(57)【要約】自動車に用いられる、特に自動車のシャーシに用いられるセラミックボールジョイントが提供される。この場合、ボールジョイントが、ジョイント開口（７）を備えたボールジョイントハウジング（５）と、ジョイントボール（１）とスタッド（１３）とから成るボールスタッドとを有しており、該ボールスタッドのジョイントボール（１）が、ボールジョイントハウジング（５）内に配置された軸受けシェル（２）内に回転・旋回可能に支承されており、前記ボールスタッドのスタッド（１３）が、前記ジョイント開口（７）を貫いてボールジョイントハウジング（５）から突出している。軸受けシェル（２）が、少なくとも２つの別個の軸受けシェル部分（３，４）に分割されており、ジョイントボール（１）と軸受けシェル（２）とがセラミック材料から製造されている。
2005505732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に用いられる、特に自動車のシャーシに用いられるボールジョイントであって、ジョイント開口（７）を備えたボールジョイントハウジング（５）と、ジョイントボール（１）とスタッド（１３）とから成るボールスタッドとが設けられており、該ボールスタッドのジョイントボール（１）が、ボールジョイントハウジング（５）内に配置された軸受けシェル（２）内に回転・旋回可能に支承されており、前記ボールスタッドのスタッド（１３）が、前記ジョイント開口（７）を貫いてボールジョイントハウジング（５）から突出している形式のものにおいて、軸受けシェル（２）が、少なくとも２つの別個の軸受けシェル部分（３，４）に分割されており、ジョイントボール（１）と軸受けシェル（２）とがセラミック材料から製造されていることを特徴とするボールジョイント。
【請求項２】
軸受けシェル（２）とボールジョイントハウジング（５）との間に、弾性材料から成る中間層（６）が配置されている、請求項１記載のボールジョイント。
【請求項３】
前記中間層（６）が、両軸受けシェル部分（３，４）の互いに向かい合わされた縁部の間の範囲内にまで延びている、請求項２記載のボールジョイント。
【請求項４】
ボールジョイントハウジング（５）がカバー（８）によって閉鎖されており、該カバー（８）の縁部が、ボールジョイントハウジング（５）の内壁に設けられた切欠き（９）内に係合しており、前記中間層（６）が、前記切欠き（９）内にまで延びていて、カバー（８）とボールジョイントハウジング（５）との間に配置されている、請求項２または３記載のボールジョイント。
【請求項５】
前記中間層（６）がプラスチックから製造されている、請求項２から４までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項６】
両軸受けシェル部分（３，４）が、軸受け長手方向軸線を含む１つの平面に関して互いに分離されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項７】
両軸受けシェル部分（３，４）のうちの第１の軸受けシェル部分（３）が、軸受け長手方向軸線（１１）に対して直角にジョイントボールに沿って延びる大円により規定された子午線平面（Ｍ）に関して、ボールジョイントハウジング（５）の、ジョイント開口（７）寄りの範囲に配置されており、第２の軸受けシェル部分（４）が前記子午線平面（Ｍ）に関してボールジョイントハウジング（５）の、ジョイント開口（７）とは反対の側の範囲に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項８】
スタッド（１３）が金属材料から製造されていて、形状接続的にジョイントボール（１）に結合されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項９】
ジョイントボール（１）内に貫通開口（１２）が設けられており、該貫通開口（１２）を貫いてスタッド（１３）が延在しており、該スタッド（１３）に肩部（１４）が形成されていて、該肩部（１４）が、前記貫通開口（１２）の、ジョイント開口（７）寄りの縁部に接触しており、スタッド（１３）の、ボールジョイントハウジング（５）内に配置された端部（１５）が拡開されていて、ジョイントボール（１）が、スタッド（１３）の前記肩部（１４）と、拡開された端部（１５）との間で形状接続的にスタッド（１３）に位置固定されている、請求項８記載のボールジョイント。
【請求項１０】
スタッド（１３）の拡開された端部（１５）とジョイントボール（１）との間に、弾性材料から成るリング（１６）が挿入されている、請求項９記載のボールジョイント。
【請求項１１】
セラミック材料が酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、炭化タングステンまたは炭化チタンから製造されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、自動車に用いられる、特に自動車のシャーシに用いられるボールジョイントであって、ジョイント開口を備えたボールジョイントハウジングと、ジョイントボールとスタッドとから成るボールスタッドとが設けられており、該ボールスタッドのジョイントボールが、ボールジョイントハウジング内に配置された軸受けシェル内に回転・旋回可能に支承されており、前記ボールスタッドのスタッドが、前記ジョイント開口を貫いてボールジョイントハウジングから突出している形式のものに関する。
