(57)【要約】本発明は、有利には自動車のステアリング又はシャーシサスペンションにおいて使用される、ボールジョイント用の球面状の軸受面を備えた軸受シェルであって、ボールジョイントが主としてジョイントハウジングと、球形面とジャーナル部分とから成る軸受ジャーナルとを有していて、該軸受ジャーナルが球形面で、ジョイントハウジング内に固定された軸受シェルの球面状の軸受面に回転可能及び変位可能に支承されている形式のものに関する。このような形式の軸受シェルにおいて本発明の構成では、軸受シェル（５，１１，１２，１３，１４，１５）の熱可塑性プラスチックの少なくとも部分領域に、エンドレス繊維織布が埋め込まれている。  本発明はさらに、上に述べた熱可塑性プラスチック製の軸受シェルを製造する方法に関する。本発明による方法では、エンドレス繊維織布が埋め込まれているプレート状の熱可塑性プラスチック半製品から、ほぼ円形の外輪郭を備えた軸受シェル管部材（１，９）を機械的に加工し、次の加工工程において融点温度を上回る温度に熱可塑性プラスチック材料を加熱し、次いで軸受シェル管部材（１，９）を機械的に変形することによって、球面状の軸受面を備えた軸受シェル（５，１１，１２，１３，１４，１５）の最終形状を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有利には自動車のステアリング又はシャーシサスペンションにおいて使用される、ボールジョイント用の球面状の軸受面を備えた、熱可塑性プラスチックから成る軸受シェルであって、ボールジョイントが主としてジョイントハウジングと、球形面とジャーナル部分とから成る軸受ジャーナルとを有していて、該軸受ジャーナルが球形面で、ジョイントハウジング内に固定された軸受シェルの球面状の軸受面に回転可能及び変位可能に支承されている形式のものにおいて、軸受シェル（５，１１，１２，１３，１４，１５）の熱可塑性プラスチックの少なくとも部分領域に、エンドレス繊維織布が埋め込まれていることを特徴とする、ボールジョイント用の軸受シェル。
【請求項２】
エンドレス繊維織布がガラス繊維を有している、請求項１記載の軸受シェル。
【請求項３】
エンドレス繊維織布が炭素繊維を有している、請求項１記載の軸受シェル。
【請求項４】
エンドレス繊維織布がアラミド繊維を有している、請求項１記載の軸受シェル。
【請求項５】
エンドレス繊維織布が、ガラス繊維と炭素繊維とアラミド繊維とを有している、請求項１記載の軸受シェル。
【請求項６】
有利には自動車のステアリング又はシャーシサスペンションにおいて使用される、ボールジョイント用の球面状の軸受面を備えた、熱可塑性プラスチックから成る軸受シェルを製造する方法であって、ボールジョイントが主としてジョイントハウジングと、球形面とジャーナル部分とから成る軸受ジャーナルとを有していて、該軸受ジャーナルが球形面で、ジョイントハウジング内に固定された軸受シェルの球面状の軸受面に回転可能及び変位可能に支承されている形式の軸受シェルを製造する方法において、エンドレス繊維織布が埋め込まれているプレート状の熱可塑性プラスチック半製品から、ほぼ円形の外輪郭を備えた軸受シェル管部材（１，９）を機械的に加工し、次の加工工程において融点温度を上回る温度に熱可塑性プラスチック材料を加熱し、次いで軸受シェル管部材（１，９）を機械的に変形することによって、球面状の軸受面を備えた軸受シェル（５，１１，１２，１３，１４，１５）の最終形状を形成することを特徴とする、軸受シェルを製造する方法。
【請求項７】
軸受シェル管部材（１，９）の円形の外輪郭に、軸受シェル管部材の中心に向かって延びる少なくとも１つのスリット状の切欠き（２，６，７）を形成する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
スリット状の切欠き（２，７）の幅を、外輪郭の開放した縁部領域に向かって開放する端部から、内側のスリット底部（８）に向かって小さくする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
軸受シェル管部材（９）を円形リングとして形成する、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
