JPH06129419A - Ball joint device - Google Patents

Ball joint device

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JPH06129419A
JPH06129419A JP30613892A JP30613892A JPH06129419A JP H06129419 A JPH06129419 A JP H06129419A JP 30613892 A JP30613892 A JP 30613892A JP 30613892 A JP30613892 A JP 30613892A JP H06129419 A JPH06129419 A JP H06129419A
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ball stud
taper
tapered
ball
hole
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Taisuke Miyamoto
泰介 宮本
Chikatoshi Maeda
千芳利 前田
Katsuhana Kanazawa
功華 金澤
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Toyota Motor Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent the loosening of a ball stud at a ball joint device. CONSTITUTION:By conducting the hardening processing of the taper hole surface 32 of a knuckle 10 by using a taper roller processer 40, yield load is increased, and the permanent set of the taper hole surface 32 caused by lateral operation force P added to a ball stud 10 is restrained. Also, by forming a small diameter portion 24 at the middle portion of the taper shaft portion 16 of the ball stud 12, an inter-surface distance to resist a moment based on the operation force P is made to be maximum at all times, and surface pressure based on the operation force P is reduced, and also elastic deformation ability at the time of the tightening of the ball stud 10 is increased. As a result, the generation of the loosening of the ball stud 12 is restrained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自在継手の一種である
ボールジョイント装置に関するものであり、特に耐久性
の向上に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ball joint device which is a kind of universal joint, and more particularly to improvement of durability.

【0002】[0002]

【従来の技術】ボールジョイント装置の一種に、一端に
ボール部を有し、他端にねじ部を有するボルトであるボ
ールスタッドを含むものがある。ボールスタッドのテー
パ軸部(テーパ付きの軸部)が、取付部材のテーパ穴
(テーパ付きの貫通穴)に挿入さ、ねじ部にナットが螺
合されて取付部材に固定されるのである。ボルトがテー
パ軸部で支持されることによってボール部に軸方向と直
角の力が加わってもずれることが無く、横方向の精度を
維持できる。しかし、ボール部とテーパ軸部とが軸方向
に隔たっているため、軸方向と直角の力が加わる場合に
は、ボールスタッドにそれの軸心を含む平面内のモーメ
ントが生じ、このモーメントがテーパ穴の軸方向および
直径方向に隔たった2部分で受けられる。モーメントが
特に大きい場合には、テーパ軸部とテーパ穴との上記2
部分の面圧がボールスタッドや取付部材の降伏強度を超
え、或いは、それほど大きくなくても常にもしくは断続
的に加わり続けることによって疲労を起こさせ、その部
分にへたりを生じさせる。へたりはテーパ軸部およびテ
ーパ穴の加工精度が高い場合にはテーパ穴の両端近傍で
生ずるが、加工精度が低い場合には、テーパ穴の両端近
傍で生ずるとは限らない。このような場合、モーメント
に対抗するための2部分間の距離が短くなって、その分
面圧が高くなり、一層へたり易くなる。
2. Description of the Related Art One type of ball joint device includes a ball stud which is a bolt having a ball portion at one end and a screw portion at the other end. The taper shaft portion (tapered shaft portion) of the ball stud is inserted into the taper hole (tapered through hole) of the mounting member, and the nut is screwed into the screw portion to be fixed to the mounting member. Since the bolt is supported by the tapered shaft portion, even if a force perpendicular to the axial direction is applied to the ball portion, the bolt portion is not displaced and lateral accuracy can be maintained. However, since the ball portion and the taper shaft portion are separated from each other in the axial direction, when a force perpendicular to the axial direction is applied, a moment is generated in the plane including the axis of the ball stud, and this moment is tapered. Received in two axially and diametrically spaced portions of the hole. If the moment is particularly large, the above-mentioned 2
The surface pressure of the portion exceeds the yield strength of the ball stud or the mounting member, or even if it is not so large, it is continuously or intermittently applied to cause fatigue, causing a fatigue in the portion. The sag occurs near both ends of the tapered hole when the machining accuracy of the tapered shaft portion and the tapered hole is high, but does not always occur near both ends of the tapered hole when the machining accuracy is low. In such a case, the distance between the two parts against the moment is shortened, the surface pressure is increased, and it becomes easier to settle.

