(57)【要約】  ボールおよびソケットアセンブリ（１０）を組立てるための方法は、ハウジング（１４）に対し、弾性の予荷重座金（２８）、内側軸受（３０）、ボールスタッド（１２）、および外側軸受（３６）を装着するステップを含む。荷重ツール（５０）は、組立てられた構成要素を一体的に、過荷重圧縮状態（５４）まで強制的に圧縮し、その後、理想的な圧縮状態（５６）が得られるまでその圧縮を低減させる。荷重ツール（５０）が組立てられた構成要素を理想的な圧縮状態（５６）に保持している間に、外側軸受（３６）を定位置にかしめる。このかしめ動作の後に荷重ツール（５０）を取外すことができ、最終的な圧着動作により、外側軸受（３６）を定位置に永続的に設定し、確立された理想的な予荷重クリアランス内に連接する構成要素を保持する。この方法は、特に、精密な予荷重クリアランスを高スループット率で得なければならない高生産設備によく適する。
2009523986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連接する構成要素間における一定の予荷重圧縮を用いてボールおよびソケット型機構を組立てる方法であって、前記方法は、
ハウジングと、弾性の予荷重部材と、摩耗面を有する内側軸受と、連接するボールスタッドと、摩耗面を有する外側軸受とを提供するステップと、
前記ハウジング内に、前記弾性の部材と、前記弾性の部材に対して前記内側軸受と、前記内側軸受の前記摩耗面に摺動接触させて前記ボールスタッドと、前記ボールスタッドに前記外側軸受の摩耗面を摺動接触させた状態で前記外側軸受とを配置するステップと、
理想的な圧縮状態が得られるまで、前記弾性の部材に対し、前記外側軸受、前記ボールスタッド、および前記内側軸受を一体的に圧縮するステップと、
前記外側軸受、前記ボールスタッド、および前記内側軸受間に前記理想的な圧縮状態を獲得するために、前記理想的な圧縮状態を維持するのと同時に前記ハウジング内において前記外側軸受の位置を固定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記圧縮するステップは、ベルビル座金を圧縮するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ハウジング内において前記外側軸受を定位置に固定する前記ステップは、前記ハウジングを成形して前記外側軸受と加圧接触させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ハウジングを変形させる前記ステップは、前記ハウジングの側壁を、前記外側軸受の外表面上の捕捉機構内に変形させるステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ハウジングを変形させる前記ステップの後に、前記ハウジングの直立縁端を成形するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
内側軸受を提供する前記ステップは、前記内側軸受を金属で形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
外側軸受を提供する前記ステップは、前記外側軸受を金属で形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記外側軸受および前記内側軸受の前記摩耗面を潤滑剤でコーティングするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ボールおよびソケット機構の少なくとも一部を可撓性のブートで被覆するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記圧縮するステップは、最初に、過荷重圧縮状態に到達するまで、前記弾性の部材に対し、前記外側軸受、前記ボールスタッド、および前記内側軸受を一体的に圧縮し、その後、前記理想的な圧縮状態が得られるまで圧縮応力を下げるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
連接する構成要素間における一定の予荷重圧縮を用いてボールおよびソケット型機構を組立てる方法であって、前記方法は、
