(57)【要約】  本発明は、特に自動車のシャーシで車両レベル値発生器として使用するための、組み込まれた角度センサを備えたボールジョイントに関する。  当該ボールジョイントはボールジョイントハウジング（１）と、該ボールジョイントハウジング（１）内に支承されたボールスタッド（２）と、該ボールスタッド（２）のジョイントボール（３）に配置された２極式の磁界発生器（４）と、該磁界発生器（４）により発生させられた磁界と相互作用する、ボールジョイントハウジング（１）に配置された少なくとも１つの磁界方向センサ（５）とを有しており、この場合、２極式の磁界発生器（４）の一方の磁極だけがボール表面に配置されている。
2007503553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールジョイントハウジング（１）と、該ボールジョイントハウジング（１）内に支承されたボールスタッド（２）と、該ボールスタッド（２）のジョイントボール（３）に配置された２極式の磁界発生器（４）と、該磁界発生器（４）により発生させられた磁界と相互作用する、ボールジョイントハウジング（１）に配置された少なくとも１つの磁界方向センサ（５）とを備えたボールジョイントにおいて、２極式の磁界発生器（４）の一方の磁極だけがボール表面に配置されていることを特徴とするボ―ルジョイント。
【請求項２】
磁界発生器（４）の両磁極がボールスタッド（２）の対称軸線に配置されている、請求項１記載のボールジョイント。
【請求項３】
磁界発生器（４）が棒磁石である、請求項１または２記載のボールジョイント。
【請求項４】
ジョイントボール（３）が強磁性材料から成っており、磁界発生器（４）がジョイントボール（３）内で非磁性材料から成る層（６）内に埋め込まれている、請求項１から３までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項５】
磁界発生器（４）の、ジョイントボール（３）内に位置する方の磁極が、強磁性のジョイントボール（３）と接触している、請求項４記載のボールジョイント。
【請求項６】
磁界発生器（４）により発生させられた磁界と相互作用する少なくとも２つの磁界方向センサ（５）が、ボールジョイントハウジング（１）に配置されており、該磁界方向センサ（５）の測定基準軸線（ｘ，ｙ）が同一の平面に位置していて、かつ互いに平行には延びていない、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】
２つの磁界方向センサ（５）が、プレート（７）上に互いに９０゜の角度を成して配置されている、請求項６記載のボールジョイント。
【請求項８】
前記プレート（７）が、ボールジョイントハウジング（１）の閉鎖カバー（８）に配置されている、請求項７記載のボールジョイント。
【請求項９】
前記プレート（７）が、ボールスタッド（２）の中心軸線に対して直角に配置されている、請求項７または８記載のボールジョイント。
【請求項１０】
当該ボールジョイントが、車両のシャーシで車両レベル値発生器として使用されており、ボールジョイントハウジング（１）とボールスタッド（２）とが、車両シャーシと車両のホイール懸架装置との間に配置されている、請求項１から９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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車のシャーシで車両レベル値発生器（Fahrzeugniveaugeber）として使用するための、組み込まれた角度センサを備えたボールジョイントに関する。
【０００２】
ボールジョイントを、自動車のシャーシで自動車ボディの位置変化を非接触式にかつ連続的に測定するための車両レベル値発生器として使用することは、欧州特許出願公開第６１７２６０号明細書に基づき公知である。この場合、ボールジョイントハウジングとボールスタッドとは、車両シャーシとホイール懸架装置との間に配置される。上記欧州特許出願公開明細書では、車両レベル値発生器により取得された情報をヘッドライトレンジ調節のためのヘッドライト光軸調整および／または車両レベル（車高）調整のために利用することが提案されている。
【０００３】
