JPWO2011049012A1 - ボールジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】ダストカバーの膜部が引っ張られても良好なシール性を維持でき、またダストカバーの組み付け性を向上できるボールジョイントを安価に提供する。【解決手段】球頭部１６を有するボールスタッド１２と、球頭部１６を回動可能に収容し一方に開口部３４を有するソケット３２と、ダストカバー３６とを備えるボールジョイント１０に於いて、ボールスタッド１２は、第１鍔部２０、中間軸部２２、第２鍔部２４を設け、ダストカバー３６は、第１鍔部２０と第２鍔部２４に挟持され中間軸部２２に嵌合する内周部４４、第２鍔部２４に密着するリップ部５０、少なくとも１箇所の隙間４８を有し第２鍔部２４に当接する突起部４６を設ける。【選択図】 図４

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、特にダストカバーのシール性が低下しないボールジョイントに関する。

従来、車両のサスペンション機構やステアリング機構に使用されるボールジョイントとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このボールジョイントは、ゴム等の弾性材よりなるダストカバーの小径側端部に、ボールスタッドのフランジ部の外周面の全周にわたり弾性で密着するリップ部（円環状突起）を設け、ダストカバーの弾性による付勢力で小径側端部をボールスタッドのフランジ部端面に密着させる構造となっている。

実開平１−１３９１１９号公報

しかしながら、ダストカバーの弾性力は、熱劣化等の経時変化で低下し、また低温環境下では、ゴム等の弾性材が硬化して弾性力は常温環境下に比べて著しく低下する。そのため、上記に示すような従来のボールジョイントにあっては、ダストカバーの弾性力の低下に伴い小径側端部のフランジ部端面への付勢力が減少し、小径側端部とフランジ部の密着性を維持することができなくなる。

特に低温環境下でボールスタッドが揺動すると、ダストカバーの膜部（ベローズ部）が伸びる側、すなわちダストカバーが装着されているソケット外周面とボールスタッドのフランジ部の距離が長くなる側は、硬化した膜部によってダストカバーの小径側端部がソケット側方向に引っ張られるため、ボールスタッドに対する適正な組み付け状態を維持できなくなり、ダストカバーのシール性が低下する。

従って、特許文献１に記載されたボールジョイントの構造では、ボールジョイントが使用される全環境において、ダストカバーの良好なシール性を発揮できない問題がある。

またダストカバーの付勢力は、ダストカバーをソケットとボールスタッドに組み付けた際の、膜部の変形が元に戻ろうとする弾性力により生じる力であるため、膜厚や膜長等の膜部の形状が得られる付勢力の大きさに影響を与える。

ダストカバーは、ソケットに対するボールスタッドの揺動角が大きいほど、その揺動作動に追従させるために膜長を大きくする必要があるが、膜長が大きくなるほど、ソケットとボールスタッドに組み付けた状態でダストカバーの膜部が座屈や部分的な著しい屈曲等を起すことがなく、所定の付勢力を発生することが困難となる。

従って、比較的大きな揺動角が必要な場合に、特許文献１に記載されたボールジョイントの構造では、小径側端部をボールスタッドのフランジ部端面に密着させるのに必要な付勢力を得られない問題もある。

更に、比較的大きな揺動角が必要な場合には、膜部の形状に所定の付勢力を発生させる機能が付加されるため、その機能の付加がない場合比べ、厚い膜厚や弾性変形の状態を考慮した複雑な膜形状や高精度な膜形状の管理が必要となり、ダストカバーのコストが増加する。

