いタクトタイムで可能とし、コストを下げることができるボールジョイントのボールシート固定構造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金属製のハウジングと、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ボールシートとを有し、当該ボールシートに覆われた前記球体部が前記ハウジングで包含されるボールジョイントのボールシート固定構造であって、前記ハウジングの開口端部の内側で且つ前記ボールシートの上に、当該開口端部よりも突出してセットされるリングを備え、前記リングと前記ハウジングとの境界の隅部がレーザ溶接で溶接固定されて成ることを特徴とするボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、ハウジング内のボールシート上のリングが外側のハウジングよりも突出しているので、ハウジングの外側からレーザ溶接を行い易くなる。また、ボールシート上のリングがハウジングよりも突出しているので、リングを上から押圧してボールシートを適正に圧縮することを容易にできる。レーザ溶接では短時間で溶接を行うことができる。これらの利点から、リングを固定する工程を、短いタクトタイムで可能とし、コストを下げることができる。

請求項２に係る発明は、前記リングは、一体に連続した環状を成すことを特徴とする請求項１に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、リングが一体に連続した環状であるため、加工時に歪み難く、形状及び寸法を安定させて加工することができる。また、従来のＣ形状のリングに比べ溶接時にリングの歪が生じ難くなる。

請求項３に係る発明は、前記リングの内径は、前記球体部の球径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、リングを球体部の下方側から挿通して上側に移動できる。このため、球体部に挿通されたリングをハウジング内に容易に載置できる。

請求項４に係る発明は、前記リングは、隙間が形成されたＣ形状を成すことを特徴とする請求項１に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、ボールスタッドの球体部が固定される先端のくびれた首部から、リングの隙間を通してボールシート上にセットできるので、セットが容易となる。

請求項５に係る発明は、前記リングの内径は、前記球体部の球径よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、ボール部の球形が、この上のＣ形状のリングの内径よりも大きいので、レーザ溶接されたリングから、上方へ引っ張られるボール部が抜けない様にできる。

請求項６に係る発明は、前記ボールシートは、当該ボールシートの上端面に、前記リングの隙間に嵌合される凸部を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、リングの隙間にボールシートの凸部を嵌合してセットすれば、リングの隙間が無くなるので、ボールスタッドが揺動した際に隙間を抜けてハウジングの内周面まで傾き、ボールスタッドが必要以上に（又は不適正に）傾いてしまうことを防止できる。

請求項７に係る発明は、前記ボールシートの凸部は、前記ハウジングの内部に組み込まれた当該ボールシート上の前記リングと、当該ハウジングとのレーザ溶接により下方に延びる溶込深さよりも深い位置に、当該凸部の上端面が位置する高さを備えることを特徴とする請求項６に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、ボールシートの凸部の上端面は、ハウジング内に組み込んだ際に、レーザ溶接で溶けない距離離間する高さとなっているので、レーザ溶接によるボールシートの溶融を防止できる。

請求項８に係る発明は、前記リングは、当該リングの内周面に予め定められた角度で傾斜するテーパ面を備え、前記ボールシートの凸部は、当該凸部の内周側に、前記リングのテーパ面と面一となるテーパ面を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、リングとボールシート凸部との面一となる双方のテーパ面の角度を、ボールスタッドの予め定められた揺動角を満たす角度に設定すれば、ボールスタッドを予め定められた揺動角で適正に揺動できる。

請求項９に係る発明は、前記ボールシートの凸部は、当該凸部の外周面が前記ハウジングの内周面から径方向にレーザ溶接で溶けない距離離間していることを特徴とする請求項６～８の何れか１項に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、ボールシートの凸部をリングの隙間に嵌合してボールシートをセット後に、リングとハウジングとをレーザ溶接した際に、レーザ溶接の熱が凸部に届かない距離離間しているので、レーザ溶接によるボールシートの溶融を適正に防止できる。

請求項１０に係る発明は、前記ハウジングの開口端部の内周に所定角度の第１テーパ形状部を設け、前記リングの外周下端部に、前記第１テーパ形状部と同じ角度で、当該第１テーパ形状部に当接可能な第２テーパ形状部を設けたことを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、リングをハウジング内に、第１テーパ形状部が第２テーパ形状部に当接する状態に満遍なく当接する状態にセットできるので、リングの中心に向かう求心力が働き（求心効果）、リングとハウジングとの同軸が保証される。このため、リングがガタつかなくなる。

請求項１１に係る発明は、前記リングは、前記ハウジング内に前記第１テーパ形状部が前記第２テーパ形状部に当接してセットされた際に、当該ハウジングの上端より所定高さ突き出る高さを有することを特徴とする請求項１０に記載のボールジョイントのボールシート固定構造である。

この構成によれば、リングをハウジング内に載置した際に、リングがハウジングから突き出ているので、載置されたリングを下方側に押し込んで容易にセットすることができる。リングを押圧子で押圧する際に、押圧子の位置がハウジングよりも高いので、押圧子がハウジングと接触や干渉しないようにできる。

