(57)【要約】第１の部材と第２の部材とを旋回可能に相互接続するためのボールジョイントアセンブリは、中空室を画定するハウジングを含む。ハウジングは第１の部材に結合されるように構成される。ボールジョイントはまた、中空室内に保持されたボール部分と、第２の部材に結合されるように構成された支柱部分とを有するボールスタッドを含む。エラストマは、ボール部分とハウジングとの間の中空室内に位置決めされる。ボール部分はエラストマに回転可能に結合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と第２の部材とを旋回可能に相互接続するためのボールジョイントアセンブリであって、
前記第１の部材に結合されるように構成された、中空室を画定するハウジングと、
前記中空室内に保持されたボール部分と、前記第２の部材に結合されるように構成された支柱部分とを有するボールスタッドと、
前記ボール部分と前記ハウジングとの間の前記中空室内に位置決めされるソケットを有するエラストマと、
を備え、前記ボール部分が前記ソケット内に位置決めされかつ前記エラストマに回転可能に結合されるボールジョイントアセンブリ。
【請求項２】
前記エラストマが端面を含み、前記ハウジングがストッパ面を含み、前記端面が前記ストッパ面に係合し、これによって前記エラストマの軸方向運動を制限する、請求項１に記載のボールジョイントアセンブリ。
【請求項３】
前記エラストマが、一体成形のフランジを含み、該フランジが前記端面に予荷重をかけて前記ストッパ面と係合させるように付勢変形される、請求項２に記載のボールジョイントアセンブリ。
【請求項４】
前記エラストマが、潤滑剤を貯留するために、くぼみと長手方向に延在するグリース溝とを含む、請求項３に記載のボールジョイントアセンブリ。
【請求項５】
前記ソケットが前記ボール部分を部分的に包囲する、請求項１に記載のボールジョイントアセンブリ。
【請求項６】
前記エラストマが、励起されたときに機械的エネルギを熱に転換するように動作可能である、請求項１に記載のボールジョイントアセンブリ。
【請求項７】
第１の部材と第２の部材とを旋回可能に相互接続するためのボールジョイントアセンブリであって、
前記第１の部材に結合されるように構成された、中空室を画定するハウジングと、
前記中空室内に保持されたボール部分と、前記第２の部材に結合されるように構成された支柱部分とを有するボールスタッドと、
前記ボール部分の第１の部分に係合するガイド面を有する第１の軸受シートと、
前記ボール部分の第２の部分に係合する接触面を有する第２の軸受シートと、
前記第１の軸受シートと前記ハウジングとの間の前記中空室内に位置決めされ、前記第１の軸受シートと前記ハウジングとの間に負荷経路を提供する第１のエラストマと、
前記第２の軸受シートと前記ハウジングとの間の前記中空室内に位置決めされ、前記第２の軸受シートと前記ハウジングとの間の負荷経路を提供する第２のエラストマと、
を備えるボールジョイントアセンブリ。
【請求項８】
前記第１のエラストマを取り囲む略円形の円筒状保持器をさらに含む、請求項７に記載のボールジョイント。
【請求項９】
前記第１のエラストマが前記第１の軸受シートと前記保持器とに一体的に接合される、請求項８に記載のボールジョイント。
【請求項１０】
前記保持器が前記中空室に係合する、請求項８に記載のボールジョイント。
【請求項１１】
前記ガイド面と前記ボールスタッドとが、前記接触面と前記ボールスタッドとによって画定される摩擦半径よりも実質的に長い摩擦半径を画定する、請求項７に記載のボールジョイント。
【請求項１２】
前記第１のエラストマが、前記第１の軸受シートに係合する内面と、前記ハウジングに結合される外面とを有する概して中空の円筒である、請求項７に記載のボールジョイント。
【請求項１３】
前記第２のエラストマが、前記第２の軸受シートを偏倚的に付勢して、前記ボール部分の前記第２の部分と係合させる、請求項７に記載のボールジョイント。
【請求項１４】
前記ハウジングに結合され、これによって前記中空室を密閉する端部キャップをさらに含む、請求項１３に記載のボールジョイント。
【請求項１５】
前記ハウジングが、前記第２の軸受シートを前記中空室内に保持するために前記端部キャップと係合可能なリップ部を含む、請求項１４に記載のボールジョイント。
【請求項１６】
前記第１および第２の軸受シートが、前記ボールスタッドの長手方向軸線にわたって延在する線の反対側に位置決めされる、請求項７に記載のボールジョイント。
【請求項１７】
前記第１の軸受シートが前記第１のエラストマによってオーバモールドされる、請求項１６に記載のボールジョイント。
