JP2012518139A - カートリッジ軸受を有するピボットソケットおよびそれを有する車両ステアリングリンク機構 - Google Patents

Abstract

ピボットソケットは実質的な閉鎖端と開放端との間を延在するキャビティを提供する内面を有する筐体を含む。キャビティの中にカートリッジ軸受が受け入れられ、閉鎖端とカートリッジ軸受との間にばねが配置される。カートリッジ軸受は、円筒状の部分と、円筒状の部分から内側方向に収束する円錐形の部分とを有する内面を有する。円筒状の部分は、テーパ軸受との相対的な軸方向運動のためにテーパ軸受を収容する。互いに離れるように分岐する反対方向の第１および第２のテーパ面を有するスタッドが、カートリッジ軸受に受け入れられる。第１のテーパ面がテーパ軸受との相対的な摺動運動のためにテーパ軸受と係合し、第２のテーパ面がカートリッジ軸受の円錐形の部分との相対的な摺動運動のために当該円錐形の部分と係合する。これにより、テーパ軸受とカートリッジ軸受との間で相対的な軸方向運動が引き起こされる。

Description

発明の背景
１．技術分野
この発明は一般的には、相対的に移動可能な構成要素を互いに連結するためのピボットソケットに関し、より特定的には、相対的に移動可能な車両ステアリング構成要素を互いに連結するためのピボットソケットに関する。

２．関連技術
車両ステアリングシステムは典型的に、構成要素同士を互いに結合するためのピボットソケットを含む。ステアリング構成要素同士をともに結合する際には、ソケットによって、構成要素同士の間で角偏向が制限された所定の量になるようにすることが望ましい。これにより構成要素同士の間の相対的な回転を可能にしつつ、意図する移動の自由を拘束するのを防止する。車両のステアリングシステムがその意図する有効寿命にわたって最適なレベルの性能を維持するためには、ソケット内の予荷重と、ソケットの全体にわたる許容可能角偏向とが実質的に一定のままであるのが望ましい。そうでなければ、ソケットの許容可能角度運動が時間とともに増加する場合、ユーザが典型的にステアリングシステムが修理を必要としていると認識することになる。さらに、ソケットは、当該ソケットを有する車両に同じステアリング性能および有効寿命を与えるよう、互いに均一な感触および性能を有するように構成されるのが望ましい。当該所望の均一な感触、性能および有効寿命をソケットに与えるためには、ソケットの個々の構成要素を特定の許容限界内で製造することが必要となる。これは現在可能であるが、たとえば軸受面の研削および研磨といった製作加工の高いコストによるコストの問題がある。したがって、ソケットについて部品ごとの所望の均一性、性能および有効寿命を維持するようにしつつ同時に経済的な態様でピボットソケットを製造する継続的な努力がなされている。

ピボットソケットは壁部を有する筐体を含む。上記壁部は、実質的に閉鎖端と開放端との間を延在するキャビティを与える内面を有する。このソケットはさらに、テーパ軸受と、当該テーパ軸受とソケットの閉鎖端との間に配されるばねを含む。さらにソケットは、反対方向の第１および第２のテーパ面を有するスタッドを含む。第１および第２のテーパ面は、スタッドの対向する端にほぼ向かうように互いに離れるように分岐する。第１のテーパ面は、テーパ軸受との相対的な摺動運動のためにテーパ軸受と係合する。さらに、ソケットは、筐体のキャビティ内に受け入れられるカートリッジ軸受を含む。カートリッジ軸受は、実質的に円筒状の部分と、実質的に円筒状の部分から内側方向に延在するテーパ部分とを有する。実質的に円筒状の部分は、カートリッジ軸受の一端へと延在し、テーパ軸受との相対的な摺動運動のためにテーパ軸受を収容する。テーパ部分は、カートリッジ軸受の他端へと延在し、第２のテーパ面との相対的な摺動運動のためにスタッドの第２のテーパ面と係合する。

本発明のこれらおよび他の局面、特徴および利点は、以下の現在の好ましい実施例および最良の形態の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、ならびに添付の図面と関連して考慮されると、より容易に理解されるであろう。

１つの現在の好ましい本発明の局面に従って構成されるピボットソケットを有する車両ステアリングリンク機構構成要素の分解斜視図である。 ピボットソケットのテーパ軸受の斜視図である。 図１のピボットソケットの組付け断面図である。