本発明によれば、リングを固定する工程を、短いタクトタイムで可能とし、コストを下げるボールジョイントのボールシート固定構造を提供することができる。

本発明に係る実施形態のボールジョイントの縦断面図である。 第１及び第２実施形態のハウジングの断面図である。 第１実施形態のＯ形状のストッパリングの平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。 第１実施形態のハウジングとストッパリングの境界を全周溶接した状態を示す平面図である。 第１実施形態のハウジングとストッパリングの境界を断続溶接した状態を示す平面図である。 第１実施形態のハウジングとストッパリングの境界をパルス溶接した状態を示す平面図である。 第１実施形態のレーザ溶接によるハウジングとストッパリングの境界の溶込深さを示す断面図である。 本発明に係る第２実施形態のボールジョイントの縦断面図である。 第２実施形態のストッパリングの平面図である。 図１０のＸ－Ｘ断面図である。 第２実施形態のＣリングの斜視図である。 第２実施形態のハウジングとＣリング境界を全周溶接した状態を示す平面図である。 第２実施形態のハウジングとＣリングの境界を断続溶接した状態を示す平面図である。 第２実施形態のハウジングとＣリングの境界をパルス溶接した状態を示す平面図である。 第２実施形態のボールジョイントにおけるボールシートの第１変形例の構成を示す斜視図である。 ハウジング内に挿入されたボールシートの上にＣリングを載置した場合の構成を示す斜視図である。 図１７に示すハウジング、Ｃリング及びボールシートの組合せ構成の平面図である。 図１７のＶ－Ｖ断面図である。 第２実施形態のボールジョイントにおけるボールシートの第２変形例の構成を示す斜視図である。 ハウジング内に挿入されたボールシートの上にＣリングを載置した場合の構成を示す斜視図である。 図２１に示すハウジング、Ｃリング及びボールシートの組合せ構成の平面図である。 図２１のＶII－ＶII断面図である。 Ｃリングの他の形状を示す断面図である。 ハウジングの他の形状を示す断面図である。 従来のボールジョイントの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る実施形態のボールジョイントの縦断面図である。図１において図２６に示した構成要素と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。

図１に示す第１実施形態のボールジョイントＪ１が、従来のボールジョイントＪ（図２６）と異なる点は、ハウジング２１内のボール部１０ｂに対するボールシート２２の締め代が適正となるように、環状（Ｏ形状）のストッパリング（Ｏリングともいう）２４でボールシート２２を押圧してセットし、このセット状態で、当該Ｏリング２４をハウジング２１の上端部にレーザ溶接で固定したことにある。レーザ溶接は、図示せぬダイオードレーザ溶接装置等のレーザ溶接装置を用いて行う。上記環状とは、一体に連続した環状、又は幅狭のスリットが入った環状をいう。

また、上記適正な締め代とは、車両の乗り心地が向上するように揺動トルク及び回転トルクを低下させ、ボールジョイントＪ１にガタが発生しないように弾性リフト量を小さくできる締め代のことである。この適正な締め代となるように、Ｏリング２４でボールシート２２を押圧して圧縮するセットを行い、このセットされたＯリング２４をハウジング２１にレーザ溶接するようにした。本明細書に記載の「セット」の表現は、全てが上記セットと同じ意味を成す。

ボールジョイントＪ１のハウジング２１、ボールシート２２及びＯリング２４の形状は、従来のボールジョイントＪ（図２６）のハウジング１１、ボールシート１２及びストッパリング１４と後述のように異なる。なお、第１実施形態のボールジョイントＪ１は、特徴構成を認識し易くするため、ダストカバー１３を省略してある。また、ボールジョイントＪ１のスタッド部１０ｓは、図示せぬサスペンション又はスタビライザに固定されている。サスペンション又はスタビライザは、請求項記載の構造体を構成する。

ハウジング２１は、鉄板等の金属板がプレス成形又は冷鍛によって、図２の断面図に示すようにカップ形状に成形されている。ハウジング２１の開口側の開口端部２１ａは、開口端部２１ａの下側の胴部２１ｂの板厚Ｔよりも、薄い板厚ｔとなっている。各板厚Ｔ，ｔは、次式（１）で示すサイズとするのが好ましい。

０．３≦ｔ／Ｔ≦０．８５ …（１）

開口端部２１ａの板厚ｔと、胴部２１ｂの板厚Ｔとの間のハウジング２１内面は、テーパ形状の段差部（テーパ段差部）Ｐ１となっている。このテーパ段差部Ｐ１をテーパ形状部（第１テーパ形状部）Ｐ１とも称す。テーパ形状部Ｐ１のテーパ角度θ１は、ハウジング２１の加工性と後述する求心効果とのバランスを適正に保持するために、次式（２）で示す大きさとなっている。但し、テーパ角度θ１は、図１に示す水平線Ｈに対するハウジング２１におけるテーパ形状部Ｐ１の傾斜角度である。