【0003】このようなへたりが発生すると、軸力が低
下してボールスタッドの緩みの原因となる。これを回避
する手段として、ボールスタッドおよび取付部材の材質
を硬度の高いものとすることが考えられるが、脆くなる
ため好ましくない場合が多い。そのため、同一材料を使
用して緩みを回避する工夫がなされており、その1つと
して実開昭57−30412号公報に開示されたボール
ジョイントがある。この考案は、取付部材における貫通
穴の両端部に、同一の中心軸を有する2つのテーパ穴部
を形成し、それらのテーパ穴部にテーパ軸部を有するボ
ールスタッドおよび片面がテーパ面となったナットを嵌
合して固定することにより緩みを防止するものである。
テーパ面で取付部材と締まり嵌合するナットを使用する
ことにより、平面で取付部材と摩擦係合するに過ぎない
通常のナットを使用する場合に比較して、ナットが前記
横力に基づくモーメントに有効に対抗することになるた
めへたりが生じにくくなり、ボールスタッドの緩みが起
こりにくくなるのである。
When such a settling occurs, the axial force is reduced, causing loosening of the ball stud. As a means for avoiding this, it is conceivable that the material of the ball stud and the mounting member has high hardness, but it is often not preferable because it becomes brittle. Therefore, the same material is used to avoid loosening, and one of them is a ball joint disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 57-30412. In this invention, two tapered hole portions having the same central axis are formed at both ends of the through hole in the mounting member, and a ball stud having a tapered shaft portion in these tapered hole portions and one surface thereof are tapered surfaces. The nut is fitted and fixed to prevent loosening.
By using a nut that fits tightly with the mounting member on the tapered surface, compared to the case of using a normal nut that only frictionally engages the mounting member on a flat surface, Since it effectively opposes, the settling is less likely to occur and the ball stud is less likely to loosen.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ナットが取付
部材と締まり嵌合しても、ナットとボールスタッドのね
じ部とは締まり嵌合しているわけではないので、ナット
と取付部材との締まり嵌合部がモーメントに対抗する2
部分の一方として機能するとは限らず、貫通穴の両端部
にテーパ部をそれぞれ精度良く形成し、しかもボールス
タッドに嵌合するテーパ穴とナットに嵌合するテーパ穴
との同心度を高くすることも困難であるため、期待した
効果が得られない場合がある。そこで、本発明は、安定
してボールジョイント装置の緩みを防止できる技術を得
ることを課題とする。
However, even if the nut is tightly fitted with the mounting member, the nut and the threaded portion of the ball stud are not tightly fitted, so that the nut and the mounting member are tightly fitted. Fitting part counters moment 2
It does not necessarily function as one of the parts, but it is necessary to form tapered parts at both ends of the through hole with high precision, and to increase concentricity between the tapered hole that fits the ball stud and the tapered hole that fits the nut. Since it is difficult, the expected effect may not be obtained. Then, this invention makes it a subject to obtain the technique which can prevent looseness of a ball joint apparatus stably.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の本発明は、ボールスタッドのテーパ軸部
が取付部材のテーパ穴に挿入され、取付部材にねじ締め
されるボールジョイント装置において、取付部材のテー
パ穴の表面に硬化層を形成することを要旨とするもので
あり、請求項2の発明は、さらに、ボールスタッドのテ
ーパ軸部に少なくとも一本の円環状の逃げ部を設けるこ
とを要旨とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention according to claim 1 is directed to a ball joint in which a tapered shaft portion of a ball stud is inserted into a tapered hole of a mounting member and screwed to the mounting member. In the device, the gist of the present invention is to form a hardened layer on the surface of the tapered hole of the mounting member, and the invention of claim 2 further provides at least one annular relief portion on the tapered shaft portion of the ball stud. It is the gist to provide.

【0006】[0006]

【作用】ボールスタッドのテーパ軸部が取付部材のテー
パ穴に嵌合されている状態でボール部に横方向の力が加
わると、嵌合部の軸方向および直径方向に隔たった2部
分の面圧が高くなる。取付部材の材質が硬度の高いもの
であればへたりは発生しない。しかし、ボールスタッド
および取付部材の材質は種々の面から制限を受ける。特
に、一般に大形であり、形状が複雑である取付部材は材
料量,製造方法等の面から制限を受けることが多く、材
料の選択によって硬度の要求を満たすことができない場
合が多い。そこで、請求項1の発明においては、取付部
材全体を高硬度の材料とすることなくテーパ穴の表面に
硬化層を形成することにより、へたりを防止することに
したのである。
When the lateral force is applied to the ball portion while the tapered shaft portion of the ball stud is fitted in the tapered hole of the mounting member, the two parts of the fitting portion are separated in the axial direction and the diametrical direction. The pressure increases. If the material of the mounting member has high hardness, the settling does not occur. However, the materials of the ball stud and the mounting member are limited by various aspects. In particular, a mounting member that is generally large and has a complicated shape is often limited by the amount of material, the manufacturing method, and the like, and it is often the case that the hardness cannot be satisfied depending on the selection of the material. Therefore, according to the first aspect of the present invention, the settling is prevented by forming a hardened layer on the surface of the tapered hole without making the entire mounting member a material of high hardness.

【0007】表面硬化には、メッキ,セラミック溶射等
により表面の材料そのものを変える方法と、ローラ加工
等による加工硬化により材料は変えず表面硬度だけを変
える方法とがある。このような方法でテーパ穴表面に効
果層が形成された取付部材を使用することにより、例え
ば取付部材にボールスタッドをナットで締めつける場
合、従来と同一の締めつけトルクで締めつけ、その結果
ボールスタッドに発生した軸力が従来と同一であって
も、へたりが発生しにくくなる分だけ、緩みが発生しに
くくなる。さらに、表面が硬化させられているためナッ
トの締めつけトルクを上げても取付部材のテーパ穴の変
形が起こりにくくなり、高い締めつけ力でナットを締め
つけることができ、ボールスタッドの軸力が増加して緩
みが一層発生しにくくなる。ボールスタッドのねじ部を
取付部材の雌ねじ穴に螺合してボールスタッドを取付部
材に固定する場合も同様である。
Surface hardening includes a method of changing the surface material itself by plating, ceramic spraying, etc., and a method of changing only the surface hardness without changing the material by work hardening such as roller processing. By using a mounting member with an effect layer formed on the surface of the tapered hole by such a method, for example, when tightening a ball stud with a nut on the mounting member, tighten it with the same tightening torque as before, and as a result, the ball stud is generated. Even if the applied axial force is the same as that of the conventional one, loosening is less likely to occur because fatigue is less likely to occur. Furthermore, since the surface is hardened, even if the tightening torque of the nut is increased, the deformation of the tapered hole of the mounting member does not easily occur, the nut can be tightened with a high tightening force, and the axial force of the ball stud increases. Loosening is less likely to occur. The same applies to the case where the ball stud is fixed to the mounting member by screwing the threaded portion of the ball stud into the female screw hole of the mounting member.

