WO2023157225A1 - ストラットベアリング、及び車両のストラット式サスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】上側ケースとアッパーサポートとの間に介在させる弾性部材の破損を抑制できるストラットベアリング、及び車両のストラット式サスペンションを提供する。 【解決手段】上側ケース２及び下側ケース３と、上側ケース２に保持される上側軌道輪４と、下側ケース３に保持される下側軌道輪５と、上側軌道輪４及び下側軌道輪５間を転動する転動体６とを備える。上側ケース２の上面２Ａには円環状の凹部２Ｂがあり、凹部２Ｂに嵌め込まれた弾性部材Ａを備える。弾性部材Ａは、凹部２Ｂ内の基部Ｂと、上側ケース２の上面２Ａから突出する凸部Ｃとからなる。

Description

ストラットベアリング、及び車両のストラット式サスペンション

　本発明は、車両のストラット式サスペンションに用いるストラットベアリングに関する。

　車体に対する車輪の支持をコイルスプリングにより行うとともに、上下振動を吸収するためにショックアブソーバを備えたサスペンションとして、ショックアブソーバを内蔵した伸縮する柱（ストラット）を車軸に固定してなるストラット式サスペンションがある。ストラット式サスペンションは、主に乗用車の前輪用として広く使用されている。

　ストラット式サスペンションの上部に用いるストラットベアリング（例えば、特許文献１のサスペンションスラストベアリング１）として、合成樹脂製の上側ケース（例えば、特許文献１の上側キャップ３）とアッパーサポート（特許文献１に記載のサポートブロック）との間に、前記上側ケースに固定された弾性部材（例えば、特許文献１の上側アイソレータ９）を介在させるものがある。

　特許文献１の上側アイソレータ９は、ＴＰＥ等の弾力性のある素材から成形され、半径方向部分９０と管状軸方向部分９１とからなる。上側アイソレータ９は、半径方向部分９０が上側キャップ３のフランジ３０の上面に当接し、管状軸方向部分９１が上側キャップ３のハブ３１の内周面に当接した状態で、上側キャップ３に強固に固定される。

米国特許第１０，７５３，３８９号明細書

　特許文献１の上側アイソレータ９のような弾性部材を上側ケースとアッパーサポートとの間に介在させることにより、ストラットベアリングとアッパーサポートとの間の相対的な滑り及び前記滑りに伴う異音の発生を防止できる。

　しかしながら、特許文献１の上側アイソレータ９の半径方向部分９０のように、上側ケースの上面に当接した状態で上側ケースに固定されたものにおいては、車両からストラット式サスペンションに軸方向荷重が入力された際に、前記半径方向部分９０の全体が軸方向荷重を直接受ける。したがって、前記半径方向部分９０が拘束のない方向へ変形するため、部分的に高い応力が発生して前記半径方向部分９０が破損するおそれがある。

　本発明は、上側ケースとアッパーサポートとの間に介在させる弾性部材の破損を抑制できるストラットベアリング、及び車両のストラット式サスペンションを提供することを目的とする。

　本発明の第１観点に係るストラットベアリングは、上側ケース及び下側ケースと、前記上側ケースに保持される上側軌道輪と、前記下側ケースに保持される下側軌道輪と、前記上側軌道輪及び前記下側軌道輪間を転動する転動体とを備える。前記上側ケースの上面には円環状の凹部があり、前記凹部に嵌め込まれた弾性部材を備える。前記弾性部材は、前記凹部内の基部と、前記上側ケースの上面から突出する凸部とからなる。

　このような構成によれば、ストラットベアリングの上側ケースの上面から弾性部材の凸部が突出している。したがって、ストラットベアリングとアッパーサポートとの間に弾性部材が介在するので、ストラットベアリングとアッパーサポートとの間の相対的な滑り及び前記滑りに伴う異音の発生を防止できる。

　その上、弾性部材の基部が上側ケースの上面にある円環状の凹部に埋没している。したがって、上側ケースに弾性部材が嵌め込まれた状態で位置決めされるので、上側ケースに対して弾性部材を位置決めした状態を長期間にわたり安定かつ確実に保持できる。