本発明は、ダストカバーの膜部が引っ張られても良好なシール性を維持でき、またダストカバーの組み付け性を向上できるボールジョイントを安価に提供することを目的とする。

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、スタッド部の一端に球頭部を設けたボールスタッドと、球頭部を回動可能に収容し一方にスタッド部が突出する開口部を設けたソケットと、スタッド部に装着する小径開口部とソケットに装着する大径開口部を設け弾性を有したダストカバーとを備えるボールジョイントに於いて、ボールスタッドは、スタッド部に球頭部側から順に第１鍔部、中間軸部、第２鍔部を設け、ダストカバーは、小径開口部に、第１鍔部と第２鍔部に挟持され、中間軸部に弾性により嵌合する内周部と、第２鍔部の外周面に弾性により密着するリップ部と、内周部とリップ部との間に位置し、少なくとも１箇所の隙間を有して第２鍔部の球頭部側端面に当接する突起部と、を設けたことを特徴とする。

ここで、ダストカバーの突起部は、１又は複数の切り欠き部を設けた円環状突起、又は円錐状突起、半円球状突起、円柱状突起、角錐状突起、角柱状突起の何れか１種類又は２種類以上を組み合わせて円周方向に配置した複数の突起からなる。

また、ボールスタッドの第２鍔部は、球頭部側端面が径方向内側に向けて球頭部側に接近するように傾斜し、ボールスタッドの中間軸部は、外周面が球頭部側に向けて直径が減少するように傾斜する。

更に、ダストカバーの内周部は、第１鍔部側端部の直径が第２鍔部側端部の直径よりも大きく、潤滑剤を保持する円周方向の溝を設ける。

本発明によれば、ボールスタッドに第１鍔部と第２鍔部を設けたことにより、ダストカバーの小径開口部をボールスタッドに確実に保持できるため、使用環境によるダストカバーの弾性力に変化があっても、ダストカバーのボールスタッドに対する密着を維持でき、その際にダストカバーのボールスタッドへの付勢力を確保するために、膜厚を増加させたり複雑な形状にしたりすることが必要ないため、良好なシール性を維持できるボールジョイントを安価に提供することができる。

本発明によれば、ダストカバーに少なくとも１箇所の隙間を有してボールスタッドの第２鍔部の球頭部側端面に当接する突起部を設けたことにより、ボールスタッドの第１鍔部と第２鍔部の間にダストカバーの内周部を確実に位置決めすることができるため、良好なシール性を確保できる。

また突起部に、ボールスタッドの第２鍔部の球頭部側端面に当接しない箇所を設けることで、突起部の変形剛性を低減することができるため、ダストカバーの組み付け時に、突起部が第２鍔部の外周面に乗り上げた状態で停止することがなく、ダストカバーを所定の位置に容易に組み付けることができる。

更に、ボールジョイントの使用状態において、ソケットに対してボールスタッドがその軸線回りに摺動作動する際に、突起部にボールスタッドとの非接触箇所があることで、ダストカバーのボールスタッドとの供回りを防止できシール性を向上できる。

本発明によれば、ボールスタッドの第２鍔部の球頭部側端面を径方向内側に向けて球頭部側に接近するように傾斜させたことにより、ダストカバーの組み付け時に、突起部が所定位置へ導入される際の抵抗を低減することができるため、ダストカバーの組み付け性を向上できる。

本発明によれば、ボールスタッドの中間軸部の外周面を球頭部側に向けて直径が減少するようにテーパ状としたことにより、ダストカバーの組み付け時に小径開口部の内周部が着座していく過程で、内周部と中間軸部の外周面の接触抵抗を低減して移動し易くなり、内周部及び突起部を所定位置に円滑に導入できるため、ダストカバーの組み付け性を向上できる。

本発明によれば、ダストカバーの小径開口部の内周部を第１鍔部側端部の直径が第２鍔部側端部の直径よりも大きくしたことにより、ダストカバーの組み付け時に小径開口部の内周部が着座していく過程で、内周部と中間軸部の外周面の接触抵抗を低減して移動し易くなり、内周部及び突起部を所定位置に円滑に導入できるため、ダストカバーの組み付け性を向上できる。

