JP4764603B2 - 座屈部分付きの操舵リンク - Google Patents

Description

本発明は、所定の軸方向荷重を受けると座屈するよう設計された部分を有するリンク機構部材に関する。

車両用操舵リンク機構は、車両の操舵装置と操舵ハンドルを連結する１以上のリンクを有している。例えば、ラックピニオン操舵装置を備えた車両は、ラックの各端部に、ラックと一緒に運動自在に連結された内側タイロッド及び操舵ナックルと一緒に運動自在に連結された外側タイロッドを有している。内側及び外側タイロッドは、タイロッド組立体を形成するよう公知の仕方で互いに連結されている。タイロッド組立体の長さは、調節可能であり、それにより車両のトーの調節が可能である。

車両が十分に高い速度で道路の縁石に当たると又は縁石の押出しが試みられると、力が操舵ハンドルから操舵リンク機構を介して伝わって操舵装置に戻る。操舵装置は、十分に大きな力が伝わると損傷する場合がある。
かかる損傷を防止するため、タイロッド組立体に所定の弱め部分を設けることが知られている。所定の弱め部分は、もしこれが設けられていなければ、操舵装置それ自体を損傷させる大きさの力よりも小さい力レベルで座屈し又は変形するよう設計されている。

特許文献１は、適当な大きさの長手方向圧力を受けると座屈するよう設計された座屈部分を有するボールスタッドを開示している。座屈部分は、圧延法で形成され、その結果、溝状部分と隆起部分がボールスタッドの一部に沿ってアコーディオン形状をなして一体に形成される。
また、リンクの縮径円筒形部分を円筒形操舵リンクに形成することが知られている。縮径部分は、断面がリンクの残部よりも小さいので、操舵リンクの所定の弱め部分又は座屈部分を形成する。

米国特許第６，２３４，７０４号明細書

本発明の一特徴は、長手方向軸線を備えたシャンクを有するリンク機構部材にある。シャンクは、長手方向軸線に沿う所定の場所に逃げ領域を有する。シャンクは、所定の大きさの軸方向に及ぼされた力を受けると逃げ領域のところで座屈する。シャンクは、逃げ領域のところでは、中心が軸線に一致していない断面形状のものである。
本発明の別の特徴は、ソケットと、ソケット内に受け入れられ、ソケットに対して回動自在に支持されたボール端部分を備えるスタッドとを有する車両用操舵リンク機構部材にある。スタッドは、長手方向軸線を有し、シャンク部分が、中心が軸線と一致した状態でソケットから突き出ている。ボールスタッドのシャンク部分は、所定の弱め部分を有する。所定の弱め部分は、所定の大きさの力を受けると座屈する。
本発明の上記特徴及び他の特徴は、添付の図面を参照して本発明の以下の詳細な説明を読むと当業者には明らかになろう。

本発明は、所定の軸方向荷重を受けると座屈するよう設計された部分を有するリンク機構部材に関する。本発明は、種々の構造のリンク機構に利用できる。本発明の例示として、図１は、車両用操舵リンク機構１２に組み込まれたリンク機構部材１０を示している。
リンク機構１２は、流体エネルギアシスト式ラックピニオン操舵装置（操舵歯車装置）１４に連結されている。本発明は、種々のタイプの操舵装置装置に使用される操舵リンク装置に利用できることは理解されるべきである。

操舵装置１４は、ハウジング１６、ピニオン１８及びラック２０を有している。ラックは、ハウジング１６を貫通して長手方向に延びている。ハウジング１６はその一部が、ラック２０に固定されたピストン（図示せず）を収納する流体チャンバを構成している。ラック２０は、ハウジング１６に対し軸方向運動自在に支持されている。車両の操舵ハンドル２２を回すと、流体が加圧下でピストンに差し向けられ、それによりラック２０は、操舵軸線２４に平行な方向でハウジング２６内で動く。ラック２０の軸方向運動により、ラックの端部に連結されている操舵リンク装置１２が動く。