【0008】請求項2の発明においては、上記硬化層の
形成に加えてボールスタッドのテーパ軸部の形状も変更
する。テーパ軸部に円環状の逃げ部を形成することによ
って、テーパ軸部とテーパ穴との密着する部分を明確に
定めるのである。
According to the second aspect of the invention, in addition to the formation of the hardened layer, the shape of the tapered shaft portion of the ball stud is also changed. By forming an annular relief portion in the taper shaft portion, the portion where the taper shaft portion and the taper hole are in close contact is clearly defined.

【0009】ボールスタッドのテーパ軸部の中間に本来
のテーパ面よりへこんだ逃げ部を設ければ、逃げ部でな
い部分(以降、凸部と称する)において実質的な支持が
行われることとなる。したがって、凸部を嵌合部の任意
の位置に設けることにより、所望の位置でモーメントに
対抗させることができる。溝の数は少なくとも一本あれ
ば良くその本数に特に制限はない。ただし、テーパ穴の
両端近傍に凸部を設ければ、特にへたりが生じにくくな
る。また、この逃げ部の深さを増すことによりテーパ軸
部の直径がその部分において小さくなり、ボールスタッ
ド全体で小径部の長さが増して弾性変形能力が増大し、
緩みが発生しにくくなるのである。
If a recessed portion which is recessed from the original tapered surface is provided in the middle of the tapered shaft portion of the ball stud, substantial support is provided at a portion that is not the relief portion (hereinafter referred to as a convex portion). Therefore, by providing the convex portion at an arbitrary position of the fitting portion, it is possible to counter the moment at a desired position. The number of grooves may be at least one and the number is not particularly limited. However, if convex portions are provided in the vicinity of both ends of the tapered hole, it is particularly difficult for the settling to occur. Further, by increasing the depth of the relief portion, the diameter of the tapered shaft portion is reduced in that portion, the length of the small diameter portion is increased in the entire ball stud, and the elastic deformation capability is increased,
Loosening is less likely to occur.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上の如く、請求項1の発明に従って取
付部材のテーパ穴の表面に硬化層を形成することによ
り、テーパ穴の表面のへたりを低減させ、ボールスタッ
ドの緩みを安定して防止することができる。その上、請
求項2の発明に従ってボルスタッドのテーパ軸部に逃げ
部を設ければ、テーパ穴表面との密着部を明確に定める
ことができ、緩みを一層安定して防止することができ
る。
As described above, by forming the hardened layer on the surface of the taper hole of the mounting member according to the invention of claim 1, the settling of the surface of the taper hole is reduced and the looseness of the ball stud is stabilized. Can be prevented. In addition, if the tapered shaft portion of the Bolstad is provided with the relief portion according to the second aspect of the present invention, the contact portion with the surface of the tapered hole can be clearly defined, and the loosening can be prevented more stably.

【0011】[0011]

【実施例】次に、本発明を自動車の操舵装置のボールジ
ョイントに適用した場合の一実施例を説明する。図1に
おいて、符号10は操舵装置の一構成部材であるナック
ルアームである。ナックルアーム10にはボールスタッ
ド12が固定されている。このボールスタッド12は、
図示を省略するドラグリンクあるいはタイロッドの端部
に設けられた球面シートと共同してボールジョイントを
構成する。ボールスタッド12はボール部14,テーパ
軸部16およびねじ部18を備えており、テーパ軸部1
6およびねじ部18においてナックルアーム10に固定
される一方、ボール部14において上記球面シートと嵌
合させられて、ナックルアーム10とドラグリンク等と
を相対回動自在に連結するのである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment in which the present invention is applied to a ball joint of a steering device for an automobile will be described. In FIG. 1, reference numeral 10 is a knuckle arm that is a component of the steering device. A ball stud 12 is fixed to the knuckle arm 10. This ball stud 12 is
A ball joint is constructed in cooperation with a spherical surface seat provided at the end of a drag link or tie rod (not shown). The ball stud 12 includes a ball portion 14, a taper shaft portion 16 and a screw portion 18, and the taper shaft portion 1
6 and the screw portion 18 are fixed to the knuckle arm 10, while the ball portion 14 is fitted to the spherical seat so that the knuckle arm 10 and the drag link are rotatably connected to each other.

【0012】ボールスタッド12はSCM440製であ
って、上記テーパ軸部16の表面が焼き入れされた後、
研削により9.46°のテーパに寸法精度よく加工され
ている。また、テーパ軸部16の中間部には断面形状が
矩形の環状溝20が形成され、それによってテーパ軸部
16がボール部14に近い側から、第1テーパ部22,
小径部24および第2テーパ部26に分かれている。
The ball stud 12 is made of SCM440, and after the surface of the tapered shaft portion 16 is hardened,
It is processed into a taper of 9.46 ° by grinding with high dimensional accuracy. An annular groove 20 having a rectangular cross-section is formed in the middle of the tapered shaft portion 16, whereby the tapered shaft portion 16 moves from the side close to the ball portion 14 to the first tapered portion 22,
It is divided into a small diameter portion 24 and a second taper portion 26.

