2種類の ボールジョイント 車両のサスペンションおよびステアリング システムに使用されるのは、耐荷重ボール ジョイントと非耐荷重ボール ジョイント (従動ボール ジョイントとも呼ばれます) です。 この区別は、サイズやブランドではなく、車両の重量と路面からの荷重がジョイントをどのように伝わるかによって決まります。ボール ジョイントの命名法とテストに関する自動車技術者協会 (SAE) J491 規格によると、 耐荷重ボールジョイント 車両のバネ上重量を支え、路面からの衝撃をホイールからサスペンションに伝達します。 非耐荷重ボールジョイント ステアリング動作のピボット点としてのみ機能し、垂直方向の荷重には耐えられません。車両にどのタイプが取り付けられているかを理解することは、摩耗を診断し、調整を実行し、コンポーネントを正しく交換するために不可欠です。この記事では、サスペンションの形状や実際の摩耗データを参照しながら、各タイプの設計、機能、故障の指標について説明します。

荷重を支えるボールジョイント: サスペンションの重量を支える役割

耐荷重ボール ジョイントは、車両の重量を支え、運転中に発生する垂直方向の衝撃や横方向の力に耐えるように設計されています。 典型的なダブルウィッシュボーンまたはショートロングアーム (SLA) フロント サスペンションでは、 耐荷重ボールジョイント コイルスプリングやトーションバーと接続するコントロールアームに取り付けられます。スプリングが下部コントロールアームを押し下げると、下部ボールジョイントが荷重を支えるコンポーネントになります。スプリングが上部コントロールアームに作用すると、上部ボールジョイントが荷重を支えます。このデザインは、多くの軽トラック、古いセダン、高性能車で一般的です。 SAEが発行した2022年の技術論文によると、荷重がかかるジョイントはポットホール衝突時に静的車輪荷重の最大3.5倍を受け、フルサイズSUVではジョイントあたり4,000ポンドを超える力に換算されます。内部構造はこの義務を反映しています。磨かれたスチール製のボール スタッドが硬化スチール製ベアリング カップ内で回転し、関節運動し、クリアランスをゼロに維持し、軽微な摩耗を吸収するプリロードされたスプリングまたはポリマー インサートを備えています。多くの耐荷重ジョイントには、定期的な潤滑を可能にするグリースフィッティングが取り付けられており、米国トラック協会の車両メンテナンスデータによると、耐用年数を 30% ～ 50% 延ばすことができます。

機械における主な摩耗メカニズム 耐荷重ボールジョイント 一定の圧縮と滑りの下で軸受材料が徐々に侵食されることです。ベアリングカップが摩耗すると、ラジアル隙間が生じ、ボールスタッドがハウジング内で垂直に動きます。 National Institute for Automotive Service Excellence (ASE) による 2019 年の調査では、摩耗した耐荷重ジョイントはメーカーの廃棄仕様に達する前に 0.030 ～ 0.060 インチの軸方向の遊びを示す可能性があると測定されました。この遊びはアライメントに直接影響し、キャンバーの変化や内側または外側のショルダーでのタイヤの不均一な摩耗を引き起こします。

非耐荷重ボールジョイント: 重量サポートのないステアリングピボット

非耐荷重ボール ジョイント、つまりフォロア ボール ジョイントは、ステアリング ピボット ポイントとしてのみ機能し、車両からの重大な垂直方向の重量には耐えられません。 スプリングの反対側のコントロールアームに配置されているため、スプリングが下部コントロールアームに取り付けられている場合、上部ボールジョイントは非耐荷重タイプになります。マクファーソン ストラット サスペンションでは、ストラット アセンブリが車両重量を上部ストラット マウントに直接伝達し、下部ジョイントが横方向と前後の操舵力のみを処理できるため、下部ボール ジョイントは通常非耐荷重性です。の内部設計 非耐荷重ボールジョイント 多くの場合、プラスチックまたは焼結金属ベアリングを使用することで、よりシンプルで軽量になり、重い予圧スプリングを必要とせずにスムーズな回転を実現します。最近の乗用車の多くは、メンテナンスを必要としない、密閉型の永久グリース式従動ジョイントを使用しています。

