ボールジョイント・ハイムジョイント・球面軸受・ベアリング:実際の関係

4つはすべて同じファミリーに属し、接続された2つの部品が、剛性をもってロックされるのではなく、互いに対して動けるようにする部品です。それらが分かれるのは、どれだけのミスアライメントを許容するか、どれだけよく密閉されているか、そして、その動きが完全な回転か、限られた角度の揺動かという点です。ボールジョイントは、自動車のサスペンションの荷重に対応して作られた、密閉された、メンテナンスの少ないバージョンです。ハイムジョイント(ロッドエンド)と球面ベアリング(ユニボール)は、より近い親戚で、同じ中核部品とも言えるもので、密閉性を犠牲にして、より厳しい公差のために作られています。「ベアリング」は、3つすべてを含む総称であり、角度の動きにはまったく対応していない、まったく別のカテゴリー(転がり軸受)も含みます。

ファミリーツリー

「ベアリング」と呼ばれるものすべてが同じ仕事をするわけではありません。実際に重要な区分は次のとおりです。

• 1つの軸だけでの、連続回転のために作られたベアリング — ホイールベアリング、トランスミッションやプーリー内部のほとんどのベアリング。単一の軸の周りで自由に回転し、一般に、角度のミスアライメントには耐えられません。それは、設計の目的ではありません。
• 限られた角度の動きのために、複数の軸で作られたベアリング — ボールジョイント、ハイムジョイント、球面ベアリングは、すべてここに該当します。いずれも連続回転を意図したものではなく、リンケージが動くときに、限られた範囲で旋回し、傾くように作られています。

混乱が始まるのは、通常、この2つ目のグループです。ボールジョイント、ハイムジョイント、球面ベアリングは、いずれも、おおよそ同じ物理的な考え方、つまり、合致するソケットの中に収まったボールを、3つの異なる方法で実装したものを指しているからです。

3つのボールとソケットのバリエーションの比較

人々が戸惑うのは、ハイムジョイントと球面ベアリングの行です。両者は、内部では、しばしば同じベアリング、つまり内輪と外輪の間に収まったボールで、単に、パッケージの仕方が異なるだけです。ハイムジョイントは、そのベアリングを、ねじ付きシャンクを持つロッドエンドのボディにまとめており、リンクに直接ねじ込めます。球面ベアリング(ユニボール)は、ベアリング単体で、すでに設計したハウジングに圧入することを意図しており、取り付けをねじ付きシャンクが行うのではなく、まっすぐなボルトがその中を貫通します。工場出荷時のボールジョイントを、ユニボールの構成に置き換える「ボールジョイントデリート」キットを見たことがあるなら、それがまさにこの置き換えで、ボールジョイントの密閉されたコンプライアンスを、球面ベアリングのより厳しい、他の場所で調整可能な幾何形状と交換するものです。

SYZ Machine自身の、球面ベアリングの動きに関する解説は、比較表に収まる以上に深く、その仕組みを扱っており、ISO 12240-4の荷重値(軸方向の荷重容量は、通常、ラジアル容量の10〜15%)や、特定のベアリングが実際にどれほど「ガタなし」かを決める、ラジアルクリアランスの公差(0.0000″〜0.0005″という狭さ)も含まれています。アーティキュレーションと球面ベアリングの動きを理解する。

ボールジョイントが密閉されたままで、ハイムジョイントや球面ベアリングが密閉されない理由

これは、上の表のその他すべての違いの根底にあるトレードオフです。ボールジョイントのゴム製ブーツと緩衝性のあるソケットは、路面の砂埃と水を防ぎ、ある程度の衝撃を吸収するために存在し、その代償は、わずかな組み込みのガタです。ハイムジョイントや球面ベアリングは、まさにそのガタをなくすために、その緩衝を省いており、そのため、ジョイントが振れるために必要な角度を、制限することなく密閉できるブーツの設計は、ほとんどありません。これは見落としではなく、意図的な選択です。密閉よりも精度を選んでおり、メンテナンススケジュール(定期的なグリースアップ/点検)は、その選択を反映しています。

そのトレードオフが、実際のステアリングの感触と、実際のオフロードでの故障モードで、どのように現れるのか、つまり、構造上の違いだけでなく、その仕組みの完全な比較については、ボールジョイントとハイムジョイントを具体的に扱った、より深い2つの記事をご覧ください。

• 精度の高い反応:なぜステアリングで、ハイムジョイントが、標準的なボールジョイントに勝つのか — ステアリングの感触と角度範囲の比較で、完全なトレードオフの表付き。
• ATV/UTVのAアーム:標準的なボールジョイントが故障する理由と、ハイムジョイントが実際に役立つ場面 — ロングトラベルのサスペンション幾何形状の下で、OEMのボールジョイントが故障する3つの具体的な方法と、ハイムジョイントが解決すること、しないこと。

もう1つの名称の厄介な点:ハイムジョイントには5つの名前がある

上記の機能面の比較とは別に、「ハイムジョイント」という用語自体が、同じ部品の5つの互換性のある名前の1つです。ロッドエンド、ハイムジョイント、ローズジョイント、球面ロッドエンド、ロッドエンドベアリングは、すべて同じ物理的な部品で、違いは機械的なものではなく、地域的/歴史的なものです。ロッドエンド、ハイムジョイント、ローズジョイントの違いは何か?

特定の用途に、実際にどれが必要か

• 日常使いの車両、OEMスタイルのサスペンション:ボールジョイント。車両が必要としない精度よりも、密閉性と低メンテナンスが優先されます。
• 長さを調整できる必要のあるステアリング、またはサスペンションのリンク(トー、キャスター、バンプステアの修正):ハイムジョイント。ねじ付きシャンクが、そもそもそれを調整可能にするものです。
• すでにハウジングを設計済みで、ベアリングの角度範囲だけが必要な、またはAアームやコントロールアームの旋回点、あるいは固定長のリンクを製作している場合:球面ベアリング/ユニボール。
• ただ回転する必要があるもの — ホイール、プーリー、シャフトなど:それは転がり軸受であり、上の3つのいずれでもありません。部品が限られた揺動ではなく連続回転を必要とする場合、ボールジョイント/ハイムジョイント/球面ベアリングのいずれも、そもそも適切なカテゴリーではありません。

SYZ Machineは、この比較の両側、つまり、OEMスタイルの用途向けの密閉式ボールジョイントと、精度の側のための特注のロッドエンド/球面ベアリング(用途に合わせた、シャンクサイズ、ミスアライメント定格、内張り材)の両方を製造しています。正しい判断は、どちらが丈夫に聞こえるかではなく、幾何形状とデューティサイクルが実際に何を要求するかによって決まります。

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Danny Ni エンジニアリング＆機械システムのライター

Danny Niは、SYZ Machineでエンジニアリングを専門とするテクニカルライターで、機械部品、リンケージシステム、実際の用途に即したエンジニアリングを得意としています。アフターマーケットの車両部品、産業用ジョイント、機械の原理を扱い、複雑なエンジニアリングの概念を、エンジニア、製作者、業界のバイヤーに役立つ実践的な知見へと落とし込んでいます。

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