【0013】一方、ナックルアーム10は黒鉛鋳鉄FC
D400製であり、テーパ穴30が形成されている。テ
ーパ穴30の表面(以下、テーパ穴表面32と称する)
には後に詳述するローラ加工により加工層が形成されて
いる。このテーパ穴30にボールスタッド12のテーパ
軸部16が挿入されるとともに、ねじ部18にナット3
4が螺合されて締めつけられることにより、ボールスタ
ッド12がナックルアーム10に固定される。したがっ
て、第2テーパ部26は常に全体がテーパ穴30に嵌合
されるが、第1テーパ部22の一部はテーパ穴30の外
部に突出する。
On the other hand, the knuckle arm 10 is made of graphite cast iron FC.
It is made of D400 and has a tapered hole 30. Surface of tapered hole 30 (hereinafter referred to as tapered hole surface 32)
A processing layer is formed on the sheet by roller processing, which will be described in detail later. The taper shaft portion 16 of the ball stud 12 is inserted into the taper hole 30, and the nut 3 is attached to the screw portion 18.
The ball stud 12 is fixed to the knuckle arm 10 by screwing 4 and tightening. Therefore, the second tapered portion 26 is always entirely fitted in the tapered hole 30, but a part of the first tapered portion 22 projects to the outside of the tapered hole 30.

【0014】上記第1テーパ部22のテーパ穴30との
嵌合幅(嵌合部の軸方向の寸法)と第2テーパ部26の
幅とはボール部14に作用力Pが加えられた場合に、両
テーパ部22,26に加えられる反作用力F1,F2の
大きさを考慮して決定されている。作用力Pと反作用力
F1とのボールスタッド軸方向における距離をL1、反
作用力F2と反作用力F1との距離をL2としたとき、
F1=P+F2,F2・L2=P・L1の関係が成立す
る。また、第1,第2テーパ部22,26のテーパ穴3
0との嵌合部における平均直径(嵌合部の大径と小径と
の平均値)をD1,D2、幅をW1,W2としたとき、
第1,第2テーパ部22,26の平均面圧は、それぞれ
F1/(W1・D1),F2/(W2・D2)で表され
る。したがって、反作用力F1,F2が加えられた時に
これら両テーパ部22,26の平面圧がほぼ等しくなる
ように、第1テーパ部22のテーパ穴30との嵌合幅W
1と第2テーパ部26の幅W2とが設定されているので
ある。
The fitting width (the axial dimension of the fitting portion) of the first taper portion 22 with the taper hole 30 and the width of the second taper portion 26 are obtained when the acting force P is applied to the ball portion 14. In addition, it is determined in consideration of the magnitudes of the reaction forces F1 and F2 applied to the tapered portions 22 and 26. When the distance between the acting force P and the reaction force F1 in the axial direction of the ball stud is L1 and the distance between the reaction force F2 and the reaction force F1 is L2,
The relationship of F1 = P + F2, F2 · L2 = P · L1 is established. Further, the tapered holes 3 of the first and second tapered portions 22 and 26
When the average diameter of the fitting portion with 0 (the average value of the large diameter and the small diameter of the fitting portion) is D1 and D2 and the widths are W1 and W2,
The average surface pressures of the first and second tapered portions 22 and 26 are represented by F1 / (W1 · D1) and F2 / (W2 · D2), respectively. Therefore, when the reaction forces F1 and F2 are applied, the fitting width W of the first tapered portion 22 with the tapered hole 30 is set so that the planar pressures of the tapered portions 22 and 26 become substantially equal.
1 and the width W2 of the second taper portion 26 are set.

【0015】上記テーパ穴30の表面には厚さ0.3m
m以上の加工硬化層が形成されている。ナックルアーム
10の材質FCD400は、経済性および機械的性質の
点から選定された。ナックルアーム10は構造が複雑で
あるため、鋳造法による製造が適しており、また、大形
の部品であって経済性が要求されるため、鋳鉄が選択さ
れた。さらに、ナックルアーム10は走行時に種々の環
境に曝されるため、広い温度領域で機械的性質の要求を
満たすことが必要である。特に、低温領域の靭性が重要
であり、そのため、低温靭性の良好なFCD400が選
択された。しかし、FCD400は低温靭性が良好であ
る反面、硬度がやや不十分であるためテーパ穴表面32
のみの部分硬化が行われているのである。
The surface of the tapered hole 30 has a thickness of 0.3 m.
A work-hardened layer of m or more is formed. The material FCD400 of the knuckle arm 10 was selected in terms of economical efficiency and mechanical properties. Since the knuckle arm 10 has a complicated structure, it is suitable to be manufactured by a casting method. Further, since it is a large-sized part and economical efficiency is required, cast iron is selected. Further, since the knuckle arm 10 is exposed to various environments during traveling, it is necessary to satisfy the requirements of mechanical properties in a wide temperature range. In particular, toughness in the low temperature region is important, and therefore FCD400 having good low temperature toughness was selected. However, while FCD400 has good low temperature toughness, it has a slightly insufficient hardness, and therefore has a tapered hole surface 32.
Only partial curing is performed.