ハウジングと、弾性の予荷重部材と、摩耗面を有する内側軸受と、連接するボールスタッドと、摩耗面を有する外側軸受とを提供するステップと、
前記ハウジング内に、前記弾性の予荷重部材と、前記弾性の予荷重部材に対して前記内
側軸受と、前記内側軸受の前記摩耗面に摺動接触させて前記ボールスタッドと、前記ボールスタッドに前記外側軸受の摩耗面を摺動接触させた状態で前記外側軸受とを配置するステップと、
過荷重圧縮状態に到達するまで、前記弾性の予荷重部材に対し、前記外側軸受、前記ボールスタッド、および前記内側軸受を一体的に圧縮するステップと、
前記外側軸受、前記ボールスタッド、および前記内側軸受間に理想的な圧縮状態が得られるまで前記弾性の予荷重部材内の圧縮応力を下げるステップと、
前記外側軸受、前記ボールスタッド、および前記内側軸受間に前記理想的な圧縮状態を獲得するために、前記理想的な圧縮状態を維持するのと同時に前記ハウジング内において前記外側軸受の位置を固定するステップと、
前記ハウジングを成形して前記外側軸受に加圧接触させるステップとを含む、方法。
【請求項１２】
前記圧縮するステップは、ベルビル座金を圧縮するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ハウジングを変形させる前記ステップは、前記ハウジングの側壁を、前記外側軸受の外表面上の捕捉機構内に変形するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ハウジングを変形させる前記ステップの後に、前記ハウジングの直立縁端を成形するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
内側軸受を提供する前記ステップは、前記内側軸受を金属で形成するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
外側軸受を提供する前記ステップは、前記外側軸受を金属で形成するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記外側軸受および前記内側軸受の前記摩耗面を潤滑剤でコーティングするステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
ボールおよびソケット機構の少なくとも一部を可撓性のブートで被覆するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
この発明は、車両のステアリングおよびシャーシの用途で使用される種類のボールおよびソケット型継手に関し、より特定的には、組立動作中に、連接する構成要素間において予め定められた圧縮荷重が獲得されるようなボールソケットアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術
ボールおよびソケット型アセンブリは一般に、車両が方向転換する際、および／または、サスペンションが起伏の多い地形の上での移動に対応する際に、車輪、特に操舵可能な車輪の三次元移動が要求される車両用途で使用される。ボールソケットは、通常動作において極めて大きな応力に晒される。この応力は、ボールソケットアセンブリのスタッドを介して、関連するサスペンション部材に伝達される。このサスペンション部材は、ステアリングナックル、コントロールアーム、ステアリングリンク、ラックアンドピニオンユニット、またはその他の部品であり得る。
【０００３】
たとえば、オフロード車および商用車が遭遇する、特に要求の厳しい用途では、時として、ボールおよびソケットアセンブリの構成要素を金属組成物で製作することが望ましい。したがって、「全金属」の設計は、プラスチックおよび／またはエラストマーの、予荷重を受ける連接構成要素を組込んだ先行技術の軽量構造に比べ、高い耐久性を示し得る。
【０００４】