円形リング状の軸受シェル管部材（９）に、連続したスリット状の切欠き（６）を円形の外輪郭から円形の内輪郭に向かって設ける、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
円形リング状の軸受シェル管部材（９）に、円形の外輪郭に向かって開放していてかつ軸受シェル管部材の中心に向かって延びている少なくとも１つのスリット状の切欠き（７，６）を設ける、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
軸受シェル管部材（１，９）に、変形工程の枠内において球面状の軸受面を形成するために、エンドレス繊維織布を有していない熱可塑性プラスチック材料から成る領域を、射出成形によって設ける、請求項６又は１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に示された形式の、ボールジョイント用の球面状の軸受面を備えた、熱可塑性プラスチックから成る軸受シェルに関する。
【０００２】
本発明はまた、請求項６の上位概念部に記載された形式の、軸受シェルを製造する方法に関する。
【０００３】
冒頭に述べた形式の軸受シェルは、種々様々な構成において公知であり、有利には例えばＰＯＭのような熱可塑性プラスチックから製造される。
【０００４】
このような軸受シェルのために使用される材料には、次のような不都合な特性がある。すなわちこのような材料では特に、このような軸受シェルが設けられているボールジョイントに対して高負荷が加えられた場合に、軸受シェルの材料がクリーピングする傾向があり、特に長時間の負荷や温度の上昇にさらされた場合に、発生する弾性によって、当該のボールジョイントの故障を排除することができない。
【０００５】
このような欠点を排除するために、従来技術に基づいて、熱硬化性プラスチックのグループに属するプラスチックを使用することが公知である。例えばドイツ連邦共和国特許第４１０８２１９号明細書に基づいて公知の軸受シェルは、多成分・熱硬化性プラスチックから成っており、そしてこのプラスチックにはガラス繊維製のメッシュのような繊維編組みが埋め込まれている。この繊維編組みに用いられるガラス繊維は、０.１〜１ｍｍの範囲の長さを有する短繊維である。ボールジョイントにおける大きな負荷に抗するべく上記のような織布編組みが挿入されている軸受シェルの製造は、比較的面倒かつ高価であり、かつ特殊な製造ステップを必要とする。
【０００６】
本発明による課題は、冒頭に述べた形式の軸受シェルを改良して、簡単かつ安価に製造可能であり、しかも負荷耐性及び耐用寿命に対する相応に高い要求を満たすことができる軸受シェルを提供することである。さらに、このような軸受シェルを製造する方法において、繊維補強された特殊な材料の取扱いに関する特殊な製造技術的なノウハウを必要としない、製造方法を提供することである。
【０００７】
軸受シェルに関する前記課題は、請求項１記載の構成によって解決される。本発明の重要な思想は、軸受シェルの熱可塑性プラスチックの、少なくとも部分領域に、エンドレス繊維織布が埋め込まれていることである。熱可塑性プラスチックとの関連においてエンドレス繊維織布を使用することは、従来技術におけるように熱硬化性プラスチックとの関連において短繊維を使用することなしに、高い強度及び剛性（２００Ｎ／ｍｍ２までの動的な圧縮強さ）並びに、本発明による軸受シェルの十分な衝撃強さを可能にする。さらに、エンドレス繊維織布を備えたこのような熱可塑性プラスチックの耐熱性、防食性及び化学的な耐性は、特に軸受シェルにおける使用のためにも有利であることが分かっている。さらにまたエンドレス繊維織布を埋め込むことによって、汎用の熱可塑性プラスチック材料とは異なり、高い耐クリープ性及び低い摩耗値が得られる。この場合さらに熱可塑性プラスチックの基本材料に基づいて、プラスチック材料をその溶融温度以上に加熱することにより、軸受シェルを簡単な変形プロセスにおいて変化させることができる。
【０００８】
エンドレス繊維織布に使用するための有利な材料としては、特にガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維が挙げられる。
【０００９】