３０°≦θ１≦６０° …（２）

図３はＯリング２４の平面図、図４は図３に示すＯリング２４のＩＶ－ＩＶ断面図である。
図４に示すＯリング２４の外周下端部は、ハウジング２１のテーパ形状部Ｐ１と同じテーパ角度θ１のテーパ形状部（第２テーパ形状部）Ｐ２となっている。図３に示すＯリング２４の内径（リング内径）Ｒ１は、図１に示すボール部１０ｂの球径（ボール球径）Ｒ３より僅かに大きいサイズとなっている。例えば、ボール球径Ｒ３がφ１６．０の場合、リング内径Ｒ１はφ１６．１となっている。このサイズは、Ｏリング２４をボール部１０ｂの下方側から挿入し、ボール部１０ｂの上側に移動させるために定めたものである。

図３に示すリング外径Ｒ２は、ハウジング２１の開口端部２１ａの内側にＯリング２４が挿入可能なサイズとなっている。図１に示すように、Ｏリング２４をハウジング２１内のボールシート２２上に載置した際に、Ｏリング２４の外周面とハウジング２１の内周面との径方向のギャップが、０．２５ｍｍ以下となるリング外径Ｒ２が好ましい。このギャップサイズは、レーザ溶接時のレーザスポット径や、溶接個所面積の制約によって定まる。

ハウジング２１内にボールシート２２を載置した場合、ボールシート２２の上端がハウジング２１の開口端部２１ａから突出するようになっている。このＯリング２４をボールシート２２上に載置した状態では、Ｏリング２４のテーパ形状部Ｐ２がハウジング２１のテーパ段差部Ｐ１と上下に離間状態となる。

この上下離間状態で、Ｏリング２４を上から押圧することでボールシート２２が圧縮され、Ｏリング２４のテーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接してこれ以上、下がらないセット状態となる。このセット状態は、Ｏリング２４をやや押圧してボールシート２２が前述した適正な締め代となれば、テーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接しなくてもよい。つまり、Ｏリング２４がボールシート２２上に載置された位置と、テーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接する位置との間の高さ位置で、ボールシート２２の適正な圧縮が可能となっている。

また、Ｏリング２４を上から押圧した際に、テーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接するとこれ以上、下がらないので、ボールシート２２のオーバー圧縮を防止可能となっている。

図４に示すＯリング２４の下面２４ａから上面２４ｂまでの高さｈ１は、図１に示すようにＯリング２４をハウジング２１内に載置した際に、Ｏリング２４がハウジング２１の上端２１ｃ（図２）から僅かに突き出る高さとなっている。この高さｈ１は、載置されたＯリング２４を下方側に押し込んでセットした場合も、僅かに突き出る高さとする。このセット後のＯリング２４が突き出る高さは、後述のレーザ溶接のために０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。

また、ハウジング２１のテーパ段差部Ｐ１にＯリング２４のテーパ形状部Ｐ１が当接した場合、Ｏリング２４の中心に向かう求心力が働き（求心効果）、Ｏリング２４とハウジング２１との同軸が保証される。このため、Ｏリング２４がガタつかなくなる。

図４に示すＯリング２４は、ハウジング２１内へのセット状態で垂直線Ｖ（図１）に対して角度θ２で傾斜するテーパ面２４ｃを、Ｏリング内周側に有する。このテーパ面２４ｃの傾斜角θ２は、図１に示すボールスタッド１０が揺動（矢印α１）した際に、ボールスタッド１０の揺動角を満たす角度となる。

次に、図１に示すＯリング２４をハウジング２１内にセットした後、矢印Ｙ１で示すように、Ｏリング２４とハウジング２１が当接した境界の隅部をレーザ溶接する。

レーザ溶接は、ハウジング２１の中央にボールスタッド１０が立設するので、ハウジング２１の内側からは適正に行えず、このため外側から行うようになっている。この外側からのレーザ溶接を行い易くするため、外側のハウジング２１が内側のＯリング２４よりも低くなっている。この高さ関係によって、Ｏリング２４を押圧子（図示せず）で押圧する際に、押圧子の位置がハウジング２１よりも高いので、押圧子のハウジング２２への接触や干渉を防止可能となっている。

レーザ溶接の温度は、ハウジング２１の素材の融点以上とする。その素材が例えば鉄である場合、鉄の融点以上（１３００℃以上）とする。レーザ溶接は、アーク溶接のようにスパッタが出ず、タクトタイムも早いといった利点がある。

レーザ溶接は、ハウジング２１を回転させながら後述のように全周、断続的、パルス状等で行う。図５にＯリング２４とハウジング２１の境界を太線で示す全周溶接３１した状態を示す。図６に上記境界を断続的に溶接（断続溶接）３２した状態、図７に上記境界をパルス状に溶接（パルス溶接）３３した状態を示す。断続溶接３２又はパルス溶接３３は、レーザ溶接装置のレーザ出力を断続的又はパルス状にして行う。