アセンブリの製造動作中に、ボールおよびソケット型アセンブリのボールスタッドは、ハウジング内に装着されて、外側軸受片と内側軸受片との間に捕捉され、連接継手を生じる。ハウジングと連接する構成要素との間では、一般に、弾性のばね状部材を作用させて、予荷重圧縮の設定を容易にする。この目的のために、この弾性部材は、ベルビル（Belleville）座金もしくは同様の種類のばね構成要素を含み得、または、高分子エラストマーを含み得る。プラスチックおよび／またはエラストマーの構成要素を利用する、このような先行技術の軽量のボールおよびソケットアセンブリは、予荷重圧縮の設定を達成および維持するのに必要な組立方法の点で、重量の全金属設計よりも相対的に許容度が高い。むしろ、より耐久性を有する全金属型のボールおよびソケットアセンブリは、組立動作中に定められる予荷重圧縮応力の影響を極めて受けやすいことが分かっている。このように影響を受けやすいことから、高スループットの製造が難しくなるだけでなく、大量生産の設定において一貫した品質を得ることが難しくなる。したがって、ボールおよびソケットアセンブリ、特に「全金属」型のこのようなアセンブリ内において、予荷重クリアランスを制御する、改善された方法が必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
この発明は、連接する構成要素間における永続的な予荷重圧縮を用いてボールおよびソケット型機構を組立てる方法を含む。この方法は、ハウジングと、弾性の部材と、摩耗面を有する内側軸受と、連接するボールスタッドと、摩耗面を有する外側軸受とを提供するステップを含む。この方法はさらに、ハウジング内に、弾性の部材と、当該弾性の部材に対して内側軸受と、当該内側軸受の摩耗面に摺動接触させてボールスタッドと、当該ボールスタッドに外側軸受の摩耗面を摺動接触させた状態で外側軸受とを配置するステップを含む。次に、理想的な圧縮状態が得られるまで、弾性の部材に対し、外側軸受、ボールス
タッド、および内側軸受を一体的に圧縮する。外側軸受、ボールスタッド、および内側軸受間に理想的な圧縮状態を獲得するために、この理想的な圧縮状態が維持されて、外側軸受がハウジング内の設定位置に固定される。
【０００６】
この発明は、理想的な圧縮が維持されている間に外側軸受を定位置に位置付けてロックするための方法を提供する。この発明は、予荷重圧縮およびクリアランスが特に影響を受けやすい、ボールおよびソケット型アセンブリにおいて特に有利である。このような影響の受けやすさは、或る特定の全金属構成要素の設計で生じるが、非金属の軸受部材も含み得るいくつかのハイブリッドアセンブリにおいても問題となり得る。
【０００７】
この発明の別の局面によると、連接する構成要素間における永続的な予荷重圧縮を用いて全金属のボールおよびソケット型機構を組立てるための方法が提供される。この方法は、金属ハウジングと、弾性の金属の予荷重部材と、摩耗面を具備する金属内側軸受と、連接する金属ボールスタッドと、摩耗面を有する金属外側軸受とを提供するステップと、ハウジング内に、弾性の予荷重部材と、当該弾性の予荷重部材に対して内側軸受と、当該内側軸受の摩耗面に摺動接触させてボールスタッドと、当該ボールスタッドに外側軸受の摩耗面を摺動接触させた状態で外側軸受とを配置するステップと、過荷重圧縮状態または状況に至るまで、弾性の予荷重部材に対し、外側軸受、ボールスタッド、および内側軸受を一体的に圧縮するステップと、外側軸受、ボールスタッド、および内側軸受間に理想的な圧縮状態が得られるまでソケット内の圧縮荷重を下げるステップと、理想的な圧縮状態を維持するのと同時に外側軸受内にハウジングを変形させて、ハウジング内における外側軸受の位置を固定し、それにより、全金属ボールおよびソケット機構内において理想的な圧縮状態を獲得するステップとを含む。さらなる局面において、この方法は、外側軸受内にハウジングを変形させるステップの後に、ハウジングの直立縁端を成形して、軸受およびソケットの予荷重を固定するステップを含み得る。代替的に、最初に過荷重をかけずに最適な予荷重までソケットを圧縮するステップが、ソケットの予荷重を設定する容認可能な方法である。
【０００８】
この発明のこれらのおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明と添付の図面と関連付けて考察すると、より容易に認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
好ましい実施例の詳細な説明