上に記載の本発明による特徴を備えた軸受シェルを製造する方法は、請求項６に開示された技術的な思想によって特徴付けられている。本発明による方法の発明において重要なことは、まず初めに、エンドレス繊維織布が埋め込まれているプレート状の熱可塑性プラスチック半製品から、ほぼ円形の外輪郭を備えた軸受シェル管部材を機械的に加工し、次の加工工程において融点温度を上回る温度に熱可塑性プラスチック材料を加熱し、次いで軸受シェル管部材を機械的に変形することによって、球面状の軸受面を備えた軸受シェルの最終形状を形成することである。
【００１０】
このような本発明による方法ステップによって、軸受シェルを極めて安価に製造することが可能になる。それというのは使用される、エンドレス繊維織布が埋め込まれた熱可塑性プラスチック半製品は、例えば複式ベルトプレスにおいて経済的に多数製造することができるからである。例えば鋸断、フライス切削、ウォータジェット切断及びこれに類した切断方式のような機械的な加工を用いて、軸受シェル管部材を加工製造することも同様に安価な製造形式の可能性を提供する。また熱可塑性プラスチック半製品のベース成分は、軸受シェルの最終形状に軸受シェル管部材を容易に変形するために重要である。
【００１１】
請求項６記載の方法の発明に対する有利な従属請求項は、請求項７以下に記載されている。この場合例えば、軸受シェル管部材の円形の外輪郭に、軸受シェル管部材の中心に向かって延びる少なくとも１つのスリット状の切欠きを形成すると、特に有利である。このようなスリット状の切欠きは、球面状の形状への平らな軸受シェル管部材の変形を容易にする。それというのはこの場合、最終的な形状付与に基づいて、材料の不必要な押し退けや圧縮を回避できるからである。またスリット状の切欠きは、種々異なった形状を有することができる。
【００１２】
本発明の別の有利な方法では、軸受シェル管部材を円形リングとして形成するようになっており、この場合、球面状の軸受シェルを製造するための変形工程において、熱可塑性プラスチック材料から成っていてエンドレス繊維織布を有していない付加的な領域を、既に出来上がっている円形リング横断面に射出成形によって取り付けることも可能である。このようにして、特に大きな負荷を受ける軸受シェルの部分領域を、極めて大きな抵抗力を有していてエンドレス繊維織布が埋め込まれているプラスチック材料によって構成することができ、それに対して受ける負荷が小さい領域に、純然たる熱可塑性プラスチック材料を使用することができる。
【００１３】
もちろん、平らな円形リング状の軸受シェル管部材を容易に変形するために、このような軸受シェル管部材に同様にスリット状の切欠きを設けることも可能である。
【００１４】
以下においては、本発明による軸受シェル及び該軸受シェルを製造する方法を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１Ａは、プレート状の熱可塑性プラスチック半製品から加工された軸受シェル管部材を示す平面図であり、
図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、
図２Ａは、図１Ａに示された状態から球面状に変形された軸受シェル管部材を示す平面図であり、
図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、
図３Ａは、ボールジョイント形式において使用される軸受シェルの本発明による構成を示す断面図であり、
図３Ｂは、別のボールジョイント形式において使用される軸受シェルの本発明による構成を示す断面図であり、
図３Ｃは、さらに別のボールジョイント形式において使用される軸受シェルの本発明による構成を示す断面図であり、
図４Ａは、円形リング状に形成された軸受シェル管部材の変形前の状態を示す平面図であり、
図４Ｂは、図４ＡのＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、
図５Ａは、図４Ａに示された状態から球面状に変形された軸受シェル管部材を示す平面図であり、
図５Ｂは、図５ＡのＤ−Ｄ線に沿った断面図であり、
図６Ａは、ボールジョイント形式において使用される図４Ａ〜図５Ｂに示された軸受シェルの本発明による構成を示す断面図であり、
図６Ｂは、別のボールジョイント形式において使用される図４Ａ〜図５Ｂに示された軸受シェルの本発明による構成を示す断面図であり、
図６Ｃは、さらに別のボールジョイント形式において使用される図４Ａ〜図５Ｂに示された軸受シェルの本発明による構成を示す断面図である。
【００１６】