【請求項１８】
第２の部材に旋回可能に結合される第１の部材を含む車両乗員に伝達される振動を遮断する方法であって、
前記第１の部材に結合されるように構成されたハウジングを提供するステップと、
前記第２の部材に結合されるように構成されたボールスタッドを選択するステップと、
遮断すべき振動の大きさおよび周波数を決定するステップと、
前記振動の大きさおよび周波数に基づきエラストマ材料の厚さを決定するステップと、
前記ボールスタッドと前記ハウジングとの間に前記エラストマ材料を配置して、前記振動を遮断するステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記ボールスタッドに係合する軸受シートを前記エラストマ材料内に成形するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ボールスタッドと前記ハウジングとの間に前記エラストマ材料を配置するステップが、前記エラストマ材料によって画定される中空室内に前記ボールスタッドをスナップ嵌合させるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールジョイント、より詳しくは、エラストマダンパを介してハウジングに結合されたボールスタッドと軸受とを有するステアリングおよびサスペンションシステム用の遮断ボールジョイントに関する。
【０００２】
背景技術
自動車は、典型的に、道路から車両への負荷入力を吸収するためにサスペンションシステムを含む。同様に、ステアリングシステムにより、運転者は所定の経路に沿って車両を方向付けることができる。多くの車両ステアリングおよびサスペンションシステムは、ボールジョイントを利用して構成要素を相互接続し、角度変化に対応する。一般に、従来の大部分のボールジョイントはボールスタッド、ボールソケット、およびハウジングを含む。典型的に、ボールスタッドは、細長いシャンク部分とボール部分とを有する鍛造された金属製の構成要素である。ボールスタッドのシャンク部分は１つのサスペンションまたはステアリング構成要素に接続され、ハウジングは他のサスペンションまたはステアリング構成要素に固定される。ボールスタッドのボール部分はボールソケット内に形成された球状中空室内に保持され、次にボールソケットがハウジングに装着される。
【０００３】
ステアリングホイールで発生させられる力の伝達を促進するために、ボールスタッド、ボールソケットおよびハウジングは、鋼のような高強度材料から典型的に構成される。ある用途では、滑らかな摩耗面を設けて保守潤滑の必要性を軽減するために、薄いポリマ製ボールソケットまたは球状軸受が利用される。しかし、これらの材料の負荷伝達特性は、構造的に頑丈なステアリングまたはサスペンションシステムを提供するが、タイヤで発生させられる道路境界面に対する負荷は、ハンドル操作に追随して戻る比較的剛性の経路も有する。したがって、タイヤ、ホイールおよび道路によって発生させられる振動は、運転者または車両乗員に伝達され、望ましくない。
【０００４】
発明の開示
したがって、本発明の目的は、道路負荷入力を車両乗員から遮断できるステアリングおよびサスペンションシステム用のボールジョイントを提供することである。本発明の他の目的は、最小の労力および加工コストで済むステアリングおよびサスペンションシステム用の遮断ボールジョイントを提供することである。
【０００５】
本発明は、第１の部材と第２の部材とを旋回可能に相互接続するためのボールジョイントアセンブリを含む。第２の部材は、中空室を画定するハウジングを含む。ハウジングは、第１の部材に結合されるように構成される。ボールジョイントはまた、中空室内に保持されたボール部分と、第２の部材に結合されるように構成された支柱部分とを有するボールスタッドを含む。エラストマはボール部分とハウジングとの間の中空室内に位置決めされる。ボール部分はエラストマに回転可能に結合される。
【０００６】
本発明のさらなる目的、特徴および利点は、添付図面に関連して以下の説明および添付された特許請求の範囲を考慮することによって明白になるであろう。
【０００７】
発明を実施するための最良の形態
一般に、本発明は、例えば、車両サスペンションまたはステアリングナックルのスタビライザバーおよびコントロールアームのような１対のサスペンションまたはステアリング構成要素とタイロッドアームとの間の相対角度運動に対応するボールジョイントに関する。本発明のボールおよびソケットアセンブリは、道路負荷入力を車両運転者または乗員から遮断するように構成されるエラストマを含む。したがって、本発明のボールジョイントは多様なシステムに利用可能であり、本明細書に記述した特定の用途に限定することを意図しない。