【0016】上記加工硬化層は、テーパ穴30の切削加
工後、図2に示すテーパローラ加工具40によるローラ
加工によって形成されたものである。テーパローラ加工
具40は、通常テーパ穴の表面粗さを改善する目的で使
用される加工具である。テーパローラ加工具40の加工
部42のテーパ部44には細径のローラ46がテーパ面
に沿って等間隔で6本回転可能に取り付けられている。
このテーパ部44がテーパ穴30に挿入され、所定の軸
方向力を加えられつつ回転させられ、テーパ穴表面32
が加工硬化させられる。この時、テーパ穴表面32には
ローラ46が接触するが、くさび効果とローラ46が細
径であることにより接触面圧が非常に大きく、効率よく
加工硬化が行われる。
The work-hardened layer is formed by cutting the tapered hole 30 and then performing roller processing by the taper roller processing tool 40 shown in FIG. The taper roller processing tool 40 is a processing tool usually used for the purpose of improving the surface roughness of the tapered hole. On the taper portion 44 of the processing portion 42 of the taper roller processing tool 40, six rollers 46 having a small diameter are attached so as to be rotatable along the taper surface at regular intervals.
The taper portion 44 is inserted into the taper hole 30 and is rotated while being applied with a predetermined axial force.
Is work hardened. At this time, the roller 46 comes into contact with the tapered hole surface 32, but due to the wedge effect and the small diameter of the roller 46, the contact surface pressure is very large, and work hardening is efficiently performed.

【0017】テーパローラ加工具40は図示しない加工
装置の主軸に取り付けられて回転及び送りが与えられ
る。テーパローラ加工具40の柄部52はばねを内蔵し
ており、ローラ46にそのばね力に抗する力が加えられ
る場合には、その力に応じて加工部42の柄部52に対
する位置が変わる。したがって、ローラ46がテーパ穴
表面32に接触した後はテーパローラ加工具40(正確
にはそれの柄部52)が送られても、加工部42はその
送り量分だけテーパ穴30内に挿入されるわけではな
く、柄部52内部のばねが撓み、その撓み量に応じて加
工部42のローラ46をテーパ穴表面32に押しつける
力(以降、押圧力と称する)が増大する。
The taper roller processing tool 40 is attached to a main shaft of a processing device (not shown) to be rotated and fed. The handle 52 of the taper roller processing tool 40 has a built-in spring, and when a force against the spring force is applied to the roller 46, the position of the processing portion 42 with respect to the handle 52 changes according to the force. Therefore, even if the taper roller processing tool 40 (correctly, its handle 52) is fed after the roller 46 contacts the taper hole surface 32, the processing portion 42 is inserted into the taper hole 30 by the feed amount. However, the spring inside the handle portion 52 bends, and the force (hereinafter, referred to as pressing force) for pressing the roller 46 of the processing portion 42 against the tapered hole surface 32 increases in accordance with the amount of the bending.

【0018】図3にローラ46がテーパ穴表面32に接
触した後の柄部52の送り量と押圧力との関係を示す。
この図から、送り量と押圧力とに1次の相関があること
がわかる。したがって、必要な押圧力は柄部52の送り
量を調整することによって得ることができる。以下、各
種実験に基づくデータを参照しながら説明を行うが、こ
れらの実験では被加工物にはナックルアーム10と同一
材料である黒鉛鋳鉄FCD400を用い、加工条件は回
転数250rpm,加工時間10秒とした。また、被加
工物のテーパ穴は上記鋳鉄を切削加工して形成した。
FIG. 3 shows the relationship between the feed amount of the handle 52 and the pressing force after the roller 46 contacts the surface 32 of the tapered hole.
From this figure, it can be seen that there is a first-order correlation between the feed amount and the pressing force. Therefore, the necessary pressing force can be obtained by adjusting the feed amount of the handle 52. Hereinafter, description will be given with reference to data based on various experiments. In these experiments, a graphite cast iron FCD400, which is the same material as the knuckle arm 10, is used as a workpiece, a processing condition is a rotation speed of 250 rpm, and a processing time is 10 seconds. And The taper hole of the work piece was formed by cutting the cast iron.

【0019】図4に押圧力を変化させたときの加工硬化
の程度を示す。この図は、被加工部材の硬さの深さ方向
の分布を示すものである。硬さの測定は、JISビッカ
ース硬さ試験方法(Z2244)によった。図4より、
テーパローラ加工具40の押圧力が大きくなるに連れて
被加工物の表面付近の硬さが増していることが分かる。
また、押圧力を大きくすることによって加工硬化の効果
が材料表面から離れた深い領域まで及ぶと言える。な
お、押圧力が0にもかかわらず材料の表面付近の硬さが
内部より大きくなっているが、これは、テーパ穴を切削
加工する際のリーマ加工によるものである。この結果を
基に押圧力と加工深さとの関係を示すのが図5である。
FIG. 4 shows the degree of work hardening when the pressing force is changed. This figure shows the distribution of the hardness of the workpiece in the depth direction. The hardness was measured according to the JIS Vickers hardness test method (Z2244). From Figure 4,
It can be seen that the hardness near the surface of the workpiece increases as the pressing force of the taper roller processing tool 40 increases.
Further, it can be said that by increasing the pressing force, the effect of work hardening extends to a deep region apart from the material surface. It should be noted that although the pressing force is 0, the hardness near the surface of the material is larger than that of the inside, but this is due to the reamer processing at the time of cutting the tapered hole. FIG. 5 shows the relationship between the pressing force and the working depth based on this result.

【0020】図4において、材料の深い部分では硬さは
およそ170HV に収束しており、この値が材料本来の
硬さである。したがって、この値より若干高い180H
V を加工硬化による硬度上昇効果のしきい値とし、その
しきい値以上の硬度を有する部分の表面からの深さを加
工深さとする。
In FIG. 4, the hardness converges to about 170 H V in the deep portion of the material, and this value is the original hardness of the material. Therefore, 180H which is slightly higher than this value
Let V be the threshold value of the hardness increasing effect by work hardening, and let the depth from the surface of the portion having a hardness equal to or higher than the threshold value be the working depth.