同じ番号が、いくつかの図面にわたって同じ部品または対応する部品を示す図面を参照すると、ボールおよびソケット型機構が１０において包括的に示される。このボールおよびソケットアセンブリ１０は、１４で包括的に示される玉継手ハウジングの受けソケット内に捕捉されるボール部１２を含む。したがって、ボール端部１２は、車両のシャーシシステムにおいて車輪の方向転換およびサスペンションの動きに対応するのに必要とされる三次元移動を容易にする、完全連接継手の雄部を形成する。ボール端部１２からシャンク１６が延在し、意図する用途内に玉継手アセンブリ１０を接続するための固着装置として働く。たとえばシャンク１６は、図７および図８に示され、たとえば、車両のサスペンション構成要素に接続されるように適合されるねじ付き端部を有する細長いシャフトを含む。
【００１０】
ハウジング１４は、ほぼ円筒形の側壁１８が一方端において開き、他方端において閉じている閉鎖端部型ハウジングである。ハウジング１４は、好ましくは、本明細書で別に記載する、限定された変形を可能にするだけの十分な延性を有する金属、たとえば多くの等級の鋼で形成される。図面に示す閉鎖端部は、ねじ付き柱２０を含み、サスペンション構成要素または固着機構に対する接続を容易にする。ねじ付き柱２０は、連接継手の摺動面へのグリースまたは他の潤滑剤の注入を可能にする潤滑通路２２を含み得る。円筒形の側
壁１８は、その開放端部において、立上がり縁端２４を有し、内側チャンバ２６への入口を規定する。内側チャンバ２６は、断面がほぼ円形であるが、閉鎖された底部端部に隣接する小さな内径および直立縁端に隣接する大きな直径等の、寸法が変化する複数の領域を有し得る。
【００１１】
玉継手アセンブリ１０はさらに、弾性の予荷重部材２８を含み、この予荷重部材２８は、好ましい実施例において、ベルビル座金型のばね、特に、金属のベルビル座金型のばね２８を含む。しかしながら、この弾性の予荷重部材２８を、コイルばね、曲げ板ばね、圧縮可能なエラストマー材料、または、弾性変形させるとばね力を提供し、ボールおよびソケットアセンブリ１０に予荷重をかけ、かつ、アセンブリ１０の構成要素の他の要件、たとえばアセンブリ１０で使用される油、グリース、または他の潤滑剤に対する耐性等の要件を満たし得る、他の公知の任意の弾性の材料もしくは組成物で構成してよい。弾性の予荷重部材２８は、閉鎖された底部端部に隣接して、内側チャンバ２６内に配設される。
【００１２】
内側軸受３０は、ハウジング１４の内側チャンバ２６内において、弾性の予荷重部材２８の上に載置される。内側軸受３０は、好ましくは、必ずしもそうである必要はないが、特に耐久性を有する製品設計を必要とする、特に要求の厳しい用途に対しては、設計上、全金属の構成を有する。内側軸受３０は、或る特定のエンジニアリングプラスチック材料、セラミック、さまざまな複合物、およびそれらの組合せで形成されてもよい。内側軸受３０は、弾性の予荷重部材２８に加圧接触する、ほぼ平坦な底面軸受を含む。潤滑通路３２は、ねじ付き柱２０を介して潤滑通路２２にアライメントし、当該通路を経由して押出されたグリースを摩耗面３４上に連通させる。ボール部１２は、半球形、楕円形、または任意の適切な曲線状のプロファイルであってよく、内側軸受３０の摩耗面３４と摺動接触してボールソケットアセンブリ１０が圧縮荷重モードに置かれたときに、連接面を設ける。図１、図１Ａ、および図２に示す実施例において、摩耗面３４は半球形であるが、この摩耗面３４は、ボール部１２との有効な軸受係合に適した任意の表面プロファイル、たとえば、半球形、楕円形、および他の曲線状の形状およびプロファイルを有してよい。これらの曲線状のプロファイルは、ボール部１２の部材に対する軸受表面に関連する当該技術で周知の、曲線要素および線形要素の組合せを有する表面を含んでもよい。好ましくは、内側軸受３０は、ハウジング１４の内側チャンバ２６内において厳密な隙間嵌めが得られるようにサイズが決定された直径を有する。
【００１３】