【０００２】
このような形式のボールジョイントは欧州特許０６６７４６４号明細書に基づいき公知である。この公知のボールジョイントでは、ボールスタッドが２つの部分から成る構成部品として形成されている。金属から製造されたジョイントボール内には、貫通開口が設けられており、この貫通開口を貫いてボールスタッドのスタッドが延びている。スタッドはこの場合、スタッドの、ジョイントボールの貫通開口の内部に位置する縁曲げ縁部を変形加工することによって保持される。
【０００３】
ボールジョイントは、汚れ粒子に対して極めて敏感である。汚れ粒子が一度ボールジョイントの内部に侵入すると、軸受けシェルをもジョイントボールをも凹ませて、ひいては軸受けシェルおよびジョイントボールの表面を破損させる恐れがある。さらに、ジョイントボールは錆に対しても敏感であるので、汚れに対してボールジョイント内部をシールドすると共に、湿分に対するシールドも行われなければならない。
【０００４】
このことは、慣用のボールジョイントでは一般に、ボールジョイントの内部に潤滑剤を充填し、かつシールベローズを介してボールジョイントの開口を、汚れや湿分の侵入に対して防護することによって行われる。
【０００５】
しかし、潤滑剤やシールベローズは、付加的な材料コストの要因になるだけでなく、製作にかかる手間をも高める結果となる。さらに、シールベローズを使用する場合に、良好なシール作用を得ることができるようにするためには、シールベローズなしに純構造的に必要とされるよりも大きな長さのボールスタッドが必要となる。
【０００６】
公知先行技術に基づき公知である軸受けシェルは、しばしばＰＯＭから製造されている。なぜならば、ＰＯＭが低い摩擦係数を有しているからである。しかし、ＰＯＭの使用は、ボールジョイントの最大連続使用温度を約１００℃に制限してしまうので、このようなボールジョイントはたとえば、自動車ブレーキのすぐ近くに無造作に配置されてはならない。また、ＰＯＭは小さな最大可能面圧しか有していないので、軸受けシェルに作用する面圧を減少させるために、ジョイントボールのための大きなボール直径が設定される。
【０００７】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のボールジョイントを改良して、機械的な要求が同じである場合に、より低廉にかつ寸法面でより小さく製造することができ、しかも著しく長い寿命を有するようなボールジョイントを提供することである。
【０００８】
この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。請求項２以下には、有利な改良形が記載されている。
【０００９】
自動車に用いられる、特に自動車のシャーシに用いられる本発明によるボールジョイントは、ジョイント開口を備えたボールジョイントハウジングと、ジョイントボールとスタッドとから成るボールスタッドとを有しており、該ボールスタッドのジョイントボールは、ボールジョイントハウジング内に配置された軸受けシェル内に回転・旋回可能に支承されており、この場合、ボールスタッドのスタッドは前記ジョイント開口を貫いてボールジョイントハウジングから突出している。軸受けシェルは少なくとも２つの別個の軸受けシェル部分に分割されており、ジョイントボールと軸受けシェルとがセラミック材料から製造されている。
【００１０】
使用されるセラミックは水に対して耐食性を有していて、極めて硬質である。これにより、汚れ粒子はジョイントボールと軸受けシェルとの間で粉砕されるので、摩耗を引き起こす要因にはならなくなる。したがって、本発明によるボールジョイントでは、不純物や水に対する防護手段であるシールベローズを使用しなくても済むようになる。シールベローズが不要にされると、シールベローズを固定するために一般に必要とされる締付けリングをも不要にすることができる。また、使用されるセラミックの表面も、極めて低い摩擦係数を有することができるので、潤滑剤も必要とされなくなる。このように可能となる材料節約の他に、ボールジョイントの製造時に、これらの材料と関連付けされた方法ステップを不要にすることもできる。さらに、セラミック材料の場合に最大に可能となる面圧は、たとえばＰＯＭの場合よりも著しく高くなるので、ジョイントボールのために、より小さなボール半径を設定することができる。セラミック材料の表面は、全く摩耗を全く受けないか、もしくは極めて低い摩耗しか受けないので、本発明によるボールジョイントは、従来のものよりも著しく長い耐用寿命を有している。
【００１１】
したがって、本発明によるボールジョイントは、公知先行技術に基づき知られている、同じ使用目的のために開発されたボールジョイントよりも低廉にかつ小型に実現され得る。さらに、セラミックはＰＯＭよりも温度に対して安定しており、このことは本発明によるボールジョイントの使用領域を拡張させる。
