JP2007510102A - 自動車用のボールジョイント - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車用のボールジョイントであって、孔（３）を有するハウジング（６）と、スタッド（２）及びジョイントボール（３）を有するボールスタッド（１）とが設けられていて、該ボールスタッド（１）のジョイントボール（３）が、ハウジング（６）の孔（３）内に回転可能及び旋回可能に支承されており、スタッド（２）が、ハウジングに設けられた開口（７）を通って該開口（７）から外に延びており、ハウジング（６）とスタッド（２）との間にシールベローズ（１１）が配置されていて、複数部分から成る測定装置が設けられていて、該測定装置が少なくとも１つの発信器（１７,１８）と少なくとも１つのセンサ（２０,２１,２２）とを有している形式のものに関する。このような形式の自動車用のボールジョイントにおいて本発明の構成では、測定装置がジョイントボール（３）のスタッド側の端部とシールベローズ（１１）のスタッド側の端部との間に配置されている。

Description

本発明は、自動車用のボールジョイントであって、孔を有するハウジングと、スタッド及びジョイントボールを有するボールスタッドとが設けられていて、該ボールスタッドのジョイントボールが、ハウジングの孔内に回転可能及び旋回可能に支承されており、スタッドが、ハウジングに設けられた開口を通って該開口から外に延びており、ハウジングとスタッドとの間にシールベローズが配置されていて、複数部分から成る測定装置が設けられていて、該測定装置が少なくとも１つの発信器と少なくとも１つのセンサとを有している形式のものに関する。

ステアリング角度並びに積載状態もしくはばね収縮状態に関するシャーシデータは、今日、車両における適宜なセンサによって検出され、このようにして得られた電子系のためのデータは、ビークルダイナミックコントロールのため又は例えばヘッドライト光軸調整のために利用される。これらのセンサは別体の構成グループとしてしばしば、メカニズムを介してシャーシのリンクに連結される。さらに、これらのセンサをリンクのボールジョイント内に組み込んで、ジョイント自体をセンサ装置の一部にするという試みもある。

ヨーロッパ特許公開第０６１７２６０号明細書には、ハウジングに結合されたボールソケットと、ハウジング内に回転可能に支承されていてスタッドに結合されたボールヘッドとを備えたボールジョイントが開示されている。ボールヘッド内には永久磁石が配置されており、この永久磁石には、ハウジング内に配置された磁気センサが向かい合って位置している。永久磁石の磁気双極子は、ボールスタッドの長手方向軸線に対して垂直に方向付けられており、周囲からの影響に対してボールジョイントを保護するためにベローズが設けられている。ボールソケット内におけるボールヘッドの回動によって、永久磁石も一緒に回転し、その結果磁界に対して敏感なセンサに関して磁界が変化し、これによって位置信号が生ぜしめられる。付加的に生じる三次元的な運動は、相応な評価をされて調整目的のために利用することができる。

ドイツ連邦共和国特許第１０１１０７３８号明細書には、ハウジング区分と、スタッド区分及びボール区分を有するボールスタッドとを備えたボールジョイントが開示されており、この場合ボールスタッドのボール区分は、ハウジング区分に設けられた受容部に回転可能及び旋回可能に支承されている。ボール区分には永久磁石が、ボール区分の中心点に向かって半径方向に配置されており、磁界に対して敏感なセンサエレメントが受容部に組み込まれている。ボール区分の回転運動時に永久磁石はセンサエレメントに対して運動するので、受容部内におけるボール区分の相対回動位置を検出することができる。

このようなボールジョイントには次のような欠点がある。すなわち公知のボールジョイントでは、ジョイントボールの支承領域に磁石と磁界に対して敏感なセンサとが配置されていることによって、ボールジョイントの摩擦学的な特性に不都合な影響が及ぼされる可能性がある。

本発明の課題は、このような摩擦学的な特性の不都合な影響が生じ得ないようなボールジョイントを提供することである。

この課題を解決するために本発明では、冒頭に述べた形式の自動車用のボールジョイントにおいて、請求項１の特徴部記載のように構成されている。

本発明によるボールジョイントの別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

すなわち本発明による自動車用のボールジョイントでは、孔を備えたハウジングと、スタッド及びジョイントボールを備えたボールスタッドとが設けられていて、該ボールスタッドのジョイントボールが、ハウジングの孔内に回転可能及び旋回可能に支承されており、スタッドが、ハウジングに設けられた開口を通って該開口から外に延びており、ハウジングとスタッドとの間にシールベローズが配置されていて、複数部分から成る測定装置が設けられていて、該測定装置が少なくとも１つの発信器と少なくとも１つのセンサとを有している形式のものにおいて、測定装置がジョイントボールのスタッド側の端部とシールベローズのスタッド側の端部との間に配置されている。

