ボールジョイントおよび同ボールジョイントの製造方法
【課題】均一で安定した機械的強度のボールスタッドを効率良く製造することができるボールジョイント、および同ボールジョイントの製造方法を提供する。
【解決手段】ボールジョイントで構成されるタイロッドエンド１００は、ボールスタッド１１０、ハウジング１２０およびボールシート１３０を備えている。ボールスタッド１１０は、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の炭素鋼材で構成された軸部材であり、軸状に形成されたスタッド部１１１と略球状に形成されたボール部１１２と括れ部１１３を介して一体的に成形されている。ボールシート１３０は、ボールスタッド１１０のボール部１１２より変形し易い素材である樹脂で構成されており、ボール部１１２を鋳込んだ状態で射出成型されている。ハウジング１２０は、表面硬化処理がなされていないボール部１１２をボールシート１３０とともに鋳込んだ状態で鋳造成形された鋳造品である。
【解決手段】ボールジョイントで構成されるタイロッドエンド１００は、ボールスタッド１１０、ハウジング１２０およびボールシート１３０を備えている。ボールスタッド１１０は、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の炭素鋼材で構成された軸部材であり、軸状に形成されたスタッド部１１１と略球状に形成されたボール部１１２と括れ部１１３を介して一体的に成形されている。ボールシート１３０は、ボールスタッド１１０のボール部１１２より変形し易い素材である樹脂で構成されており、ボール部１１２を鋳込んだ状態で射出成型されている。ハウジング１２０は、表面硬化処理がなされていないボール部１１２をボールシート１３０とともに鋳込んだ状態で鋳造成形された鋳造品である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸状に形成されたボールスタッドにおけるボール部が、ハウジング内においてベアリングシートを介して回転摺動可能な状態で保持された構成のボールジョイントおよび同ボールジョイントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車などの車両におけるサスペンション機構（懸架装置）やステアリング機構(操舵装置)には、軸状の各構成要素を互いに可動的に連結するためにボールジョイントが用いられている。ボールジョイントは、主として、軸状のボールスタッドの先端部に形成された略球状のボール部が、有底円筒状のハウジング内に保持された筒状のベアリングシート内に摺動可能な状態で収容されて構成されている。
【０００３】
一般に、鋳込みタイプのボールジョイントにおけるボールスタッドは、軸状に形成されたスタッド部と球面を有するボール部とで求められる機械的特性がそれぞれ異なるため、互いに別素材および別工程で製造された後一体化されて製造されている。例えば、下記特許文献１には、引っ張り強度や硬度が比較的高い炭素鋼（例えば、中炭素鋼）を転造加工して成形したスタッド部と、低炭素鋼を球状に成形した後浸炭焼入れなどの表面硬化処理を施して真球度を向上させたボール部とを溶接加工により一体化したボールジョイントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７８６６６号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載したボールジョイントにおいては、ボール部は、浸炭焼入れ処理を考慮して含有炭素量が少ない所謂低炭素鋼が選定されるため、円滑で良好な摺動特性が得られ難いという問題がある。また、スタッド部とボール部とがそれぞれ別素材および別工程で製造されているため、製造工数および製造コストが増大するととともに、スタッド部とボール部との溶接加工における溶接精度にバラツキが生じ易く溶接部分における機械的強度が他の構成部分より弱くなることがあるという問題がある。これらにより、従来のボールスタッドにおいては、円滑で良好な摺動特性および均一で安定した機械的強度のボールスタッドを効率良く製造することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、円滑で良好な摺動特性および均一で安定した機械的強度のボールスタッドを効率良く製造することができるボールジョイント、および同ボールジョイントの製造方法を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る本発明の特徴は、軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、ボールスタッドにおけるボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントにおいて、ボールスタッドは、スタッド部およびボール部が、炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材を一体的に成形加工した一体成形物であり、ベアリングシートは、ボール部より変形し易い素材で構成されており、ハウジングは、表面硬化処理がなされてないボール部をベアリングシートに内包された状態で鋳込んだ鋳造品であることにある。
【０００８】
この場合、請求項２に示すように、前記ボールジョイントにおいて、ボールスタッドは、ボール部の表面粗さがＲｚ値で０.１以上かつ２.５以下に設定するとよい。また、これらの場合、請求項３に示すように、前記ボールジョイントにおいて、さらに、ボールスタッドは、ボール部の硬度がビッカース硬度で２４０Ｈｖ以上かつ４５０Ｈｖ以下に設定するとよい。さらに、これらの場合、請求項４に示すように、前記ボールジョイントにおいて、ボールスタッドは、前記鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工によって成形するようにするとよい。
【０００９】
このように構成した請求項１に係る本発明の特徴によれば、ボールジョイントは、ボールスタッドを構成するスタッド部およびボール部が単一の鋼材を一体的に成形加工した一体成形物で構成されている。そして、このボールスタッドにおけるボール部は、表面硬化処理がなされない状態で同ボール部より変形し易い素材で構成されたベアリングシートに内包されてハウジング内に鋳込まれている。すなわち、ボールスタッドにおけるボール部は、同ボール部より変形しやすい素材で構成されたベアリングシートで内包されているため、真球度を従来より低く成形することができる。このため、ボール部における真球度向上のための表面硬化処理を廃して製造工数および製造コストを低減することができる。また、ボール部を構成する素材をスタッド部を構成する素材と同一、すなわち、引っ張り強度や硬度が比較的高い炭素鋼、すなわち、含有炭素量が比較的を高い炭素鋼を用いてスタッド部と一体的に構成することができる。これにより、従来のボールジョイント、すなわち、ボールスタッドにおけるスタッド部とボール部とがそれぞれ別素材および別工程で製造されているボールジョイントに比べて、ボールジョイントの製造工数および製造コストを低減することができるとともに、ボール部の摺動特性を良好にしつつボールスタッドの機械的強度を均一かつ安定的にすることができる。さらに、ハウジングは、ベアリングシートに内包されたボール部を鋳込んだ鋳造品で構成されているため、ボールジョイントの製造工数および製造コストをより低減することができる。
【００１０】
さらに、本発明は、ボールジョイントの発明として実施できるばかりでなく、ボールジョイントの製造方法の発明としても実施できるものである。
【００１１】
具体的には、請求項５に示すように、軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、ボールスタッドにおけるボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントの製造方法において、炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材からスタッド部およびボール部を一体成形物として一体的に成形加工するボールスタッド加工工程と、ベアリングシートを射出成形するベアリングシート加工工程と、鋳型内に表面硬化処理がなされてないボール部をベアリングシートに内包された状態で配置して湯を流し込むことにより、ボール部およびベアリングシートを鋳込んでハウジングを成形するハウジング加工工程とを含むようにする。
【００１２】
この場合、請求項６に示すように、前記ボールジョイントの製造方法において、ベアリングシート加工工程は、金型内にボール部を配置して湯を流し込むことによりボール部を鋳込んでベアリングシートを成形するとよい。