【0021】図5に見られるように、テーパローラ加工
具40の押圧力と加工深さには相関がある。なお、押圧
力0での値を括弧内に記入したが、既に述べたとおり、
テーパ穴を切削加工する際のリーマ加工による加工硬化
によって、このような値が得られたものである。したが
って、本来この点はもっと図中の線に近い位置に存在す
るものである。
As shown in FIG. 5, there is a correlation between the pressing force of the taper roller processing tool 40 and the processing depth. In addition, the value when the pressing force is 0 is written in parentheses, but as already mentioned,
Such a value is obtained by work hardening by reaming when cutting the tapered hole. Therefore, this point originally exists closer to the line in the figure.

【0022】次に、加工深さと被加工部材の降伏荷重と
の関係を図6に示す。降伏荷重の測定は図7に示す方法
で行った。台座60上にテーパ穴表面が加工硬化させら
れた被加工部材62を乗せ、そのテーパ穴64にテーパ
軸部66を有するボールスタッド68を挿入し、ボール
スタッド68のボール部70の上部から圧入速度0.5
mm/分で被加工部材62が降伏するまで圧力を加え続
け、その降伏時の荷重(降伏値)を読み取るのである。
降伏値は、荷重の増加による被加工部材62の変形が弾
性変形領域を外れ、塑性変形が生じたことによりボール
スタッド68に0.1mmの軸方向変位が生じるときの
荷重値を読み取る。
Next, FIG. 6 shows the relationship between the working depth and the yield load of the workpiece. The yield load was measured by the method shown in FIG. A work piece 62 whose surface is hardened by taper is placed on a pedestal 60, a ball stud 68 having a taper shaft portion 66 is inserted into the taper hole 64, and a press-fitting speed is applied from above the ball portion 70 of the ball stud 68. 0.5
The pressure is continuously applied until the workpiece 62 yields at a rate of mm / min, and the load (yield value) at that yield is read.
The yield value is read as the load value when the deformation of the member to be processed 62 due to the increase of the load deviates from the elastic deformation region and the plastic deformation occurs, so that the ball stud 68 is displaced by 0.1 mm in the axial direction.

【0023】具体的には、図8に示すように、荷重とボ
ールスタッド68の軸方向の変位量との関係を示す荷重
−変位線とその荷重−変位線の直線部に平行でボールス
タッド68の0.1mmの軸方向変位に当たる距離だけ
水平方向に離れた直線との交点の荷重値を読み取るので
あり、ローラ加工されていない場合には、曲線Aと直線
Cとの交点で9tfであるが、テーパローラ加工具40
の送り量が4mmのローラ加工がされている場合は、曲
線Bと直線Cとの交点で11tfである。また、ローラ
加工がなされた時の降伏値11tfと同じ荷重を、ロー
ラ加工がされていない時に加えた場合には、塑性変形に
基づくボールスタッド68の軸方向変位が1mmにも達
する。この結果から、ローラ加工による加工硬化によっ
て被加工部材の表面硬度が高くなり、塑性変形が起こり
にくくなっていることが明らかである。
Specifically, as shown in FIG. 8, the load-displacement line indicating the relationship between the load and the axial displacement of the ball stud 68 and the ball stud 68 parallel to the straight line portion of the load-displacement line. The load value at the intersection with a straight line horizontally separated by a distance corresponding to the axial displacement of 0.1 mm is read. If the roller is not machined, the intersection between the curve A and the straight line C is 9 tf. , Taper roller processing tool 40
In the case where the roller is processed with a feed amount of 4 mm, the intersection point between the curve B and the straight line C is 11 tf. Further, when the same load as the yield value 11tf when the roller processing is performed is applied when the roller processing is not performed, the axial displacement of the ball stud 68 due to plastic deformation reaches 1 mm. From this result, it is apparent that the surface hardness of the member to be processed is increased by the work hardening by the roller processing, and the plastic deformation is less likely to occur.

【0024】図6の降伏荷重増加率は、被加工部材62
の内径及び外径を変化させた種々の条件で測定されてお
り、その結果、加工深さを適当に設定することにより降
伏荷重増加率を10%以上増加させることができること
が明らかとなった。また、この図より、降伏荷重増加率
を10%以上とするには、加工深さが0.3mm以上と
なる大きさに押圧力を設定すればよいと言える。
The yield load increase rate of FIG.
Was measured under various conditions in which the inner diameter and the outer diameter of the steel were changed, and as a result, it was revealed that the yield load increase rate could be increased by 10% or more by appropriately setting the working depth. Further, from this figure, it can be said that in order to increase the yield load increase rate to 10% or more, the pressing force should be set to a size such that the working depth is 0.3 mm or more.

【0025】以上の如く、ボールジョイント装置の取付
部材のテーパ穴表面を加工硬化させることにより、テー
パ穴の降伏強度を増加させることができる。降伏強度の
増加は、ボールスタッド12とナックルアーム10とが
嵌合されているときに、ボールスタッド12に加えられ
る作用力Pによりナックルアーム10がへたらず、その
結果としてボールスタッド12の緩みが起こりにくくな
ることを目的として行われるものである。したがって、
降伏強度の増加がへたりの減少にどの程度寄与するかが
重要であり、今回の結果から得られた降伏強度10%以
上の増加という事実は、加工硬化層の形成がへたりの減
少に有効であることを示している。
As described above, the yield strength of the tapered hole can be increased by work hardening the surface of the tapered hole of the mounting member of the ball joint device. The increase in yield strength means that when the ball stud 12 and the knuckle arm 10 are fitted, the knuckle arm 10 does not sag due to the acting force P applied to the ball stud 12, and as a result, the looseness of the ball stud 12 is prevented. This is done with the aim of making it less likely to happen. Therefore,
It is important how much the increase in yield strength contributes to the reduction of the settling. The fact that the yield strength increases by 10% or more obtained from this result is effective in reducing the settling of work hardened layers. Is shown.