図８にレーザ溶接による境界の溶け込みの深さ（溶込深さ）ｄ１を示す。溶込深さｄ１は、Ｏリング２４の下側の樹脂製ボールシート２２がレーザ溶接時の電熱量によって変形や溶解しない適正な深さとする。この適正な溶込深さｄ１とするために、レーザ溶接の強度を調整する。また、レーザ溶接では、ボールシート２２の素材、Ｏリング２４の高さ（即ち電熱距離）に応じて溶込深さｄ１の限界が決まる。更に、レーザ溶接は、ハウジング２１を高速回転もしくはレーザー出力側の高速移動により行うため、単位時間当たりの熱量が少なく、ボールシート２２への熱影響が軽減される。

必要な破壊荷重（Ｏリング２４が外れない強度）を満足するために全周溶接が必要な溶け込み深さを仮にｄ１とした場合、溶け込み深さをｄ１の１.５倍にすれば、必要な溶接長さは２／３周、ｄ１の２倍とすれば１／２周で済む。あまりに深いと樹脂製ボールシート２２に影響が生じる。

このため、レーザ溶接は、ボールシート２２とＯリング２４の接触面積が変わらないことを前提に、溶込深さｄ１×溶込み長さ（全周、断続的、パルス状等の平面長さ）が、必要な破壊荷重を満たせば如何なる溶接形態も可能である。

＜第１実施形態の効果＞
このような第１実施形態のボールジョイントのボールシート固定構造の効果について説明する。ボールジョイントＪ１は、構造体としてのサスペンション又はスタビライザに一端部が連結されるスタッド部１０ｓの他端部に、金属製のボール部１０ｂが一体に接合されて成るボールスタッド１０と、ボールスタッド１０のボール部１０ｂ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金属製のハウジング２１と、ハウジング２１とボール部１０ｂとの間に介在される樹脂製のボールシート２２とを有し、ボールシート２２に覆われたボール部１０ｂがハウジング２１で包含されて成る。この構成のボールジョイントＪ１のボールシート固定構造を次の特徴構成とした。

（１）ハウジング２１の開口端部２１ａの内側で且つボールシート２２の上に、当該開口端部２１ａよりも突出してセットされるＯリング２４を備え、Ｏリング２４とハウジング２１との境界の隅部がレーザ溶接で溶接固定されて成る構成とした。

この構成によれば、ハウジング２１内のボールシート２２上のＯリング２４が外側のハウジング２１よりも突出しているので、ハウジング２１の外側からレーザ溶接を行い易くなる。この逆にハウジング２１の内側からは、ハウジング２１内にボールスタッド１０が立設しているため、レーザ溶接を行うことが困難である。また、ボールシート２２上のＯリング２４がハウジング２１よりも突出しているので、Ｏリング２４を上から押圧してボールシート２２を適正に圧縮することが容易となる。レーザ溶接では短時間で溶接を行うことができる。これらの利点から、Ｏリング２４を固定する工程を、短いタクトタイムで可能とし、コストを下げることができる。

（２）Ｏリング２４は、一体に連続した環状を成す構成とした。

この構成によれば、Ｏリング２４が一体に連続した環状であるため、加工時に歪み難く、形状及び寸法を安定させて加工できる。また、従来のＣ型のリング１４に比べ溶接時にＯリング２４の歪が生じ難くなる。

（３）ハウジング２１の開口端部２１ａの内周に所定角度の第１テーパ形状部Ｐ１を設け、Ｏリング２４の外周下端部に、第１テーパ形状部Ｐ１と同じ角度で、当該第１テーパ形状部Ｐ１に当接可能な第２テーパ形状部Ｐ２を設ける構成とした。

この構成によれば、Ｏリング２４をハウジング２１内に、第１テーパ形状部Ｐ１が第２テーパ形状部Ｐ２に満遍なく当接する状態にセットできるので、Ｏリング２４の中心に向かう求心力が働き（求心効果）、Ｏリング２４とハウジング２１との同軸が保証される。このため、Ｏリング２４がガタつかなくなる。

（４）Ｏリング２４は、ハウジング２１内に第１テーパ形状部Ｐ１が第２テーパ形状部Ｐ２に当接状態にセットされた際に、ハウジング２１の上端より所定高さ突き出る高さを有する構成とした。

この構成によれば、Ｏリング２４をハウジング２１内に載置した際に、Ｏリング２４がハウジング２１から突き出ているので、載置されたＯリング２４を下方側に押し込んで容易にセットできる。Ｏリング２４を押圧子で押圧する際に、押圧子の位置がハウジング２１よりも高いので、押圧子がハウジング２１と接触や干渉しないようにできる。

（５）Ｏリング２４の内径は、ボール部１０ｂの球径よりも大きい構成とした。

この構成によれば、Ｏリング２４をボール部１０ｂの下方側から上方側へ挿通できる。このため、ボール部１０ｂに挿通されたＯリング２４をハウジング２１内に容易に載置できる。

＜第２実施形態＞
図９は、本発明に係る第２実施形態のボールジョイントの縦断面図である。図９において図１に示した構成要素と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。