【００１３】
また、これらの場合、請求項７に示すように、前記ボールジョイントの製造方法において、ボールスタッド加工工程は、鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工を行うことにより、前記スタッド部および前記ボール部を一体成形物として一体的に成形加工するとよい。これらによれば、前記ボールジョイントと同様の作用効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るボールジョイントとしてタイロッドエンドの全体構成の概略を示しており、（Ａ）はタイロッドエンドの正面図であり、（Ｂ）は同タイロッドエンドの断面図である。
【図２】図１に示すタイロッドエンドを製造する過程を示したフローチャートである。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示すタイロッドエンドにおけるボールスタッドの製造過程を説明するための図であり、（Ａ）は丸棒材を示す正面図であり、（Ｂ）はボールスタッドの半加工品を示す正面図であり、（Ｃ）はボールスタッドの完成品を示す正面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図１に示すタイロッドエンドの製造過程を説明するための図であり、（Ａ）はボールスタッドのボール部上にボールシートを成形した状態を示すボールスタッドの正面図であり、（Ｂ）はボールシートを備えたボールスタッドをハウジングに鋳込んだ状態を示すハウジングの一部破断正面図である。
【図５】本発明の変形例に係るボールジョイントの全体構成の概略を示す一部破断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るボールジョイントの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係るボールジョイントとしてのタイロッドエンド１００の全体構成の概略を示しており、（Ａ）はタイロッドエンド１００の正面図であり、（Ｂ）は同タイロッドエンド１００の断面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このタイロッドエンドは、自動車などの車両（図示せず）におけるステアリング（操舵）機構において、タイロッドの先端部に設けられてステアリングギアボックス（ハンドルの回転変位を操舵輪の操舵方向に変換する歯車装置）とナックルアーム（操舵輪を保持する部品）とを連結して車両を操舵するための正面視略Ｌ字状の部品である。
【００１６】
（タイロッドエンド１００の構成）
タイロッドエンド１００は、主として、ボールスタッド１１０、ハウジング１２０、ボールシート１３０およびダストカバー１４０によって構成されている。これらのうち、ボールスタッド１１０は、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の炭素鋼材で構成された軸部材であり、軸状に形成されたスタッド部１１１と略球状に形成されたボール部１１２とが括れ部１１３を介して一体的に成形されている。本実施形態においては、ボールスタッド１１０は、炭素含有量が０.４５重量％の炭素鋼であるＳ４５Ｃ（ＳＣ材）で構成されている。
【００１７】
スタッド部１１１の外周部には、タイロッドエンド１００を図示しないナックルアームに連結するための雄ねじおよび貫通孔がそれぞれ形成されている。一方、ボール部１１２の表面は、浸炭焼入れや窒化処理などの表面硬化処理を施さない状態で、ボールシート１３０との円滑な摺動を確保するため研削加工が施されている。本実施形態においては、ボール部１１２の表面の硬度がビッカース硬度で約２５０Ｈｖであり、ボール部１１２の表面粗さがＲｚ（十点平均高さ）値で約０.２μｍに形成されている。
【００１８】
ハウジング１２０は、アルミニウム合金を鋳造して成形されており、略円筒体状に形成されたソケット部１２１と、同ソケット部１２１から水平方向に延びて形成された連結部１２２とから構成されている。これらのうちソケット部１２１は、円筒体の一方の端部（図示上端部）が開口するとともに他方の端部（図示下端部）がプラグ１２３によって閉塞された有底円筒状に形成されている。このソケット部１２１における円筒体の内周部は、前記ボールスタッド１１０におけるボール部１１２をボールシート１３０を介して収容し保持する部分である。
【００１９】
プラグ１２３は、円筒状に形成されたソケット部１２１の一方の端部を塞ぐための板状部材であり、鋼材を中央部が凹んだ円板状に形成して構成されている。一方、連結部１２２は、一方（図示左側）の端部側が平板状に形成されてソケット部１２１に繋がるとともに、他方（図示右側）の端部側が円筒状に形成されている。この円筒状に形成された連結部１２２の他方の端部側の内周面には、タイロッドエンド１００をステアリング機構を構成するタイロッドに連結するための雌ねじが形成されている。
【００２０】
ハウジング１２０におけるソケット部１２１の内周部には、同内周部に保持されるボールスタッド１１０のボール部１１２との間にベアリングシートとしてのボールシート１３０が設けられている。ボールシート１３０は、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の球面に沿った内周面を有する略円筒状に形成されており、ハウジング１２０のソケット部１２１内においてボールスタッド１１０のボール部１１２を回動摺動自在に内包した状態で保持する。
【００２１】
このボールシート１３０は、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２を構成する素材より変形し易い素材、具体的には、ポリミド樹脂（ＰＩ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエステル樹脂（ＰＶＣ）、ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ナイロン樹脂（６６Ｎ，ＵＭＣ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などの合成樹脂材によって構成されている。本実施形態においては、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を用いてボールシート１３０を構成している。この円筒状に形成されたボールシート１３０における２つの開口部には、内周面を潤滑してボール部１１２との回転摺動を円滑にするための図示しないグリースがそれぞれ塗布されている。
【００２２】
ハウジング１２０のソケット部１２１の上部には、ソケット部１２１の上部および同ソケット部１２１内に収容されるボールスタッド１１０のボール部１１２を覆う状態でダストカバー１４０が設けられている。ダストカバー１４０は、弾性変形可能なゴム材または軟質の合成樹脂材などによって構成されており、中央部が膨らんだ略円筒状に形成されている。このダストカバー１４０は、一方（図示上側）の開口部にボールスタッド１１０におけるスタッド部１１１が挿入されて同スタッド部１１１の下部に弾性力によって固定されている。また、ダストカバー１４０における他方（図示下側）の開口部は、ソケット部１２１の外周部上部に嵌め込まれた状態で固定リング１４１によって固定されている。これにより、ボールシート１３０内への異物の浸入が防止される。
【００２３】
（タイロッドエンド１００の製造）
このように構成されたタイロッドエンド１００の製造について図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、このタイロッドエンド１００の製造工程の説明においては、本発明に直接関わらない製造工程については適宜省略する。
【００２４】
まず、作業者は、製造工程１にて、ボールスタッド１１０を成形する。具体的には、作業者は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の炭素鋼で構成される丸棒材ＷＫを図示しない鍛造機によって鍛造加工することにより、ボールスタッド１１０におけるスタッド部１１１、ボール部１１２および括れ部１１３をそれぞれ一体的に成形する。本実施形態においては、前記したように、炭素含有量が０.４５重量％で、かつ表面硬度がビッカース硬度で約２５０Ｈｖの炭素鋼を鍛造加工する。この鍛造加工においては、丸棒材ＷＫを段階的に塑性変形させることによりボールスタッド１１０を少しずつ成形する。この場合、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２および括れ部１１３は、所定の削り代を残した所謂粗成形で加工される。
【００２５】