　その上さらに、車両からストラット式サスペンションに軸方向荷重が入力されて弾性部材の凸部がその突出量分圧縮されると、アッパーサポートの下面が上側ケースの上面に当接するので、上側ケースに荷重を分散できる。したがって、弾性部材に発生する応力が小さくなるので弾性部材の破損を抑制できる。

　本発明の第２観点に係るストラットベアリングは、第１観点に係るストラットベアリングにおいて、前記凸部の前記上側ケースの上面からの突出量Ｄは、０．０５ｍｍ≦Ｄ≦０．２０ｍｍである。

　このような構成によれば、弾性部材の凸部の突出量ＤがＤ≧０．０５ｍｍであるので、ストラットベアリングとアッパーサポートとの間に弾性部材が介在することによるストラットベアリングとアッパーサポートとの間の相対的な滑り及び前記滑りに伴う異音の発生の防止効果が確実になる。その上、弾性部材の凸部の突出量ＤがＤ≦０．２０ｍｍであることから、弾性部材に圧縮力が作用して凸部の突出量分弾性部材が圧縮される際における圧縮応力を小さくできるので、弾性部材の破損を確実に防止できる。

　本発明の第３観点に係るストラットベアリングは、第１観点又は第２観点に係るストラットベアリングにおいて、前記上側ケースの材料は熱可塑性樹脂であり、前記弾性部材の材料は熱可塑性エラストマーである。

　このような構成によれば、射出成形により成形した上側ケースに対して、熱可塑性エラストマーを射出成形でオーバーモールドして付加できるので、製造が容易になる。

　本発明の第４観点に係る車両のストラット式サスペンションは、第１観点～第３観点の何れかのストラットベアリングを備える。

　本発明に係るストラットベアリングおける「円環状の凹部」は、連続する形状で円環状を成すものと、断続的な形状で円環状を成すものとを含む概念である。したがって、前記ストラットベアリングおける「円環状を成す弾性部材」も、連続する形状で円環状を成す場合と、断続的な形状で円環状を成す場合とがある。

　以上における本発明に係るストラットベアリング、及び車両のストラット式サスペンションによれば、上側ケースとアッパーサポートとの間に介在させる弾性部材の破損を抑制できる。

本発明の実施の形態に係るストラットベアリングを備えた車両のストラット式サスペンションの部分断面概略図である。 本発明の実施の形態に係るストラットベアリング、並びに、アッパースプリングシート、アッパーインシュレータ及びコイルスプリングを示す要部拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態に係るストラットベアリングの要部拡大縦断面図である。 上側ケース及び弾性部材を分離させて示す部分断面斜視図である。 弾性部材まわりの要部拡大縦断面図である。 円環状の凹部が連続する形状であり、円環状の弾性部材が断続的なものである場合の例を示す要部拡大斜視図である。 円環状の凹部及び円環状の弾性部材が断続的なものである場合の例を示す要部拡大斜視図である。 弾性部材の応力解析における実施例２の解析モデルに軸方向の圧縮力を負荷していない無負荷状態を示す要部拡大縦断面図である。 弾性部材の応力解析における実施例２の解析モデルに軸方向の圧縮力を負荷した場合の変形状態を示す要部拡大縦断面図である。 弾性部材の応力解析における比較例の解析モデルに軸方向の圧縮力を負荷していない無負荷状態を示す要部拡大縦断面図である。 弾性部材の応力解析における比較例の解析モデルに軸方向の圧縮力を負荷した場合の変形状態を示す要部拡大縦断面図である。

　以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。

　本明細書において、ストラットベアリング１の回転軸Ｏ（図１参照）に平行な方向を「軸方向」（例えば、図１の矢印Ｊ参照）、回転軸Ｏに直交する方向を「径方向」（例えば、図１の矢印Ｒ参照）、回転軸Ｏに近づく径方向を「径方向内方」（例えば、図１の矢印ＲＩ参照）、回転軸Ｏから遠ざかる径方向を「径方向外方」（例えば、図１の矢印ＲＯ参照）という。

＜ストラット式サスペンション＞
　図１の部分断面概略図に示す車両のストラット式サスペンションＳは、ショックアブソーバを内蔵した伸縮するストラット１０を、図示しない車軸に固定し、アッパーサポート１６を車体に固定した状態で使用される。