【００１２】
軸受けシェルは、ボールジョイントハウジングに直接接触してもよい。しかし、軸受けシェルとボールジョイントハウジングとの間に、弾性材料から成る中間層が配置されていると有利である。これにより、衝撃は緩衝された形でしか軸受けシェルからボールジョイントハウジングへ、またはボールジョイントハウジングから軸受けシェルへ伝達され得なくなる。このことは、一般に脆いとされるセラミック材料の耐用寿命に好都合に作用して、走行快適性（乗り心地）を改善する。
【００１３】
２つの分離された軸受けシェル部分は、相互間隔を置いて配置されていてよく、その場合、両軸受けシェル部分の互いに向かい合わされた縁部の間の範囲は自由（空）になる。しかし、中間層が、両軸受けシェル部分の互いに向かい合わされた縁部の間の範囲に突入するまで延びていると有利である。これにより、両軸受けシェルは前記中間層と一緒になって、ジョイントボールのための単一の軸受け体を形成する。中間層がジョイントボールにまで達していない場合には、中間層とジョイントボールとの間に形成され空隙は、たとえば汚れ粒子の破砕により生じたダストを収容するために働くことができる。
【００１４】
ボールジョイントハウジングの、ジョイント開口とは反対の側はカバーによって閉鎖されていてよい。このカバーの縁部は、ボールジョイントハウジングの内壁に設けられた切欠きまたは溝内に係合している。中間層はその場合、この切欠き内にまで延びていると有利である。したがって、中間層はカバーとボールジョイントハウジングとの間に配置されている。
【００１５】
前記中間層は、ゴムのような弾性材料から製造されていてよい。しかし、中間層がプラスチックから製造されていると有利である。なぜならば、プラスチックの方が一般に、より耐熱性に設計可能であり、かつ著しく良好な滑り特性を有し得るからである。さらに、プラスチックは、しばしばゴムよりも簡単に射出成形され得る。ゴムまたはプラスチックのような射出成形可能な材料を使用することにより、両軸受けシェル部分を取り囲むように材料を射出成形し、これによって、射出成形可能な材料により遊びなく結合され得る共通の軸受け体を形成することが可能となる。さらに、射出成形可能な材料の負荷耐性を高めるために、射出成形可能な材料に繊維が埋め込まれていてもよい。繊維としては、たとえばガラス繊維、炭素繊維またはアラミド繊維が適している。
【００１６】
さらに、前記中間層は組付け補助手段にもなる。すなわち、ジョイントボールおよび両軸受けシェルは１つのアッセンブリを形成するために１つの成形工具内でプラスチックまたはゴムの射出成形によってこれらの材料により取り囲まれ、この場合、このアッセンブリはジョイントボールと軸受けシェルとの間に小さな遊びを有していて、ボールジョイントハウジング内へ簡単に組み込むことができる。
【００１７】
第１の変化形では、両軸受けシェル部分は、軸受け長手方向軸線が位置する１つの平面、つまり軸受け長手方向軸線を含む１つの平面に関して互いに分割されていてよい（鉛直分割）。しかし、第２の変化形の方が有利である。この場合、両軸受けシェル部分のうちの第１の軸受けシェル部分が、軸受け長手方向軸線に対して垂直もしくは直角にジョイントボールに沿って延びる大円により規定された子午線平面に関して、ボールジョイントハウジングの、ジョイント開口寄りの範囲に配置されており、第２の軸受けシェル部分が前記子午線平面に関してボールジョイントハウジングの、ジョイント開口とは反対の側の範囲に配置されている。したがって、子午線平面は両軸受けシェル部分の間の１つの分割平面を形成しているので、両軸受けシェル部分は子午線平面を挟んで互いに向かい合って位置している（水平分割）。
【００１８】
スタッドは同じくセラミック材料から製造されていてよい。しかし、スタッドが金属材料から製造されていて、ジョイントボールと材料接続的にまたは形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、結合されていると有利である。これにより、スタッドが、より高い引張り力を吸収し得るようになることが達成される。
【００１９】
スタッドとジョイントボールとの間の形状接続的な結合、つまり係合に基づいた嵌合による結合は、ジョイントボール内に貫通開口が設けられていて、この貫通開口を貫いてスタッドが延在していることにより実現されると有利である。この場合、スタッドには肩部が形成されていて、この肩部は前記貫通開口の、ジョイント開口寄りの縁部に接触している。スタッドの、ボールジョイントハウジング内に配置された端部は拡開されており、この場合、ジョイントボールはスタッドの前記肩部と、拡開された端部との間で形状接続的にスタッドに位置固定されている。
【００２０】
スタッドの拡開された端部は直接にジョイントボールに接触していてもよいが、しかしスタッドの拡開された端部とジョイントボールとの間に、金属または弾性材料から成るリングが挿入されていると有利である。これにより、拡開された端部からジョイントボールに加えられる力を、より大きな面に分配することが可能となる。金属としては、たとえば鋼を、また弾性材料としては、たとえばゴムを使用することができる。
