JP2007526851A - ホイールガイドジョイント - Google Patents

Abstract

本発明は、ホイールガイド、特に自動車の、駆動される操舵可能なアクスルに用いられるジョイントアッセンブリに関する。このジョイントアッセンブリは、車両アクスルもしくはホイール支持体に配置可能なジョイントフォーク（１）と、ホイール支承部（３）を支持するステアリングナックル（２）とを有している。この場合、ジョイントフォーク（１）とステアリングナックル（２）とは互いに２つの支承箇所（４，５）を介して旋回可能に結合されている。
本発明によるジョイントアッセンブリは、このジョイントアッセンブリの両支承箇所（４，５）の少なくとも一方がトロイダルころ軸受けを有していることによって特徴付けられている。
本発明によって、特にホイールガイドと、駆動され操舵されるアクスルのアクスルジオメトリとが改善される。この場合、支承特性を改善して、ホイールサスペンションに対する構造上の手間だけでなく、ジョイントアッセンブリのために必要となる構成スペースも減少させることができる。これによって、本発明は、アクスル運動学の最適化と、ホイールサスペンションの安全性、コスト有効性および低保守性と、走行快適性の改善とに寄与する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、ホイールガイド、特に自動車の、駆動される操舵可能なアクスルに用いられるジョイントアッセンブリに関する。

冒頭で述べた形式のジョイントアッセンブリは、たとえば特にマクファーソン式アクスル、ダンパストラット式アクスルまたはダブルウィッシュボーン式アクスルの、いわゆる「分解されたホイール支持体」に使用される。このような分解されたホイール支持体は、このホイール支持体の不動の部分、すなわち、操舵運動不能な部分に、旋回可能な挿入体、たとえばステアリングナックルが配置されていることによって特徴付けられている。このステアリングナックルはホイールの本来の操舵運動を実施する。

このような分解されたホイール支持体は、特にホイールが操舵運動時に旋回させられる操舵軸線をより僅かなキングピン角度でならびにホイールの中心平面のより近くに配置することができるという利点をもたらす。これによって、同時に、望ましくない大きなかつ／またはポジティブなスクラブ半径（キングピンオフセット）すら生ぜしめられない。このことは、駆動モーメントもしくは制動モーメントの、妨害となる影響と、走行路凸凹、ホイールアンバランスまたは遠心力により生ぜしめられる、車両の操舵に与えられる影響とを減少させる。さらに、こうして、全アクスルジオメトリ、特にキングピン角度、スクラブ半径、トレッドおよびキャンバならびにキャスタの協働をより良好に最適化することができ、これによって、あらゆる走行条件下でかつ可能な限り大きな操舵角範囲内で、最適な車両ガイドと、鋭敏なかつ反力なしの操舵可能性とが保証される。

このような分解されたホイール支持体は、たとえばアメリカ合衆国特許第６０４２２９４号明細書およびアメリカ合衆国特許第６０１０２７２号明細書に基づき公知である。この公知のホイール支持体は２つのボールジョイントを有している。両ボールジョイントによって、操舵軸線もしくはステアリングナックルの旋回軸線が規定されている。したがって、このステアリングナックルは、当該刊行物の構成によれば、ホイール支持体に配置されたフォーク状のジョイントアッセンブリに対して、両ボールジョイントによって規定された操舵軸線を中心として旋回することができる。これによって、車両の相応のホイールが操舵運動を被る。

しかし、両ボールジョイントによって形成されたホイールガイドジョイントは、不可避の製作・組付け誤差と、ジョイント・アクスル構成部材の、運転中に常に生ぜしめられる変形とを吸収することができるようにするために、必然的に常に固定／可動軸受けコンビネーションとして形成されなければならない。このことは、このようなホイールガイドジョイントが、ホイールの駆動軸に対する所要の貫通を可能にするために、特に駆動されるアクスルにおいてほぼフォーク状に切り欠かれて形成されていなければならないことよりも一層重要である。しかし、この開放したフォーク状の構成は、走行路影響、駆動力、制動力および遠心力がホイールガイドジョイントに作用するやいなや、ジョイントフォークもしくは各軸受け支持体の変形に現れる付加的な弾性をもたらす。

しかし、固定／可動軸受けコンビネーションは、しばしば、特に可動軸受けの領域での傾斜位置と軸方向変位との同時の吸収の必要性に基づき問題となる。軸または軸線の傾斜位置と軸方向変位との同時の吸収のために、公知先行技術によれば、可動軸受けの領域に２種類の支承面領域を設けることが必要となる。この場合、両支承面領域の一方は、特に傾斜位置の吸収のために役立ち、他方の支承面領域は、特に軸方向変位の吸収のために役立つ。