次に、作業者は、図３（Ｃ）に示すように、ボールスタッド１１０におけるスタッド部１１１、ボール部１１２および括れ部１１３を切削加工する。具体的には、作業者は、図示しないＮＣ（数値制御）フライスなどの工作機械を用いてスタッド部１１１の上部に貫通孔を形成するとともに、図示しなしＮＣ（数値制御）旋盤などの工作機械を用いてボール部１１２および括れ部１１３の各外周面を切削加工する。この場合、作業者は、ボール部１１２および括れ部１１３の外周面を所定の球面形状および曲面形状に加工するとともに、ボール部１１２の先端部（図示右端部）を平面形状に加工する。また、この場合、ボール部１１２は、所定の研磨代を残した状態で成形される。
【００２６】
そして、作業者は、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の外周面を所定の表面粗さに仕上げる。具体的には、作業者は、図示しなし球面研削加工機を用いてボール部１１２の外周面を研削除去することにより、ボール部１１２の外周面を所定の表面粗さに仕上げる。本実施形態においては、前記したように、ボール部１１２の表面粗さをＲｚ（十点平均高さ）値で約０.２μｍに形成する。このボールスタッド１１０の成形工程を含むタイロッドエンド１００の製造過程においては、従来一般的に行われていたボール部１１２の表面硬化処理は行わない。
【００２７】
ここで、表面硬化処理とは、ボール部１１２に浸炭焼入れ処理、窒化処理、高周波焼入れ処理または火炎焼入れ処理などの各種熱処理を施すことにより、ボール部１１２の表面硬度をビッカース硬度で約４５０Ｈｖを超える硬度に変化させる処理である。このようなボール部１１２の表面硬化処理は、従来、主としてボール部１１２の真球度を向上させるための研削加工上の都合や、ボール部１１２の耐磨耗性を向上させる目的で行なわれていたものである。本発明においては、ボール部１１２に対して従来行なわれてきたこの表面処理を行わないことを特徴の一つとしている。
【００２８】
次に、作業者は、製造工程２にて、ボールシート１３０を成形する。具体的には、作業者は、図示しない射出成形機を用いて、ボールシート１３０を射出成形する。この場合、作業者は、ボールシート１３０を射出成形する射出成型機の鋳型内に前記製造工程１で成形したボールスタッド１１０のボール部１１２を配置した状態で、ボールシート１３０の素材であるポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を同鋳型内に注入してボールシート１３０を射出成型する。すなわち、ボールシート１３０は、ボールスタッド１１０のボール部１１２を鋳込んだ状態で射出成型される。これにより、図４（Ａ）に示すように、ボールスタッド１１０のボール部１１２の外周面上に、略円筒状のボールシート１３０が同ボール部１１２に対して回転摺動可能な状態で一体的に成形される。
【００２９】
なお、このボールシート１３０の射出成形は、ボールスタッド１１０のボール部１１２の球面形状に対応する鋳型または中子を用いて成形することもできる。すなわち、ボールシート１３０の射出成形においては、必ずしも、ボールスタッド１１０のボール部１１２を鋳込んで成形する必要はなく、ボール部１１２に対応する鋳型または中子を用いてボールシート１３０を単体で成形することもできる。この場合、作業者は、単体で射出成形したボールシート１３０をボールスタッド１１０のボール部１１２の外周面に嵌め込んでボール部１１２と一体化する。
【００３０】
次に、作業者は、製造工程３にて、ハウジング１２０を成形する。具体的には、作業者は、図示しない鋳造機を用いて、ハウジング１２０を鋳造加工（アルミダイキャスト）により成形する。この場合、作業者は、ハウジング１２０を鋳造する鋳型内にボールシート１３０に内包されたボールスタッド１１０のボール部１１２およびプラグ１２３を配置した状態で、ハウジング１２０の素材であるアルミニウム合金を同鋳型内に注入してハウジング１２０を成型する。すなわち、ハウジング１２０は、表面硬化処理がなされていないボールスタッド１１０のボール部１１２をボールシート１３０とともに鋳込んだ状態で鋳造成形された鋳造品（アルミダイキャスト）である。
【００３１】
これにより、図４（Ｂ）に示すように、ボールスタッド１１０のボール部１１２、ボールシート１３０およびプラグ１２３を内包した状態でハウジング１２０が一体的に成形される。なお、ハウジング１２０を鋳造する鋳型内にボールシート１３０に内包されたボールスタッド１１０のボール部１１２およびプラグ１２３を配置する際、ボールシート１３０とプラグ１２３との間にボール部１１２とボールシート１３０とを潤滑するための図示しないグリースが塗布される。
【００３２】
次に、作業者は、製造工程４にて、予め別工程にて成形したダストカバー１４０をハウジング１２０の上端部に取り付ける。具体的には、作業者は、ボールシート１３０の上側開口部におけるボール部１１２との境界部分にボール部１１２とボールシート１３０とを潤滑するための図示しないグリースが塗布した後、ダストカバー１４０をハウジング１２０の上部を覆う状態でボールスタッド１１０のスタッド部１１１およびハウジング１２０におけるソケット部１２１の上端部にそれぞれ嵌め込む。そして、ソケット部１２１の上端部に嵌め込まれたダストカバー１４０の下端部を固定リング１４１で締め付けて固定する。これにより、タイロッドエンド１００が完成する（図１参照）。
【００３３】
なお、このように製造されたタイロッドエンド１００は、ステアリング機構を構成する一部品として図示しないタイロッドの端部に連結され固定される。具体的には、タイロッドエンド１００は、タイロッドの端部に形成された雄ねじがタイロッドエンド１００におけるハウジング１２０の連結部１２２内に形成された雌ねじに噛合わされてねじ込まれることにより固定されてステアリング機構の一部となる。
【００３４】
（タイロッドエンド１００の作動）
このように構成されたタイロッドエンド１００の作動について説明する。タイロッドエンド１００を備えるタイロッドは、図示しない車両におけるステアリング機構においてステアリングギアボックスとナックルアームとを連結する部材として用いられる。そして、車両の走行時においては、運転者のハンドル操作によるステアリングの回転に応じた負荷、具体的には、曲げ、引張り、圧縮、せん断などの各種応力および振動がタイロッドエンド１００に作用する。この場合、タイロッドエンド１００は、ステアリング機構においてボールスタッド１１０を一定の方向に回転または揺動させながら車両からの負荷を支える。
【００３５】
すなわち、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２は、ベアリングシート１３０内おいて回転摺動しながらタイロッドやナックルアームからの負荷を支える。この場合、ベアリングシート１３０は、ボールジョイント１１０のボール部１１２より変形し易い素材で構成されているため、ボール部１１２の形状に沿って変形して同ボール部１１２に密着する。これにより、ボール部１１２の一部がベアリングシート１３０に過度に摩擦接触する所謂片当りが防止されてベアリングシート１３０の偏摩耗が防止される。このため、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の真球度を従来より低下させてもボール部１１２とベアリングシート１３０との円滑な回転摺動を確保することができる。
【００３６】
上記作動方法の説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、上記作動方法の説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、タイロッドエンド１００は、ボールスタッド１１０を構成するスタッド部１１１およびボール部１１２が単一の炭素鋼材を一体的に成形加工した一体成形物で構成されている。そして、このボールスタッド１１０におけるボール部１１２は、表面硬化処理がなされない状態で同ボール部１１２より変形し易い樹脂素材で構成されたボールシート１３０に内包されてハウジング１２０内に鋳込まれている。すなわち、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２は、同ボール部１１２より変形しやすい樹脂素材で構成されたボールシート１３０で内包されているため、真球度を従来より低く成形することができる。このため、ボール部１１２における真球度向上のための表面硬化処理を廃して製造工数および製造コストを低減することができる。
【００３７】