図９に示す第２実施形態のボールジョイントＪ２が、第１実施形態のボールジョイントＪ（図１）と異なる点は、Ｏリング２４に代え、図１２に示す隙間６４ｇを有するＣ形状のストッパリング（Ｃリングともいう）６４を用いたことにある。即ち、Ｃリング６４でボールシート２２を押圧してセットし、このセット状態で、Ｃリング６４をハウジング２１の上端部にレーザ溶接で固定したことにある。なお、Ｏリング２４又はＣリング６４は、請求項記載のリングを構成する。

図１０はＣリング６４の平面図、図１１は図１０に示すＣリング６４のＸ－Ｘ断面図、図１２はＣリング６４の斜視図である。

図１１に示すように、Ｃリング６４の外周下端部は、ハウジング２１のテーパ段差部Ｐ１と同じテーパ角度θ１のテーパ形状部（第２テーパ形状部）Ｐ２（図９参照）となっている。図１０に示すＣリング６４の内径（Ｃリング内径）Ｒ１は、図９に示すボール部１０ｂの球径（ボール球径）Ｒ３より僅かに小さいサイズとなっている。例えば、ボール球径Ｒ３がφ１６．０の場合、Ｃリング内径Ｒ１はφ１５．１となっている。このサイズは、ボール部１０ｂが、この上にレーザ溶接されるＣリング６４から抜けない様にするために定めたものである。

更に、Ｃリング６４（図１）は、従来のハウジングカシメのＣ型ストッパリング１４（図２６）と比較して、高さの高い断面形状を有する。このため、Ｃリング６４では、断面係数が大きくなって、断面剛性が上がり強いカシメ強度を確保でき、スタッド抜け荷重が増大する。このＣリング６４には、ＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial：冷間圧延鋼板）やＳＰＨＣ（SteelPlate Hot Commercial：熱間圧延軟鋼板）等の金属材料を使用できるが、より強度の高い金属材料を用いることで、上記強度をより強くできる。

図１０に示すＣリング外径Ｒ２は、ハウジング２１の開口端部２１ａ（図２）の内側にＣリング６４が挿入可能なサイズとなっている。また、Ｃリング６４の隙間６４ｇは、図９に示すスタッド部１０ｓの先端側のボール部１０ｂが固定された、くびれ部分の首部１０ｄよりも大きいサイズとなっている。つまり、隙間６４ｇを首部１０ｄに通してＣリング６４を、ボールシート２２上にセット可能となっている。

Ｃリング６４をハウジング２１内のボールシート２２上に載置した際に、図９に示すＣリング６４の外周面６４ｄ（図１１）とハウジング２１の内周面との径方向のギャップが、０．２５ｍｍ以下となるＣリング外径Ｒ２が好ましい。このギャップサイズは、レーザ溶接時のレーザスポット径や、溶接個所面積の制約によって定まる。

ハウジング２１内に挿入されたボールシート２２の上にＣリング６４を載置した場合、Ｃリング６４の上端部６４ｂがハウジング２１の開口端部２１ａ（図２）から突出するようになっている。このＣリング６４をボールシート２２上に載置した状態では、Ｃリング６４のテーパ形状部Ｐ２がハウジング２１のテーパ段差部Ｐ１と上下に離間状態となる。

この上下離間状態で、Ｃリング６４を上から押圧することでボールシート２２が圧縮され、Ｃリング６４のテーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接して、これ以上、下がらないセット状態となる。このセット状態は、Ｃリング６４をやや押圧してボールシート２２が前述した適正な締め代となれば、テーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接しなくてもよい。つまり、Ｃリング６４がボールシート２２上に載置された位置と、Ｃリング６４のテーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接する位置との間の高さ位置で、ボールシート２２の適正な圧縮が可能となっている。

また、Ｃリング６４を上から押圧した際に、テーパ形状部Ｐ２がテーパ段差部Ｐ１に当接するとこれ以上、下がらないので、ボールシート２２のオーバー圧縮を防止可能となっている。

図１１に示すＣリング６４の下面６４ａから上面６４ｂまでの高さｈ２は、図９に示すようにＣリング６４をハウジング２１内に載置した際に、Ｃリング６４がハウジング２１から僅かに突き出る高さとなっている。この高さｈ２は、載置されたＣリング６４を下方側に押し込んでセットした場合も、僅かに突き出る高さとする。このセット後のＣリング６４が突き出る高さは、後述のレーザ溶接のために０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。

また、ハウジング２１のテーパ段差部Ｐ１にＣリング６４のテーパ形状部Ｐ２が当接した場合、Ｃリング６４の中心に向かう求心力が働き（求心効果）、Ｃリング６４とハウジング２１との同軸が保証される。このため、Ｃリング６４がガタつかなくなる。

図１１に示すＣリング６４は、ハウジング２１内へのセット状態で垂直線Ｖ（図９）に対して角度θ２で傾斜するテーパ面６４ｃを、Ｃリング内周側に有する。このテーパ面６４ｃの傾斜角θ２は、図９に示すボールスタッド１０が揺動（矢印α１）した際に、ボールスタッド１０の揺動角を満たす角度となる。