２つのボールジョイントを有するホイールガイドジョイントの図示の事例では、このことは、一方のボールジョイントが、ジョイントハウジングに対するボールスタッドとボールシェルとの軸方向変位を吸収するための装置を付加的に備えなければならないことを意味している。この軸方向変位を吸収するための装置は、ボールスタッドとボールシェルとの間のボールシェル状の支承面に対して付加的に、ほぼ角柱状の別の支承面の必要性以外何も意味していない。

しかし、付加的に必要となるこの支承面は著しい構造上の手間をもたらし、当然ながら、付加的な構成スペースを必要とする。しかし、この構成スペースは、話題に挙がっている、たいていホイールリムの内部に配置されるホイールガイドジョイントにおいて、極端に制限された量で提供される。さらに、軸方向変位の吸収のために付加的に必要となる支承面によって、半径方向の付加的な支承遊びがジョイントアッセンブリに導入される。この支承遊びには、やはり、しばしば手間のかかる構造上の手段によって対処しなければならない。

この背景によって、本発明の課題は、前述した欠点を克服することができるジョイントアッセンブリを提供することである。この場合、ジョイントアッセンブリが、特に軸方向変位と傾斜位置との同時の吸収のために個々のジョイント構成部材の間に必要となる構造上の手段を簡単にすることが望ましい。さらに、ジョイントアッセンブリが、可能な限りスペースを節約して遊びなしに少ない保守で廉価に形成可能であることが望ましい。

この課題は、請求項１の特徴を備えたジョイントアッセンブリによって解決される。

有利な構成は従属請求項の対象である。本発明によるジョイントアッセンブリは、自体まず公知の形式で、車両アクスルもしくはホイール支持体に配置可能なジョイントフォークと、ホイール支承部を収容するステアリングナックルとを有している。この場合、ジョイントフォークとステアリングナックルとは、軸方向で整合する２つの支承箇所によって旋回可能に互いに結合されている。これによって、車両の相応のホイールが操舵運動を被る。

しかし、本発明によれば、ジョイントアッセンブリは、ジョイントフォークとステアリングナックルとが旋回可能に結合された両支承箇所の少なくとも一方が、トロイダルころ軸受けを有していることによって特徴付けられている。

これは、言い換えると、特にジョイントアッセンブリの可動軸受けがトロイダルころ軸受けによって形成されることを意味している。この場合、固定軸受けが、規定通り、ジョイント軸方向の力を全て吸収しかつこの力をステアリングナックルとジョイントフォークとの間で伝達することができる限り、ジョイントアッセンブリの固定軸受けがどのような種類であるかは、本発明の本質に対して規定されていない。

トロイダルころ軸受けは、軸方向のずれだけでなく角度誤差位置も、単にインナレースと、アウタレースと、転動体との相応の自動的な相対運動によって吸収することができるという、転がり軸受けの分野で比類のない特性を有している。この場合、軸方向変位の事例における、慣用の可動支承部において既知の摩擦力もしくはスティックスリップ効果は生ぜしめられない。このスティックスリップ効果は転動表面の望ましくない振動もしくは負荷に繋がる。また、トロイダルころ軸受けの軸受け構成部材の前述した補償運動は、不均一な面プレスにも結び付けられていないし、転動体の領域での有害なエッジプレスの発生にすら結び付けられていない。

この場合、トロイダルころ軸受けは、輪環凹状に形成された軸受けレースと、球面状の転動体との間の常に均一な線接触に基づき、極端に高い負荷容量も有している。さらに、トロイダルころ軸受けは、角度誤差位置もしくは吸収される軸方向ずれと無関係に、その特別なジオメトリに基づき常にほぼ遊びなしである。このことは、ホイールの作動円滑性と、操舵の鋭敏性と、操舵の無反作用性とに通じる。

ホイールガイドに用いられるジョイントアッセンブリへの可動軸受けとしてのトロイダルころ軸受けの本発明による使用の大きな利点は、ホイールガイドジョイントの領域で、たとえば誤差と、力に起因した変形とに基づき、車両の運転中に生ぜしめられる角度誤差位置および軸方向ずれを全てただ１つの支承面アッセンブリの領域で吸収することができることにある。したがって、可動軸受けの領域での軸方向変位の吸収のための、公知先行技術により従来常に必要な付加的な角柱状の支承面は、補充なしに省略することができる。