現在の好ましい実施例の詳細な説明
より詳細に図面を参照して、図１はステアリングリンク機構の構成要素を示す。当該構成要素は、たとえば、本発明の１つの現在の好ましい実施例に従って構成される半柔軟な（semi-compliant）ピボットソケットを有するアイドラアーム１０であるが、これに限定されない。以下、当該ピボットソケットをソケット１２と称する。ソケット１２は好ましくは金属構成要素から構成され、これにより部品ごとに寸法安定性を維持する能力が向上すると同時に、ソケット１２の有効寿命にわたってソケット１２の性能が向上する。ソケット１２は、結合および連結された構成要素同士の間の回転を可能にし、かつソケット１２の長手方向軸１４に対する角偏向の量の所望の制限を可能にする。制限された角偏向の量は、ソケット１２の新規な構造により、ソケット１２の有効寿命にわたって一定または実質的に一定である。当該構造では角偏向は、ソケット１２内の構成要素の所定の制限された量の軸方向の偏向によって与えられる。

図２にもっともよく示されるように、ソケット１２は、実質的な閉鎖端２０と開放端２２との間を延在するキャビティ１８を提供する筐体１６を有する。キャビティ１８内にはテーパ割軸受２４（図１Ａ）が配される。テーパ軸受２４と閉鎖端２２との間には、ここで皿ばね２６として示されるばねがテーパ軸受２４と閉鎖端２２とに当接して配される。反対方向の第１および第２のテーパ面３０、３２を有するスタッド２８が、第１のテーパ面３０がテーパ軸受２４との相対的な摺動運動のためにテーパ軸受２４と係合する状態で、キャビティ１８内に部分的に配される。上記第１および第２のテーパ面３０、３２は、互いに離れるようそれぞれスタッド２８の対向する端部３４、３６に向かって分岐する。さらにキャビティ１８内には、カートリッジ軸受４０が配される。カートリッジ軸受４０は、実質的に円筒状の部分４４と、半径方向において内側方向に上記円筒状の部分４４から延在するテーパ部分４６とを有する。実質的に円筒状の部分４４は、カートリッジ軸受４０の一端４８へと延在し、テーパ軸受２４との相対的な摺動運動のためにテーパ軸受２４を収容する。テーパ部分４６は、カートリッジ軸受４０の他端５０に延在し、第２のテーパ面３２との相対的な摺動運動のためにスタッド２８の第２のテーパ面３２と係合する。使用の際、スタッド２８は、長手方向軸１４の周りを回転することが可能であることに加えて、長手方向軸１４に対して所定の制限された範囲の角偏向で旋回することが可能である。旋回運動は、テーパ軸受２４とスタッド２８の第１のテーパ面３０との間、テーパ軸受２４とカートリッジ軸受４０の実質的に円筒状の部分４４との間、およびスタッド２８の第２のテーパ面３２とカートリッジ軸受４０のテーパ部分４６との間での許容可能な相対的な摺動運動によって与えられる。筐体１６に対するスタッド２８の角偏向の制限によって、筐体１６の閉鎖端２０へと向かうテーパ割軸受２４の半径方向の拡張および軸方向の移動の制御がなされる。軸方向の移動量は、皿ばね２６の許容可能な軸偏向の量によって制限される。したがって、スタッド２８の合計の角偏向の量は、ピボットソケット１２の寿命にわたって厳しく制御、調整、および維持され得る。