本発明に係るボールジョイントの実施形態を示す断面図 図１のダストカバーとボールスタッドを示す説明図 図２のダストカバーの小径開口部を拡大して示す説明図 図１のボールスタッドとダストカバーの嵌合部を拡大して示す断面図 図４の突起部に隙間がない場合の組み付け不良を示す断面図 本発明に係るボールジョイントの他の実施形態を示す説明図 本発明に係るボールジョイントの他の実施形態を示す説明図 本発明に係るボールジョイントの他の実施形態を示す断面図

図１は、本発明のボールジョイントの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３０、ソケット３２、ダストカバー３６で構成される。

ボールジョイント１０は、ボールスタッド１２の一端に形成した球頭部１６をボールシート３０を介してソケット３２に組み込み、ソケット３２の開口部３４をカシメ成形してボールスタッド１２を揺動及び回動自在に支持している。ボールスタッド１２とソケット３２の間には、開口部３４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３６を装着している。

図２は、図１のダストカバー３６とボールスタッド１２の各々を示す説明図であり、図２（Ａ）はダストカバー３６の断面、図２（Ｂ）はボールスタッド１２を示している。図２（Ａ）において、ダストカバー３６はゴム等の弾性材で形成され、膜部３８の一端に小径開口部４０、他端には大径開口部５２を有し、大径開口部５２には金属の補強環５４を埋込んだ周縁部５６が形成され、補強環５４によって剛性を確保してソケット３２に固定される。

本実施形態において、大径開口部５２に補強環５４を埋め込んでいるが、大径開口部５２のソケット３２への固定は他の形態でも構わない。また、膜部３８の形状も図２（Ａ）に示す形状に限定されるものではなく、他の形状でも構わない。

図２（Ｂ）において、ボールスタッド１２は、スタッド部１４の一端に球頭部１６を設け、スタッド部１４は球頭部１６側から順に頚部１８、第１鍔部２０、中間軸部２２、第２鍔部２４、係止部２６、柄部２８を設けている。第１鍔部２０と第２鍔部２４の間の凹部である中間軸部２２の外径は、第１鍔部２０及び第２鍔部２４の外径より小径になっていればよい。

本実施形態において、第１鍔部２０の外径は、第２鍔部２４の外径よりも小径になっているが、これは設計的事項であり、ボールジョイントに要求される仕様によっては、第２鍔部２４の外径に対して同径又は大径であっても構わない。

また本実施形態においては、柄部２８の外周にはネジを形成すると共に係止部２６を設け、柄部２８を対象の部品、例えばサスペンションアーム等にナットで固定するが、係止部２６及び柄部２８の配置や形状は、ボールジョイント１０の取り付け方法によって任意である。

図３は、図２（Ａ）に示すダストカバー３６の小径開口部４０を拡大して示す説明図であり、図３（Ａ）は断面、図３（Ｂ）は図３（Ａ）を上方から見た平面を示し、図３（Ｂ）の断面Ｓ−Ｓが図３（Ａ）となる。

図３（Ａ）において、小径開口部４０は、膜部３８側から顎部４２、内周部４４、突起部４６、リップ部５０を設け、突起部４６は隙間４８を有している。内周部４４の内周面４４ａは内径φＤの円筒状で、ボールスタッド１２に装着していない状態では、嵌合するボールスタッド１２の中間軸部２２の外径より小径となっている。

突起部４６は、先端部４６ａが丸い三角形の断面形状を有し、リップ部５０は先端部５０ａの内径φＥが、根元部５０ｂの内径φＦより小径となっている。また先端部５０ａの内径φＥは、ボールスタッド１２に装着していない状態では、嵌合するボールスタッド１２の第２鍔部２４の外径より小径となっている。本実施形態では、突起部４６の断面形状は三角形であるが、半円等の他の形状でも構わない。

図３（Ｂ）において、円周方向に環状で、その一部を切り欠いた隙間４８を有する突起部４６が、内周部４４とリップ部５０の間にある。本実施形態では、突起部４６の隙間４８は１箇所であるが、２箇所以上でも構わない。