　ストラット式サスペンションＳの上部には、車体を支えながらステアリング操作により操舵輪の方向が変化する分だけ揺動回転するストラットベアリング１を備える。ストラットベアリング１の揺動角度は、車輪の許容操舵角度に対応して定まるものであり、例えば４０°以上５０°以下の範囲に設定される。

　ストラット１０の径方向外方ＲＯには、サスペンションスプリングであるコイルスプリング１１、及び砂等の異物からショックアブソーバのオイルシールを保護するためのダストブーツ１２が設けられる。ストラット式サスペンションＳは、コイルスプリング１１の上端を支持するばね支持部品１３を備える。ばね支持部品１３は、図２の要部拡大縦断面図に示すように、アッパースプリングシート１４及びアッパーインシュレータ１５からなる。

＜ストラットベアリング＞
　図２の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係るストラットベアリング１は、上側ケース２及び下側ケース３、上側軌道輪４及び下側軌道輪５、転動体６、保持器７、並びに、内径側シール８及び外径側シール９等を備える。上側ケース２には弾性部材Ａが固定される。

　上側ケース２はストラット１０の上端部に固定され、下側ケース３はアッパースプリングシート１４を上方から受ける。上側軌道輪４は上側ケース２に保持され、下側軌道輪５は下側ケース３に保持される。転動体６は上側軌道輪４及び下側軌道輪５間を転動し、保持器７は隣り合う転動体６同士が接触しないように保持する。

　内径側シール８は転動体６の径方向内方ＲＩに位置し、外径側シール９は転動体６の径方向外方ＲＯに位置する。

＜弾性部材の詳細＞
　図３のストラットベアリング１の要部拡大縦断面図、図４の上側ケース２及び弾性部材Ａを分離させて示す部分断面斜視図、図５の弾性部材Ａまわりの要部拡大縦断面図に示すように、上側ケース２の上面２Ａには円環状の凹部２Ｂがある。上面２Ａは、図４及び図５に示すように、凹部２Ｂの径方向内方ＲＩに位置する円環状の平坦な部分と、凹部２Ｂの径方向外方ＲＯに位置する円環状の平坦な部分とを有する。すなわち、同心で円環状である上面２Ａの２つの前記平坦な部分が凹部２Ｂを挟むように位置する。図３に示すように、凹部２Ｂは、転動体６と上側軌道輪４の接触部の上方に配置することが望ましい。

　弾性部材Ａは、円環状であり、円環状の凹部２Ｂに嵌め込まれた状態で上側ケース２に固定される。したがって、上側ケース２に弾性部材Ａが嵌め込まれた状態で位置決めされるので、上側ケース２に対して弾性部材Ａを位置決めした状態を長期間にわたり安定かつ確実に保持できる。

　図４及び図５に示すように、弾性部材Ａは、上側ケース２の凹部２Ｂ内に埋没した基部Ｂと、上側ケース２の上面２Ａから突出する凸部Ｃとからなる。ストラットベアリング１の上側ケース２の上面２Ａから弾性部材Ａの凸部Ｃが突出している。したがって、ストラットベアリング１とアッパーサポート１６との間に弾性部材Ａが介在するので、ストラットベアリング１とアッパーサポート１６との間の相対的な滑り及び前記滑りに伴う異音の発生を防止できる。

　凸部Ｃが上側ケース２の上面２Ａから突出する凸部Ｃの突出量Ｄは、０．０５ｍｍ≦Ｄ≦０．２０ｍｍにするのが好ましい実施態様である。

　突出量ＤをＤ≧０．０５ｍｍにすることで、ストラットベアリング１とアッパーサポート１６との間に弾性部材Ａが介在することによるストラットベアリング１とアッパーサポート１６との間の相対的な滑り及び前記滑りに伴う異音の発生の防止効果が確実になる。

　突出量ＤをＤ≦０．２０ｍｍにすることで、弾性部材Ａに圧縮力が作用して凸部Ｃの突出量Ｄ分弾性部材Ａが圧縮される際における圧縮応力を小さくできるので、弾性部材Ａの破損を確実に防止できる。