車両用操舵リンク機構１２（図１及び図２）は、ラック２０の一端部と操舵ナックルとの間に延び、これらを互いに連結するタイロッド組立体３０を有しており、操舵ナックルの一部が符号３２で示されている。操舵ナックル３２は、車両の操舵可能な車輪（図示せず）に連結されている。かくして、操舵装置１４を作動させると、タイロッド組立体３０が力をラック２０から操舵ナックル３２に伝え、それにより操舵可能な車輪の操舵運動が行われる。
タイロッド組立体３０は、内側タイロッド４０及び外側タイロッド６０を有している。内側タイロッド４０は、ソケット４２を有し、更に、ボールスタッドとして形成されているリンク機構部材１０を有している。ソケット４２は、ラック２０にねじ込まれる螺設端部４４を有している。かくして、ソケット４２は、ラック２０と一緒に移動できるよう固定されている。ソケット４２は、ボールスタッド１０のピボットセンタ４６を定める。

ボールスタッド１０は好ましくは、単一で均質の材料片、例えば炭素鋼から一部品として作られる。ボールスタッド１０は、鋼棒の冷間圧造及び熱処理によって形成されたものであるのがよい。
ボールスタッド１０は、ボール端部分４８及びシャンク部分５０を有している。ボールスタッド１０のボール端部分４８は、ソケット内に受け入れられている。ボールスタッド１０のボール端部分４８は、ピボットセンタ４６を中心としてラックに対し回動運動できるようボールスタッドをラック２０上に支持している。
ボールスタッド１０は、ボール端部分４８の中心を通り、そしてソケット４２のピボットセンタ４６を通って延びる長手方向軸線５２を有している。ボールスタッド軸線５２は、図１に示すように操舵軸線２４と一致していてもよく、或いは、タイロッド組立体３０をピボットセンタ４６を中心としてラック２０に対して動かす場合、操舵軸線に対し斜めであってもよい。ボールスタッド１０のシャンク部分５０は、ボール端部分４８から延びている。シャンク部分５０は、中心が軸線５２に一致した円筒形ロッド形の形態を有している。シャンク部分５０は、ボール端部分４８と反対側に螺設外側端部分５４を有している。

外側タイロッド６０は、操舵ナックル３２に連結されるボールジョイントとして形成された外側端部分６２を有している。ボールジョイント６２は、外側タイロッド６０のピボットセンタ６４を有している。外側タイロッド６０の内側端部分６６は、雌ねじ付きスリーブとして形成されている。ボールスタッド１０の雄ねじ付き端部分５４を外側タイロッド６０の雌ねじ付き端部分６６にねじ込むと、２つの部品が互いに固定される。外側タイロッド６０に装着された回り止めナット６８が、２つの部品を互いにロックする。
かくして、タイロッド組立体２６は、ラック２０と操舵ナックル３２との間に延びる。タイロッド組立体２６は、ラック２０と操舵ナックル３２を力伝達関係で相互に連結する。タイロッド組立体２６の長さは、回り止めナット６８を弛め、内側タイロッド４０のボールスタッド１０をソケット４２及び外側タイロッド６０に対して回し、そして回り止めナットを再び締め付けることによって調整できる。

ボールスタッド１０のシャンク部分５０は、中心が軸線５２に一致した状態でその長さに沿って実質的に一様な直径を有している。しかしながら、シャンク部分５０は、主としてボールスタッド１０の製造中に適用される熱処理プロセスに起因してその長さ全体に沿って完全に真っ直ぐではない場合がある。かくして、ボールスタッド１０のシャンク部分５０の長さに沿って「曲げられて」軸線５２から外れている、即ち、中心が完全にはこの軸線に一致していない部分がある。
上述したような車両の運転中に生じる場合があるように、ボールスタッド１０の軸線５２に沿って十分な圧縮力が及ぼされると、シャンク部分５０は、座屈する傾向がある。この座屈は、シャンク部分５０の中心が軸線に一致した状態からは程遠い軸線５２沿いの断面、即ち、これが最も「曲げられて」軸線５２から外れている軸線５２沿いの断面のところで生じる。

シャンク部分５０の座屈位置を制御し、即ち、シャンク部分がその長さに沿う所定の場所で例外なく座屈するようにすることが望ましい。加うるに、リンク機構部材、即ちボールスタッド１０を座屈させるのに必要な力の大きさを制御することが望ましい。
この目的のため、ボールスタッド１０のシャンク部分は、所定の弱め部分又は座屈部分７０（これは、「ヒューズ」とも呼ばれている）を備えている。好ましくは、ボールスタッド１０の座屈部分７０は、タイロッド組立体２０のほぼ軸方向中央（端から端まで）のところに設けられる。座屈部分７０は、円形断面形状のシャンク部分５０の領域に円筒形外面７１を備えている。