【０００８】
初めに図１を参照すると、模範的な車両サスペンションシステム１０は、所定の経路に沿って車両を方向付けるための操縦可能な前輪１２を含む。サスペンションシステム１０は、以下においてボールジョイント１４と呼ぶボールおよびソケットアセンブリを含む。ボールジョイントは、対のサスペンション部材を相互接続するように構成され、その対の間の相対角度運動に対応する。具体的には、下方コントロールアーム１６はボールジョイント１４によってステアリングナックル１８に旋回可能に接続される。同様に、ステアリングナックル１８は、他の同様のボールジョイント１４を介してタイロッドアセンブリ２０に旋回可能に結合される。分かりやすくするため、タイロッドアセンブリ２０に接続して使用されるボールジョイント１４についてのみ、さらに詳細に記述する。
【０００９】
図２を参照すると、タイロッドアセンブリ２０はボールスタッド２２とソケットアセンブリ２４とを含む。ハウジング２６と、ハウジング２６の一方の端部を取り囲む端部キャップ２８と、ハウジング２６の開口端中空室３２に保持されたエラストマ軸受３０とを含むソケットアセンブリ２４が示されている。エラストマ軸受３０は、一体成形のフランジ３６を有する略円形の円筒状本体３４を含む。フランジ３６は、潤滑剤（図示せず）を貯留するためのくぼみ３８を含む。エラストマ軸受３０はまた、球面ソケット４２を画定する内壁４０を含む。長手方向の複数のグリース溝４４は内壁４０を中断し、くぼみ３８から端面４６に延在する。各グリース溝４４は約９０°の間隔で半径方向に互いに離間される。グリースフィッティング４７は端部キャップ２８に装着されて、当初の潤滑またはその後の潤滑を補給するための通路を提供する。
【００１０】
ボールスタッド２２は、軸線４９とヘッド部分５０とを画定するシャンク部分４８を含む。シャンク部分４８は、ステアリングナックル１８（図１）と係合するために、雄ねじ付き部分５４とテーパ部分５６とを含む。ヘッド部分５０は、外面５８を画定するように球状に形成される。外面５８は、エラストマ軸受３０内のソケット４２の内壁４０に係合するように構成される。内壁４０は、ヘッド部分５０の球状に形成された外面５８と協働する環状面を画定することが好ましい。内壁４０は、ソケットアセンブリ２４内のボールスタッド２２のロックまたは詰まりを防止するように寸法決めされる。したがって、外面５８と内壁４０との間の接点は、エラストマ軸受３０の端面４６からオフセットされる。当業者は、この特定の構成があくまでも模範的なものに過ぎず、また内壁４０を球状に形成して、外面５８を完全に補足し得ることを理解するであろう。
【００１１】
組立時、ヘッド部分５０はエラストマ軸受３０のソケット４２内に配置される。内壁４０がヘッド部分５０の半球中心線６０を越えて延在することを理解すべきである。すなわち、開口部６２の直径は、ヘッド部分５０の直径よりも小さい。したがって、本体３４は、ヘッド部分５０がソケット４２に圧入されるにつれ弾性的に変形する。ヘッド部分５０がソケット４２にスナップ嵌合すると、ボールスタッド２２はエラストマ軸受３０内で自由回転する。このとき、ボールスタッド２２およびエラストマ軸受３０のサブアセンブリは、ハウジング２６の開口端中空室３２内に配置される。
【００１２】
ハウジング２６は、エラストマ軸受３０の端面４６に係合してその軸方向運動を制限するストッパ面６４を含む。ハウジング２６は、開口端中空室３２と連通したカウンタボア６８を画定するリップ部６６をさらに含む。リップ部６６を機械的に変形させて端部キャップ２８と接触させつつ、フランジ３６を端部キャップ２８によって圧縮し、エラストマ軸受３０に予荷重をかけてストッパ面６４と接触させることが好ましい。ブーツ７０はハウジング２６とシャンク部分４８とに封止係合されて、ボールジョイント１４を汚染から保護する。
【００１３】
車両に組み立てられると、タイロッドアセンブリ２０は、第一に長手方向軸線７２（図１）に沿って負荷を伝えるように機能する。したがって、負荷は、ハウジング２６からエラストマ軸受３０を介してボールスタッド２２に伝達される。特に、円筒状本体３４の壁部７４は、伝えられる負荷および壁部７４の厚さに対応する距離だけ圧縮される。したがって、ヘッド部分５０と内壁４０との間の嵌合の程度、円筒状本体３４の壁部７４の厚さ、およびエラストマ軸受３０の機械的性質に応じて、ある一定のエネルギ吸収、減衰および伝達特性がボールジョイント１４に付与される。
【００１４】