本発明による軸受シェルの製造は、プレート状の熱可塑性プラスチック半製品を使用して行われ、この熱可塑性プラスチック半製品には、ガラス繊維、プラスチック繊維、アラミド繊維又はこれらの繊維の組合せから成るエンドレス繊維織布が埋め込まれている。このような半製品はいわゆるダブルベルトプレスにおいて製造され、製造過程においては、プレート状の半製品の片側に炭素繊維層を入れ、かつ反対の側にガラス繊維又はアラミド繊維を入れることが可能である。このような有機金属薄板（Organoblech）と呼ばれる半製品を製造するコストは、エンドレス繊維によって補強された他の構造体に比べて有利であると言うことができる。エンドレス繊維織布が埋め込まれていることに基づいて、このような有機金属薄板の強度及び剛性は２００Ｎ/ｍｍ２までの動的な押圧強度の範囲にある。さらにまたこのようなプラスチック半製品は高い耐熱性、防食性及び化学的な耐性を有している。機械的な特性に関するこのような利点にも拘わらず、このような半製品は、熱可塑性プラスチックの基本構造がその融点を超えて加熱された場合に、熱による変形を起こすことがある。
【００１７】
図１Ａには、軸受シェル管部材が示されており、この軸受シェル管部材は、上に述べたような形式のプレート状の半製品から、例えばフライス、切断又は打抜きのような機械的な加工ステップによって製造されている。軸受シェルの形成される球面状の最終形状に基づいて、軸受シェル管部材１の基本輪郭はほぼ円形であり、図１Ａから分かるように、軸受シェル管部材１の球面状の外輪郭には少なくとも１つの切欠き２が成形されており、この切欠き２は外輪郭に向かって広幅な開口を有し、かつ内部に向かってつまりプレート状に形成された軸受シェル管部材１の中心に向かって先細になっている。プレート状の横断面を明らかにするように、軸受シェル管部材１は図１Ｂにおいて断面図で示されている。
【００１８】
軸受シェル管部材１が図１Ａに示されているように成形された後で、本発明による軸受シェルの最終形状を形成するために、変形動作が行われるが、この変形動作の前に、軸受シェル管部材１の熱可塑性プラスチック材料は、熱可塑性プラスチックの相応な融点を超えて加熱される。
【００１９】
加熱後に、適宜な工具を用いて、図２Ｂの断面図で示されているような軸受シェル管部材１の球面形状が生ぜしめられる。半球形の三次元形状への変形によって、同時に切欠き２は極めて小さくなり、もしくは場合によっては完全に閉鎖される（図２Ａの平面図参照）。図１Ａ〜図２Ｂに示されているような方法ステップを用いて、いまや例えば、図３Ａ〜図３Ｃに示されているような軸受シェル５を製造することができる。図示されたすべての実施例において共通なことは、軸受シェル管部材１から成形された軸受シェル５は付加的な熱可塑性の付加エレメント３を、例えば射出工程によって備えている、ということである。このような付加エレメント３は、外輪郭の構造的な構成に優先して、図示されていないボールジョイントハウジングに完成した軸受シェル５を固定するために働く。
【００２０】
図３Ａには例えば、スリーブジョイント用の軸受シェル５が示されている。図３Ｂに示された軸受シェル１４は、特に半径方向において負荷されることができる。この場合エンドレス繊維織布によって補強された軸受シェル５，１４は、この実施例に示されているように、互いに向かい合って位置する２つの半割シェルからも形成することができる。図２Ａ；図２Ｂに示された軸受シェル管部材にほぼ相当する、図１Ｃに示された軸受シェル１５は、該軸受シェル１５に射出成形により取り付けられた熱可塑性プラスチック製の付加部を備えている。
【００２１】
原理的には、球面状に形成された付加シェル４をボールジョイントに別体の部材として取り付けること、又は球面状に形成された付加シェル４を、エンドレス繊維織布を埋め込まれた既に製造された軸受シェル５に射出成形によって固着させることが可能である。このような場合に、繊維補強された軸受シェル５と射出成形により設けられた付加シェル４とは、両方の部材相互の良好な結合及び固着を実現するために、同じ熱可塑性材料から製造されていることが望ましい。
【００２２】