図４は、図１のボールスタッド１２とダストカバー３６の嵌合部を拡大して示す断面図であり、図２（Ａ）に示すダストカバー３６を、大径開口部５２側から図２（Ｂ）に示すボールスタッド１２の柄部２８側に挿入し、小径開口部４０が係止部２６を越えてスタッド部１４の所定位置に嵌合された状態である。

図４において、ダストカバー３６は、顎部４２が第１鍔部２０の第２鍔部側端面２０ａに当接すると共に、内周部４４が弾性によりボールスタッド１２の中間軸部２２に嵌合している。内周部４４の内周面４４ａと中間軸部２２の外周面２２ａが密着することで、シール性を確保している。

また、リップ部５０が弾性により第２鍔部２４の外周面２４ａに密着し、これによって膜部３８が引っ張られた際の小径開口部４０のシール性を補強している。更に突起部４６は、隙間４８の部分を除いて第２鍔部２４の球頭部側端面２４ｂに当接している。

ダストカバー３６の突起部４６は、内周部４４をボールスタッド１２の第１鍔部２０と第２鍔部２４の間の軸方向に位置決めするために設けている。すなわち内周部４４は、突起部４６の先端４６ａと顎部４２が、第１鍔部２０と第２鍔部２４に圧縮されて挟まれることで位置決めされる。

このように、ダストカバー３６の内周部４４をボールスタッド１２の中間軸部２２に弾性で密着させるだけではなく、内周部４４を第１鍔部２０と第２鍔部２４に挟み込むようにして中間軸部２２に確実に嵌合することで、ダストカバー３６の小径開口部４０をボールスタッド１２に強固に保持できるため、良好なシール性を維持できる。

ダストカバー３６を組み付ける際には、ボールスタッド１２の球頭部１６をソケット３２内のボールシート３０に収納した後に、ボールスタッド１２の柄部２８側からダストカバー３６の大径開口部５２及び小径開口部４０を挿通させることになる。

ダストカバー３６の内周部４４が所定の位置に組み付く過程において、内周部４４が第２鍔部２４を通過して行く際に、顎部４２から順次第２鍔部２４を通過するため、内周部４４の第２鍔部通過後の部位は、弾性変形の復元力により第２鍔部２４の外形よりも小さい内径になり、その結果、内周部４４及びその周辺部は突起部４６側を径方向外側へ持ち上げる方向の力を受ける。また、リップ部５０の第２鍔部２４への緊迫力に対する反力も、突起部４６側を径方向外側へ持ち上げる方向の力を助長する方向に働く。

ここで、突起部４６に隙間４８がない場合、すなわち突起部４６の変形剛性が高いと、ダストカバー３６の組み付け時に、この径方向外側へ持ち上げる方向の力によって突起部４６が第２鍔部２４の外周面２４ａに乗り上げた状態で停止し易くなるが、突起部４６の一部を切り欠いて隙間４８を設けて変形剛性を低下させることでこれを防止でき、ダストカバー３６の組み付け性が向上する。

また、ダストカバー３６の内周部４４が、ボールスタッド１２の軸線方向に対して傾いた状態で中間軸部２２に着座して行くような場合には、突起部４６が第２鍔部２４の外周面２４ａに乗り上げた状態で停止してしまう等の組み付け不良（所定の位置に組み付かない状態）を発生し易い。

図５は、図４の突起部４６に隙間がない場合に起きる組み付け不良の一例を示す断面図である。図５において、ダストカバー３６の左側の突起部４６ｂはボールスタッド１２の所定の位置、すなわち第２鍔部２４の球頭部側端面２４ｂに当接しているが、右側の突起部４６ｃは第２鍔部２４の外周面２４ａに乗り上げ、また顎部４２ａも第１鍔部２０の第２鍔部側端面２０ａに当接せずに組み付け途中で停止してしまった状態である。