したがって、ステアリングおよびサスペンションアセンブリ用の遮断ボールジョイントを提供する方法は、ある一定の荷重支承能力を満たすためのボールスタッドを選択するステップと、遮断すべき望ましくないフィードバックの大きさおよび周波数を決定するステップと、エラストマ材料を選択して、エラストマ軸受３０の厚さを決定するステップとを含む。ボールスタッドを選択するステップは、予測される入力負荷、ボールスタッドが構成される好ましい材料、およびボールジョイント１４の予想される寿命によって行われる。ボールスタッド２２は鋼合金から構成されることが好ましく、支承すべき荷重に比例したシャンク部分とヘッド部分とを有する。
【００１５】
望ましくないフィードバック負荷の大きさおよび周波数を決定するステップは、対象車両の幾何学的仕様を用いた分析シミュレーションを実行することによって達成し得る。実際の車両の経験的研究も、相互接続されるサスペンションまたはステアリング構成要素に配置される歪みゲージと加速度計とを用いて行うことが可能である。
【００１６】
エラストマ材料の選択は、主として、自然周波数、剛性および減衰の材料特性に基づく。基本的に、より軟質の材料は多くの撓みをもたらす。このことは、圧縮および解放中に熱に転換されるエネルギ量を増加する。自然周波数は、どの周期入力周波数においてシステムが周期入力を有効に減衰するかを決定する。エラストマ軸受の硬度が低くなると、自然周波数はそれだけ低くなる。
【００１７】
最後に、エラストマ材料の厚さを決定するステップが実行される。負荷経路内に位置決めされる材料の量が増加するにつれ、エネルギ吸収能力が向上する。したがって、エラストマ軸受の直径を大きくすることにより、振動伝達の有効な遮断が支援される。あいにく、構成要素の重量およびサイズは、コストおよびパッケージングの問題によって制限されることが多い。上述のステップを完了すると、ボールジョイント１４は、ボールスタッド２２とハウジング２６との間にエラストマを配置することによって組み立てられ、望ましくない振動を遮断して車両乗員への伝達を防止する。
【００１８】
図３を参照すると、ステアリングおよびサスペンションシステム用の遮断ボールジョイントの第２の実施態様が、参照番号１００で一般に示されている。第２の実施態様１００は、第１の実施態様を構成するために使用される構成要素と実質的に同様の多くの構成要素を含むことを理解すべきである。したがって、同様の要素はそれらの元の参照番号を有する。
【００１９】
ボールジョイント１００は、ボールシート１０４とスプリングシート１０６とを有する２ピースの軸受アセンブリ１０２を含む。ボールジョイント１００は、ハウジング２６からボールシート１０４を遮断するために第１のエラストマ１０８をさらに含む。第２のエラストマ１１０は、ハウジング２６からスプリングシート１０６を遮断するために存在する。図３は、第１のエラストマ１０８とハウジング２６との間の開口端中空室３２内に位置決めされた任意の保持器１１２を示している。当業者は、第１のエラストマ１０８を保持器１１２に一体成形して、構造的安定性を第１のエラストマ１０８に付与し得ることを理解するであろう。保持器は、開口端中空室３２内に取り付ける際に第１のエラストマ１０８の所望の形状を維持することを支援する。さらに、保持器１１２は、第１のエラストマ１０８をボールシート１０４に対し圧縮して、望ましい予荷重を生成する。しかし、第１のエラストマ１０８をボールシート１０４に直接成形するか、あるいは保持器１１２を使用することなく別個に取り付け得ることが考えられる。
【００２０】
ボールシート１０４は、端面１１４と外面１１６とガイド面１１８とを有する略円形の円筒状部材である。ガイド表面１１８は、ボールスタッド２２の外面５８を補足するように略球状に形成される。
【００２１】
スプリングシート１０６は、外面１２０と、一方の端部に形成された球状の接触面１２１と、他方の端部に形成されたスラスト面１２２とを有する略円形の円筒状部材である。スプリングシート１０６は、ハウジング２６に接触することなく外面１２０を開口端中空室３２内に配置し得るように寸法決めされる。したがって、スプリングシート１０６は、接触面１２１とヘッド部分５０の外面５８とを整合するために、ある程度の自由度を提供する。端部キャップ２８で第２のエラストマ１１０を圧縮し、かつ第２のエラストマ１１０を圧縮しつつリップ部６６を変形することによって、スプリングシート１０６にヘッド部分５０に向かって予荷重がかけられることが好ましい。ボールスタッド２２とスプリングシート１０６との間の摩擦損失は、上述の構造を使用することによって最小にされることも理解すべきである。具体的には、スプリングシート１０６は、ボールシート１０４と比べて短い距離だけ、半球中心線６０に向かって延在するヘッド部分５０を限定的に取り囲む。したがって、スプリングシート１０６の接触面１２１とボールスタッド２２との間の接触によって画定される最大摩擦半径１２４は、ガイド面１１８とボールスタッド２２とによって画定される最大摩擦半径１２６よりも実質的に短い。