しかし、これによって、この付加的な支承面に相俟った高い構造上の手間も同時に省略される。さらに、著しい構成スペースが節約される。これによって、本発明によるジョイントアッセンブリをより小さな車両もしくはより僅かなリム内径でも使用することができる。これによって、特に従来必要な付加的な支承面に相俟った半径方向の付加的な支承遊びも省略される。このことは、このように形成された自動車アクスルの作動円滑性、無保守性および寿命を著しく改善する。

ジョイントアッセンブリの、固定軸受けを形成する他方の支承箇所の構成は、本発明によれば、この他方の支承箇所が、ジョイント軸方向に作用する力を全てジョイントフォークとステアリングナックルとの間で吸収しかつ伝達することができる限り任意である。しかし、本発明の有利な構成によれば、固定軸受けを形成する他方の支承箇所がボールジョイントとして形成されている。このボールジョイントは固定軸受けとして軸方向ずれを吸収する必要がないので、ボールジョイントはスペースを節約して頑丈に少ない遊びで高い負荷容量を備えて形成することができる。

本発明の別の有利な構成によれば、トロイダルころ軸受けがジョイントフォークもしくはステアリングナックルのポット状の切欠き内に配置されている。この場合、このポット状の切欠きが、全周にわたって延びる環状つばを切欠きの底部の領域に有していると有利である。この配置形式は、トロイダルころ軸受けがこのように単にポット状の切欠き内への圧入によって、規定された嵌合を獲得する限り有利である。この場合、トロイダルころ軸受けは切欠きの底側でその底部によってすでに完全に周辺から閉鎖されている。全周にわたって延びる環状つばは、ポット状の切欠き内でのトロイダルころ軸受けの、規定された軸方向の嵌合のために働く。さらに、こうして、軸方向ずれを吸収するために必要となる、トロイダルころ軸受けのインナレースとステアリングナックルのジョイントスタッドの端部とに対する余地が残されることが確保される。さらに、この中空室は、トロイダルころ軸受けのための潤滑媒体の収容のための付加的なリザーバとして働くことができる。

ジョイントアッセンブリの快適性特性と寿命とを一層改善するかもしくは高めるために、本発明の別の構成によれば、トロイダルころ軸受けのアウタレースと、ポット状の切欠きのほぼ円筒状の壁との間に、少なくとも１つの弾性体が配置されていることが提案されている。有利にはそれぞれほぼ円形の横断面を備えた１つまたはそれ以上の弾性的なリングの形で付与される少なくとも１つのこの弾性体は、ステアリングナックルとジョイントフォークとの間のある程度の振動減衰および絶縁に繋がる。このことも、走行快適性と、ジョイントアッセンブリを備えた車両アクスルのノイズ低減とに有利に通じる。この場合、弾性的なリングは、特に溝内に収容可能であってよい。この溝は、軸受けアウタレースの表面にかつ／またはポット状の切欠きの壁の内側表面に全周にわたって加工されている。

本発明の別の有利な構成によれば、トロイダルころ軸受けが、ポット状の切欠きの底部と反対の側でシール部材によってカバーされている。この場合、このシール部材は、トロイダルころ軸受けの転動体および転動面だけでなく、軸受けアウタレースとポット状の切欠きとの間のギャップならびに軸受けインナレースと軸受けジャーナルとの間のギャップも周辺影響に対して閉鎖している。このことは有利である。なぜならば、こうして、ただ１つのシール部材によって、全可動軸受け領域を完全に防護することができ、カプセル封止することができるからである。

この場合、特に有利には、シール部材がその内周面の領域に第１および第２の縁部もしくはシールリップを有している。この場合、シール部材は第１の縁部もしくはシールリップによって半径方向で軸受けジャーナルに支持されている。第２の縁部もしくはシールリップによって、シール部材は軸方向で軸受けジャーナルのつばに支持されている。このことは、特にジョイントアッセンブリの運転中にトロイダルころ軸受けの領域で軸方向変位がステアリングナックルとジョイントフォークとの間に生ぜしめられる場合でも、あらゆる周辺影響からのトロイダルころ軸受けの特に有効なかつ確実な閉鎖に繋がる。

以下に、本発明のただ１つの実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、所属の自動車の走行方向に沿って見た本発明によるジョイントアッセンブリの１つの構成が示してある。ジョイントフォーク１とステアリングナックル２とから成る、極めて概略的にしか図示されていないアッセンブリが認められる。この場合、このアッセンブリは寸法通りに図示されてもいなければ、角度に関しても忠実に図示されていない。ジョイントフォーク１は、図面で見て左側で、たとえばスプリングストラット（図示せず）に結合されているのに対して、ステアリングナックル２は、図面で見て右側で符号３において、操舵されるホイールの支承部（図示せず）を支持している。ジョイントフォーク１とステアリングナックル２とは、共通の２つの支承箇所４，５を有している。この場合、両支承箇所の一方はボールジョイント４として形成されており、他方の支承箇所は転がり支承部５を備えている。