本発明によるボールジョイントでは、測定装置は完全に、ジョイントボールのための支承領域の外に配置されているので、測定装置が、ボールジョイントの摩擦学的な特性に対して何ら不都合な影響を及ぼさない。さらに測定装置をシールベローズによって、汚染や水のような周囲からの影響に対して保護することができる。

さらに、本発明のように測定装置がジョイントのいわゆる「スロート領域」に設けられていることによって、従来技術とは異なり、ハウジングに対するボールスタッドの旋回及び／又は回動の測定に関して制限を受けない。従って本発明によるボールジョイントによって、ハウジングに対するボールジョイントの旋回及び／又は回動を、ジョイントのすべての３つの自由度に応じて測定することが可能である。

本発明によるボールジョイントでは発信器及びセンサはそれぞれ測定装置の一部を形成しており、ハウジングに対するボールスタッドの旋回及び／又は回動を測定するために、本発明の有利な構成では、測定装置の１つの部分がスタッドに配置され、測定装置の他の部分がハウジングに配置されている。特に、開口を取り囲むハウジングの縁部領域は、センサ又は発信器を固定するために適している。

ボールスタッドの旋回及び回動を同時に測定するためには、発信器が双極場を生ぜしめるように設計されていると、有利である。この双極場の方向付け及び強度によって、ボールスタッドの旋回及び／又は回動を、単数又は複数のセンサによって簡単に認識することができる。双極場としては電場もしくは電界を選択することができるが、しかしながら磁界の方が障害に対して影響を受けにくいことに基づいて、磁界が双極場として有利であり、有利な構成では、発信器が磁石によって形成され、かつセンサが磁界に対して敏感なセンサによって形成されている。磁界に対して敏感なセンサのためには、汎用のすべての磁気式センサが適しており、使用例に応じて、例えばホールセンサ又は磁気抵抗式のセンサを利用することができる。

本発明によるボールジョイントは、磁界又は電界の測定に制限されるものではなく、光学式又は音響式（例えば超音波）の測定にも使用することができ、これらの測定形式は例えば、所定方向に方向付けられた平らな面における干渉又は反射変化（強度）の検出によって、ボールスタッドの旋回もしくは回動を測定するために利用することができる。さらにまた、誘導法や経過時間測定並びに上述の測定方法の組合せを使用することも可能である。

磁気式の発信器が使用される場合には、発信器は永久磁石として形成されていることができる。特にしかしながらまた、発信器を電磁石として形成することも可能であり、この場合には磁界を生ぜしめる電流に信号を重畳させること、もしくは磁界を生ぜしめる電流を変調させることが可能である。これによって生じる磁界の変調は、測定時における付加的な効果の使用を可能にする。

回転角が小さい場合には、ボールスタッドの旋回及び／又は回動を測定するのにただ１つのセンサで十分間に合う。しかしながら回転角が大きい場合には、複数のセンサもしくは複数の発信器が設けられていると有利であり、このような場合、単に２つのセンサを設けるだけで良好な測定結果を得ることができる。旋回運動と回転運動との間における相違は、有利には同一円上に配置されている複数のセンサの個別信号から計算することができる。

センサの数が多くなればなるほど、測定時に得られる分解能は高まるが、複数の個別センサをいわゆるセンサアレイとして、ただ１つの構成エレメントに一緒に組み込むことが可能である。このようなセンサアレイは、双極場の方向付けを計算するために有利なベクトル式の測定値をも供給することができる。

本発明の別の有利な構成では、測定装置が２つの発信器と３つのセンサとを有しており、このように構成されていると、例えば９０°を上回る大きな回転角をも問題なく検出することができる。そしてこの場合有利には、２つの発信器が直径方向で互いに向かい合って位置するようにスタッドに配置され、センサが三角形の角隅点を形成するように、開口を取り囲むハウジングの縁部領域に配置されている。

複数の発信器及び複数のセンサを使用すると、センサが回転運動と旋回運動との重畳時に一義的でない情報を供給することを、回避することができる。３つのセンサを使用すると、測定時における死点を確実に排除することができる。

