(57)【要約】【課題】  できるだけ小型で十分な機械的強度があり、ボール部とホルダー部とのガタが小さい上に製造原価が安価なボールジョイント装置を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明によるボールジョイント装置では、溶製材金属、セラミック等の高融点材料からなるボール部に対して、焼結金属からなるホルダー部が一体的に形成されてなることを特徴とする。また、本発明によるボールジョイント装置の製造方法においては、溶製材金属、セラミック等の高融点材料からなるボール部に対して、焼結金属粉末を加圧成形してホルダー部を形成し、焼結することによりボール部に対するホルダー部を一体形成することを特徴とする。その場合、焼結温度が前記ボール部の融点の６０％以下であることが好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶製材金属、セラミック等の高融点材料からなるボール部に対して、焼結金属からなるホルダー部が一体的に形成されてなることを特徴とするボールジョイント装置。
【請求項２】
前記ホルダー部は、前記ボール部よりも融点が低い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。
【請求項３】
前記ボール部は、表面に保護層が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のボールジョイント装置。
【請求項４】
前記保護層は、浸炭層、酸化皮膜、ステアリン酸亜鉛層、またはセラミック、モリブデン、タングステン等のコーティング層、或いは硬質クロムメッキ等のメッキ層であることを特徴とする請求項３記載のボールジョイント装置。
【請求項５】
前記ボール部を支持するロッド部が連結可能に構成されており、前記ボール部２個を両端に配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のボールジョイント装置。
【請求項６】
前記ロッド部の一方に雄ネジ、他方に雌ネジを形成して２片のロッド部を螺合連結したことを特徴とする請求項５記載のボールジョイント装置。
【請求項７】
溶製材金属、セラミック等の高融点材料からなるボール部に対して、焼結金属粉末を加圧成形してホルダー部を形成し、焼結することによりボール部に対するホルダー部を一体形成することを特徴とするボールジョイント装置の製造方法。
【請求項８】
焼結温度が前記ボール部の融点の６０％以下であることを特徴とする請求項７記載のボールジョイント装置の製造方法。
【請求項９】
前記ボール部表面に保護層を形成した後、前記ホルダー部を形成することを特徴とする請求項７または８記載のボールジョイント装置の製造方法。
【請求項１０】
雄ネジを形成したロッド部を接続したボール部、及び雌ネジを形成したロッド部を接続したボール部にそれぞれ焼結金属粉末を焼結してホルダー部を形成した後、両方のロッド部を螺合連結して一体化することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のボールジョイント装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は産業用ロボット・工業計測・加工用微細制御等に用いられるプラットフォームに利用できるボールジョイント装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在流通している産業用ロボット・工業計測・加工用微細制御用プラットフォ−ム分野では、シリアルリンク構造が多く使用されているが、このリンク構造に関しては設備の小型化又機械的制御が大変であるという問題があり、これに変わる機構構造としてパラレルリンク構造が考えられる。このパラレルリンク構造はリンク動作により３次元位置を容易に達成出来る構造であるが、この構成の中で必要な機能としてはリンクの両端が３自由度を持った軸受け構造が不可欠となる。【０００３】  そのような軸受け構造の具体例として、一般的にはボ−ルジョイントがあり、これは自動車又は建設機械等の市場で広く使用されている。しかし概ねボールジョイント構造・構成は以下の内容であり、各々が各種問題を抱えており上記パラレルリンク構造に使用出来ないのが現状である。【０００４】  現状のボールジョイントの構造と問題点
１）  ロッド付き金属性鋼球と金属ホルダ−構造：鋼球に対し金属ホルダ−の製作方法が鋳造工法を取っており、鋼球とホルダ−のガタが大きい又摩擦係数が大きい。
２）  ロッド付き樹脂球と樹脂ホルダ−構造：同じく球とホルダ−間のガタが一定せず又強度・耐温度問題が有る。
３）  ロッドの一端を球状にして全球状にボ−ルを並べ、これらをホルダ−にて保持しボ−ルの転がりで３自由度を確保している構造：機能性能は良いが生産性が無く小型化が難しい、又高価にて数物商品には採用が難しい。
４）  ピボット軸受けを２個使用して、ロッド付き金属鋼球を対向上に抱く構造：構造が複雑であり小型化及びコスト的に見ても数物商品には採用が難しい。【０００５】  特許文献１には、車両用ステアリング機構の実施例としてボールジョイントが２箇所で使用された機構が開示されているが、ボール自体は別々の部材に形成されており、同一のボールスタッドの両側にボールが形成されたいわゆるデュアルボールジョイントではない。【０００６】  一方、特許文献２においては、密閉形圧縮機のクランク機構にボールジョイントを用いる機構が提案されており、その材料として焼結材を用いることが開示されている。しかし、ボールを含むコンロッド全体が焼結材で形成されるため、ボールの真球度が低くなってしまうという問題がある。また、ボール受け穴とボールを含むコンロッドが別々に焼結工法にて製法され、その後ボール受けに挿入して使用するため、ボール受け部の開口部或いはボールの平坦部が存在して強度的（ロッドの引っ張り・圧縮力）に弱く、生産コストも上がるという問題点もある。【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０３８４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１５４８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、できるだけ小型で十分な機械的強度があり、ボール部とホルダー部とのガタが小さい上に製造原価が安価なボールジョイント装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記課題を解決するため本発明によるボールジョイント装置は、溶製材金属、セラミック等の高融点材料からなるボール部に対して、焼結金属からなるホルダー部が一体的に形成されてなることを特徴とする。