この場合、この転がり支承部５はトロイダルころ軸受けとして形成されている。このトロイダルころ軸受けは、すでに冒頭で述べたように、アウタレース６とインナレース７との間のある程度の角度ずれを許容するだけでなく、アウタレース６に対するインナレース７の軸方向変位を問題なしにかつ反力なしに吸収することもできる。

これに対して、ボールジョイント４は、図示の固定／可動軸受けコンビネーションの固定軸受けを形成していて、ステアリングナックル２とジョイントフォーク１との間の、ジョイント軸方向に作用する力の吸収および伝達のために適している。

自動車の走行運転中には、ホイールとアクスルとの領域に、特に車両の駆動力、カーブ走行時の遠心力、ブレーキ操作時の制動モーメントまたは走行路凹凸の作用によって生ぜしめられるかなり著しい力および曲げモーメントが生ぜしめられる。

この力および曲げモーメントはステアリングナックル２によって吸収され、ジョイントフォーク１に伝達されなければならない。しかし、この場合、ステアリングナックル２自体だけでなく、ジョイントフォーク１にも著しい弾性変形が生ぜしめられる。この弾性変形は、ジョイント軸８の撓み、両ジョイント４，５の軸の食違いもしくは偏心性ならびにジョイントフォーク１の弾性的な引上げに繋がる。この場合、特にこの引上げから、両ジョイント４，５の間隔の増大が生ぜしめられる。

さらに、不可避の構成部材誤差も、ジョイントアッセンブリの組付け時に生ぜしめられる付加的な誤差も付け加えられる。これら全ての誤差位置、変形および変位は、ジョイントアッセンブリの、トロイダルころ軸受けとして形成された可動軸受け５によって問題なしに吸収することができる。これによって、有害な反力またはエッジプレスすら生ぜしめられない。このエッジプレスは、軸受け構成部材を付加的に負荷しかつ軸受け構成部材の寿命を減少させる恐れがある。

さらに、図１から明らかであるように、トロイダルころ軸受けとしての可動軸受け５の形成は、特にスペースを節約して行うこともできる。こうして、特に軸方向補償を伴った従来の手間のかかるボールジョイントに比べて、著しく構成スペースを節約することができる。これによって、本発明によるジョイントアッセンブリの使用が、より小さな車両もしくはより小さなリム直径でも可能となる。

可動軸受けの寸法の本発明により可能な縮小は、特にトロイダルころ軸受けが極端に高い比負荷容量を有していて、これによって、比較的小さく設計することができることに関連している。さらに、構成スペース削減は、角度誤差位置だけでなく軸方向ずれも、従来必要である固有のボールジョイントと異なり、トロイダルころ軸受けの同一の支承面アッセンブリで吸収することができることからも得られる。さらに、スペースを節約した構造には、ジョイントフォーク１の円筒ポット状の切欠き９内へのトロイダルころ軸受けの配置も寄与している。この配置形式は、特に高い剛性の利点を有していて、さらに、トロイダルころ軸受けの、図面で見てピンと反対の下側をすでに完全にカバーしており、これによって、この側に別のシール手段が不要となる。

さらに、図１から明らかであるように、トロイダルころ軸受けのアウタレース６と、ポット状の切欠き９の円筒状の壁との間に弾性的なエレメント１０、たとえば１つまたはそれ以上の弾性的なリング１０を配置することができる。こうして、この弾性的なエレメント１０が付加的にステアリングナックル２とジョイントフォーク１との間の振動絶縁を改善することができ、したがって、力ピークのより良好な減衰を保証することができる。さらに、こうして、ホイールサスペンションのジョイントを介した固体伝播音の形の転動ノイズの伝達を減少させることができるかもしくは減衰することができる。

さらに、図１から、シール部材１１の形式および構成もなお明らかである。このシール部材１１は可動軸受け５のステアリングナックル側の支承領域全体をカバーしている。こうして、ただ１つのシールエレメント１１によって、トロイダルころ軸受けの転動面と転動体とが完全に防護されるだけでなく、トロイダルころ軸受けの軸受けレース６，７と、ポット状の切欠きもしくはステアリングナックル２の軸受けジャーナル１４への軸受けレース６，７の各プレス嵌め部との間の傾向上腐食しやすいギャップ１２，１３も完全に防護されている限り、図示のシール部材１１は特に有利である。