次に、図９に示すＣリング６４をハウジング２１内にセットした後、矢印Ｙ１で示すように、Ｃリング６４とハウジング２１が当接した境界の隅部をレーザ溶接する。このレーザ溶接は、前述したＯリング２４と同様に行われる。但し、レーザ溶接を行う場合、必要に応じて、押圧子（図示せず）で上方からＣリング６４に荷重を掛け、Ｃリング６４のテーパ形状部Ｐ２とハウジング２１のテーパ段差部Ｐ１との密着性を上げたり、ボールシート２２を適正量圧縮したりする。

レーザ溶接は、ハウジング２１を回転させながら後述のようにＣリング６４の全周、断続的、パルス状等で行う。図１３にＣリング６４とハウジング２１の境界を太線で示すＣ型全周溶接３１ｃした状態を示す。図１４に上記境界を断続的に溶接（断続溶接）３２した状態、図１５に上記境界をパルス状に溶接（パルス溶接）３３した状態を示す。

レーザ溶接の溶込深さｄ１は、図８を参照して前述した通りである。要求される破壊荷重（Ｃリング６４が外れない強度）を安全にクリアするために、溶込深さｄ１は、所定の深さが所定の周回範囲に渡って必要である。例えば、必要な破壊荷重を安全にクリアできる溶込深さｄ１が０．２ｍｍでは全周に渡って必要である場合、溶込深さｄ１が０．３ｍｍでは２／３周で済み、０．４ｍｍでは１／２周で済む。あまりに深いと樹脂製ボールシート２２に影響が生じる。

このため、レーザ溶接は、ボールシート２２とＣリング６４の接触面積が変わらないことを前提に、溶込深さｄ１×溶接長さ（全周、断続的、パルス状等の平面長さ）が、必要な破壊荷重を満たせば如何なる溶接形態も可能である。

また、ボールシート２２、Ｃリング６４、ハウジング２１の組合せ状態に応じて、Ｃリング６４がハウジング２１の先端より相対的に沈んでいる場合、レーザ溶接でＣリング６４が狙えないため、レーザ溶接の狙いをハウジング２１とするのが好ましい。この内容は、Ｏリング２４においても同様である。

＜第２実施形態の効果＞
このような第２実施形態のボールジョイントＪ２のボールシート固定構造の効果について説明する。

（１）ハウジング２１の開口端部２１ａの内側で且つボールシート２２の上に、当該開口端部２１ａよりも突出してセットされるＣリング６４を備え、Ｃリング６４とハウジング２１との境界の隅部がレーザ溶接で溶接固定されて成る構成とした。

この構成によれば、ハウジング２１内のボールシート２２上のＣリング６４が外側のハウジング２１よりも突出しているので、ハウジング２１の外側からレーザ溶接を行い易くなる。この逆にハウジング２１の内側からは、ハウジング２１内にボールスタッド１０が立設しているため、レーザ溶接を行うことが困難である。また、ボールシート２２上のＣリング６４がハウジング２１よりも突出しているので、Ｃリング６４を上から押圧してボールシート２２を適正に圧縮することが容易となる。レーザ溶接では短時間で溶接を行うことができる。これらの利点から、ハウジング２１内でボール部１０ｂを締め付けるボールシート２２を適正な締め代となるように押圧固定する工程を、短いタクトタイムで行うことができ、これにより製造コストを下げることができる。

（２）ハウジング２１の開口端部２１ａの内周に所定角度の第１テーパ形状部Ｐ１（テーパ段差部Ｐ１）を設け、Ｃリング６４の外周下端部に、第１テーパ形状部Ｐ１と同じ角度で、当該第１テーパ形状部Ｐ１に当接可能な第２テーパ形状部Ｐ２を設ける構成とした。

この構成によれば、Ｃリング６４をハウジング２１内に、第１テーパ形状部Ｐ１が第２テーパ形状部Ｐ２に満遍なく当接する状態にセットできるので、Ｃリング６４の中心に向かう求心力が働き（求心効果）、Ｃリング６４とハウジング２１との同軸が保証される。このため、Ｃリング６４がガタつかなくなる。

（３）Ｃリング６４は、ハウジング２１内に第１テーパ形状部Ｐ１が第２テーパ形状部Ｐ２に当接状態にセットされた際に、ハウジング２１の上端（又は上端面）２１ｃより所定高さ突き出る高さを有する構成とした。

この構成によれば、Ｃリング６４をハウジング２１内に載置した際に、Ｃリング６４がハウジング２１から突き出ているので、載置されたＣリング６４を下方側に押し込んで容易にセットできる。Ｃリング６４を押圧子で押圧する際に、押圧子の位置がハウジング２１よりも高いので、押圧子がハウジング２１と接触や干渉しないようにできる。

（４）Ｃリング６４の内径は、ボール部１０ｂの球径よりも小さい構成とした。

この構成によれば、ボール部１０ｂの球形が、この上のＣリング６４の内径よりも大きいので、レーザ溶接されたＣリング６４から、上方へ引っ張られるボール部１０ｂが抜けない様にできる。