上に述べたような軸受シェルの製造形式とは択一的に、プレート状の熱可塑性プラスチック半製品から図４Ａに示されているような平らな円形リングを成形することも可能である。この円形リングには、特に図５Ｂに最終形状の図示として示されているような、後での球面状の変形を容易にするために、単数又は複数のスリット状の切欠きが加工されている。図４Ａには可能な２つの実施例が示されていて、この場合切欠き６は連続したスリットとして形成されており、これに対して切欠き７は同様にスリット状に円の中心に向かって延びているが、溝底部８において終わっている。
【００２３】
もちろん、複数の切欠き７を軸受シェル管部材９の円形リングの全周にわたって分配配置することも可能である。プレート状のプラスチック半製品から軸受シェル管部材９を加工する製造ステップの後で、軸受シェル管部材９は変形させられ、この変形過程は、選択されたプラスチック材料を、その融点を上回る温度まで加熱することによって、該プラスチック材料の熱可塑性特性を利用する。次いで適宜な変形工具を用いて、図５Ｂに示されているような球面状の輪郭が得られる。
【００２４】
図６Ａ〜図６Ｃに示された本発明による種々異なった軸受シェル１１，１２，１３は、エンドレス繊維織布を埋め込まれた領域の他に付加部１０を有しており、これらの付加部１０は例えば射出成形プロセスの範囲において、前成形された軸受シェル管部材９に固着成形することができる。もちろん図示された付加部を別体の部材として、軸受シェル管部材９と一緒に相応なボールジョイントハウジングにおいて組み合わせることも可能である。
【００２５】
図６Ａには図３Ｂの実施例と同様に、特に半径方向の負荷に対して適した軸受シェル１１が示されている。図６Ｂには図３Ｃと同様に、支持ジョイントの軸受シェル１２が示されている。図６Ｃには、軸方向ジョイントのための軸受シェル１３の特殊な構造上の構成が示されている。
【００２６】
図示されたすべての実施例において共通なことは、図示された軸受シェルの少なくとも高負荷される領域がエンドレス繊維織布によって補強されていて、基本材料の特殊な熱可塑性特性に基づいて、このような軸受シェルを、安価に製造されるプラスチック半製品から製造することができる、ということである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】プレート状の熱可塑性プラスチック半製品から加工された軸受シェル管部材を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示された状態から球面状に変形された軸受シェル管部材を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３Ａ】ボールジョイント形式において使用される軸受シェルの本発明による構成を示す断面図である。
【図３Ｂ】別のボールジョイント形式において使用される軸受シェルの本発明による構成を示す断面図である。
【図３Ｃ】さらに別のボールジョイント形式において使用される軸受シェルの本発明による構成を示す断面図である。
【図４Ａ】円形リング状に形成された軸受シェル管部材の変形前の状態を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図５Ａ】図４Ａに示された状態から球面状に変形された軸受シェル管部材を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図６Ａ】ボールジョイント形式において使用される図４Ａ〜図５Ｂに示された軸受シェルの本発明による構成を示す断面図である。
【図６Ｂ】別のボールジョイント形式において使用される図４Ａ〜図５Ｂに示された軸受シェルの本発明による構成を示す断面図である。
【図６Ｃ】さらに別のボールジョイント形式において使用される図４Ａ〜図５Ｂに示された軸受シェルの本発明による構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  軸受シェル管部材、  ２  切欠き、  ３  熱可塑性の付加エレメント、  ４  付加シェル、  ５  軸受シェル、  ６  切欠き、  ７  切欠き、  ８  溝底部、  ９  軸受シェル管部材、  １０  付加部、  １１，１２，１３，１４，１５  軸受シェル
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【国際調査報告】
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