座屈部分７０は、ボールスタッド１０のシャンク部分に細長い溝７２又は逃げ領域を形成することにより作られる。この溝７２は、工作物を旋盤上で回転させるのと同様な仕方で形成されたものであるのがよい。かくして、座屈部分は、図示の実施形態では、円筒形外面７４を備えた円形断面形状のものである。
ボールスタッド１０の軸線５２は、座屈部分７０を通って延びている。しかしながら、座屈部分７０の円筒形外面７４の中心は、この軸線には一致していない。そうではなく、座屈部分７０の円筒形外面７４の中心は、軸線５２から間隔を置いて位置する逃げ領域の中心線７６に一致している。逃げ領域中心線７６は、図示の実施形態では、軸線５２に平行に延びている。その結果、座屈部分７０（及び外面７４）は、軸線５２に対して偏心している。かくして、座屈部分７０は、意図的に「曲げられて」軸線５２から外れたボールスタッド１０のシャンク部分５０の部分となっている。

座屈部分７０について設けられる偏心の量は、製造された代表的なボールスタッド１０の測定値に基づいて実験的に定められる。具体的には、統計学的に十分多くのボールスタッド１０を測定してこれらのシャンク部分５０の最も大きな偏心率、即ち、製造されたままのスタッドのシャンク部分で観察される「曲げ」の最大量を求める。この最大曲げ量は、製造された同様なボールスタッド１０のどれにでも見られる最大偏心量であると見なされる。
次に、このように製造されたボールスタッド１０の各々に、ボールスタッドの測定群で観察された最大偏心量よりも大きな偏心量を持つ座屈部分７０を設ける。

その結果、これら製造されたボールスタッド１０の座屈部分７０は、軸方向圧縮荷重を受けて座屈する可能性が最も高いボールスタッドの部分であろう。ボールスタッド１０は、座屈部分の偏心量が増大しているので、ボールスタッドの長さに沿う他の幾つかの場所とは異なり、座屈部分７０で座屈するであろう。
したがって、ボールスタッド１０のようなボールスタッドをタイロッド組立体２６のようなタイロッド組立体に組み込むと、タイロッド組立体は、タイロッド組立体の長さに沿うどこか別の場所ではなく、これらの座屈部分７０のところで座屈することになる。
加うるに、ボールスタッド１０を座屈させるのに必要な力の大きさは、座屈部分７０のところの偏心量で決まる。このようにして製造されたこの座屈部分７０を備えるボールスタッド１０は一つ一つ、座屈部分のところに同一の偏心量を有しているので、ボールスタッドは各々、同一所定の加えられた荷重を受けて座屈することになる。したがって、タイロッド組立体２６の座屈特性、即ち座屈場所及び力の大きさは、あらかじめ知られている。

本発明に従って構成された一ボールスタッド１０では、ボールスタッド１０のシャンク部分５０の直径は、１５．５ミリメートルである。座屈部分７０の直径は、１２．５ミリメートルである。座屈部分は、約０．１５〜０．３ミリメートルだけ偏心している。
本発明は、種々の寸法のリンク機構部材、例えばボールスタッドに利用できる。かかるリンク機構部材は代表的には、直径が約１２ミリメートル〜約２１ミリメートルのシャンク部分を有する。なお、直径はこれとは異なっていてもよい。かかるボールスタッドの座屈部分の直径は、約８ミリメートル〜約１８ミリメートルであるのがよい。座屈部分は、約０．１〜０．５ミリメートル以上偏心しているのがよい。座屈部分は、上記シャンク部分の直径の約１％〜約５％に等しい量だけ偏心しているのがよい。

本発明の上述の説明から、当業者であれば、本発明の改良例、変更例及び改造例を想到できよう。例えば、本発明は、操舵リンク機構部材だけでなくサスペンション用リンク機構部材にも利用できる。また、例えば、本発明は、円筒形リンク機構部材に座屈部分を形成することに限定されず、非円筒形の形をしたリンク機構部材にも利用できる。当業者の通常の創作能力の範囲内にあるかかる改良例、変更例及び改造例は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれる。

ラックピニオン操舵装置及び本発明のリンク機構部材を有する車両操舵組立体の一部の略図である。 図１のリンク機構部材の一部の拡大図である。 図１のリンク機構部材の座屈部分の別の拡大図である。 図３の座屈部分の図３の４−４線矢視断面図である。