外側軸受３６もまた、図１から視認できるように、ボール端部１２の上部を捕捉する摩耗面３８を有し、引張荷重動作モード中に、ボールおよびソケットアセンブリを連接および摺動接触の状態に保つ。外側軸受３６は、シャンク１６上で摺動し、内側チャンバ２６の立上がり縁端２４に隣接して、内側チャンバ２６内に載置される。外側軸受３６の外表面３９は、リング状のリブ４０を含み得る。軸受３６の外表面は、軸受３６が側壁１８内に設置されると、側壁１８の内側表面と滑り嵌めまたは摺動接触の関係を有する。この滑り嵌めにより、軸受３６は、本明細書においてさらに説明するように、その位置が固定される前に、側壁１８内において軸方向に位置付けられ得る。外側軸受３６は、軸方向に延在するリム４２も含み、このリム４２は、ハウジング１４内に装着されると、内側チャンバ２６から離れる方向を向く。外側軸受３６は、内側軸受３０の材料と同じ材料で形成され得るが、内側軸受３０および外側軸受３６の各々が、上記の材料のいずれかで形成されてよく、これらの材料を、互いに別々に選択することができる。さらに、外側軸受３６もまた、図１に示す半球のプロファイルを利用することができ、または、内側軸受３０に関して上で述べたプロファイルのいずれかを有してよく、内側軸受３０および外側軸受３６のプロファイルは、本明細書に記載する態様でボール部１２との有効な係合を得るように適合される限り、互いに別々に選択されてよい。
【００１４】
側壁１８の外表面には、図７および図８に示すようなダストブート４６を保持するため
に、保持溝４４を設けることができる。バンドまたはワイヤクランプ４８を使用して、ハウジング１４の外部上の定位置にダストブート４６を保持することを助けることができる。しかしながら、ダストブート４６を保持するための他の周知の機器および手段、たとえば、或る特定のその他のクランプ部材、ブートまたはハウジングの一方または両方の上における突出縁部等の保持機構、接着剤等を使用してもよい。また、溝４４、ダストブート４６、およびクランプ手段４８の使用は任意である。なぜなら、玉継手アセンブリ１０の実施例によっては、ダストブートを必要としないか、または、ダストブートをハウジング１４の外部に直接取付ける必要がない場合があるためである。
【００１５】
次に図３から図６を参照すると、このボールおよびソケットアセンブリ１０を組立てる方法が示される。ここでは、連接する構成要素間において一定の予荷重圧縮が確立される。この方法は、内側軸受３０および外側軸受３６の摩耗面３４および３８をボール部１２と摺動接触させた状態で、ハウジング１４内に予荷重部材２８、その後、内側軸受３０、ボール部１２、および最後に外側軸受３６を配置するステップを含む。これらの要素を共に組立ててから、外側軸受３６のリム４２に、圧縮荷重ツール５０を接触させる。荷重ツール５０は籠状の装置として例示的に描かれているが、実際には、任意の適切な形態を取り得る。その後、過荷重圧縮状態５４に至るまで、荷重ツール５０に圧縮荷重５２をかける。過荷重圧縮状態５４は、内側軸受３０、ボール部１２、および外側軸受３６が、所望の予荷重を上回っており、かつ、ボールおよびソケットアセンブリ１０から軸方向の遊びをなくしてしまうほどの圧縮応力に晒される、実質的に中実の構成要素の状態を表わす。この方法はさらに、外側軸受３６、ボールスタッド１２、および内側軸受３０間において理想的な圧縮状態５６が得られるまで、弾性のばね部材２８内の圧縮応力を下げるステップを含む。代替的に、過荷重の圧縮状態５４を課すのではなく、荷重ツール５０を用いて、過荷重の状態を最初に得ることなく、構成要素を理想的な状態５６まで直接圧縮することができる。過負荷状態５４と理想的な状態５６との間の圧縮荷重の変化を見た目に表わすために、圧縮荷重５２上に重ねられている簡単なダイヤルゲージを用いることができる。圧縮応力を下げるステップの間、弾性の予荷重部材２８は、構成要素間の所定量のクリアランスと、ボールおよびソケットアセンブリ１０の一定の予荷重とが、内側チャンバ２６内の内側軸受３０の底部と閉鎖された底部端部との間に獲得されるまで、わずかに緩められる。荷重ツール５０が引続き、理想的な圧縮状態５６において維持されている圧縮荷重をかけている間、それと同時に、図５に示すように、かしめ動作により、ハウジング１４の側壁１８を、外側軸受３６のリング４０内に変形させる。このかしめ動作は、側壁１８を加圧して外側軸受３６の外表面３９と加圧接触させることにより、ハウジング１４内で外側軸受３６の軸方向の位置を固定またはロックし、それにより、ボールおよびソケットアセンブリ１０内において理想的な圧縮状態５６および予荷重を固定する。このかしめ動作は、おそらく図２において最もよく示されるように、ハウジング１４の周りに配設される少なくとも１つ、好ましくは複数の離散した窪み５８を生じる。