ボールジョイントは、ボールスタッドに設けられたジョイントボールに配置された２極式の磁界発生器と、この磁界発生器の影響範囲内でボールジョイントハウジングに配置された磁気抵抗式のセンサとを有している。このセンサは検出された磁界を介して、ボールスタッドの位置もしくは位置変化をできるだけ正確に検出することが望ましく、この場合、ボールスタッドの位置が変化すると、センサに対する磁界発生器の位置が変化し、ひいてはセンサ取付け個所における磁界が変化する。正確な検出を実現するためには、センサと磁界発生器とを互いに向かい合って位置するようにジョイントボールとボールジョイントハウジングとに配置し、これによって車両の車軸範囲に生じる空間的な運動が妨害因子となることなく、発生させられた測定信号が自動車ボディの実際の位置変化を表すようにすることが提案されている。
【０００４】
しかし、このようなボールスタッドの場合、この１つのセンサを用いるだけでは精度の点で自動車のために十分となる測定結果を期待することはできない。なぜならば、このセンサはボールスタッドの１つの運動方向（１つの自由度）しか測定することができず、別の２つの自由度は電子評価装置によって測定されるか、または排除されなければならないからである。
【０００５】
測定精度を改善するために、さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１３４２５９号明細書では、少なくとも２つの磁界センサをボールジョイントハウジング内で所定の円軌道に沿って互いに直径方向でボール表面の範囲に配置することが提案されている。したがって、磁界発生器の、ボール表面に配置された互いに異なる２つの磁極を用いて、ボールスタッドの２つの自由度、つまりボールスタッド中心軸線を中心とした旋回および回転を測定することが可能となる。３つの全ての自由度でボールジョイントハウジングに対するボ―ルスタッドの正確な空間的な位置を測定するためには、前記円軌道に沿って１２０゜の間隔を置いて３つの磁界センサを配置することが提案されている。
【０００６】
本発明の課題は、少数のセンサのみを使用してボールジョイントハウジング内でのボールスタッドの変位を大きな精度で検出することのできるようなボールジョイントを提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。本発明の有利な構成は請求項２以下に記載されている。したがって、ボールジョイントは、ボールジョイントハウジング内に支承されたボールスタッドと、該ボールスタッドのジョイントボールに配置された２極式の磁界発生器と、該磁界発生器により発生させられた磁界と相互作用する関係にある、ボールジョイントハウジングに配置された少なくとも１つの磁界方向センサとを有しており、この場合、２極式の磁界発生器の一方の磁極だけがボール表面に配置されている。磁界発生器の一方の磁極だけをボール表面に配置することにより、両磁極共にボール表面に配置される配置形式とは異なり、磁界方向センサの検出範囲に放射状の磁界が生ぜしめられる。既にこのことだけでも、１つのセンサを用いるだけで旋回軸線におけるボールスタッドの変位の正確な測定が可能となる。持ち込まれた磁界発生器によりボールヘッド表面のデザインが損なわれることはほとんどない。
【０００８】
磁界発生器、たとえば棒磁石が、ボールスタッドの対称軸線に配置されると、ボールスタッドの対称軸線を中心としたボールスタッドの回転運動はいかなる変位位置においても、ボールスタッドの変位測定に影響を与えなくなる。なぜならば、放射状の磁界に基づき、いかなる回転時でもセンサ取付け個所における磁界の方向はほぼ等しいままとなるからである。このことはホイール懸架装置の運動を介して車両のレベル位置もしくは車高を測定する場合に特に有利である。なぜならば、その場合、測定を誤める、舵取り運動により生ぜしめられた、ボールヘッドの対称軸線を中心としたボールヘッドの回転運動の影響が排除されるからである。
【０００９】
磁界発生器はボールヘッド内で非磁性材料から成る層内に埋め込まれてよい。これにより、ジョイントボールは高いジョイント力を伝達するために金属から製作され得る。磁界発生器の、内側に位置する方の磁極を金属製のジョイントボールに磁気結合することにより、磁界方向センサの検出範囲における磁界の形成が改善される。
【００１０】
磁界発生器により発生させられた磁界と相互作用関係にあり、かつ互いに平行には延びていない基準軸線を有する、少なくとも２つの磁界方向センサを使用することにより、いかなる方向におけるボールスタッドの変位をも検出することが可能となる。
【００１１】