＜ボールシートの第１変形例＞
図１６は第２実施形態のボールジョイントＪ２におけるボールシート２２Ａの第１変形例の構成を示す斜視図である。図１７はハウジング２１内に挿入されたボールシート２２Ａの上にＣリング６４を載置した場合の構成を示す斜視図である。図１８は図１７に示すハウジング２１、Ｃリング６４及びボールシート２２Ａの組合せ構成の平面図である。図１９は図１７のＶ－Ｖ断面図である。但し、図１９には、ボールシート２２Ａ内のスタッド部１０ｓの先端側のボール部１０ｂを記載している。

図１６に示す第１変形例のボールシート２２Ａが、上述したボールシート２２（図９参照）と異なる点は、ボールシート２２Ａの上端面２２ｕに、Ｃリング６４の隙間６４ｇ（図１７）に嵌合される凸部２２ｂを設けたことにある。この凸部２２ｂが、Ｃリング６４の隙間６４ｇが埋まるので、次のように防止できる。即ち、スタッド部１０ｓが揺動した際に隙間６４ｇを抜けてハウジング２１の内周面まで傾き、ボールスタッド１０が必要以上に（又は不適正に）傾いてしまうことを防止できる。

図１６に示す凸部２２ｂの横幅ｗ１は、Ｃリング６４の隙間６４ｇ（図１７）に満遍なく嵌る寸法となっている。また、凸部２２ｂの上端面２２ｃは、図１７に示すように、ハウジング２１にボールシート２２Ａを組み込んだ際に、ハウジング２１の上端２１ｃよりも低くなる高さにしてある。

詳細には、凸部２２ｂの上端面２２ｃは、図１９に示すように、ハウジング２１にＣリング６４をレーザ溶接した際の溶込深さｄ１よりも、更に下方側の深さ位置ｄ２となる高さｈ３にしてある。この高さｈ３は、ボールシート２２Ａの底面から凸部２２ｂの上端面２２ｃまでの高さである。言い換えれば、凸部２２ｂの上端面２２ｃは、ハウジング２１内に組み込んだ際に、レーザ溶接で溶けない距離離間する高さｈ３とされている。これによって、レーザ溶接によるボールシート２２Ａの溶融を防止できる。

また、図１９に示すように、ボールシート２２Ａの凸部２２ｂは、この内周側に、Ｃリング６４のテーパ面６４ｃと面一となるテーパ面２２ｄ（図１６及び図１７参照）が形成されている。これによって、図９に示すボールスタッド１０が揺動（矢印α１）した際に、ボールスタッド１０の予め定められた揺動角を満たす角度θ２のテーパ面６４ｃ，２２ｄを構成できる。この構成により、ボールスタッド１０を予め定められた揺動角で適正に揺動できる。

＜ボールシートの第２変形例＞
図２０は第２実施形態のボールジョイントＪ２におけるボールシート２２Ｂの第２変形例の構成を示す斜視図である。図２１はハウジング２１内に挿入されたボールシート２２Ｂの上にＣリング６４を載置した場合の構成を示す斜視図である。図２２は図２１に示すハウジング２１、Ｃリング６４及びボールシート２２Ｂの組合せ構成の平面図である。図２３は図２１のＶII－ＶII断面図である。但し、図２３には、ボールシート２２Ｂ内のスタッド部１０ｓの先端側のボール部１０ｂを記載している。

図２０に示す第２変形例のボールシート２２Ｂが、上述した第１変形例のボールシート２２Ａ（図１６参照）と異なる点は、凸部２２ｅの形状にある。ボールシート２２Ａの凸部２２ｂは、図１９に示すように、外周面がハウジング２１の内周面に当接していた。しかし、第２変形例のボールシート２２Ｂの凸部２２ｅは、図２３に示すように、外周面がハウジング２１の内周面から径方向に距離ｄ６だけ離間している。この離間距離ｄ６は、レーザ溶接の熱が凸部２２ｅに届かない距離となっている。この離間間隔の隙間を矢印２２ｇで、図２１～図２３に指し示した。

図２３では、凸部２２ｅの外周面が、ボールシート２２Ｂの本体の外周面と面一となっており、凸部２２ｅの径方向の幅をｄ５で示した。

このようなボールシート２２Ｂの凸部２２ｅによれば、この凸部２２ｅをＣリング６４の隙間６４ｇに嵌合してボールシート２２Ｂをセット後に、Ｃリング６４とハウジング２１とをレーザ溶接した際に、レーザ溶接の熱が凸部２２ｅに届かない距離ｄ６離れているので、レーザ溶接によるボールシート２２Ｂの溶融を適正に防止できる。

この他、図２４に示すように、ハウジング２１Ａの内周側面２１Ａｂをストレート形状とし、このハウジング２１Ａ内のボールシート２２Ｃにおける上端面２２Ｃａの内周側にテーパ面２２Ｃｂを設ける。この上端面２２Ｃａ及びテーパ面２２Ｃｂに隙間なく当接する形状のＣリング７４を載置した構成としてもよい。