【００２２】
図４を参照すると、遮断ボールジョイントの第３の実施態様が参照番号２００で示されている。第３の実施態様２００は、第１および第２の実施態様に記述した構想要素と実質的に同様の多くの構成要素を含む。したがって、同様の要素は同様の番号で示されている。
【００２３】
ボールジョイント２００は、図２と図３に示したグリースフィッティング４７のような外部フィッティングを通して周期的に潤滑する必要性が省略されるメンテナンスフリー設計である。したがって、端部キャップ２８は、グリースおよびグリースフィッティング４７を受容するためのアパーチャを含まない。ボールジョイント２００は、アセタールのような低い摩擦係数を有する高強度の成形可能な材料から好ましくは構成されるポリマ軸受２０２を含む。本発明の範囲から逸脱することなしに、他のポリマ軸受材料を利用し得ることを理解すべきである。
【００２４】
図５に示したように、ポリマ軸受２０２は、軸線４９（図４）と線２０４とによって画定される面に沿って、第１の軸受半部２０６と第２の軸受半部２０８とに垂直に分割されることが好ましい。一実施態様では、第１の軸受半部２０６はエラストマ２１０と一体成形される。第２の軸受半部２０８は、ヘッド部分５０の周りに位置決めする前にエラストマ２１２と共に成形される。したがって、２つの部分が形成される。これらの部分は線２０４に沿って分割される必要はなく、ヘッド部分５０をポリマ軸受２０２内に取り付けるために適切な任意の方法で分割し得ることを理解すべきである。
【００２５】
代わりに、第１および第２の軸受半部の各々は、ボールスタッド２２のヘッド部分５０の周りに位置決めされ、引き続き鋳型に挿入される。エラストマ２１４（図４）は鋳型内に注入されて、ヘッド部分５０、第１の軸受半部２０６および第２の軸受半部２０８を封入する。当業者は、ボールスタッド２２の自由な接合をなお可能にしつつ、エラストマ２１４に対し第１および第２の軸受半部２０６と２０８を固定するために、このようなオーバモールド工程を制御し得ることを理解するであろう。ボールスタッド２２、ポリマ軸受２０２およびエラストマ２１４がオーバモールドされるかあるいは予め組み立てられると、サブアセンブリは、図４に示したように開口端中空室３２内に配置される。端部キャップ２８はカウンタボア６８内に配置され、またハウジング２６のリップ部６６が変形されてアセンブリを完成する間に、エラストマ２１４を圧縮するようにさらに変位される。
【００２６】
上述の説明は、本発明の模範的な実施態様をあくまでも開示かつ記載しているに過ぎない。当業者は、このような説明から、また添付の図面および請求項から、次の特許請求の範囲に規定されるような本発明の精神と範囲から逸脱することなしに、本明細書において様々な変化、修正および変更を行い得ることを容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の教示に従って構成された遮断ボールジョイントを含む模範的な車両ステアリングおよびサスペンションシステムの部分側面図である。
【図２】好ましい遮断ボールジョイントの第１の実施態様の分解断面側面図である。
【図３】好ましい遮断ボールジョイントの第２の実施態様の側面断面図である。
【図４】好ましい遮断ボールジョイントの第３の実施態様の側面断面図である。
【図５】本発明の実施態様の教示に従って構成された軸受半部の上面図である。
【国際公開パンフレット】
2004523407.tif 000003
2004523407.tif 000004
2004523407.tif 000005
2004523407.tif 000006
2004523407.tif 000007
2004523407.tif 000008
2004523407.tif 000009
2004523407.tif 000010
2004523407.tif 000011
2004523407.tif 000012
2004523407.tif 000013
2004523407.tif 000014
2004523407.tif 000015
2004523407.tif 000016
【国際調査報告】
2004523407.tif 000017
2004523407.tif 000018
2004523407.tif 000019
2004523407.tif 000020