JP4557889B2

JP4557889B2 - ボールスタッド

Info

Publication number: JP4557889B2
Application number: JP2006000440A
Authority: JP
Inventors: 裕隆服部
Original assignee: 株式会社共立精機
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: JP2007182913A

Description

本発明は、防錆処理を施したボールスタッドに関する。

ボールジョイントは、略棒状のスタッドの一端にボールを備えたボールスタッドと、前記ボールスタッドのボールを嵌合するソケットとから構成されている。ボールスタッドは、例えばソケットに樹脂シートを介装して密にボールを嵌合し、ソケットから突出するスタッドの基部をカバーで覆い、スタッドの他端に設けられる雄ねじ部を他部材に締め付けて、接続する。これから、通常、ボールスタッドは露出部分がほとんどないことから、特に防錆の必要がなく、多くのボールスタッドは防錆処理が施されてこなかった。

しかし、近年仕様要求が高まったことから、ボールスタッドについて、少なくともソケットから突出するスタッドについて防錆処理が要求されるようになってきている。ここで、スタッドについてのみ、従来公知の各種防錆手段、例えば防錆塗料を塗布することが考えられる。防錆手段が防錆塗料である場合、スタッドのみに防錆塗料を塗布することが難しく、ボールにかかる防錆塗料を除去しなければならない等の問題が生じる。そこで、特許文献１は、スタッドの表面とボールの表面とにわたって樹脂皮膜を形成する技術を開示している。

特許文献１のボールスタッドは、ソケットに介装する樹脂シート（ベアリングの樹脂）より軟質の樹脂をスタッドの表面とボールの表面とにわたって被覆している。これにより、ボールに形成された樹脂被膜の除去が不要になり、製造上のコストを削減できる、と延べている。ここで、防錆処理を担う樹脂被膜は、ソケットの樹脂シートより軟らかいため、ボールの摺動抵抗を下げることができ、このボールスタッドをソケットに組み付けて構成されるボールジョイントとしてのトルクの伝達性及び耐久性等、ボールジョイントの品質を向上させることができる、とも述べている。

実開平05-062726号公報

スタッドの表面とボールの表面とにわたって樹脂被膜を形成した特許文献１のボールスタッドは、樹脂被膜がどうしても厚くなりがちで、その厚みが無視できない。これから、樹脂被膜によりスタッドにおける雄ねじ部の締め付けトルクやボールジョイントとしてのトルクの伝達特性等が向上するとしても、それは樹脂被膜の厚みを加味した設計に基づくものであり、製造上、樹脂被膜の膜厚を厳密に管理しなければならない問題が生ずる。これから、防錆手段としては、樹脂被膜より薄い膜厚を形成できる金属メッキ膜が好ましいと考えられる。

そこで、金属メッキ膜によるボールスタッドの防錆処理に実用性があるか否かを確認すべく、まずスタッドの表面とボールの表面とにわたって亜鉛鉄（ZnFe）メッキ膜又は亜鉛ニッケル（ZnNi）メッキ膜を形成した試作品を製作し、耐久試験（ボールジョイントに組み付けたボールスタッドに対し、一定荷重及び規定振幅で揺動及び回転させる試験）前の回転トルク、耐久試験後の回転トルク、軸直方向剛性、そして軸方向剛性を測定してみた。この結果、いずれの金属メッキ膜も初期の回転トルクが仕様要求を逸脱したほか、耐久試験後もなお仕様要求を逸脱する試作品が見られた。前記回転トルクについては、金属メッキ膜を形成したことによりボールの表面粗度が悪化したことが原因で、ボールに形成した金属メッキ膜は研磨する必要があることが分かった。

次に、上記検証において比較的良好だった亜鉛ニッケルメッキ膜を形成したボールスタッドに焦点を絞り、ボールに形成した亜鉛ニッケルメッキ膜を研磨した別の試作品を製作し、この試作品について、初期の回転トルク、耐久試験後の回転トルク、軸直方向剛性、そして軸方向剛性に測定してみた。この結果、ボールに形成した亜鉛ニッケルメッキ膜を研磨していない試作品が仕様要求を満足していた耐久試験後の軸直方向剛性及び軸方向剛性が、ボールに形成した亜鉛ニッケルメッキ膜を研磨した試作品では仕様要求を逸脱してしまった。これは、研磨により薄くなった亜鉛ニッケルメッキ膜のうち、亜鉛（Zn）が剥離し、樹脂シートを傷つけていることが原因であった。