また、ボール部１１２を構成する素材をスタッド部１１１を構成する素材と同一、すなわち、引っ張り強度や硬度が比較的高い炭素鋼、すなわち、含有炭素量が比較的を高い炭素鋼（炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下）を用いてスタッド部と一体的に構成することができる。これにより、従来のボールジョイント、すなわち、ボールスタッドにおけるスタッド部とボール部とがそれぞれ別素材および別工程で製造されているタイロッドエンドに比べて、タイロッドエンド１００の製造工数および製造コストを低減することができるとともに、ボール部１１２の摺動特性を良好にしつつボールスタッド１１０の機械的強度を均一かつ安定的にすることができる。さらに、ハウジング１２０は、ボールシート１３０に内包されたボール部１１２を鋳込んだ鋳造品で構成されているため、タイロッドエンド１００の製造工数および製造コストをより低減することができる。
【００３８】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０は、含有炭素量が０.４５重量％の炭素鋼であるＳ４５Ｃで構成した。しかし、ボールスタッド１１０は、ボール部１１２の表面硬化処理を不要としつつスタッド部１１１の機械的強度を確保できる素材、具体的には、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の低炭素鋼や中炭素鋼などの炭素鋼材であれば広く用いることができ、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、Ｓ４５Ｃ炭素鋼の他のＳＣ材（機械構造用炭素鋼材）ＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）またはＳＣＭ材（クロムモリブデン鋼）を用いてボールスタッド１１０を構成することができる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２の表面粗さをＲｚ（十点平均高さ）値で約０.２μｍに形成した。しかし、ボールスタッド１１０のボール部１１２の表面粗さは、ベアリングシート１３０との円滑な回転摺動を確保できれば、必ずしも、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、ボール部１１２の表面粗さをＲｚ（十点平均高さ）値で０.２μｍ未満の表面粗さとしてもよいし、０.２μｍを超える表面粗さとすることもできる。この場合、ボール部１１２の表面粗さは、Ｒｚ（十点平均高さ）値で０.１以上かつ２.５以下がベアリングシート１３０との円滑な回転摺動の観点から好ましい。
【００４１】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２の表面硬度をビッカース硬度で約２５０Ｈｖとした。しかし、ボールスタッド１１０のボール部１１２の表面硬度は、同ボール部１１２に表面硬化処理を施さない状態の硬度であればよく、上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の表面硬度は、ビッカース硬度で２４０Ｈｖ以上かつ４５０Ｈｖ以下が好ましい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０は、鍛造加工、切削加工および研削加工を経て成形した。しかし、ボールスタッド１１０の加工方法は、当然、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、鋳造加工、切削加工および研削加工によってボールジョイント１１０を成形するようにしても良いし、切削加工および研削加工からなる切削加工のみによってボールジョイント１１０を成形しても良い。
【００４３】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２を内包するベアリングシート１３０は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）で構成した。しかし、ベアリングシート１３０は、ボールスタッド１１０のボール部１１２との円滑な回転摺動を確保しつつ、同ボール部１１２より変形し易い素材で構成されていればよい。すなわち、ベアリングシート１３０の素材は、ボール部１１２を構成する素材に対して相対的に決定されるものである。そして、この場合、ベアリングシート１３０を構成する素材が上記実施形態のように鋼材で構成されている場合には、上述した樹脂材が好適である。
【００４４】
また、上記実施形態においては、本発明に係るボールジョイントをステアリング機構におけるタイロッドエンド１００に採用した実施例について説明した。しかし、本発明に係るボールジョイント、当然、これに限定されるものではない。本発明に係るボールジョイントは、自動車などの車両を構成するステアリング機構の他、サスペンション機構を構成するボールジョイントなどにも広く適用できるものである。
【００４５】
例えば、図５に示すように、本発明は、サスペンション機構におけるスタビライザーリンク（図示せず）を構成するボールジョイント１００に採用することができる。この図５においては、上記実施形態におけるタイロッドエンド１００と同様の構成部分に対応する符号を付している。したがって、上記実施形態におけるタイロッドエンド１００と同様の構成部分については、その説明は省略する。このボールジョイント１００におけるボールスタッド１１０においては、スタッド部１１１と括れ部１１３との間にフランジ状に張り出した鍔部１１４が形成されている。この鍔部１１４は、上記実施形態における製造工程１による鍛造加工により一体的に成形されるものである。
【符号の説明】
【００４６】
ＷＫ…丸棒材、
１００…タイロッドエンド、
１１０…ボールスタッド、１１１…スタッド部、１１２…ボール部、１１３…括れ部、
１２０…ハウジング、１２１…ソケット部、１２２…連結部、１２３…プラグ、
１３０…ボールシート、
１４０…ダストカバー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸状に形成されたボールスタッドにおけるボール部が、ハウジング内においてベアリングシートを介して回転摺動可能な状態で保持された構成のボールジョイントおよび同ボールジョイントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車などの車両におけるサスペンション機構（懸架装置）やステアリング機構(操舵装置)には、軸状の各構成要素を互いに可動的に連結するためにボールジョイントが用いられている。ボールジョイントは、主として、軸状のボールスタッドの先端部に形成された略球状のボール部が、有底円筒状のハウジング内に保持された筒状のベアリングシート内に摺動可能な状態で収容されて構成されている。
【０００３】
一般に、鋳込みタイプのボールジョイントにおけるボールスタッドは、軸状に形成されたスタッド部と球面を有するボール部とで求められる機械的特性がそれぞれ異なるため、互いに別素材および別工程で製造された後一体化されて製造されている。例えば、下記特許文献１には、引っ張り強度や硬度が比較的高い炭素鋼（例えば、中炭素鋼）を転造加工して成形したスタッド部と、低炭素鋼を球状に成形した後浸炭焼入れなどの表面硬化処理を施して真球度を向上させたボール部とを溶接加工により一体化したボールジョイントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７８６６６号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載したボールジョイントにおいては、ボール部は、浸炭焼入れ処理を考慮して含有炭素量が少ない所謂低炭素鋼が選定されるため、円滑で良好な摺動特性が得られ難いという問題がある。また、スタッド部とボール部とがそれぞれ別素材および別工程で製造されているため、製造工数および製造コストが増大するととともに、スタッド部とボール部との溶接加工における溶接精度にバラツキが生じ易く溶接部分における機械的強度が他の構成部分より弱くなることがあるという問題がある。これらにより、従来のボールスタッドにおいては、円滑で良好な摺動特性および均一で安定した機械的強度のボールスタッドを効率良く製造することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、円滑で良好な摺動特性および均一で安定した機械的強度のボールスタッドを効率良く製造することができるボールジョイント、および同ボールジョイントの製造方法を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る本発明の特徴は、軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、ボールスタッドにおけるボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントにおいて、ボールスタッドは、スタッド部およびボール部が、炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材を一体的に成形加工した一体成形物であり、ベアリングシートは、ボール部より変形し易い素材で構成されており、ハウジングは、表面硬化処理がなされてないボール部をベアリングシートに内包された状態で鋳込んだ鋳造品であることにある。