好ましい実施例において、これらの窪み５８は、側壁１８の変形を表わし、側壁１８を介して伝達され、側壁１８の変形部４１は、外側軸受３６の周りのリング４０内に押込まれ、したがって、ハウジング１４内における外側軸受３６の軸方向の位置を固定し、それにより、荷重ツール５０を取外すことができる。代替的に、ハウジング１４の周辺の離散した場所を単にかしめるのではなく、側壁１８の一部４１を、外側軸受３６の外表面３９上に位置するリング溝４０等の噛み合い捕捉機構内に変形させるために、側壁１８を変形させる他の手段および方法が使用されてよい。たとえば、側壁１８への溝のロール成形またはスピン成形を用いて、外側軸受３６のリング溝４０と効果的に係合し得る、内側に突出するリング５８′の形状を有する側壁１８の変形部４１を形成することができる。また図６にも示すように、かしめを用いる際に、任意に、以下に説明する以降の成形動作中にもかしめツール６２を定位置に置いておき、これらの動作中に外側軸受３６の位置がハウジング１４内に維持されることをさらに確実にすることができる。荷重ツール５０を取外した後でも、さまざまな連接構成要素間では、ボールおよびソケットアセンブリ１０の理想的な圧縮状態５６お
よび予荷重が維持される。
【００１６】
図６では、任意のステップが示される。ここでは、側壁１８の直立縁端２４を使用して、ボールおよびソケットアセンブリ１０の理想的な圧縮状態５６および予荷重の維持をさらに確実にする。図１、図１Ａ、および図２に示す実施例において、側壁１８の直立縁端２４は、軸方向に延在するリム４２上において外側軸受３６を捕捉するように成形される。図においては、圧着ローラ６０がこの動作を示しているが、加圧または他の金属成形動作を用いて直立縁端２４を成形し、さらに、外側軸受３６を定位置にさらに固定することができ、たとえば、直立縁端２４を外側軸受３６に対して閉じて加圧接触させるためのスピン成形、ロール成形、および他の周知の成形方法を用いることができる。
【００１７】
したがって、全金属ボールおよびソケットアセンブリ１０において予荷重およびクリアランスを制御するための本明細書に記載する方法は、より高い生産のスループットと、高い公差精度とを生じる。特に、最終的な成形動作前に外側軸受３６の位置付けおよび固定を行なうステップは、このボールソケットアセンブリ１０が、より低コストおよびより高い品質基準で製造されることを可能にする。
【００１８】
上記の教示に照らしてこの発明の多くの変更および変形が可能であることが明らかである。したがって、前掲の請求項の範囲内において、具体的に記載された態様以外の態様でこの発明が実施され得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に従ったボールおよびソケットアセンブリの断面図である。
【図１Ａ】図１の断面Ａの拡大図である。
【図２】図１のボールおよびソケットアセンブリの立面図である。
【図３】組立動作前に示される、ボールおよびソケットアセンブリの分解組立図である。
【図４】過圧縮状態が得られるまで、弾性の部材に対し、外側軸受、ボールスタッド、および内側軸受を一体的に圧縮する方法ステップを示す概略図である。
【図５】図４と同じ図であるが、理想的な圧縮状態が得られるまで圧縮応力を下げ、理想的な圧縮状態を維持するのと同時に外側軸受の凹部内にハウジングを変形させて、ソケット内における外側軸受の位置を確保する方法ステップを示す図である。
【図６】ハウジングの直立縁端を圧着して組立動作を完了するステップを示す図である。
【図７】この発明に従った完全なボールおよびソケット型機構の分解組立斜視図である。
【図８】図７の組立後のボールおよびソケット型機構の側面上面図および部分断面図である。
【図１】
2009523986.tif 000003
【図２】
2009523986.tif 000004
【図３】
2009523986.tif 000005
【図４】
2009523986.tif 000006
【図５】
2009523986.tif 000007
【図６】
2009523986.tif 000008
【図７】
2009523986.tif 000009
【図８】
2009523986.tif 000010
【国際調査報告】
2009523986.tif 000011