亜鉛ニッケルメッキ膜の亜鉛は、ボールスタッドの主成分である鉄（Fe）に対して密着強度が低く、ボールスタッドのボールが揺動運動又は回転運動することにより、亜鉛が剥離してしまうようである。そこで、例えば成分の剥離を伴わない別種の金属メッキ膜を採用することが考えられるが、ボールスタッドそのものの性能のほか、生産性やコスト等を勘案した場合、あまり特殊な金属メッキ膜は採用できない。これから、スタッドの表面とボールの表面とにわたって金属メッキ膜を形成することは難しく、少なくともボールに形成した金属メッキ膜は完全に除去しなければならないことが分かる。

この点、金属メッキ膜は同一部材に対して部分的に形成することが容易であるため、例えばスタッドに対してのみ金属メッキ膜を形成することで、ボールに形成される金属メッキ膜を剥離する手間を省くことができる。しかし、同一金属部材における部分的な金属メッキ膜は、金属メッキ膜を形成した部分と形成していない部分との境界で電位差を生じさせ、発錆を招きやすくなる、いわゆる電界腐食の問題が生ずる。そこで、ボールスタッドにおいて、スタッドに対してのみ金属メッキ膜を形成しながら、前記金属メッキ膜の境界での発錆を抑制する防錆処理について検討した。

検討の結果、略棒状のスタッドの一端にボールを備えたボールスタッドにおいて、ボールを除くスタッドの表面に金属メッキ膜を形成し、スタッドに形成した金属メッキ膜からボールまでを含めた全体の表面にわたって三価クロメート膜（クロム酸塩薄膜）を形成したボールスタッドを開発した。スタッドに雄ねじ部が設けられている場合、この雄ねじ部の表面は金属メッキ膜及び三価クロメート膜で被覆される。

金属メッキ膜は、スタッドの赤錆発生を防止する。三価クロメート膜は、ボールの赤錆発生を抑制し、また金属メッキ膜の境界における電界腐食を防止するほか、例えば金属メッキ膜が亜鉛を含む場合に白錆発生を防止する。ここで、三価クロメート膜は、通常１μm以下の非常に薄い膜であるため、ボールの表面に形成されても、ボールの揺動運動又は回転運動を阻害しない。また、実質的に亜鉛を含まない三価クロメート膜は、万一剥離してもボールを傷つける虞がほとんどない。

上層となる三価クロメート膜に対し、金属メッキ膜は、亜鉛メッキ膜、ニッケルメッキ膜又は亜鉛ニッケルメッキ膜のいずれでもよい。これら金属メッキ膜は、三価クロメート膜により被覆され、上述のように白錆発生が防止されるので、特に種類を限定されない。これから、本発明のボールスタッドでは、スタッドの防錆要求や製造コストを勘案して、適宜金属メッキ膜を選択できる利点がある。

本発明は、設計値に基づく運動性能を損ねずに、高い防錆要求を満足するボールスタッドを提供する効果を有する。金属メッキ膜及び三価クロメート膜は、いずれも樹脂被膜に比べて膜厚が薄く、スタッドに設けられる雄ねじ部の締め付けトルクをほとんど変動させない。特に、三価クロメート膜は非常に薄く、万一剥離してもボールを傷つけないことから、ボールの揺動運動又は回転運動等の性能低下を招かない。このほか、三価クロメート膜は、クロムの流出がないことから、環境汚染の問題もない。このように、本発明は本来の運動性能を損ねることなく、また環境汚染を招くことなく、必要十分な防錆要求を満たすボールスタッドを提供する。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１は本発明を適用したボールスタッド１を組み付けたボールジョイント２の一例を表す部分破断正面図であり、図２は金属メッキ膜４及び三価クロメート膜５の関係を表したボールスタッド１の断面図である。説明の便宜上、図２中、金属メッキ膜４及び三価クロメート膜５は厚く表現している。