Claims (17)

1. 車両の操舵装置に連結されている車両用操舵リンク機構に組み込まれたリンク機構部材であって、
   ソケットと、
   このソケットに受け入れられ前記ソケットに対して回動自在に支持されたボール端部分を備えるスタッドとを有し、前記スタッドは長手方向軸線を有し、前記スタッドは、前記ソケットから突き出ていて、中心が前記軸線と一致したシャンク部分を有し、
   前記ボールスタッドの前記シャンク部分は、所定の弱め部分を有し、前記所定の弱め部分は、この所定の弱め部分が設けられていなければ操舵装置それ自体を損傷させる力よりも小さい所定の軸線方向荷重を受けると座屈又は変形することができるように、この座屈又は変形の前の前記所定の弱め部分の中心軸線が前記スタッドの長手方向軸線に一致していない断面形状を有し、前記所定の弱め部分は、ほぼ直線状であり且つほぼ一様な断面形状の円形或いは楕円形を有することを特徴とするリンク機構部材。
2. 前記ボールスタッドの前記シャンク部分は、中心が前記軸線に一致した円形の断面形状を有し、前記所定の弱め部分は、前記軸線に対して偏心している円形の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のリンク機構部材。
3. 前記所定の弱め部分は、所定の軸線方向荷重を受けると座屈することを特徴とする請求項１記載のリンク機構部材。
4. 車両の操舵装置に連結されている車両用操舵リンク機構に組み込まれたリンク機構部材であって、
   第１の軸線に沿って軸線方向に延びるシャンクを有し、前記シャンクは、このシャンクの円周方向に全体的に延び且つ中心が前記第１の軸線に一致している第１の外面を有する第１の部分を有し、
   前記シャンクは、前記第１の軸線に沿った所定の位置に細い第２の部分を有し、前記細い第２の部分は、前記第１の部分の断面積より小さい断面積を有し、前記シャンクは、前記細い第２の部分が設けられていない状態で操舵装置を損傷させる力よりも小さい所定の軸線方向荷重を受けると前記細い第２の部分で座屈するようになっており、
   前記シャンクの前記細い第２の部分は、前記第１の部分の断面に対して突出しないように位置した第２の外面を有し、前記細い第２の部分は、第２の軸線に中心が一致しており、前記第２の軸線は、前記細い第２の部分が前記所定の軸線方向荷重を受けると座屈することができるように、前記細い第２の部分が座屈する前の状態では、前記第１の軸線に対してオフセットしており、前記細い第２の部分は、ほぼ直線状であり且つほぼ一様な断面形状の円形或いは楕円形を有し、
   前記第１の外面は円筒形であり、前記第２の外面は、前記第１の軸線に関して前記第１の外面の半径方向内方に位置し、前記前記シャンクの前記細い第２の部分は、第１及び第２の両端部と、前記細い第２の部分の前記第１の端部で前記第２の外面を前記第２の外面に接続する第１の環状のテーパー面と、前記細い第２の部分の前記第２の端部で前記第１の外面を前記第２の外面に接続する第２の環状のテーパー面とを有し、前記第１及び第２の環状のテーパー面は、前記第１の軸線に対して非対称であることを特徴とするリンク機構部材。
5. 前記シャンクは、第１の円形断面を有し、前記細い第２の部分は、前記第１の円形断面と非同心である第２の円形断面を有することを特徴とする請求項４に記載のリンク機構部材。
6. 前記第２の軸線は前記第１の軸線に平行に延びることを特徴とする請求項４に記載のリンク機構部材。
7. 前記シャンクの前記細い第２の部分は、前記第２の軸線に沿って真っ直ぐ延びると共に前記第１の軸線に平行に延びることを特徴とする請求項６に記載のリンク機構部材。
8. 前記第１及び第２の軸線は、直線状であり且つ互いに平行であることを特徴とする請求項４に記載のリンク機構部材。
9. 車両の操舵装置に連結されている車両用操舵リンク機構に組み込まれたリンク機構部材であって、
   両端部を有すると共に第１の直線状軸線に沿って軸線方向に延びるシャンクを有し、前記シャンクは、第１の直線状軸線を有する第１の部分を有し、前記シャンクは、中心が前記第１の直線状軸線に一致した第１の円筒形外面を有する第１の部分を有し、