２つの発信器が磁石として形成されていて、両発信器が互いに直径方向で向かい合うようにスタッドに配置されていると、特に第１の磁石のＮ極が第２の磁石のＳ極に対向して位置し、かつ第２の磁石のＮ極が第１の磁石のＳ極に対向して位置する。さらに各磁石の磁化は、ボールスタッドの長手方向中心軸線に対して垂直に延びる平面に位置することができる。有利には開口を取り囲むハウジングの縁部領域に配置されているセンサは、この場合特に磁界に対して敏感なセンサとして形成されている。

双極場の代わりに、４重極場（Quadropol-Felder）又は異なったジオメトリのその他の場を使用することも可能であり、このような場合にはこれらの場は、例えば、スタッドに取り付けられた相応な極を備えた磁化されたリングによって生ぜしめられる磁場もしくは磁界である。

次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例を説明する。

図１は、本発明によるボールジョイントの１実施例を示す断面図であり、
図２は、図１のＡ−Ａ′線に沿って断面した図であり、
図３は、評価ユニットと共に測定装置を示す回路図であり、
図４は、電磁石と電子制御装置とを備えた別の実施例を示す回路図であり、
図５は、センサアレイを示す概略図である。

図１に示された本発明によるボールジョイントの１実施例では、スタッド２とジョイントボール３とを備えたボールスタッド１が、軸受シェル４を介して、ハウジング６における切欠きもしくは孔（Ausnehmung）５内に回転可能及び旋回可能に支承されている。ボールスタッド１のスタッド２は、ハウジング６に設けられた開口７を貫いて該開口７から外に延びており、この場合ハウジング６は、開口７とは反対側に位置する端部においてカバー８によって閉鎖されている。このカバー８は軸受シェル４の半径方向の張出し部９と一緒に、ハウジング６に設けられたリング溝１０内に係合しており、その結果カバー８及び軸受シェル４はハウジング６に形状結合式（formschluessig）に固定されている。

ハウジング６とスタッド２との間にはシールベローズ１１が配置されており、このシールベローズ１１のハウジング側の端部は、ハウジング６に形成された溝１２内に挿入され、緊締リング１３を介して保持されている。シールベローズ１１はそのスタッド側の端部にシール領域１４を有しており、このシール領域１４はボールスタッド１のスタッド２にシール作用をもって接触している。

スタッド２には２つの切欠き１５,１６（図２参照）が設けられており、両切欠き１５,１６にはそれぞれ磁石１７；１８が配置されている。磁石１７,１８はこの場合互いに直径方向で反対側に位置するようにスタッド２に配置されており、磁石１７のＮ極Ｎが磁石１８のＳ極Ｓと向かい合い、磁石１８のＮ極Ｎが磁石１７のＳ極Ｓと向かい合っている（図２参照）。磁石１７,１８はシール領域１４の高さでスタッド２に配置されており、各磁石１７,１８の磁化は、ボールスタッド１の長手方向中心軸線Ｌに対して垂直に延びる平面に位置している。

ハウジングの、開口７を取り囲む縁部領域１９には３つのセンサ２０,２１,２２（図２参照）が、同一円上に位置するように配置されており、これらのセンサ２０,２１,２２は、磁石１７,１８から延びる磁界を検出することができる。これらのセンサによって検出された信号の、電子式の評価ユニット２５（図３参照）を用いた評価は、ハウジング６に対するボールスタッド１の旋回α及び／又は回動γを提供する。

図２には、図１のＡ−Ａ′線に沿って断面して上から見た図が示されており、この場合図面を見易くするために単に、切欠き１５,１６及び磁石１７,１８を備えた切断されたスタッド２と、磁界に対して敏感な３つのセンサ２０,２１,２２だけが示されている。磁石１７,１８によって生ぜしめられた磁界の経過は、線２３によって示されている。

図２から分かるように、磁界に対して敏感なセンサ２０,２１,２２は三角形の角隅点に位置するように配置されており、両磁石１７,１８は三角形の面の内側に位置している。

図３には電子回路が図示されており、この場合センサ２０,２１,２２は導電体２４を介して電子式の評価ユニット２５と接続されている。センサ２０,２１,２２及び発信器１７,１８は、複数部分から成る測定装置Ｍ（破線参照）の一部を形成している。