　図５に示すように、円環状の弾性部材Ａの凸部Ｃの径方向内方ＲＩの端部及び径方向外方ＲＯの端部は、丸みを帯びた傾斜面Ｆ，Ｆである。それにより応力集中を緩和できる。

　弾性部材Ａの材質は、エラストマーである。熱可塑性エラストマー（TPE）として、TPS（スチレン系）、TPO（オレフィン系）、TPU（ウレタン系）、TPA（アミド系）、TPEE（エステル系）等であり、TPS（スチレン系）が特に望ましい。TPSはゴムライクの弾性を有し、滑り止めとして有効に作用するためである。

　弾性部材Ａの材質が熱可塑性エラストマーである場合、熱可塑性樹脂からなる上側ケース２に対して、射出成形でオーバーモールドして弾性部材Ａを付加できるので、製造が容易になる。

　弾性部材Ａは、図６及び図７の要部拡大斜視図に示すような断続的なものであってもよい。弾性部材Ａが嵌め込まれる上側ケース２の凹部２Ｂも、弾性部材Ａが断続的なものである場合は、図７の要部拡大斜視図に示すような、弾性部材Ａの形状に合わせた断続的なものであってもよい。

＜弾性部材以外の主要部品の材質、成形方法＞
　上側軌道輪４及び下側軌道輪５、並びにアッパースプリングシート１４は鋼からなり、鋼板からプレス加工で成形され、加工後に焼き入れ硬化させる。上側ケース２及び下側ケース３は合成樹脂からなり、射出成形で成形される。内径側シール８及び外径側シール９はエラストマーからなり、射出成形で成形される。

　上側ケース２及び下側ケース３に用いる合成樹脂は、例えばポリアミド系（PA66,PA46,PA612,PA6,PA9T,PA10T等）であり、強化繊維として例えばガラス繊維（GF）を２０～６０重量％含有する。

　内径側シール８及び外径側シール９に用いるエラストマーは、弾性部材Ａの材質と同様である。

＜弾性部材の応力解析＞
　上側ケース２の上面の円環状の凹部２Ｂに嵌め込まれた本発明の弾性部材Ａと、特許文献１の「上側アイソレータ」を模した弾性部材に掛かる応力を比較する解析を行った。

（実施例）
　図５の弾性部材Ａまわりの要部拡大縦断面図における厚みＴを１．００ｍｍとし、突出量Ｄが０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍの弾性部材Ａを備えたストラットベアリング１を、それぞれ実施例１ないし４とする。図８Ａの要部拡大縦断面図は、実施例２の解析モデルにおいて軸方向Ｊの圧縮力を負荷していない無負荷状態を示している。

（比較例）
　特許文献１の「上側アイソレータ」を模した弾性部材を備えたストラットベアリングを比較例とする。図９Ａの要部拡大縦断面図は、「上側アイソレータ」を模した弾性部材Ｇを備えた比較例のストラットベアリング１７の解析モデルにおいて軸方向Ｊの圧縮力を負荷していない無負荷状態を示している。無負荷状態である図９Ａの弾性部材Ｇの厚みＴを１．００ｍｍとする。

（解析方法）
　ストラットベアリング１の弾性部材Ａ（例えば図８Ａ）、及びストラットベアリング１７の弾性部材Ｇ（図９Ａ）の材質を同じエラストマーとする。弾性部材Ａ及び弾性部材Ｇに対して、車体側のアッパーサポート１６から、対象となる車両のストラットベアリング１，１７に掛かる軸方向Ｊの荷重に相当する、同じ大きさの軸方向Ｊの圧縮力を負荷する。弾性部材Ａ（実施例１ないし４）及び弾性部材Ｇ（比較例）に生じる最大主応力を、比較例を１として比較する。

（解析結果）
　実施例２の解析モデルに前記大きさの軸方向Ｊの圧縮力を負荷した場合の変形状態を図８Ｂの要部拡大縦断面図に示す。比較例の解析モデルに前記大きさの軸方向Ｊの圧縮力を負荷した場合の変形状態を図９Ｂの要部拡大縦断面図に示す。前記大きさの軸方向Ｊの圧縮力を負荷した場合の比較例及び実施例１ないし４の弾性部材に発生する最大主応力を表１に示す。