【０００８】
この場合、請求項２に示すように、前記ボールジョイントにおいて、ボールスタッドは、ボール部の表面粗さがＲｚ値で０.１以上かつ２.５以下に設定するとよい。また、これらの場合、請求項３に示すように、前記ボールジョイントにおいて、さらに、ボールスタッドは、ボール部の硬度がビッカース硬度で２４０Ｈｖ以上かつ４５０Ｈｖ以下に設定するとよい。さらに、これらの場合、請求項４に示すように、前記ボールジョイントにおいて、ボールスタッドは、前記鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工によって成形するようにするとよい。
【０００９】
このように構成した請求項１に係る本発明の特徴によれば、ボールジョイントは、ボールスタッドを構成するスタッド部およびボール部が単一の鋼材を一体的に成形加工した一体成形物で構成されている。そして、このボールスタッドにおけるボール部は、表面硬化処理がなされない状態で同ボール部より変形し易い素材で構成されたベアリングシートに内包されてハウジング内に鋳込まれている。すなわち、ボールスタッドにおけるボール部は、同ボール部より変形しやすい素材で構成されたベアリングシートで内包されているため、真球度を従来より低く成形することができる。このため、ボール部における真球度向上のための表面硬化処理を廃して製造工数および製造コストを低減することができる。また、ボール部を構成する素材をスタッド部を構成する素材と同一、すなわち、引っ張り強度や硬度が比較的高い炭素鋼、すなわち、含有炭素量が比較的を高い炭素鋼を用いてスタッド部と一体的に構成することができる。これにより、従来のボールジョイント、すなわち、ボールスタッドにおけるスタッド部とボール部とがそれぞれ別素材および別工程で製造されているボールジョイントに比べて、ボールジョイントの製造工数および製造コストを低減することができるとともに、ボール部の摺動特性を良好にしつつボールスタッドの機械的強度を均一かつ安定的にすることができる。さらに、ハウジングは、ベアリングシートに内包されたボール部を鋳込んだ鋳造品で構成されているため、ボールジョイントの製造工数および製造コストをより低減することができる。
【００１０】
さらに、本発明は、ボールジョイントの発明として実施できるばかりでなく、ボールジョイントの製造方法の発明としても実施できるものである。
【００１１】
具体的には、請求項５に示すように、軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、ボールスタッドにおけるボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントの製造方法において、炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材からスタッド部およびボール部を一体成形物として一体的に成形加工するボールスタッド加工工程と、ベアリングシートを射出成形するベアリングシート加工工程と、鋳型内に表面硬化処理がなされてないボール部をベアリングシートに内包された状態で配置して湯を流し込むことにより、ボール部およびベアリングシートを鋳込んでハウジングを成形するハウジング加工工程とを含むようにする。
【００１２】
この場合、請求項６に示すように、前記ボールジョイントの製造方法において、ベアリングシート加工工程は、金型内にボール部を配置して湯を流し込むことによりボール部を鋳込んでベアリングシートを成形するとよい。
【００１３】
また、これらの場合、請求項７に示すように、前記ボールジョイントの製造方法において、ボールスタッド加工工程は、鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工を行うことにより、前記スタッド部および前記ボール部を一体成形物として一体的に成形加工するとよい。これらによれば、前記ボールジョイントと同様の作用効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るボールジョイントとしてタイロッドエンドの全体構成の概略を示しており、（Ａ）はタイロッドエンドの正面図であり、（Ｂ）は同タイロッドエンドの断面図である。
【図２】図１に示すタイロッドエンドを製造する過程を示したフローチャートである。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示すタイロッドエンドにおけるボールスタッドの製造過程を説明するための図であり、（Ａ）は丸棒材を示す正面図であり、（Ｂ）はボールスタッドの半加工品を示す正面図であり、（Ｃ）はボールスタッドの完成品を示す正面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図１に示すタイロッドエンドの製造過程を説明するための図であり、（Ａ）はボールスタッドのボール部上にボールシートを成形した状態を示すボールスタッドの正面図であり、（Ｂ）はボールシートを備えたボールスタッドをハウジングに鋳込んだ状態を示すハウジングの一部破断正面図である。
【図５】本発明の変形例に係るボールジョイントの全体構成の概略を示す一部破断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るボールジョイントの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係るボールジョイントとしてのタイロッドエンド１００の全体構成の概略を示しており、（Ａ）はタイロッドエンド１００の正面図であり、（Ｂ）は同タイロッドエンド１００の断面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このタイロッドエンドは、自動車などの車両（図示せず）におけるステアリング（操舵）機構において、タイロッドの先端部に設けられてステアリングギアボックス（ハンドルの回転変位を操舵輪の操舵方向に変換する歯車装置）とナックルアーム（操舵輪を保持する部品）とを連結して車両を操舵するための正面視略Ｌ字状の部品である。
【００１６】
（タイロッドエンド１００の構成）
タイロッドエンド１００は、主として、ボールスタッド１１０、ハウジング１２０、ボールシート１３０およびダストカバー１４０によって構成されている。これらのうち、ボールスタッド１１０は、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の炭素鋼材で構成された軸部材であり、軸状に形成されたスタッド部１１１と略球状に形成されたボール部１１２とが括れ部１１３を介して一体的に成形されている。本実施形態においては、ボールスタッド１１０は、炭素含有量が０.４５重量％の炭素鋼であるＳ４５Ｃ（ＳＣ材）で構成されている。
【００１７】
スタッド部１１１の外周部には、タイロッドエンド１００を図示しないナックルアームに連結するための雄ねじおよび貫通孔がそれぞれ形成されている。一方、ボール部１１２の表面は、浸炭焼入れや窒化処理などの表面硬化処理を施さない状態で、ボールシート１３０との円滑な摺動を確保するため研削加工が施されている。本実施形態においては、ボール部１１２の表面の硬度がビッカース硬度で約２５０Ｈｖであり、ボール部１１２の表面粗さがＲｚ（十点平均高さ）値で約０.２μｍに形成されている。
【００１８】
ハウジング１２０は、アルミニウム合金を鋳造して成形されており、略円筒体状に形成されたソケット部１２１と、同ソケット部１２１から水平方向に延びて形成された連結部１２２とから構成されている。これらのうちソケット部１２１は、円筒体の一方の端部（図示上端部）が開口するとともに他方の端部（図示下端部）がプラグ１２３によって閉塞された有底円筒状に形成されている。このソケット部１２１における円筒体の内周部は、前記ボールスタッド１１０におけるボール部１１２をボールシート１３０を介して収容し保持する部分である。
【００１９】
プラグ１２３は、円筒状に形成されたソケット部１２１の一方の端部を塞ぐための板状部材であり、鋼材を中央部が凹んだ円板状に形成して構成されている。一方、連結部１２２は、一方（図示左側）の端部側が平板状に形成されてソケット部１２１に繋がるとともに、他方（図示右側）の端部側が円筒状に形成されている。この円筒状に形成された連結部１２２の他方の端部側の内周面には、タイロッドエンド１００をステアリング機構を構成するタイロッドに連結するための雌ねじが形成されている。