この場合、シール部材１１は、ステアリングナックル軸受けジャーナル１４の領域で、半径方向で符号１２において軸受けジャーナル１４に支持されているだけでなく、軸方向で符号１５において軸受けジャーナル１４のつばにも支持されている。このことは、一方では、特に確実なシール作用に繋がり、他方では、シール部材１１が、あらゆる運転条件下で、特にジョイント軸８の撓み時および／または軸方向変位時でも軸受けジャーナル１４とジョイントフォーク２との間で確実に各シール面１２，１３，１５に接触していることを保証している。

したがって、結果、本発明のおかげで、ホイールサスペンション、特に自動車の、駆動される操舵可能なアクスルに用いられるジョイントアッセンブリの構造を著しく簡単にすることができると共に改善することができることが明確になる。この場合、このようなジョイントアッセンブリに対する構造上の手間だけでなく、必要となる構成スペースも減少させられる。さらに、この場合、本発明によるジョイントアッセンブリは、著しく改善された寿命、減少させられた保守要求ならびにより良好な快適性特性を見込むことができる。本発明によって可能となる改善にもかかわらず、本発明のおかげで、ホイールサスペンションとアクスルシステムとの構造、製作および運転におけるコスト節約も同時に得ることができる。

これによって、本発明は、ホイールガイドの改善およびアクスル運動学の最適化に著しく寄与する。このことは、自動車に設けられたホイールサスペンションの安全性、コスト有効性、低保守性および走行快適性に役立つ。

本発明によるジョイントアッセンブリの構成を部分的に断面して側方から見た概略図である。

符号の説明

１ ジョイントフォーク、 ２ ステアリングナックル、 ３ 支承部、 ４ ボールジョイント、 ５ 転がり支承部、 ６ アウタレース、 ７ インナレース、 ８ ジョイント軸、 ９ 切欠き、 １０ エレメント、 １１ シール部材、 １２ シール面、 １３ シール面、 １４ 軸受けジャーナル、 １５ シール面

Claims (8)

1. 特に自動車の、駆動されるアクスルに用いられるホイールガイドジョイントアッセンブリであって、当該ジョイントアッセンブリが、車両アクスルもしくはホイール支持体に配置可能なジョイントフォーク（１）と、ホイール支承部（３）を支持するステアリングナックル（２）とを有しており、ジョイントフォーク（１）とステアリングナックル（２）とが、軸方向で整合する２つの支承箇所（４，５）によって旋回可能に互いに結合可能である形式のものにおいて、
   両支承箇所（４，５）の少なくとも一方が、トロイダルころ軸受けを有していることを特徴とする、ホイールガイドジョイントアッセンブリ。
2. 両支承箇所の一方が、ボールジョイント（４）を有している、請求項１記載のジョイントアッセンブリ。
3. トロイダルころ軸受けが、ジョイントフォーク（１）またはステアリングナックル（２）のポット状の切欠き（９）内に配置されている、請求項１または２記載のジョイントアッセンブリ。
4. ジョイントフォーク（１）またはステアリングナックル（２）のポット状の切欠き（９）が、全周にわたって延びる環状つばを切欠き（９）の底部の領域に有している、請求項３記載のジョイントアッセンブリ。
5. トロイダルころ軸受けのアウタレース（６）と、ポット状の切欠きのほぼ円筒状の壁との間に、少なくとも１つの弾性体（１０）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のジョイントアッセンブリ。
6. 弾性体（１０）が、ほぼ円形の横断面を備えたリングである、請求項５記載のジョイントアッセンブリ。
7. トロイダルころ軸受けが、ポット状の切欠き（９）の底部と反対の側でシール部材（１１）によってカバーされており、該シール部材（１１）が、トロイダルころ軸受けの転動体だけでなく、軸受けアウタレース（６）とポット状の切欠き（９）との間のギャップ（１３）および軸受けインナレース（７）と軸受けジャーナル（１４）との間のギャップ（１２）も周辺影響に対して閉鎖している、請求項１から６までのいずれか１項記載のジョイントアッセンブリ。
8. シール部材（１１）が、その内周面（１２）の領域に第１の縁部もしくはリップと第２の縁部もしくはリップ（１５）とを有しており、シール部材（１１）が、第１の縁部によって半径方向で軸受けジャーナル（１４）に支持されていて、第２の縁部（１５）によって軸方向で軸受けジャーナル（１４）のつばに支持されている、請求項７記載のジョイントアッセンブリ。

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