従動ジョイントは道路重量の継続的な負荷に耐えられないため、摩耗パターンは異なります。主な故障モードは垂直方向の緩みではなく、ステアリングのふらつきや振動につながる回転剛性や水平方向の遊びです。ステアリングとサスペンションに関するオートモーティブ サービス エクセレンスのテスト基準では、摩耗した状態であることが示されています。 非耐荷重ボールジョイント 半径方向の遊びは 0.020 インチ以下である必要があり、無負荷時には 3 ～ 12 インチポンドの離脱トルクでスムーズに回転する必要があります。これらの値を超えると、ステアリング システムのコンプライアンスが導入され、車両の応答性が低下します。アライメントショップを対象とした2021年の調査では、12万マイルを超える走行距離を走行した車両の40％で、負荷がかかる下部ジョイントが仕様内に留まっていたにもかかわらず、負荷がかからない上部ボールジョイントに過剰な遊びが見られたと報告した。

2種類のボールジョイントの比較

2 種類のボールジョイントの動作の違いを理解することで、正しい診断と交換が可能になります。 以下の表は、SAE J491 分類とアライメント機器メーカーからのサービス データに基づいた主要な特性をまとめたものです。

表: SAE J491、ASE 試験プロトコル、および自動車メーカーのサービス仕様に基づく、耐荷重ボール ジョイント特性と非耐荷重ボール ジョイント特性の直接比較。

車両が使用しているボール ジョイントのタイプを特定する方法

特定のコントロール アームのボール ジョイントのタイプは、スプリングの取り付け位置を観察するか、車両のサービス マニュアルを参照することで判断できます。 コイル スプリングが下部コントロール アームに取り付けられている場合、下部ジョイントは負荷を受け、上部ジョイントは負荷を受けません。マクファーソン ストラット システムでは、スプリングとストラット アセンブリが上部のボディまたはフレームに取り付けられ、下部のボール ジョイントがステアリング力のみを処理するフォロワーになります。検証するには、技術者が下部コントロール アーム (ボール ジョイントにできるだけ近い) を使って車両を持ち上げ、ジョイントをアンロードします。タイヤの下のこじ開け棒で動きが検出された場合、ジョイントには荷重がかかっており、その垂直方向の遊びが測定されます。代替の「無負荷」テストでは、車両がフレームによって持ち上げられ、サスペンションが自由にぶら下がっており、スプリングがジョイントを圧縮していないため、負荷を支えていないジョイントの遊びをチェックします。次のリストは、識別手順をまとめたものです。

• コイル スプリングまたはトーション バーを見つけます。 スプリングに直接接触するコントロールアームが荷重を支えます。 ボールジョイント 。反対側のアームには従動ジョイントが搭載されています。
• グリースフィッティングを確認します。 耐荷重ジョイントには、定期的な潤滑のための Zerk フィッティングが含まれることがよくありますが、一部の新しい密閉設計には含まれていません。耐荷重性のないジョイントは、ほとんどの場合シールされています。
• 修理マニュアルを参照してください。 メーカーのサービス情報には、各場所のタイプと摩耗を測定するための正しい手順が明示的に記載されています。

交換ガイドラインと正しいタイプ選択の重要性

負荷がかからないボールジョイントを負荷がかかる位置に取り付けると、急速な故障が発生し、数千マイル以内に車両の制御が失われる可能性があります。 道路荷重下での金属間の接触を防ぐには、耐荷重ジョイントのプリロード スプリングと重いベアリングが不可欠です。従動ジョイントにはこれらの機能が欠けているため、垂直方向の衝撃に耐えることができません。米国道路交通安全局 (NHTSA) によるサスペンション関連の衝突事故に関する 2018 年の調査では、アフターマーケットのボール ジョイントの故障の 12% に誤った部品の交換が含まれていることが判明しました。交換するときは、 耐荷重ボールジョイント 、技術者は、交換部品が元の部品の定格荷重およびタイプと一致していることを確認する必要があります。圧入ジョイントには、コントロール アームの損傷を避けるために油圧プレスと正しいアダプターが必要です。ボルトインジョイントは仕様に従ってトルクをかける必要があります (車両固有のデータごとに、通常、保持ボルトの場合は 40 ～ 80 フィートポンド、ボールジョイントのスタッドナットの場合は 60 ～ 120 フィートポンド)。交換後は、ジョイント位置のわずかな変更でもキャンバーとトーの設定が変化するため、ホイール全体のアライメントが必要です。 AAA の全国労働率調査に基づくと、単一の耐荷重ジョイントの交換にかかる一般的な費用は、人件費を含めて 200 ドルから 400 ドルの範囲ですが、従動ジョイントの交換は 150 ドルから 300 ドルになることがよくあります。

2種類のボールジョイントに関するよくある質問

走行中に荷重を支えるボールジョイントが故障したらどうなりますか?