【００２０】
ハウジング１２０におけるソケット部１２１の内周部には、同内周部に保持されるボールスタッド１１０のボール部１１２との間にベアリングシートとしてのボールシート１３０が設けられている。ボールシート１３０は、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の球面に沿った内周面を有する略円筒状に形成されており、ハウジング１２０のソケット部１２１内においてボールスタッド１１０のボール部１１２を回動摺動自在に内包した状態で保持する。
【００２１】
このボールシート１３０は、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２を構成する素材より変形し易い素材、具体的には、ポリミド樹脂（ＰＩ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエステル樹脂（ＰＶＣ）、ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ナイロン樹脂（６６Ｎ，ＵＭＣ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などの合成樹脂材によって構成されている。本実施形態においては、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を用いてボールシート１３０を構成している。この円筒状に形成されたボールシート１３０における２つの開口部には、内周面を潤滑してボール部１１２との回転摺動を円滑にするための図示しないグリースがそれぞれ塗布されている。
【００２２】
ハウジング１２０のソケット部１２１の上部には、ソケット部１２１の上部および同ソケット部１２１内に収容されるボールスタッド１１０のボール部１１２を覆う状態でダストカバー１４０が設けられている。ダストカバー１４０は、弾性変形可能なゴム材または軟質の合成樹脂材などによって構成されており、中央部が膨らんだ略円筒状に形成されている。このダストカバー１４０は、一方（図示上側）の開口部にボールスタッド１１０におけるスタッド部１１１が挿入されて同スタッド部１１１の下部に弾性力によって固定されている。また、ダストカバー１４０における他方（図示下側）の開口部は、ソケット部１２１の外周部上部に嵌め込まれた状態で固定リング１４１によって固定されている。これにより、ボールシート１３０内への異物の浸入が防止される。
【００２３】
（タイロッドエンド１００の製造）
このように構成されたタイロッドエンド１００の製造について図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、このタイロッドエンド１００の製造工程の説明においては、本発明に直接関わらない製造工程については適宜省略する。
【００２４】
まず、作業者は、製造工程１にて、ボールスタッド１１０を成形する。具体的には、作業者は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の炭素鋼で構成される丸棒材ＷＫを図示しない鍛造機によって鍛造加工することにより、ボールスタッド１１０におけるスタッド部１１１、ボール部１１２および括れ部１１３をそれぞれ一体的に成形する。本実施形態においては、前記したように、炭素含有量が０.４５重量％で、かつ表面硬度がビッカース硬度で約２５０Ｈｖの炭素鋼を鍛造加工する。この鍛造加工においては、丸棒材ＷＫを段階的に塑性変形させることによりボールスタッド１１０を少しずつ成形する。この場合、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２および括れ部１１３は、所定の削り代を残した所謂粗成形で加工される。
【００２５】
次に、作業者は、図３（Ｃ）に示すように、ボールスタッド１１０におけるスタッド部１１１、ボール部１１２および括れ部１１３を切削加工する。具体的には、作業者は、図示しないＮＣ（数値制御）フライスなどの工作機械を用いてスタッド部１１１の上部に貫通孔を形成するとともに、図示しなしＮＣ（数値制御）旋盤などの工作機械を用いてボール部１１２および括れ部１１３の各外周面を切削加工する。この場合、作業者は、ボール部１１２および括れ部１１３の外周面を所定の球面形状および曲面形状に加工するとともに、ボール部１１２の先端部（図示右端部）を平面形状に加工する。また、この場合、ボール部１１２は、所定の研磨代を残した状態で成形される。
【００２６】
そして、作業者は、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の外周面を所定の表面粗さに仕上げる。具体的には、作業者は、図示しなし球面研削加工機を用いてボール部１１２の外周面を研削除去することにより、ボール部１１２の外周面を所定の表面粗さに仕上げる。本実施形態においては、前記したように、ボール部１１２の表面粗さをＲｚ（十点平均高さ）値で約０.２μｍに形成する。このボールスタッド１１０の成形工程を含むタイロッドエンド１００の製造過程においては、従来一般的に行われていたボール部１１２の表面硬化処理は行わない。
【００２７】
ここで、表面硬化処理とは、ボール部１１２に浸炭焼入れ処理、窒化処理、高周波焼入れ処理または火炎焼入れ処理などの各種熱処理を施すことにより、ボール部１１２の表面硬度をビッカース硬度で約４５０Ｈｖを超える硬度に変化させる処理である。このようなボール部１１２の表面硬化処理は、従来、主としてボール部１１２の真球度を向上させるための研削加工上の都合や、ボール部１１２の耐磨耗性を向上させる目的で行なわれていたものである。本発明においては、ボール部１１２に対して従来行なわれてきたこの表面処理を行わないことを特徴の一つとしている。
【００２８】
次に、作業者は、製造工程２にて、ボールシート１３０を成形する。具体的には、作業者は、図示しない射出成形機を用いて、ボールシート１３０を射出成形する。この場合、作業者は、ボールシート１３０を射出成形する射出成型機の鋳型内に前記製造工程１で成形したボールスタッド１１０のボール部１１２を配置した状態で、ボールシート１３０の素材であるポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を同鋳型内に注入してボールシート１３０を射出成型する。すなわち、ボールシート１３０は、ボールスタッド１１０のボール部１１２を鋳込んだ状態で射出成型される。これにより、図４（Ａ）に示すように、ボールスタッド１１０のボール部１１２の外周面上に、略円筒状のボールシート１３０が同ボール部１１２に対して回転摺動可能な状態で一体的に成形される。
【００２９】
なお、このボールシート１３０の射出成形は、ボールスタッド１１０のボール部１１２の球面形状に対応する鋳型または中子を用いて成形することもできる。すなわち、ボールシート１３０の射出成形においては、必ずしも、ボールスタッド１１０のボール部１１２を鋳込んで成形する必要はなく、ボール部１１２に対応する鋳型または中子を用いてボールシート１３０を単体で成形することもできる。この場合、作業者は、単体で射出成形したボールシート１３０をボールスタッド１１０のボール部１１２の外周面に嵌め込んでボール部１１２と一体化する。
【００３０】
次に、作業者は、製造工程３にて、ハウジング１２０を成形する。具体的には、作業者は、図示しない鋳造機を用いて、ハウジング１２０を鋳造加工（アルミダイキャスト）により成形する。この場合、作業者は、ハウジング１２０を鋳造する鋳型内にボールシート１３０に内包されたボールスタッド１１０のボール部１１２およびプラグ１２３を配置した状態で、ハウジング１２０の素材であるアルミニウム合金を同鋳型内に注入してハウジング１２０を成型する。すなわち、ハウジング１２０は、表面硬化処理がなされていないボールスタッド１１０のボール部１１２をボールシート１３０とともに鋳込んだ状態で鋳造成形された鋳造品（アルミダイキャスト）である。
【００３１】
これにより、図４（Ｂ）に示すように、ボールスタッド１１０のボール部１１２、ボールシート１３０およびプラグ１２３を内包した状態でハウジング１２０が一体的に成形される。なお、ハウジング１２０を鋳造する鋳型内にボールシート１３０に内包されたボールスタッド１１０のボール部１１２およびプラグ１２３を配置する際、ボールシート１３０とプラグ１２３との間にボール部１１２とボールシート１３０とを潤滑するための図示しないグリースが塗布される。
【００３２】