【００１０】  前記ホルダー部は、前記ボール部よりも融点が低いことが望ましい。【００１１】  また、前記ボール部は、表面に保護層が形成されていることが好適である。保護層としては、浸炭層、酸化皮膜、ステアリン酸亜鉛層、またはセラミック、モリブデン、タングステン等のコーティング層、或いは硬質クロムメッキ等のメッキ層が利用できる。【００１２】  前記ボール部を支持するロッド部が連結可能に形成し、前記ボール部２個を両端に配置する構成をとることもできる。その場合、前記ロッド部の一方に雄ネジ、他方に雌ネジを形成して２片のロッド部を螺合連結することが好適である。【００１３】  本発明によるボールジョイント装置の製造方法としては、溶製材金属、セラミック等の高融点材料からなるボール部に対して、焼結金属粉末を加圧成形してホルダー部を形成し、焼結することによりボール部に対するホルダー部を一体形成することを特徴とする。その場合、焼結温度が前記ボール部の融点の６０％以下であることが好適である。【００１４】  また、本発明による別のボールジョイントの製造方法としては、前記ボール部表面に保護層を形成した後、前記ホルダー部を形成することもできる。【００１５】  また別の製造方法としては、雄ネジを形成したロッド部を接続したボール部、及び雌ネジを形成したロッド部を接続したボール部にそれぞれ焼結金属粉末を焼結してホルダー部を形成した後、両方のロッド部を螺合連結して一体化することも好ましい。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によるボールジョイント装置では、ホルダー部が焼結によりボール部に対して一体的に形成できるため工数が省けて安価となり、また一体的に形成することによりボール部とホルダー部とのガタを最小にすることが可能となる。ボール部表面に保護層を設けることにより、ボールジョイントの動作を円滑にすることが可能になるばかりか、ホルダー部焼結時の焼き付きを防止する事もできる。また、別々のロッド部に雄ネジと雌ネジを形成して、ホルダー部焼結形成後に螺合結合することにより、両側にボールを配置したデュアルボールジョイントを提供することができる。【００１７】  本発明によるボールジョイントの製造方法においては、ボール部に溶製材金属またはセラミック灯の高融点材料を用い、ホルダー部に低融点の焼結原料を使用してボール部の融点の６０％以下の温度で焼結することにより、ボール部とホルダー部の焼き付きを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１８】  以下、実施例に基づいて本発明を説明する。まず、焼結ホルダーの一体成形についてであるが、材質Ｓ４５Ｃのφ５鋼球にφ１．６ロッドの付いた焼き入れ焼き戻し品をボール部として使用する。中心部にロッド付きボール部を保持するコアを有する下パンチをダイに取付け、ロッドをコアに挿入する形でボール部を配置する。ダイと下パンチ上部とで形成される空間部に焼結金属粉末を充填した後、通常の圧力により圧縮成形し、焼結する。【００１９】  いくつかの焼結金属材料について上記の試作を行ったが、その材質、焼結温度及び焼結時の収縮率について表１に示す。【００２０】
【表１】
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【００２１】  上記実施例及び比較例についてボールジョイントとしての動作を確認した結果を表２に示す。【００２２】
【表２】
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【００２３】  使用したボール部の鋼球融点は約１５８０℃であるので、実施例１，２及び比較例１にように銅系の材料を使用すれば焼結温度はボール部融点の約５０％程度で焼結できる。ボール部に金属を使用する場合は、焼結金属材料との焼き付きが問題となるので、焼結温度はボール部材料の融点の６０％以下が望ましい。また、同じ銅系粉末でも、比較例１の場合は収縮率が大きいため焼き嵌め状態となってしまって、ボールジョイントとして機能しなかった。従って、焼結金属材料の収縮率を選定する事により、ガタの調整は可能である。【００２４】  一方、比較例２及び３は鉄系材料を使用したが、ボール部と同系統の材料であることと焼結温度が高くなってしまう（ボール部融点に対して約７０％）ため、焼き付いていまいボールジョイントとして機能しなかった。【００２５】  図１は本発明による製造方法を用いて製造したボールジョイントの実施例についてホルダー部のみを断面として示した正面部分断面図である。ボール部１Ａ、１ＢはＳ４５Ｃを用い、ホルダー部５Ａ、５ＢはＣｕ・１０ｗｔ％Ｓｎにて形成した。この実施例では、ロッド部３Ａおよび３Ｂにそれぞれ雄ネジ及び雌ネジを設けておき、それぞれのホルダーを別々に焼結形成した後、ネジ部４を螺合連結することにより一体的なデュアルボールジョイントとした。この構成により、両端にボールジョイントを有する３自由度軸受を安価かつ精度良く製造することができる。【００２６】  上記実施例においては、ボール部表面に保護層を設けなかったが、ボール部材質とホルダー部材質との関係、或いは焼結温度によっては若干なりとも焼き付きの可能性が考えられるので、浸炭層、酸化皮膜、ステアリン酸亜鉛層、またはセラミック、モリブデン、タングステン等のコーティング層、或いは硬質クロムメッキ等のメッキ層による保護層を形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】  本発明によるボールジョイント装置では、ホルダー部が焼結によりボール部に対して一体的に形成できるため工数が省けて安価となり、また一体的に形成することによりボール部とホルダー部とのガタを最小にすることが可能となる。ボール部表面に保護層を設けることにより、ボールジョイントの動作を円滑にすることが可能になるばかりか、ホルダー部焼結時の焼き付きを防止する事もできる。また、別々のロッド部に雄ネジと雌ネジを形成して、ホルダー部焼結形成後に螺合結合することにより、両側にボールを配置したデュアルボールジョイントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるボールジョイント装置の実施例を示す正面部分断面図である。
【符号の説明】
【００２９】１Ａ、１Ｂ    ボール部
２Ａ、２Ｂ    ボール部表面
３Ａ、３Ｂ    ロッド部
４            螺合部
５Ａ、５Ｂ    ホルダー部
６            開口部
【図１】
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