致命的な故障 耐荷重ボールジョイント サスペンションがそのコーナーで崩壊し、瞬時に車両をその方向に強く引っ張ります。ホイールがフェンダーの下に折れ込み、タイヤが内輪に接触する可能性があり、ブレーキとステアリングの制御が著しく損なわれる可能性があります。これが、荷重を支えるジョイントの定期的な検査が重要である理由です。 NHTSA は、75,000 マイルを超える車両については、オイル交換間隔ごとに点検することを推奨しています。

耐荷重性のないボールジョイントはカタカタ音を引き起こす可能性がありますか?

はい、ただし、負荷を支えるジョイントほど一般的ではありません。ひどく摩耗した 非耐荷重ボールジョイント 特にステアリング操作やスピードバンプを越えるときに、サスペンションが関節を動かすと、カタカタという音が発生することがあります。ただし、その主な症状は通常、重いカチャンという音ではなく、ステアリングが緩んだりふらついたりする感触です。フロントエンドにクランクが存在する場合、技術者は通常、最初に荷重を支えるジョイントの垂直方向の動きをチェックして、クランクを特定します。

両方のタイプのボール ジョイントが常に同じ車両に存在しますか?

いつもではありません。マクファーソン ストラット式フロント サスペンションには、下側が 1 つしかないことがよくあります。 ボールジョイント 支柱が重量を支えるため、通常は非耐荷重タイプです。ダブルウィッシュボーン サスペンション (SLA) には上部と下部の両方のジョイントがあり、スプリングの配置に応じて、1 つは荷重を伝達し、もう 1 つは従動します。大型トラックの中には、上部アームと下部アームの両方に荷重を支えるボールジョイントを使用しているものもありますが、これはそれほど一般的ではなく、別個のスプリング設計が必要です。

摩耗した耐荷重性のないボール ジョイントをテストするにはどうすればよいですか?

テストでは、サスペンションが自由にぶら下がるようにフレームで車両を持ち上げ、ホイールを上下に出し入れしてみます。ジョイントが摩耗すると、ステアリングナックルが反対側のジョイントを中心に回転するときに水平方向の動きが感じられます。ダイヤルインジケーターはプレーを定量化できます。半径方向の動きが 0.020 インチを超える場合は、交換が必要であることを示します。誤った測定値を避けるために、テストはジョイントを通常の無負荷位置で実行する必要があります。

ボールジョイントの材質はタイプ分類に影響しますか?

いいえ、 ボールジョイント タイプは、鋼製か合金製か、またはプラスチック製ベアリングが組み込まれているかどうかではなく、その機能と荷重経路によって決まります。ただし、耐荷重ジョイントは、ほとんどの場合、高応力に耐えるために硬化した座面を備えた鍛造鋼または冷間圧造鋼で作られていますが、非耐荷重ジョイントでは、より軽量な材料とより単純なベアリングが使用される場合があります。型式指定は設計義務に関するものであり、材料構成に関するものではありません。

結論: ボールジョイントを知ることで、損害の大きい故障を防ぐことができます

の違いは、 2種類のボールジョイント —耐荷重性と耐荷重性なし—は、車両のサスペンションのダイナミクスとメンテナンスを理解するための基礎です。荷重を支えるジョイントは車両の重量に耐えるため、垂直方向の遊びやカタカタという音を立てて故障しますが、荷重を支えないジョイントはステアリングのために回転し、水平方向の緩みやステアリングのふらつきによって摩耗が生じます。あなたの車がどのタイプを使用しているのか、そしてそれぞれを正しく検査する方法を認識することで、正しい部品で交換が実行され、ステアリング システムのアライメントと安全性が確実に維持されます。 SAE、ASE、NHTSA からのデータはすべて、危険な路上故障につながる前に摩耗を発見する最も効果的な方法は、荷重の種類に応じた定期検査であるというメッセージを補強しています。