筐体１６は、閉鎖端２０と開放端２２との間を延在する外面５４と、キャビティ１８を提供する内面５６とを有する壁５２を有する。外面５４は、タイロッド（図示せず）のようなサスペンションメンバへの取付けのために構成される。サスペンションメンバでは、ソケット１２は、２つのピボットソケットを含むアセンブリの一部として用いられる。１つのピボットソケット１２のスタッド２８は、センターリンクに取付けられ、反対のソケット１２はフレームレールに取付けられる。内面５６は、閉鎖端２０に隣接する実質的に真っ直ぐな円筒状の内面部分５８と、開放端２２に隣接するテーパ内面部６０とを有する。円筒状の内面部分５８は、カートリッジ軸受４０の実質的に円筒状の部分４４に当接するよう構成され、テーパ内面部６０は、カートリッジ軸受４０のテーパ部分４６に係合するよう構成される。筐体１６の内面５６は、軸受面として作用しないので、研削またはそうでなければ研磨を考慮することなしに、「鋳放し」のように相対的に荒いままであり得る。これにより、内面５６は、二次的な作業を行うことなく、製造されたままの状態であり得る。テーパ内面部６０は、筐体１６とは別個に形成されて、次いで筐体１６に取付けられることも考えられるが、好ましくは筐体１６と一緒の単体の材料として形成される。テーパ内面部６０は開放端２２と面一で延在するよう形成される。実質的に円筒状の部分５８は、テーパ内面部６０から閉鎖端２０へ延在する。ここでは、閉鎖端２０は、エンドキャップ６２によって与えられるものとして示される。ここで、エンドキャップ６２は、キャビティ１８に面する凹状表面６４を有するドーム形状を有するものとして示される。エンドキャップ６２には好ましくは、ソケット１２をその有効寿命にわたって潤滑することを促進するよう、上記ドーム形状部分を通るグリースニップル６６が設けられる。なお、エンドキャップ６２を筐体１６に取付けるよう、スナップリング（図示せず）を含む任意の好適な機構が用いられ得るが、筐体１６の環状端縁６８を半径方向において内側方向にスピンカールして軸方向バリアをエンドキャップ６２に与えることがもっとも経済的であると考えられる。これにより、追加部品の必要性を回避できる。

スタッド２０は、対向する端３４、３６の間を延在する細長い本体を有する。これらの端のうちの一端３６は、センターリンク（図示せず）のようなサスペンションメンバの１つへの取付のための雄ねじ山部７０を有する。第１のテーパ面３０は他端３４から延在し、半径方向において外方向に円筒状の軸受面７２に向かうよう分岐する。円筒状の軸受面７２は、カートリッジ軸受４０内での近接隙間嵌めのためにサイズ決めされる。第２のテーパ面３２は、半径方向において内側方向に、円筒状の軸受面７２から離れて略円筒状のシャフト部分７４へと収束する。

テーパ割軸受２４は、対向する略平坦な端面７６、７８の対を有し、真っすぐまたは実質的に真っすぐな円筒状の外側軸受表面８０が端面７６、７８の間を延在する。外側軸受表面８０は、軸受２４とカートリッジ軸受４０との間の相対的な軸方向の摺動を可能にするよう、カートリッジ軸受４０内での近接隙間嵌めのためにサイズ決めされる。外側軸受表面８０には、研削または研磨処理でのような平滑表面仕上げが施され得る。これにより、カートリッジ軸受４０との円滑な相対的な摺動が容易になる。半径方向において内側方向に一端面７６からテーパ軸受面８２が収束し、他端面７８に向かうよう、半径方向において内側方向に延在するスラストフランジ８４へと延在する。スラストフランジ８４の１つの側は、端面７８の半径方向において内側方向に延在する部分を形成する。当該部分に対して、皿ばね２６がバイアス力を適用するよう当接するとともに、好ましくはスラストフランジ８４の他方の側とスタッドエンド３４との間に隙間ギャップ８６が設けられる。

皿ばね２６は、任意の好適なばね材料から作製され得、筐体１６の内面５６と一致する任意の好適な外径を有するよう設けられる。さらに、皿ばね２６は、弛緩および圧縮状態において任意の好適な軸方向の厚みを有し得、これにより、選択される皿ばねの物性に依存して正確かつ狭い範囲の軸方向の力を使用時に適用することが可能になる。皿ばねは、軸方向の圧縮の範囲が相対的に小さい。したがって、圧縮される軸方向の距離の関数である適用される軸方向の力が厳しく制御されることを可能にする。限定ではなく例示目的として、弛緩された非圧縮高さが約０．０７５″であり、圧縮高さが約０．０３５″であり、ばね厚さが約０．０３０″である１つの皿ばね２６が設けられ得る。これにより、当該皿ばね２６によって可能になる軸方向の移動の範囲は約０．００４″となる。したがって、制限された範囲の軸方向の移動により、スタッド２８が可能な角偏向の範囲が厳しく制御および制限される。さらに、皿ばね２６によって与えられる軸方向の力の大きさは、当該適用される力の変動が相対的に狭い範囲であることによって、ソケット１２に実質的に一定の感触および性能を与える。換言すると、ばね部材２４によって軸受アセンブリ２２にかかる軸方向の力の範囲が狭ければ、スタッド２０を旋回させるのに必要な力は実質的に一定である。