図１〜図３に示された実施例では磁石１７,１８は永久磁石として形成されている。図４に示された変化実施例では、磁石１７,１８は電磁石２６,２７として形成されていてもよく、これらの電磁石２６,２７には、電子制御装置２８から給電体２９を介して電流が供給される。この場合磁界を生ぜしめる電流には付加的な信号が重ね合わせられていてもよい。

図５に示された複数のセンサ３０,３１,３２は、いわゆるセンサアレイ（Sensor-Array）としてただ１つの構成エレメントにまとめられている。図１〜図３に示されたセンサ２０,２１,２２のそれぞれ又は全体の代わりに、単数又は複数のこのようなセンサアレイ３３を使用することが可能であり、このような場合にセンサ３０,３１,３２は磁界に対して敏感なセンサである。

本発明によるボールジョイントの１実施例を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ′線に沿って断面した図である。 評価ユニットと共に測定装置を示す回路図である。 電磁石と電子制御装置とを備えた別の実施例を示す回路図である。 センサアレイを示す概略図である。

符号の説明

１ ボールスタッド、 ２ スタッド、 ３ ジョイントボール、 ４ 軸受シェル、 ５ ハウジングにおける孔、 ６ ハウジング、 ７ ハウジングにおける開口、 ８ カバー、 ９ 軸受シェルの半径方向の張出し部、 １０ ハウジングにおけるリング溝、 １１ シールベローズ、 １２ ハウジングにおける溝、 １３ 緊締リング、 １４ シールベローズのシール領域、 １５,１６ スタッドにおける切欠き、 １７,１８ 磁石、 １９ 縁部領域、 ２０,２１,２２ 磁界に対して敏感なセンサ、 ２３ 磁界、 ２４ 導電体、 ２５ 電子式の評価ユニット、 ２６,２７ 電磁石、 ２８ 電子制御装置、 ２９ 給電体、 ３０,３１,３２ センサ、 Ｌ 長手方向中心軸線、 Ｍ 複数部分から成る測定装置、 Ｎ 磁石のＮ極、 Ｓ 磁石のＳ極、 α 旋回、 γ 回動

Claims (9)

1. 自動車用のボールジョイントであって、孔（３）を有するハウジング（６）と、スタッド（２）及びジョイントボール（３）を有するボールスタッド（１）とが設けられていて、該ボールスタッド（１）のジョイントボール（３）が、ハウジング（６）の孔（３）内に回転可能及び旋回可能に支承されており、スタッド（２）が、ハウジングに設けられた開口（７）を通って該開口（７）から外に延びており、ハウジング（６）とスタッド（２）との間にシールベローズ（１１）が配置されていて、複数部分から成る測定装置（Ｍ）が設けられていて、該測定装置（Ｍ）が少なくとも１つの発信器（１７,１８）と少なくとも１つのセンサ（２０,２１,２２）とを有している形式のものにおいて、測定装置（Ｍ）がジョイントボール（３）のスタッド側の端部とシールベローズ（１１）のスタッド側の端部との間に配置されていることを特徴とする、自動車用のボールジョイント。
2. 測定装置（Ｍ）の１つの部分がスタッド（２）に配置され、測定装置（Ｍ）の他の部分がハウジング（６）に配置されている、請求項１記載のボールジョイント。
3. 測定装置（Ｍ）の１つの部分が、開口（７）を取り囲むハウジング（６）の縁部領域（１９）に配置されている、請求項１又は２記載のボールジョイント。
4. 発信器（１７,１８）が双極場を生ぜしめるように設計されている、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。
5. 発信器（１７,１８）が磁石によって形成され、かつセンサ（２０,２１,２２）が磁界に対して敏感なセンサによって形成されている、請求項４記載のボールジョイント。
6. 発信器（１７,１８）が永久磁石又は電磁石（２６,２７）によって形成されている、請求項５記載のボールジョイント。
7. 測定装置（Ｍ）が複数の発信器（１７,１８）と複数のセンサ（２０,２１,２２）とを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のボールジョイント。
8. 測定装置（Ｍ）が２つの発信器（１７,１８）と３つのセンサ（２０,２１,２２）とを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のボールジョイント。
9. ２つの発信器（１７,１８）が直径方向で互いに向かい合って位置するようにスタッド（２）に配置され、センサ（２０,２１,２２）が三角形の角隅点を形成するように、開口（７）を取り囲むハウジング（６）の縁部領域（１９）に配置されている、請求項８記載のボールジョイント。

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