本発明を適用したボールスタッド１は、図１に見られるように、スタビライザーリンク３のジョイントバー31の一端に設けられた金属製のソケット21に、外面が前記ソケット21の内面に倣い、内面がボールスタッド１のボール11の外面に倣った樹脂シート22を介装して、前記ソケット21に対して密にボール11を嵌合し、ソケット21から突出するスタッド12の上フランジ部13以下をゴム製のカバー23で覆うことにより、ボールジョイント２を構成する。前記カバー23から突出するスタッド12の部分に雄ねじ部14が形成されており、この雄ねじ部14にロアアームの取付ブラケット等（図示略）を接続する。

本例のボールスタッド１は、図２に見られるように、スタッド12のうち、上記雄ねじ部14及びカバー23を装着する上フランジ部13までに金属メッキ膜４を形成し、前記雄ねじ部14及び上フランジ部13からボール11までを含めた全体に三価クロメート膜５を形成している。すなわち、スタッド12の上フランジ部13を含む上側の部分は金属メッキ膜４及び三価クロメート膜５の２層からなる比較的厚い防錆皮膜を形成し、上フランジ部13より下からボール11を含めた部分は三価クロメート膜５の１層からなる比較的薄い防錆皮膜を形成している。金属メッキ膜４の膜厚は６μm〜15μm、三価クロメート膜５は最大で１μm程度である。

金属メッキ膜４及び三価クロメート膜５は、従来公知の各種手段を用いて形成する。例えば、金属メッキ膜４は、ボールスタッド１を倒立（図２中図示の上下逆の姿勢）させてボール11側を保持し、上フランジ部13までを槽内のメッキ液に浸漬させて形成する。そして、前記金属メッキ膜４形成後、ボールスタッド１全体を槽内のクロメート液に浸漬させて、ボール11を含めた全体にわたって三価クロメート膜を形成する。金属メッキ膜４及び三価クロメート膜５を形成していなかった従来は、組付け時までの防錆を考慮して、製造されたボールスタッドの全体にわたって油を塗布していたが、本発明のボールスタッド１は三価クロメート膜５形成後、直ちに出荷できる利点がある。

本発明に基づくボールスタッドが仕様要求を満たし、かつ必要十分な防錆性能を発揮するか否かについて、実施例１〜実施例３を製作し、耐久試験（ボールジョイントに組み付けたボールスタッドに対し、一定荷重及び規定振幅で揺動及び回転させる試験）前の回転トルク、耐久試験後の回転トルク、軸直方向剛性、そして軸方向剛性を測定した。更に、実施例１〜実施例３について、耐久試験前後におけるボール表面粗度、ボール径変化、そしてボールを嵌め込む樹脂シートの肉厚変化を測定した。

＜実施例の構成＞
実施例１〜実施例３は、上記例示の図１及び図２に見られる外形のボールスタッドで、同じ金属メッキ膜（亜鉛ニッケル膜）及び三価クロメート膜を形成している。使用したボールスタッドは、素材がSCM435で、ボール及びスタッドほかを一体にした切削加工品であり、ボール径が20mm、スタッド長が67mm（雄ねじ部を含む）の大きさである。実施例１〜実施例３は、カバーを装着する上フランジ部まで膜厚８μmの亜鉛ニッケルメッキ膜を形成し、ボールを含む全体にわたって膜厚１μm以下の三価クロメート膜を形成している。ボールを嵌め込むソケット内の樹脂シートは、ポリアセタール製である。後掲耐久試験では、上記例示の図１に見られるスタビライザーリンクを構成し、一端（図１中左側）のボールスタッドを油圧試験機（加振機）に接続し、宙に浮く他端（図１中右側）のボールスタッドに揺動運動及び回転運動を加えた。

＜耐久試験＞
実施例１〜実施例３に実施した耐久試験を表１に示す。実施例１は、雰囲気温度−30℃の条件下で、荷重±3.5kN、周波数10Hz、揺動角度±20度、回転角度±30度、サイクル数800,000回の耐久試験を実施した。実施例２は、雰囲気温度70℃の条件下で、荷重±2.0kN、周波数13Hz、揺動角度±２度、回転角度±２度、サイクル数3,000,000回の耐久試験を実施した。そして実施例３は、雰囲気温度70℃の条件下で、荷重±3.5kN、周波数10Hz、揺動角度±20度、回転角度±30度、サイクル数800,000回の耐久試験を実施した。