カートリッジ軸受４０は、筐体１６のキャビティ１８に受け入れられ、その中で相対的な軸方向運動に対して固定または実質的に固定される。円筒状または実質的に円筒状の部分４４は、筐体１６の円筒状の内面部分５８と当接して近接嵌めのためにサイズ決めされる円筒状外面８８を有する。テーパ部分４６は、筐体１６のテーパ内面部６０と共通の傾斜角に沿って延在するテーパ外面９０を有する。テーパ外面９０は、テーパ外面９０と筐体１６のテーパ内面部６０とがそれらの全長にわたって互いに当接するように延在する。カートリッジ軸受４０の一端５０は、筐体の端２２と実質的に面一のままであり、カートリッジの他端４８は好ましくは環状ギャップによって皿ばね２６から間隔を空けたままである。したがって、皿ばね２６は、その環状外周部に沿ってエンドキャップ６２に接触するとともに、カートリッジ軸受４０から間隔を空けたままとなる。さらに、皿ばね２６はテーパ軸受２４に、その環状内周部に沿って接触する。

カートリッジ軸受４０の円筒状または実質的に円筒状の部分４４は、シャフト１６の円筒状の軸受面７２との近接隙間嵌めのためにサイズ決めされる円筒状の内軸受表面９２を有する。これにより、スタッド２８とカートリッジ軸受４０との間の相対的な軸方向の摺動移動が可能になる。テーパ部分４６は、スタッド２８の第２のテーパ面３２と共通の傾斜角に沿って延在するテーパ内軸受面９４を有する。テーパ内軸受面９４は、カートリッジ軸受４０のテーパ内軸受面９４とスタッド２８の第２のテーパ面３２とが相対的な摺動環状移動のためにそれらの全当接面の全長（Ｌ）にわたって互いに当接するように延在する。当接するテーパ面９４、３２は、筐体１６の端２２と面一でそこから軸方向において内側方向に延在する。これにより、反対の対向する軸受面８２、３０から可能な限り遠い位置に対向する軸受面９４、３２を方向付ける。それぞれの軸受面９２、３２と８２、３０との間の距離を増加させることにより、ソケット１２は、半径方向の負荷に対する抵抗が向上および最大化する。これにより、ソケット１２は、より小さい包絡面で、同じトルク抵抗を達成し得る。

使用の際、アイドラアーム１０およびセンターリンク（図示せず）といった、ピボットソケット１２に取付けられるステアリング構成要素は、カートリッジ軸受４０内において、スタッド２８の回転または変動により長手方向軸１４の周りを互いに対して自由に旋回することができる。この回転または変動は、テーパ軸受２４の平滑な当接軸受面と、スタッド２８との間、すなわち、テーパ軸受面８２と第１のテーパ面３０との間で維持される制御された間隙、およびカートリッジ軸受４０の平滑な当接軸受面とスタッド２８との間、すなわち、テーパ内軸受面９４と第２のテーパ面３２との間の制御された間隙、ならびに円筒状の内軸受面９２と円筒状の軸受面７２との間の制御された間隙によって促進される。さらに、結合された車両ステアリング構成要素同士の間を拘束することなくソケット１２によって筐体１６に対するスタッド２８の角偏向の量の制御および制限が与えられる。角偏向の制限は、力が長手方向軸１４に略垂直にスタッド２８に適用されると、得られる。適用される横方向の力によって、テーパ割軸受２４のテーパ軸受面８２およびスタッド２８の第１のテーパ面３０が互いに対して摺動するとともに、カートリッジ軸受４０のテーパ内軸受面９４とスタッド２８の第２のテーパ面３２とが互いに対して摺動する。テーパ面同士の間のこの相対的な摺動運動によって、カートリッジ軸受４０内において、軸１４に沿ったスタッド２８のわずかな軸方向の並進運動が起こる。軸方向の並進運動の合計量は、皿ばね２６の許容可能な軸方向の圧縮の量によって制限される。当該圧縮の量は、上述したように一般的に約０．００４″である。したがって、筐体１６に対するスタッド２８の許容可能な角偏向の合計量は、使用時における車両のステアリング構成要素の拘束を防止するには十分であるが、非常に制限される。