次に、作業者は、製造工程４にて、予め別工程にて成形したダストカバー１４０をハウジング１２０の上端部に取り付ける。具体的には、作業者は、ボールシート１３０の上側開口部におけるボール部１１２との境界部分にボール部１１２とボールシート１３０とを潤滑するための図示しないグリースが塗布した後、ダストカバー１４０をハウジング１２０の上部を覆う状態でボールスタッド１１０のスタッド部１１１およびハウジング１２０におけるソケット部１２１の上端部にそれぞれ嵌め込む。そして、ソケット部１２１の上端部に嵌め込まれたダストカバー１４０の下端部を固定リング１４１で締め付けて固定する。これにより、タイロッドエンド１００が完成する（図１参照）。
【００３３】
なお、このように製造されたタイロッドエンド１００は、ステアリング機構を構成する一部品として図示しないタイロッドの端部に連結され固定される。具体的には、タイロッドエンド１００は、タイロッドの端部に形成された雄ねじがタイロッドエンド１００におけるハウジング１２０の連結部１２２内に形成された雌ねじに噛合わされてねじ込まれることにより固定されてステアリング機構の一部となる。
【００３４】
（タイロッドエンド１００の作動）
このように構成されたタイロッドエンド１００の作動について説明する。タイロッドエンド１００を備えるタイロッドは、図示しない車両におけるステアリング機構においてステアリングギアボックスとナックルアームとを連結する部材として用いられる。そして、車両の走行時においては、運転者のハンドル操作によるステアリングの回転に応じた負荷、具体的には、曲げ、引張り、圧縮、せん断などの各種応力および振動がタイロッドエンド１００に作用する。この場合、タイロッドエンド１００は、ステアリング機構においてボールスタッド１１０を一定の方向に回転または揺動させながら車両からの負荷を支える。
【００３５】
すなわち、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２は、ベアリングシート１３０内おいて回転摺動しながらタイロッドやナックルアームからの負荷を支える。この場合、ベアリングシート１３０は、ボールジョイント１１０のボール部１１２より変形し易い素材で構成されているため、ボール部１１２の形状に沿って変形して同ボール部１１２に密着する。これにより、ボール部１１２の一部がベアリングシート１３０に過度に摩擦接触する所謂片当りが防止されてベアリングシート１３０の偏摩耗が防止される。このため、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の真球度を従来より低下させてもボール部１１２とベアリングシート１３０との円滑な回転摺動を確保することができる。
【００３６】
上記作動方法の説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、上記作動方法の説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、タイロッドエンド１００は、ボールスタッド１１０を構成するスタッド部１１１およびボール部１１２が単一の炭素鋼材を一体的に成形加工した一体成形物で構成されている。そして、このボールスタッド１１０におけるボール部１１２は、表面硬化処理がなされない状態で同ボール部１１２より変形し易い樹脂素材で構成されたボールシート１３０に内包されてハウジング１２０内に鋳込まれている。すなわち、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２は、同ボール部１１２より変形しやすい樹脂素材で構成されたボールシート１３０で内包されているため、真球度を従来より低く成形することができる。このため、ボール部１１２における真球度向上のための表面硬化処理を廃して製造工数および製造コストを低減することができる。
【００３７】
また、ボール部１１２を構成する素材をスタッド部１１１を構成する素材と同一、すなわち、引っ張り強度や硬度が比較的高い炭素鋼、すなわち、含有炭素量が比較的を高い炭素鋼（炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下）を用いてスタッド部と一体的に構成することができる。これにより、従来のボールジョイント、すなわち、ボールスタッドにおけるスタッド部とボール部とがそれぞれ別素材および別工程で製造されているタイロッドエンドに比べて、タイロッドエンド１００の製造工数および製造コストを低減することができるとともに、ボール部１１２の摺動特性を良好にしつつボールスタッド１１０の機械的強度を均一かつ安定的にすることができる。さらに、ハウジング１２０は、ボールシート１３０に内包されたボール部１１２を鋳込んだ鋳造品で構成されているため、タイロッドエンド１００の製造工数および製造コストをより低減することができる。
【００３８】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０は、含有炭素量が０.４５重量％の炭素鋼であるＳ４５Ｃで構成した。しかし、ボールスタッド１１０は、ボール部１１２の表面硬化処理を不要としつつスタッド部１１１の機械的強度を確保できる素材、具体的には、炭素含有量が０.２重量％以上かつ０.５重量％以下の低炭素鋼や中炭素鋼などの炭素鋼材であれば広く用いることができ、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、Ｓ４５Ｃ炭素鋼の他のＳＣ材（機械構造用炭素鋼材）ＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）またはＳＣＭ材（クロムモリブデン鋼）を用いてボールスタッド１１０を構成することができる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２の表面粗さをＲｚ（十点平均高さ）値で約０.２μｍに形成した。しかし、ボールスタッド１１０のボール部１１２の表面粗さは、ベアリングシート１３０との円滑な回転摺動を確保できれば、必ずしも、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、ボール部１１２の表面粗さをＲｚ（十点平均高さ）値で０.２μｍ未満の表面粗さとしてもよいし、０.２μｍを超える表面粗さとすることもできる。この場合、ボール部１１２の表面粗さは、Ｒｚ（十点平均高さ）値で０.１以上かつ２.５以下がベアリングシート１３０との円滑な回転摺動の観点から好ましい。
【００４１】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２の表面硬度をビッカース硬度で約２５０Ｈｖとした。しかし、ボールスタッド１１０のボール部１１２の表面硬度は、同ボール部１１２に表面硬化処理を施さない状態の硬度であればよく、上記実施形態に限定されるものではない。具体的には、ボールスタッド１１０におけるボール部１１２の表面硬度は、ビッカース硬度で２４０Ｈｖ以上かつ４５０Ｈｖ以下が好ましい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０は、鍛造加工、切削加工および研削加工を経て成形した。しかし、ボールスタッド１１０の加工方法は、当然、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、鋳造加工、切削加工および研削加工によってボールジョイント１１０を成形するようにしても良いし、切削加工および研削加工からなる切削加工のみによってボールジョイント１１０を成形しても良い。
【００４３】
また、上記実施形態においては、タイロッドエンド１００におけるボールスタッド１１０のボール部１１２を内包するベアリングシート１３０は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）で構成した。しかし、ベアリングシート１３０は、ボールスタッド１１０のボール部１１２との円滑な回転摺動を確保しつつ、同ボール部１１２より変形し易い素材で構成されていればよい。すなわち、ベアリングシート１３０の素材は、ボール部１１２を構成する素材に対して相対的に決定されるものである。そして、この場合、ベアリングシート１３０を構成する素材が上記実施形態のように鋼材で構成されている場合には、上述した樹脂材が好適である。
【００４４】
また、上記実施形態においては、本発明に係るボールジョイントをステアリング機構におけるタイロッドエンド１００に採用した実施例について説明した。しかし、本発明に係るボールジョイント、当然、これに限定されるものではない。本発明に係るボールジョイントは、自動車などの車両を構成するステアリング機構の他、サスペンション機構を構成するボールジョイントなどにも広く適用できるものである。
【００４５】