   前記シャンクは、前記第１の直線状軸線に沿って前記シャンクの前記両端部の中間の所定の位置に細い第２の部分を有し、前記細い第２の部分は、前記第１の部分の断面積より小さい断面積を有し、前記シャンクは、前記細い第２の部分が設けられていない状態で操舵装置を損傷させる力よりも小さい所定の軸線方向荷重を受けると前記細い第２の部分で座屈するようになっており、
   前記シャンクの前記細い第２の部分は、第２の直線状軸線に中心が一致した円形或いは楕円形の第２の外面を有し、前記第２の直線状軸線は、前記細い第２の部分が前記所定の軸線方向荷重を受けると座屈することができるように、前記細い第２の部分が座屈する前の状態では、前記第１の直線状軸線に対してオフセットし且つ前記第１の直線状軸線に平行に延びることを特徴とするリンク機構部材。
10. 前記第２の外面は、前記第１の直線状軸線に対し、前記第１の外面の半径方向内方に位置していることを特徴とする請求項９に記載のリンク機構部材。
11. 前記シャンクの前記細い第２の部分は、第１及び第２の両端部と、前記細い第２の部分の前記第１の端部で前記第２の外面を前記第２の外面に接続する第１の環状のテーパー面と、前記細い第２の部分の前記第２の端部で前記第１の外面を前記第２の外面に接続する第２の環状のテーパー面とを有し、前記第１及び第２の環状のテーパー面は、前記第１の直線状軸線に対して非対称であることを特徴とする請求項１０に記載のリンク機構部材。
12. 前記シャンクは、第１の円形断面を有し、前記細い第２の部分は、前記第１の円形断面と非同心である第２の円形断面を有することを特徴とする請求項１０に記載のリンク機構部材。
13. 前記シャンクの前記細い第２の部分は、前記第２の直線状軸線に沿って真っ直ぐ延びると共に前記第１の直線状軸線に平行に延びることを特徴とする請求項９に記載のリンク機構部材。
14. 車両の操舵装置に連結されている車両用操舵リンク機構に組み込まれたリンク機構部材であって、
    第１及び第２の部分を有するシャンクを有し、前記第１の部分は、第１及び第２の両端部を有し且つ第１の軸線に沿って軸線方向に延び、前記第１の部分は、中心が前記第１の軸線に一致した第１の断面を有し、前記第１の断面は、円形或いは楕円形の断面形状を有し、
    前記シャンクの前記第２の部分は、前記第１の部分の前記第１及び第２の両端部の中間に位置し、前記シャンクは、前記第２の部分が設けられていない状態で操舵装置を損傷させる力よりも小さい所定の軸線方向荷重を受けると前記細い第２の部分で座屈するようになっており、前記シャンクの前記第２の部分は、第２の断面を有し、この第２の断面の断面積は、前記第１の部分の断面積より小さくなっており、前記第２の断面は、前記細い第２の部分が座屈する前の状態では、前記第１の軸線に対してオフセットした第２の軸線に中心が一致し、前記第２の断面は、円形或いは楕円形の断面形状を有し、
    前記シャンクの前記第２の部分を前記第１の部分の前記第１及び第２の両端部に接続する第１及び第２の移行部分をそれぞれ有し、各々の第１及び第２の移行部分は、前記第２の部分が前記所定の軸線方向荷重を受けると座屈することができるように、前記第１の軸線に沿って見ると、前記第１の軸線における第１の側の第１の距離にわたり、及び、前記第１の軸線における前記第１の側と反対側の第２の側で前記第１の距離とは異なる第２の距離にわたってそれぞれ軸線方向に延びる外面を有することを特徴とするリンク機構部材。
15. 前記シャンクの第１及び第２の部分は円筒形であり、前記第１の断面形状は円形であることを特徴とする請求項１４に記載のリンク機構部材。
16. 前記第１及び第２の軸線は、直線状であり且つ互いに平行であることを特徴とする請求項１４に記載のリンク機構部材。
17. 前記第１及び第２の移行部分の各々の前記外面は、前記シャンクの前記第１の部分から前記シャンクの前記第２の部分まで、前記第１の軸線に対して半径方向内方にテーパー状となっていることを特徴とする請求項１４に記載のリンク機構部材。

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