＜仕様要求測定＞
実施例１〜実施例３について、耐久試験前の回転トルク、耐久試験後の回転トルク、軸直方向剛性、そして軸方向剛性の測定結果を表２に示す。表２では、揺動回転側（宙に浮いたスタビライザーリンクの他端のボールスタッド）からの測定値のみで、荷重側（油圧試験機を接続したスタビライザーリンクの一端のボールスタッド）からの測定値は省略している。測定の結果、実施例１〜実施例３いずれも必要十分な仕様要求を満たし、製品として問題ないことが確認された。

＜ボール表面粗度測定＞
上記耐久試験及び仕様要求測定に合わせて、三価クロメート膜の変化を検証するため、まずボールスタッドのボール表面粗度を測定した。実施例３は、耐久試験に不具合が生じたため、耐久試験後のボール表面粗度について荷重側の測定が未実施である。測定方法は、JIS BＢ 0601に準拠している。測定結果を表３に示す。数値の増減に若干のばらつきが見られるものの、いずれも仕様要求を必要十分に満たす範囲に収まっており、外観的にも異常が見られず、実施例１〜実施例３いずれも製品として問題ないことが確認された。

＜ボール径変化測定＞
次に、ボール径の変化を測定した。測定結果を表４に示す。測定は、直交するＸ方向及びＹ方向におけるボールの直径を、マイクロメータにより測定した。実施例３は、耐久試験に不具合が生じたため、耐久試験後のボール径について荷重側の測定が未実施である。測定結果を表４に示す。数値の増減に若干のばらつきが見られるものの、いずれも仕様要求を必要十分に満たす範囲に収まっており、外観的にも異常が見られなかった。これから、実施例１〜実施例３いずれも製品として問題ないことが確認された。

＜樹脂シート肉厚変化測定＞
また、三価クロメート膜を形成したボールが樹脂シートに与える影響を確認するべく、樹脂シートの肉厚の変化を測定した。測定は、周方向90度間隔のＡ方向、Ｂ方向、Ｃ方向及びＤ方向における樹脂シートの肉厚を、マイクロメータにより測定した。実施例３は、耐久試験に不具合が生じたため、耐久試験後の樹脂シートの肉厚について荷重側の測定が未実施である。測定結果を表５に示す。数値の増減に若干のばらつきが見られるものの、いずれも仕様要求を必要十分に満たす範囲に収まっており、外観的にも異常が見られなかった。これから、実施例１〜実施例３いずれも製品として問題ないことが確認された。

＜防錆性能評価＞
最後に、本発明のボールスタッドが目的とする防錆性能評価について、塩水噴霧試験（JIS Z 2371）を実施した。評価対象である実施例４は、上記実施例１耐久試験前相当品である。また、素材、構造及び大きさが同じで、まったく防錆処理を施していない比較例も合わせて塩水噴霧試験を実施した。試験条件は、塩水表液の比重が1.03、pHが6.5、噴霧室の暴露帯温度が35±２℃、噴霧量が1.5mL/80cm²/hrであり、噴霧時間を連続１時間とした。この結果、実施例４については特に異常が認められなかったが、比較例は赤錆の発生が確認された。これから、実施例４の防錆性能が確認された。

本発明を適用したボールスタッドを組み付けたボールジョイントの一例を表す部分破断正面図である。金属メッキ膜及び三価クロメート膜の関係を表したボールスタッドの断面図である。

符号の説明

１ボールスタッド
11 ボール
12 スタッド
13 上フランジ部
14 雄ねじ部
２ボールジョイント
21 ソケット
22 樹脂シート
23 カバー
３スタビライザーリンク
31 ジョイントバー
４金属メッキ膜
５三価クロメート膜

Claims

略棒状のスタッドの一端にボールを備えたボールスタッドにおいて、
ボールを除くスタッドの表面に金属メッキ膜を形成し、スタッドに形成した金属メッキ膜からボールまでを含めた全体の表面にわたって三価クロメート膜を形成したことを特徴とするボールスタッド。
金属メッキ膜は、亜鉛メッキ膜である請求項１記載のボールスタッド。
金属メッキ膜は、ニッケルメッキ膜である請求項１記載のボールスタッド。
金属メッキ膜は、亜鉛ニッケルメッキ膜である請求項１記載のボールスタッド。