図６は、本発明に係るボールジョイントの他の実施形態を示す説明図であり、ダストカバー３６の小径開口部４０の、図６（Ａ）は断面、図６（Ｂ）は図６（Ａ）を上方から見た平面を示し、図６（Ｂ）の断面Ｓ−Ｓが図６（Ａ）となる。小径開口部４０の突起部形状及び内周部形状が異なる以外は図３に示す実施形態と同じである。

図６（Ａ）において、突起部５８は、複数の突起５８−１〜５８−ｎを内周部４４とリップ部５０の間に設けている。突起５８−１〜５８−ｎは、先端部５８ａが丸い円錐状であり、図６（Ｂ）に示すように、円周方向に等間隔で配置している。

また図６（Ａ）に示すように、内周部４４にはグリス等の潤滑剤を溜めて保持するために、円周方向に溝６０を設けても良い。本実施形態では、溝６０は１本であるが、これより細い溝を複数本としても良く、図１〜４に示す実施形態や後述の実施形態に設けても構わない。

このように、突起部５８を複数の突起５８−１〜５８−ｎで構成することで、図３に示す隙間４８を設けた円環状の突起部４６よりも変形剛性が低くなり、ダストカバー３６の組み付け性が更に向上する。

本実施形態においては、円錐状の突起５８−１〜５８−ｎが円周方向に等間隔で配置されているが、突起５８−１〜５８−ｎの形状は、円錐状、半円球状、円柱状、角錐状、角柱状の何れか１種類又は２種類以上を組み合わせてもよく、また円周方向に配置されれば等間隔でなくとも構わない。

図７は、本発明に係るボールジョイントの他の実施形態を示す説明図であり、ボールスタッド１２とダストカバー３６の嵌合部を示している。図７（Ａ）は、ボールスタッド１２の第２鍔部形状が異なる以外は図１〜４に示す実施形態と同じであり、図７（Ｂ）は、ボールスタッドの中間軸部形状が異なる以外は図１〜４に示す実施形態と同じである。

図７（Ａ）において、ボールスタッド１２の第２鍔部６２は、球頭部側端面６２ｂが径方向内側に向けて頚部１８側（球頭部１６側）に近接するように角度αで傾斜している。

このように球頭部側端面６２ｂに傾斜があることで、ダストカバー３６の組み付け時に、突起部４６が所定位置へ導入される際の抵抗、すなわち突起部４６が第２鍔部６２の外周面６２ａから角部６２ｃを越えて球頭部側端面６２ｂに移動する際の抵抗を低減することができるため、ダストカバー３６の組み付け性を向上できる。

図７（Ｂ）においては、ボールスタッド１２の中間軸部６４は、外周面６４ａが頚部１８側（球頭部１６側）に向けて直径が減少するように先端角βのテーパ状になっている。

このように中間軸部６４がテーパ状になっていることで、ダストカバー３６の組み付け時に内周部４４が着座していく過程で、内周部４４と中間軸部６４の外周面６４ａの接触抵抗を低減して移動し易くなり、内周部４４及び突起部４６を所定位置に円滑に導入できるため、ダストカバー３６の組み付け性を向上できる。

図８は、本発明に係るボールジョイントの他の実施形態を示す断面図であり、特にダストカバー３６の小径開口部４０を示し、内周部形状及び突起部形状が異なる以外は図１〜４に示す実施形態と同じである。

図８（Ａ）において内周部６６は、第１鍔部側端部６６ａの内径φＧが第２鍔部側端部６６ｂの内径φＨよりも大きいテーパ状になっている。本実施形態では、突起部６８は隙間７０を設けた円環状となっているが、他の形状でも構わない。

図８（Ｂ）においては、内周部７２は第１鍔部側７２ａの内径φＩを第２鍔部側７２ｂの内径φＪよりも大きくして、内径に段差を設けている。本実施形態では、突起部７４は半円球状となっているが、他の形状でも構わない。