　比較例の弾性部材Ｇは、軸方向Ｊの圧縮力が負荷された場合、図９Ｂのように弾性部材Ｇ全体が圧縮力を受けて変形する。それに対して実施例の弾性部材Ａは、軸方向Ｊの圧縮力が負荷された場合、図８Ｂのように凸部Ｃがその突出量Ｄ（図５）分圧縮されると、アッパーサポート１６の下面１６Ａが上側ケース２の上面２Ａに当接する。

　表１から、実施例１（Ｄ＝０．０５ｍｍ）、実施例２（Ｄ＝０．１０ｍｍ）、実施例３（Ｄ＝０．１５ｍｍ）、及び実施例４（Ｄ＝０．２０ｍｍ）の弾性部材において、弾性部材に発生する最大主応力は、それぞれ、比較例の弾性部材に対して、２０％、３１％、４２％、４８％であり、大幅に小さいことが分かる。

　実施例１ないし４において、弾性部材に発生する最大主応力が比較例よりも大幅に小さくなる理由は、ストラットベアリング１に軸方向Ｊの圧縮力が負荷されて図５に示す弾性部材Ａの凸部Ｃが圧縮され、図８Ｂのように凸部Ｃがその突出量Ｄ（図５）分圧縮されると、アッパーサポート１６の下面１６Ａが上側ケース２の上面２Ａの前記円環状の平坦な部分に当接するので、弾性部材だけでなく、上側ケース２も荷重を受けるためである。このように荷重を分散できる効果により、弾性部材Ａに発生する応力が小さくなるので弾性部材Ａの破損を抑制できる。

　その上、本発明の実施例１ないし４の弾性部材Ａ（例えば、図８Ａの実施例２の弾性部材Ａ）は、図９Ａの比較例の弾性部材Ｇと比較すると、体積が大幅に小さくなるので材料費を低減できる。

　実施例４の弾性部材Ａの最大歪（Ｄ／Ｔ）は０．２ｍｍ／１ｍｍ＝０．２である。よって、弾性部材Ａの厚みＴは最大歪が０．２以下になるように設定すればよい。ただし、弾性部材Ａを射出成形で成形する場合は、熱可塑性エラストマーの流動性を考慮して厚みＴは０．５ｍｍ以上にすることが望ましい。

　以上の実施の形態の記載はすべて例示であり、これに制限されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を施すことができる。

１　ストラットベアリング
２　上側ケース
２Ａ　上面
２Ｂ　円環状の凹部
３　下側ケース
４　上側軌道輪
５　下側軌道輪
６　転動体
７　保持器
８　内径側シール
９　外径側シール
１０　ストラット
１１　コイルスプリング
１２　ダストブーツ
１３　ばね支持部品
１４　アッパースプリングシート
１５　アッパーインシュレータ
１６　アッパーサポート
１６Ａ　下面
１７　ストラットベアリング
Ａ　弾性部材
Ｂ　基部
Ｃ　凸部
Ｄ　突出量
Ｅ　埋没量
Ｆ　傾斜面
Ｇ　弾性部材
Ｊ　軸方向
Ｏ　回転軸
Ｒ　径方向
ＲＩ　径方向内方
ＲＯ　径方向外方
Ｓ　ストラット式サスペンション
Ｔ　厚み

Claims (4)

1. 　上側ケース及び下側ケースと、前記上側ケースに保持される上側軌道輪と、前記下側ケースに保持される下側軌道輪と、前記上側軌道輪及び前記下側軌道輪間を転動する転動体とを備えるストラットベアリングであって、
   　前記上側ケースの上面には円環状の凹部があり、
   　前記凹部に嵌め込まれた弾性部材を備え、
   　前記弾性部材は、
   　　前記凹部内の基部と、
   　　前記上側ケースの上面から突出する凸部と、
   からなる、
   ストラットベアリング。
2. 　前記凸部の前記上側ケースの上面からの突出量Ｄは、
   　　０．０５ｍｍ≦Ｄ≦０．２０ｍｍ
   である、
   請求項１に記載のストラットベアリング。
3. 　前記上側ケースの材料は熱可塑性樹脂であり、
   　前記弾性部材の材料は熱可塑性エラストマーである、
   請求項１又は２に記載のストラットベアリング。
4. 　請求項１～３の何れか１項のストラットベアリングを備えた車両のストラット式サスペンション。

Images