【0026】なお、テーパローラ加工具40は通常、加
工面を平滑化し、被加工部のテーパ部の真円度を向上さ
せることを目的として使用されるが、この目的は、図9
に示す如く0.3mm程度の加工深さに到る前に十分に
達成されるため、本実施例の如く0.3mmを超える加
工深さとなるまで加工を行うことは従来行われていなか
った。したがって、本実施例のテーパローラ加工具40
の使用の態様は極めて特殊なものであり、従来の使用と
は目的を異にするものである。 また、テーパローラ加
工具40を用いずにテーパ軸部を被加工部材に押し込む
ことによって降伏強度を上げることも考えられるが、こ
のような場合接触面積が大きくなるため、面圧を得るた
めにテーパ軸部に極めて大きな力が加えられることとな
り、被加工部材の塑性変形量も大きなものとなって実用
的でない。テーパローラ加工具40による加工は、細径
のローラ46の作用により、小さな押圧力で大きな面圧
が得られ、被加工部材の塑性変形が殆ど無い状態で加工
できる点に特徴があるのである。
The taper roller processing tool 40 is usually used for the purpose of smoothing the processed surface and improving the roundness of the taper portion of the processed portion. This purpose is shown in FIG.
Since it is sufficiently achieved before reaching the processing depth of about 0.3 mm as shown in (4), it has not been conventionally performed until the processing depth exceeds 0.3 mm as in the present embodiment. Therefore, the taper roller processing tool 40 of the present embodiment
The use of is very specific and has a purpose different from the conventional use. It is also possible to increase the yield strength by pushing the taper shaft portion into the member to be processed without using the taper roller processing tool 40. However, in such a case, the contact area becomes large, and therefore the taper shaft is required to obtain the surface pressure. Since an extremely large force is applied to the portion, the amount of plastic deformation of the member to be processed becomes large, which is not practical. The processing by the taper roller processing tool 40 is characterized in that due to the action of the roller 46 having a small diameter, a large surface pressure can be obtained with a small pressing force, and the processing can be performed in a state where there is almost no plastic deformation of the member to be processed.

【0027】また、図1のように、ボールスタッド12
のテーパ軸部16に小径部24を有することにより、テ
ーパ面の加工精度が多少悪くてもボールスタッド12は
テーパ軸部16の両端近傍部においてテーパ面30と締
まり嵌合することが保証され、ボール部14に加えられ
る横方向の作用力Pに基づくモーメントに有効に対抗で
きる。また、小径部24を有することによりナット34
の締めつけ時におけるボールスタッド12の弾性変形量
が増大する。テーパ軸部16が連続したテーパ部によっ
て形成されている場合には、ボールスタッド12の弾性
変形に実質的に寄与する部分はねじ部18とそれに隣接
する小径部だけであるため、締めつけ時における弾性変
形量は少なく、ナックルアーム10のわずかな変形によ
って弾性変形が解消されてしまい、軸力が失われてボー
ルスタッド12の取付部が緩む恐れがある。それに対し
て、テーパ軸部16の中間に小径部24が形成されるこ
とにより、弾性変形可能部分増加するため、へたりによ
る変形に対して弾性力を維持できる範囲が広くなり、ボ
ールスタッド12の取付部が緩みの発生が抑制される。
Further, as shown in FIG. 1, the ball stud 12
Since the tapered shaft portion 16 has the small diameter portion 24, the ball stud 12 is guaranteed to be tightly fitted to the tapered surface 30 in the vicinity of both ends of the tapered shaft portion 16 even if the processing accuracy of the tapered surface is somewhat poor. The moment based on the lateral acting force P applied to the ball portion 14 can be effectively countered. Further, by having the small diameter portion 24, the nut 34
The amount of elastic deformation of the ball stud 12 at the time of tightening is increased. When the taper shaft portion 16 is formed by a continuous taper portion, the portion that substantially contributes to the elastic deformation of the ball stud 12 is only the screw portion 18 and the small-diameter portion adjacent to the screw portion 18, so that the elasticity at the time of tightening is improved. The amount of deformation is small, and a slight deformation of the knuckle arm 10 cancels the elastic deformation, and the axial force may be lost to loosen the mounting portion of the ball stud 12. On the other hand, since the small-diameter portion 24 is formed in the middle of the tapered shaft portion 16, the elastically deformable portion is increased, so that the range in which the elastic force can be maintained against the deformation due to the fatigue is widened, and the ball stud 12 has The occurrence of loosening of the mounting portion is suppressed.