Ｃリング７４は、図２５に示すように、内周側がボールシート２２Ｃのテーパ面２２Ｃｂに沿って下降するテーパ形状となっており、このテーパ形状の下面７４ｅがボールシート２２Ｃのテーパ面２２Ｃｂに当接している。そのテーパ形状の上面７４ｃは、内周側が更に急角度のテーパ形状７４ｆとなっている。このテーパ形状７４ｆにすることでスタッド部１０ｓ（スタッドシャフト）とＣリング７４の干渉を回避し、上面７４ｃと優先的に接するようにしている。Ｃリング７４の外側面７４ｄとハウジング２１Ａの内周側面のギャップは、０．２５ｍｍ以下となるＣリング外径が好ましい。このギャップサイズは、レーザ溶接時のレーザスポット径や、溶接個所面積の制約によって定まる。

このような構成によって、Ｃリング７４に求心効果を持たせることができる。また、ハウジング２１Ａの内周側面２１Ａｂを、前述したハウジング２１の上端２１ｃ（図１）のようにテーパ段差部Ｐ１を介して段差状に加工する必要がなくなるので、製造が容易になるメリットがある。

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。
本発明のボールシート固定構造のボールジョイントＪ１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。

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
２１ ハウジング
２１ｃ ハウジングの上端又は上端面
２２，２２Ａ，２２Ｂ ボールシート
２２ｂ，２２ｅ ボールシートの凸部
２２ｃ ボールシートの凸部の上端面
２４ Ｏ形状のストッパリング（Ｏリング）
６４ Ｃ型ストッパリング（Ｃリング）
６４ａ Ｃリングの下面
６４ｂ Ｃリングの上面
６４ｃ Ｃリングのテーパ面
６４ｇ Ｃリングの隙間
ｄ１ 溶込深さ
Ｊ１，Ｊ２ ボールジョイント
Ｐ１ ハウジングのテーパ段差部（第１テーパ形状部）
Ｐ２ Ｃリングの第２テーパ形状部

Claims (10)

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金属製のハウジングと、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ボールシートとを有し、当該ボールシートに覆われた前記球体部が前記ハウジングで包含されるボールジョイントのボールシート固定構造であって、
   前記ハウジングの開口端部の内側で且つ前記ボールシートの上に、当該開口端部よりも突出してセットされるリングを備え、
   前記リングの外周面は、前記ハウジングの内周面と平行に前記ハウジングの上端よりも上方まで延びており、
   前記リングの外周面と前記ハウジングの内周面との境界が深さ方向にレーザ溶接で溶接固定されて成る
   ことを特徴とするボールジョイントのボールシート固定構造。
2. 前記リングは、一体に連続した環状を成す
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。
3. 前記リングの内径は、前記球体部の球径よりも大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。
4. 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金属製のハウジングと、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ボールシートとを有し、当該ボールシートに覆われた前記球体部が前記ハウジングで包含されるボールジョイントのボールシート固定構造であって、
   前記ハウジングの開口端部の内側で且つ前記ボールシートの上に、当該開口端部よりも突出してセットされるリングを備え、
   前記リングと前記ハウジングとの境界の隅部がレーザ溶接で溶接固定されて成り、
   前記リングは、隙間が形成されたＣ形状を成しており、
   前記ボールシートは、当該ボールシートの上端面に、前記リングの隙間に嵌合される凸部を備える
   ことを特徴とするボールジョイントのボールシート固定構造。
5. 前記リングの内径は、前記球体部の球径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項４に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。
6. 前記ボールシートの凸部は、前記ハウジングの内部に組み込まれた当該ボールシート上の前記リングと、当該ハウジングとのレーザ溶接により下方に延びる溶込深さよりも深い位置に、当該凸部の上端面が位置する高さを備える
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。
7. 前記リングは、当該リングの内周面に予め定められた角度で傾斜するテーパ面を備え、
   前記ボールシートの凸部は、当該凸部の内周側に、前記リングのテーパ面と面一となるテーパ面を備える
   ことを特徴とする請求項４～６の何れか1項に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。
8. 前記ボールシートの凸部は、当該凸部の外周面が前記ハウジングの内周面から径方向にレーザ溶接で溶けない距離離間している
   ことを特徴とする請求項４～７の何れか１項に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。
9. 前記ハウジングの開口端部の内周に所定角度の第１テーパ形状部を設け、
   前記リングの外周下端部に、前記第１テーパ形状部と同じ角度で、当該第１テーパ形状部に当接可能な第２テーパ形状部を設けた
   ことを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。
10. 前記リングは、前記ハウジング内に前記第１テーパ形状部が前記第２テーパ形状部に当接してセットされた際に、当該ハウジングの上端より所定高さ突き出る高さを有する
    ことを特徴とする請求項９に記載のボールジョイントのボールシート固定構造。

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