また、第１鍔部側７２ａと第２鍔部側７２ｂの間に円周方向に溝７６を設けているが、この溝７６はなくても構わない。更に内周部７２は第１鍔部側７２ａの内径φＩを第２鍔部側７２ｂの内径φＪよりも大きくすれば、他の形状でも構わない。

このように内周部６６、７２の内径が、第１鍔部側６６ａ、７２ａの方が第２鍔部側６６ｂ、７２ｂよりも大きくなっていることで、ダストカバー３６の組み付け時に内周部６６、７２が着座していく過程で、内周部６６、７２と中間軸部２２の外周面２２ａの接触抵抗を低減して移動し易くなり、内周部６６、７２及び突起部６８、７４を所定位置に円滑に導入できるため、ダストカバー３６の組み付け性を向上できる。

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、ダストカバーを備えた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。

１０：ボールジョイント
１２：ボールスタッド
１４：スタッド部
１６：球頭部
１８：頚部
２０：第１鍔部
２２、６４：中間軸部
２４、６２：第２鍔部
２６：係止部
２８：柄部
３０：ボールシート
３２：ソケット
３４：開口部
３６：ダストカバー
３８：膜部
４０：小径開口部
４２：顎部
４４、６６、７２：内周部
４６、５８、６８、７４：突起部
４８、７０：隙間
５０：リップ部
５２：大径開口部
５４：補強環
５６：周縁部
６０、７６：溝

Claims (8)

1. スタッド部の一端に球頭部を設けたボールスタッドと、前記球頭部を回動可能に収容し一方に前記スタッド部が突出する開口部を設けたソケットと、前記スタッド部に装着する小径開口部と前記ソケットに装着する大径開口部を設け弾性を有したダストカバーとを備えるボールジョイントに於いて、
   前記ボールスタッドは、前記スタッド部に球頭部側から順に第１鍔部、中間軸部、第２鍔部を設け、
   前記ダストカバーは、前記小径開口部に、
   前記第１鍔部と第２鍔部に挟持され、前記中間軸部に弾性により嵌合する内周部と、
   前記第２鍔部の外周面に弾性により密着するリップ部と、
   前記内周部と前記リップ部との間に位置し、少なくとも１箇所の隙間を有して前記第２鍔部の球頭部側端面に当接する突起部と、
   を設けたことを特徴とするボールジョイント。
   
2. 請求項１記載のボールジョイントに於いて、前記ダストカバーの突起部は、
   １又は複数の切り欠き部を設けた円環状突起からなることを特徴とするボールジョイント。
   
3. 請求項１記載のボールジョイントに於いて、前記ダストカバーの突起部は、
   円周方向に配置した複数の突起からなることを特徴とするボールジョイント。
   
4. 請求項３記載のボールジョイントに於いて、前記ダストカバーの突起部は、
   円錐状突起、半円球状突起、円柱状突起、角錐状突起、角柱状突起の何れか１種類又は２種類以上を組み合わせた複数の突起からなることを特徴とするボールジョイント。
   
5. 請求項１乃至４記載のボールジョイントに於いて、前記ボールスタッドの第２鍔部は、
   前記球頭部側端面が、径方向内側に向けて球頭部側に接近するように傾斜したことを特徴とするボールジョイント。
   
6. 請求項１乃至４記載のボールジョイントに於いて、前記ボールスタッドの中間軸部は、
   外周面が、球頭部側に向けて直径が減少するように傾斜したことを特徴とするボールジョイント。
   
7. 請求項１乃至４記載のボールジョイントに於いて、前記ダストカバーの内周部は、
   前記第１鍔部側端部の直径が、前記第２鍔部側端部の直径よりも大きいことを特徴とするボールジョイント。
   
8. 請求項１乃至７記載のボールジョイントに於いて、前記ダストカバーの内周部は、
   潤滑剤を保持する円周方向の溝を設けたことを特徴とするボールジョイント。

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