例えば、図５に示すように、本発明は、サスペンション機構におけるスタビライザーリンク（図示せず）を構成するボールジョイント１００に採用することができる。この図５においては、上記実施形態におけるタイロッドエンド１００と同様の構成部分に対応する符号を付している。したがって、上記実施形態におけるタイロッドエンド１００と同様の構成部分については、その説明は省略する。このボールジョイント１００におけるボールスタッド１１０においては、スタッド部１１１と括れ部１１３との間にフランジ状に張り出した鍔部１１４が形成されている。この鍔部１１４は、上記実施形態における製造工程１による鍛造加工により一体的に成形されるものである。
【符号の説明】
【００４６】
ＷＫ…丸棒材、
１００…タイロッドエンド、
１１０…ボールスタッド、１１１…スタッド部、１１２…ボール部、１１３…括れ部、
１２０…ハウジング、１２１…ソケット部、１２２…連結部、１２３…プラグ、
１３０…ボールシート、
１４０…ダストカバー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、
前記ボールスタッドにおける前記ボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、
前記ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントにおいて、
前記ボールスタッドは、前記スタッド部および前記ボール部が、炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材を一体的に成形加工した一体成形物であり、
前記ベアリングシートは、前記ボール部より変形し易い素材で構成されており、
前記ハウジングは、表面硬化処理がなされてない前記ボール部を前記ベアリングシートに内包された状態で鋳込んだ鋳造品であることを特徴とするボールジョイント。
【請求項２】
請求項１に記載したボールジョイントにおいて、
前記ボールスタッドは、前記ボール部の表面粗さがＲｚ値で０.１以上かつ２.５以下であるボールジョイント。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載したボールジョイントにおいて、さらに、
前記ボールスタッドは、前記ボール部の硬度がビッカース硬度で２４０Ｈｖ以上かつ４５０Ｈｖ以下であるボールジョイント。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載したボールジョイントにおいて、
前記ボールスタッドは、前記鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工によって成形されているボールジョイント。
【請求項５】
軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、
前記ボールスタッドにおける前記ボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、
前記ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントの製造方法において、
炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材から前記スタッド部および前記ボール部を一体成形物として一体的に成形加工するボールスタッド加工工程と、
前記ベアリングシートを射出成形するベアリングシート加工工程と、
鋳型内に表面硬化処理がなされてない前記ボール部を前記ベアリングシートに内包された状態で配置して湯を流し込むことにより、前記ボール部および前記ベアリングシートを鋳込んで前記ハウジングを成形するハウジング加工工程とを含むことを特徴とするボールジョイントの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載したボールジョイントの製造方法において、
前記ベアリングシート加工工程は、金型内に前記ボール部を配置して湯を流し込むことにより前記ボール部を鋳込んで前記ベアリングシートを成形することを特徴とするボールジョイントの製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載したボールジョイントの製造方法において、
前記ボールスタッド加工工程は、前記鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工を行うことにより、前記スタッド部および前記ボール部を一体成形物として一体的に成形加工することを特徴とするボールジョイントの製造方法。
【請求項１】
軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、
前記ボールスタッドにおける前記ボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、
前記ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントにおいて、
前記ボールスタッドは、前記スタッド部および前記ボール部が、炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材を一体的に成形加工した一体成形物であり、
前記ベアリングシートは、前記ボール部より変形し易い素材で構成されており、
前記ハウジングは、表面硬化処理がなされてない前記ボール部を前記ベアリングシートに内包された状態で鋳込んだ鋳造品であることを特徴とするボールジョイント。
【請求項２】
請求項１に記載したボールジョイントにおいて、
前記ボールスタッドは、前記ボール部の表面粗さがＲｚ値で０.１以上かつ２.５以下であるボールジョイント。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載したボールジョイントにおいて、さらに、
前記ボールスタッドは、前記ボール部の硬度がビッカース硬度で２４０Ｈｖ以上かつ４５０Ｈｖ以下であるボールジョイント。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載したボールジョイントにおいて、
前記ボールスタッドは、前記鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工によって成形されているボールジョイント。
【請求項５】
軸状に形成されたスタッド部の先端部に球面を有したボール部が形成されたボースタッドと、
前記ボールスタッドにおける前記ボール部を摺動可能な状態で内包するベアリングシートと、
前記ベアリングシートを内包して固定的に保持するハウジングとを備えるボールジョイントの製造方法において、
炭素含有量が０.２％以上かつ０.５％以下である単一の鋼材から前記スタッド部および前記ボール部を一体成形物として一体的に成形加工するボールスタッド加工工程と、
前記ベアリングシートを射出成形するベアリングシート加工工程と、
鋳型内に表面硬化処理がなされてない前記ボール部を前記ベアリングシートに内包された状態で配置して湯を流し込むことにより、前記ボール部および前記ベアリングシートを鋳込んで前記ハウジングを成形するハウジング加工工程とを含むことを特徴とするボールジョイントの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載したボールジョイントの製造方法において、
前記ベアリングシート加工工程は、金型内に前記ボール部を配置して湯を流し込むことにより前記ボール部を鋳込んで前記ベアリングシートを成形することを特徴とするボールジョイントの製造方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載したボールジョイントの製造方法において、
前記ボールスタッド加工工程は、前記鋼材を鍛造加工、切削加工および研削加工を行うことにより、前記スタッド部および前記ボール部を一体成形物として一体的に成形加工することを特徴とするボールジョイントの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２２０４６２（Ｐ２０１１−２２０４６２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０９００（Ｐ２０１０−９０９００）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００１９８２７１）株式会社ソミック石川 (91)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００１９８２７１）株式会社ソミック石川 (91)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]