前述のピボットソケット構成要素はすべて金属から作製されるので、このソケットは堅牢であることが保証される。さらに、製造時および使用時の両方において構成要素の寸法安定性が維持されることが可能である。なぜならば当該構成要素は、プラスチックの同様の構成要素とは異なり、耐摩耗性が高いからである。さらに、カートリッジ軸受４０の組込みにより、筐体１６についての製造要件はあまり厳しくなくなる。これは、ここでは平滑な軸受面はカートリッジ軸受４０によって与えられるので、典型的に筐体１６に平滑な軸受面を設けていた場合のように高い精度が必要となるわけではないからである。さらに、カートリッジ軸受４０は、粉末金属材料で製造され得る。これにより、カートリッジ軸受４０の完成形状は、一般的にたとえば回転または研削といったコストのかかる二次的な機械加工なしで形成することが可能になる。これにより浪費される材料の量が低減される。さらに、粉末金属処理においてカートリッジ軸受４０を形成することにより、ローレットといったさまざまな機構が設けられ得る。たとえば、ここでは、端４８に隣接する上側ローレット部９６と、対向する端５０に隣接する下側ローレット部９８とが設けられ得る。ローレット部９６、９８は、筐体１６でのカートリッジ軸受４０の固定を容易にし、さらに製造時においてカートリッジ軸受外面８８および筐体内面５６の許容範囲をさらに緩和することを可能にする。

上記の教示に鑑みて、本発明の多くの修正例および変形例が可能であることは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲において、本発明は具体的に記載したのとは異なった態様で実施されてもよいということは理解されるべきである。

Claims (12)

1. ピボットソケットであって、
   実質的な閉鎖端と開放端との間を延在するキャビティを提供する内面を有する壁を有する筐体と、
   テーパ軸受と、
   前記テーパ軸受と前記閉鎖端との間に配置されるばねと、
   反対方向の第１のおよび第２のテーパ面を有するスタッドとを含み、前記第１のおよび第２のテーパ面は前記スタッドの対向する端にほぼ向かうように互いに分岐し、前記第１のテーパ面は前記テーパ軸受との相対的な摺動運動のために前記テーパ軸受に係合し、前記ピボットソケットはさらに、
   前記筐体の前記キャビティに受け入れられるカートリッジ軸受を含み、前記カートリッジ軸受は、実質的に円筒状の部分と、前記実質的に円筒状の部分から内側方向に延在するテーパ部分とを有し、前記実質的に円筒状の部分は、前記カートリッジ軸受の一端へと延在するとともに前記テーパ軸受との相対的な摺動運動のために前記テーパ軸受を収容し、前記テーパ部分は、前記カートリッジ軸受の他端へ延在するとともに前記第２のテーパ面との相対的な摺動運動のために前記スタッドの前記第２のテーパ面と係合する、ピボットソケット。
2. 前記ばねは前記カートリッジ軸受の前記一端に当接する、請求項１に記載のピボットソケット。
3. 前記ばねは前記テーパ軸受に当接する、請求項２に記載のピボットソケット。
4. 前記ばねは前記閉鎖端に当接する、請求項３に記載のピボットソケット。
5. 前記ばねは皿ばねである、請求項４に記載のピボットソケット。
6. 前記皿ばねは前記テーパ軸受に、前記筐体に対する約０．００４″の軸方向最大移動量を与える、請求項５に記載のピボットソケット。
7. 前記テーパ部分は前記筐体の前記開放端と実質的に面一に延在する、請求項１に記載のピボットソケット。
8. 前記筐体の前記内面は、前記閉鎖端に隣接する実質的に円筒状の表面と、前記開放端に隣接するテーパ面とを有し、前記実質的に円筒状の表面は前記カートリッジ軸受の前記実質的に円筒状の部分に当接し、前記テーパ面は前記カートリッジ軸受の前記テーパ部分に係合する、請求項１に記載のピボットソケット。
9. 前記テーパ面は前記筐体と一緒の単一の材料として形成される、請求項８に記載のピボットソケット。
10. 前記テーパ面は、前記カートリッジ軸受が前記筐体の前記開放端を通って前記キャビティから離れるように軸方向に動くことを防止するよう、前記カートリッジ軸受の前記テーパ部分に面する、請求項８に記載のピボットソケット。
11. 前記テーパ軸受は、前記カートリッジ軸受の前記実質的に円筒状の部分との摺動運動のために前記実質的に円筒状の部分に当接する円筒状の外側軸受表面を有する、請求項１に記載のピボットソケット。
12. 前記内面は鋳放しである、請求項１に記載のピボットソケット。

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