簡単な組付けのためには、これらの磁界方向センサが、プレート、たとえばボールジョイントハウジングの閉鎖カバーに取り付けられている。ボールスタッドの変位を効果的に検出するためには、磁界方向センサがプレート上に互いに９０゜の角度を成して配置され、プレート自体はボールスタッドの中心軸線に対して直角に配置される。このような配置形式により、ボールスタッドの傾倒を２つの自由度に沿って唯一つの実量器、つまり磁界発生器を用いるだけで測定することが可能となる。
【００１２】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
図１は、本発明によるボールジョイントの１実施例を示す部分断面図であり、
図２は、図１に示したボールジョイントのボールジョイントハウジング内に組み込まれた、２つの磁界方向センサを備えたプレートを示す概略図であり、
図３は、本発明の１実施例による、相応する磁力線図を有するボールスタッドを示す断面図であり、
図４は、本発明によるボールジョイントの別の実施例を示す断面図である。
【００１４】
図１に部分断面図で図示したボールジョイントは、ボールジョイントハウジング１とボールスタッド２とから成っている。ボールスタッド２はジョイントボール３を有しており、このジョイントボール３はボールジョイントハウジング１内に支承されている。このボールジョイントは車両のシャーシにおいて車両レベル値発生器として使用されることが望ましい。この車両レベル値発生器の信号は、たとえば静的または動的なヘッドライト光軸調整および／または車両レベル（車高）調整のために利用可能である。この場合、ボールジョイントハウジング１もしくはボールスタッド２がホイール懸架装置に結合され、ボールスタッド２もしくはボールジョイントハウジング１が車両のシャーシに結合される。
【００１５】
ホイール懸架装置とシャーシとの間でのボールジョイントの配置は、ホイール懸架装置に対して車両ボディの位置が変化した場合にボールジョイントハウジング１内のボールスタッド２が、道路に対する車両ボディの位置変化を良好に反映する変位を受けるように行われる。
【００１６】
ボールジョイントハウジング１内でのボールスタッド２の変位を検出するためには、ボールスタッド２のジョイントボール３に磁界発生器４として棒磁石が嵌め込まれている。この棒磁石は磁界を発生させ、この磁界はボールジョイントハウジング１に取り付けられた１つまたは複数の磁界方向センサ５、たとえば磁気抵抗式の角度センサによって検出される。ボールジョイントハウジング１内でのボールスタッド２の最大変位は図１に角度αにより示されている。
【００１７】
一般に最大面圧はジョイントボールの赤道範囲に発生するので、磁界発生器４はジョイントボールの下側の部分に嵌め込まれている。図１に示した実施例では、磁界発生器４がジョイントボール３内で、非磁性材料から成るリング６内に埋め込まれており、このことはジョイントボール３を強磁性材料から形成することを可能にする。
【００１８】
磁界発生器４は一般に知られている永久磁石材料、たとえばアルニコ５００またはバリウムフェライトから製造されていてよい。磁気発生器４は、高い品質ファクタ（ＢＨ）ｍａｘを有する材料、たとえばＳｍＣｏ５、ＳＭ２Ｃｏ１７、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂまたは類似の材料から成る永久磁石として製造されていると有利である。
【００１９】
磁界方向センサ５はボールジョイントハウジング１内でプレート７、たとえばプリント配線板に載置されている。
【００２０】
図２には、プレート７に載置された磁界方向センサ５の配置形式が示されている。この場合、これらの磁界方向センサ５はその測定基準軸線ｘ，ｙが互いに９０゜の角度を成しかつ同一平面内でプレート７上に位置決めされている。実験により、これらの磁界方向センサ５がプレート７上で互いに密接して配置され、かつプレート７自体がボールスタッド２の中心軸線Ｍに対して直角に配置されていると、ボールスタッド２の変位の検出時に良好な結果が得られることが判った。
【００２１】
図３には、本発明の１実施例によるボールスタッド２の断面図と、相応する磁力線経過を示す磁力線図とが図示されている。ボールスタッド２の対称軸線に対して平行に磁界発生器４を配置し、かつ磁界方向センサ５を磁界発生器４に対して直角に配置することにより、センサの検出範囲に放射状の磁力線経過が生ぜしめられる。
【００２２】