【0028】なお、上記実施例においては、ボールスタ
ッド12の第1テーパ部22の表面と第2テーパ部26
の表面とが同一テーパ面上に位置するようにされていた
が、図10に示すボールスタッド72におけるように、
第2テーパ部78の表面が第1テーパ部76の表面より
Δrだけ半径の小さいテーパ面上に位置するようにする
ことも可能である。このボールスタッド72は、図11
のようにナックルアーム10に小径部74が締めつけら
れたとき僅かに伸び、第2テーパ部78がテーパ穴30
の小径側へ移動してその位置でテーパ穴30に締まり嵌
合することにより、第1,第2テーパ部76,78のい
ずれもがテーパ穴30と締まり嵌合する。したがって、
ボールスタッド72の弾性変形能力は前記ボールスタッ
ド12のそれより大きく、その分緩みが生じにくい。ま
た、テーパ穴の表面硬度の向上はメッキ処理等の表面処
理によって行ってもよく、また、逃げ部は複数でもよ
く、その深さは周辺より僅かにへこむ程度でもよい。さ
らに、本発明のボールジョイントの用途は、ナックルア
ームに限られるものではなく、懸架装置用ボールジョイ
ント等他の車両用ボールジョイントは勿論、他の用途の
ボールジョイントにも適用が可能である。その他、特許
請求の範囲を逸脱すること無く、当業者の知識に基づい
て種々の変更、改良を施した態様で本発明を実施するこ
とができる。
In the above embodiment, the surface of the first taper portion 22 of the ball stud 12 and the second taper portion 26 are formed.
The surface of the ball stud 72 is located on the same taper surface as in the ball stud 72 shown in FIG.
It is also possible that the surface of the second taper portion 78 is located on the taper surface having a radius smaller by Δr than the surface of the first taper portion 76. This ball stud 72 is shown in FIG.
When the small diameter portion 74 is tightened to the knuckle arm 10 as shown in FIG.
By moving to the smaller diameter side and tightly fitting in the tapered hole 30 at that position, both the first and second tapered portions 76 and 78 tightly fit in the tapered hole 30. Therefore,
The elastic deformation capacity of the ball stud 72 is larger than that of the ball stud 12, and the loosening is less likely to occur. Further, the surface hardness of the tapered hole may be improved by a surface treatment such as a plating treatment, a plurality of relief portions may be provided, and the depth thereof may be slightly depressed from the periphery. Further, the use of the ball joint of the present invention is not limited to the knuckle arm, and it can be applied not only to other vehicle ball joints such as suspension device ball joints but also to other use ball joints. Besides, the present invention can be implemented in variously modified and improved modes based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例であるボールジョイント装置
の正面断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view of a ball joint device according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記ボールジョイント装置のテーパ穴の表面加
工を行うテーパローラ加工具の正面図である。
FIG. 2 is a front view of a taper roller processing tool for processing the surface of a tapered hole of the ball joint device.

【図3】上記テーパローラ加工具の送り量とテーパロー
ラ加工具の押圧力との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the feed amount of the taper roller processing tool and the pressing force of the taper roller processing tool.

【図4】上記テーパローラ加工具により処理されたテー
パ穴表面からの深さとその深さにおける硬さの関係を示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the depth from the surface of the tapered hole processed by the taper roller processing tool and the hardness at that depth.

【図5】上記テーパローラ加工具の押圧力と加工深さと
の関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pressing force of the taper roller processing tool and the processing depth.

【図6】上記加工深さと降伏荷重の増加率との関係を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the working depth and the yield load increase rate.

【図7】上記降伏荷重の測定における試験片取り付け状
態の正面断面図である。
FIG. 7 is a front cross-sectional view of a test piece attached in the measurement of the yield load.

【図8】上記降伏荷重の測定における荷重と変位量との
関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a load and a displacement amount in the measurement of the yield load.

【図9】上記加工深さと加工面の平滑度,真円度との関
係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the processing depth and the smoothness and roundness of the processed surface.

【図10】テーパ径の異なるボールスタッドの正面図で
ある。
FIG. 10 is a front view of ball studs having different taper diameters.

【図11】テーパ径の異なるボールスタッドを用いたボ
ールジョイント装置の正面断面図である。
FIG. 11 is a front sectional view of a ball joint device using ball studs having different taper diameters.

【符号の簡単な説明】[Simple explanation of symbols]

10 ナックルアーム 12 ボールスタッド 16 テーパ軸部 20 環状溝 22 第1テーパ部 24 小径部 26 第2テーパ部 30 テーパ穴 32 テーパ穴表面 64 テーパ穴 68 ボールスタッド 72 ボールスタッド 74 小径部 76 第1テーパ部 78 第2テーパ部 10 Knuckle Arm 12 Ball Stud 16 Tapered Shaft Part 20 Annular Groove 22 First Tapered Part 24 Small Diameter Part 26 Second Tapered Part 30 Tapered Hole 32 Tapered Hole Surface 64 Tapered Hole 68 Ball Stud 72 Ball Stud 74 Small Diameter Part 76 First Tapered Part 78 Second taper portion

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ボールスタッドのテーパ軸部が取付部材
のテーパ穴に挿入され、取付部材にねじ締めされるボー
ルジョイント装置において、 前記取付部材のテーパ穴の表面に硬化層を形成したこと
を特徴とするボールジョイント装置。
1. A ball joint device in which a tapered shaft portion of a ball stud is inserted into a tapered hole of a mounting member and screwed to the mounting member, wherein a hardened layer is formed on a surface of the tapered hole of the mounting member. Ball joint device.
【請求項2】 前記ボールスタッドのテーパ軸部に少な
くとも一本の円環状の逃げ部を設けたことを特徴とする
請求項1記載のボールジョイント装置。
2. The ball joint device according to claim 1, wherein at least one annular relief portion is provided on the tapered shaft portion of the ball stud.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170065383A (en) * 2015-12-03 2017-06-13 현대자동차주식회사 Ball joint unit for assembling link connector of suspension

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