【００２１】
セラミック材料は、たとえば酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸化ジルコニウムを主体として製造されていてよい。もちろん、「硬質金属」、たとえば炭化タングステンまたは炭化チタンを使用することも可能である。ただし、本発明により使用されるセラミック材料は上に挙げたものに限定されるわけではなく、自動車における要求、特に自動車のシャーシにおける要求に応えられるその他のセラミック材料もしくは混合されたセラミック材料を使用することもできる。
【００２２】
ジョイントボールの表面は平滑に形成されていてもよいが、しかしジョイントボールの表面がプロファイルを備えていると有利である。これにより、ボールジョイントから不純物を一層良好に搬出することができる。可能となるプロファイル付与形式は、たとえばジョイントボールの表面にゴルフボールの場合のような複数の円形の凹部を形成することである。
【００２３】
以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２４】
図１には、本発明によるボールジョイントの１実施例が示されている。この場合、セラミックから製造されたジョイントボール１が、同じくセラミックから製造された軸受けシェル２内に回転可能もしくは旋回可能に支承されている。この軸受けシェル２は、２つの別個の軸受けシェル部分３，４に分割されていて、ボールジョイントハウジング５内に配置されている。軸受けシェル２とボールジョイントハウジング５との間には、プラスチックから成る中間層６が設けられており、この中間層６は、両軸受けシェル部分３，４の互いに向かい合わされた縁部の間の範囲内にも突入して延びている。ボールジョイントハウジング５は円筒形に形成された物体であり、その一方の端面はジョイント開口７を形成しており、他方の端面はカバー８で閉鎖されている。このためには、カバー８が、ボールジョイントハウジング５の内壁に形成された環状溝９内に係合している。この環状溝９は、ボールジョイントハウジング５の、カバー８を取り囲む縁部１０を軸受け長手方向軸線１１へ向かって縁曲げすることによって形成されている。また、中間層６も環状溝９内に係合しており、そして環状溝９内でカバー８とボールジョイントハウジング５との間に位置固定されている。本実施例ではカバー８が閉鎖されているが、しかしボールジョイントハウジングを開かせる環状のカバーも可能である。
【００２５】
ジョイントボール１内には貫通開口１２が設けられている。この貫通開口１２を貫いて、金属から製造されたスタッド１３が延びている。このスタッド１３には環状肩部１４が形成されており、この環状肩部１４は、前記貫通開口１２の、ジョイント開口７寄りの縁部に接触している。貫通開口１２の他方の側ではスタッド１３が拡開部１５を備えている。この拡開部１５はゴムリング１６を介して、貫通開口１２の、ジョイント開口７とは反対の側の縁部を押圧している。したがって、ジョイントボール１はスタッド１３に形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、位置固定されている。拡開部１５を形成するためには、スタッド１３の、ボールジョイントハウジング５内に配置された端範囲に、円筒状の切欠き１７が設けられている。この切欠き１７は縁部１８によって環状に取り囲まれていて、スタッド１３の長手方向軸線１９に対して同心的に形成されている。縁部１８は半径方向外側へ向かって、つまりスタッド１３の長手方向軸線１９から離れる方向に、縁曲げされている。長手方向軸線１９は、ボールジョイントハウジング５に対してスタッド１３が変位されていない状態では、ボールジョイントの軸受け長手方向軸線１１に合致している。さらに、縁部１８にはスリット２０が設けられているので、縁部１８の縁曲げが比較的容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のボールジョイントの１実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ジョイントボール、  ２  軸受けシェル、  ３  第１の軸受けシェル部分、  ４  第２の軸受けシェル部分、  ５  ボールジョイントハウジング、  ６  中間層、  ７  ジョイント開口、  ８  カバー、  ９  環状溝、  １０  縁部、  １１  軸受け長手方向軸線、  １２  貫通開口、  １３  スタッド、  １４  環状肩部、  １５  ボールジョイントハウジング内に配置されたスタッド端部の拡開部、  １６  ゴムリング、  １７  切欠き、  １８  切欠きの縁部、  １９  スタッドの長手方向軸線、  ２０  スリット、  Ｍ  子午線平面
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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