ボールジョイントハウジング１内でボールスタッド２が変位すると、磁界発生器４の位置が変化し、ひいては磁界方向センサ５の取付け個所における磁力線経過が変化する。磁界方向センサ５はボールスタッド２のいかなる位置もしくはいかなる変位に対しても、磁界方向センサ５の取付け個所における磁力線経過の相応する角度を検出する。このことは、ボールジョイントハウジング１内でのボールスタッド２の変位を２つの自由度に沿って１つの実量器（Massverkoerperung）、つまり磁界発生器４を用いるだけで測定することを可能にする。
【００２３】
図３に示した実施例では、磁界発生器４の絶縁体を成すリング６が磁界発生器４の側方の範囲に延びている。それに対して、磁界発生器４の、ジョイントボール３内部に位置する方の磁極は強磁性のジョイントボール３と接触している。これにより、図３に図示されているように、磁力線経過の延伸が生ぜしめられ、このことは磁界方向センサ５によるボールスタッド２の変位検出を改善する。
【００２４】
磁界発生器４がボールスタッド２の対称軸線に配置されていることにより、測定時におけるボールスタッド２の対称軸線を中心としたボールスタッド２の回転運動による影響を取り除くことができる。なぜならば、放射状の磁界に基づき、ボールスタッド２の変位とは異なり、センサの取付け個所における磁界の方向もしくはセンサにより検出された角度はボールスタッド２の回転時でもほぼ等しくなるからである。測定のために望ましくない、ボールスタッド２のこのような回転運動は、ボールジョイントがホイール懸架装置において車両レベル値発生器、つまり車高センサユニットとして使用される場合に、たとえば舵取り運動時に発生し得る。
【００２５】
ボールジョイントがホイール懸架装置で車両レベル値発生器として使用される場合、磁界方向センサ５の一方の測定基準軸線ｘがボディのレベル位置の変化に沿って傾倒した姿勢に向けられ、他方の測定基準軸線ｙもしくは別の磁界方向センサ５が、制動負荷または加速負荷により生じる車両の引上げ運動を検出すると有利である。
【００２６】
図４には、本発明によるボールジョイントの別の実施例が断面図で示されている。この場合、磁界方向センサは容易な組付けもしくは磁界発生器４に対する位置決めのために、プレート７に載置された状態でボールジョイントハウジング１の閉鎖カバー８に取り付けられている。ボールジョイントハウジング１は下側の範囲に開口を有しており、この開口は、たとえば超音波溶接または熱間かしめ締結を用いて閉鎖カバー８によって閉鎖される。磁界方向センサ５は、プリント配線板を形成するプレート７に設けられている。このプレート７は閉鎖カバー８の構成要素である。ボールジョイントハウジング１が閉鎖カバー８によって閉鎖された後に、磁界方向センサ５はジョイントボール３内に嵌め込まれた磁界発生器４に対してセンサが位置決めされている。
【００２７】
ボールジョイントハウジング１ならびに閉鎖カバー８は自体公知の態様で射出成形法で製造され得る。この場合、磁界方向センサ５をコンタクトするケーブル９は閉鎖カバー８によって封入されるか、もしくは外方へ向かって案内されるので、閉鎖カバー８を介してケーブル９の引張り負荷軽減およびシールが同時に行われる。ボールジョイントハウジング１から導出されたケーブル９のコンタクトは差込み結合器（コネクタ）を介して行われ得る。
【００２８】
また、このセンサモジュールをボールジョイントハウジング内に組み付けて、閉鎖カバー８の装着時にケーブル９と、組み付けられたセンサモジュールとの間の結合を差込み結合によって形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるボールジョイントの１実施例を示す部分断面図である。
【図２】図１に示したボールジョイントのボールジョイントハウジング内に組み込まれた、２つの磁界方向センサを備えたプレートを示す概略図である。
【図３】本発明の１実施例による、相応する磁力線図を有するボールスタッドを示す断面図である。
【図４】本発明によるボールジョイントの別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ボールジョイントハウジング
２  ボールスタッド
３  ジョイントボール
４  磁界発生器
５  磁界方向センサ
６  リング
７  プレート
８  閉鎖カバー
９  ケーブル
Ｍ  ボールスタッドの中心軸線
α  角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2007503553.tif 000008
2007503553.tif 000009
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