JP2008127014A

JP2008127014A - 制御トルクのバンプストッパ及び自動車のステアリングホイールのサスペンション・レッグ

Info

Publication number: JP2008127014A
Application number: JP2007302718A
Authority: JP
Inventors: Jean-Michel Beauprez; ボプレジャン−ミシェル; Fabien Corlet; コルレファビアン; Ludovic Saunier; ソーニエリュドビク
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN Europe SA
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20080179160A1; US7922397B2; DE102007056278A1; FR2908852A1; BRPI0705165A; FR2908852B1

Abstract

【課題】装置によって生じる抵抗トルクを制御する。
【解決手段】下部金属座金２２と上部金属座金２４との間に回転体２６の配置されたローラベアリング２０を備えるバンプストッパ。下部金属座金と上部金属座金とのうちの第１の座金には摩擦リング３４が固定され、第２の金属座金と擦れ合って回転体の静的摩擦トルク（実際上は１Ｎｍ）を超える静的摩擦トルクを生成する。摩擦リング３４により生成される制御抵抗トルクによって、凹凸路面上を走行する車両の生じるトルクがステアリングコラムに伝達されることが抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車のステアリングホイールの伸縮式サスペンション・レッグ用をはじめとしたサスペンション・レッグ用バンプストッパに関する。

車両が凹凸路面を走行するのを目的としたものであるなど、一部の利用条件において、摩擦なしの理想的なバンプストッパはステアリングコラムにトルクを連続的に伝達しているが、このトルクは修正が必要なため、運転手は運転を不快に感じ、ステアリングブースタの連続的な応力に起因する恒常的エネルギー消費が生じる。

特許文献１では、マクファーソン（ＭａｃＰｈｅｒｓｏｎ）方式のサスペンション・レッグが記載されているが、これは上部バンプストッパに平らなニードル−ローラ・ベアリングを備えるもので、このベアリングは上端でコイルスプリングの台座となる下部カップと車両の上部構造体に固定される上部カップとの間に配置される。操舵ハンドルに伝達される回転振動を緩衝するために、動作範囲全域にわたって定常的な摩擦を生成するよう、摩擦要素が下部カップと上部カップの間に配置されている。この摩擦要素はフレキシブルな可塑性物質からなるベアリング・ケージ上に形成の詰物よりなる。この詰物は下部カップと上部カップとの間で圧縮された状態で存在し、求める摩擦を生成する。
米国特許第４，１７５，７７０号明細書

しかしこのタイプの装置によって生じる抵抗トルクは、上記したような様々な体系的なものを修正する目的で利用するには大きすぎ、また不明確でもある。特に、摩擦詰物は２つの表面と同時に擦れ合うことから、その挙動を制御するのが難しく、経時的に安定した詰物の潤滑可能な手段が存在していないことからなおさら難しい。さらに、リングおよびケージが一体化していることからケージには弾性材料を選択する必要があり、これは必ずしも望ましいものではない。さらにまた、ケージの動きが詰物によって抑制されることも望ましくないので、ニードルにおいて有害な摩擦を生じる恐れがある。

本発明は、凹凸路面上での走行に適応したバンプストッパを提案することにより、上記の技術状況の欠点を補おうとするものである。
このため、本発明は、
上部軌道を含む固定の上部要素と、
下部軌道を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素と、
上部軌道および下部軌道の間に配置される回転体と、
上部要素および下部要素のうちの一方である第１の要素に固定され、回転体により生じる静的摩擦トルクを超える静的摩擦トルクを生成するように上部要素および下部要素のうちの他方である第２の要素と擦れ合う摩擦リングと、からなるバンプストッパを目的としている。

通常の動作条件において、摩擦リングによって生じる抵抗トルクは、唯一の摩擦界面（従って摩擦リングと第２の要素との間の唯一の摩擦係数と唯一の摩擦表面構造）によって決められる。この条件において、抵抗トルクの制御は可能である、すなわち工場出荷時点でのベアリング毎の変動が非常に少なく、経時的に相対的に安定したトルクを生成するこ
とが可能である。この抵抗トルクは凹凸路面を走行することによって生じるトルクがステアリングコラムへ伝達されるのを抑制する。実際的には、求める摩擦条件は１Ｎｍを超える静的摩擦トルクによって実現される。

一実施形態では、摩擦リングは他の要素と擦れ合う弾性リップを含む。
リングは第１の要素に締付け固定される利点がある。所定の値を超えるトルクが他の要素によってリップにかかる時に、リングが第１の要素に対して回転し始めるように、摩擦リングが第１の要素に固定される。この所定の値は摩擦リングと他の要素との間の静的摩擦トルクを大幅に上回り、５倍〜１０倍となる値が望ましい。締付け固定は、例えば他の要素と擦れ合う摩擦リングの弾性リップによって実現されるような摩擦による固定が望ましい。このように第１の要素に対しては大きく、第２の要素に対してはより小さい摩擦トルクを持つリングが実現される。

例えば異物の混入や過剰応力によるベアリングの変形などによって、当初予定している動作範囲を超えるトルクを摩擦リングが生成するにつれ、利用条件によって摩擦リングの動作が大幅に変更される場合、締付け固定がトルクリミッタとして作用し、第１の要素に対してリングが滑ることを可能とする。このように劣化モードでの動作が確保され、バンプストッパを修理又は交換するまで、走行の継続が可能となる。

一実施形態では、摩擦リングは金属などの剛性のある環状心金を含む。この心金は上記したようにリングに１つ以上のリップがある場合など、固定・回転要素とリングとの間の接触を完全に制御する。

ベアリングはさらに回転体の保持窪み部を備えたケージを含むことが望ましく、同ケージは摩擦リングに対して自由に回転する。特に有益な実施形態においては、回転体はボールで、ケージの窪み部はそれぞれ対向する２つの凹状の壁を有し、この壁は半径Ｒの球帽形状で、この半径Ｒは対向する壁までの距離がＲを超えるような中心を定めている。この配置により、ボールとケージとの間の摩擦を最小限に抑え、その結果、摩擦リングによって生じる制御抵抗トルクに付加され得る有害なトルクを除去可能となる。ケージは、リングとは異なる部品であることが望ましく、リングとの接触がなくて自由に回転できるものがよい。その結果摩擦リングの挙動はケージの挙動とは独立したものとなる。

上部要素がベアリング金属座金を含みそこに上部軌道が形成され、下部要素がベアリング金属座金を含みそこに下部軌道が形成され、摩擦リングが第１の要素の上部座金に固定され、他の要素の座金と擦れ合うのが望ましい。このように座金、回転体及びケージからなるベアリングと摩擦リングを一緒にしたコンパクトなサブアセンブリが得られる。このサブアセンブリはバンプストッパの他の要素の組立てに先立って、予め組立てることが可能であり、その結果組立て寸法を自在に操ることが可能となる。

他の側面から見ると、本発明は、
上部軌道を含む固定の上部要素と、
下部軌道を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素と、
上部軌道および下部軌道の間に配置される回転体と、
下部要素および上部要素の間に配置され、潤滑油を封じ込めた多孔性ポリマーマトリクスを含み、かつ、回転体により生じる静的摩擦トルクを超える静的摩擦トルクを生成するように上部要素および下部要素と擦れ合う摩擦リングと、を備えるバンプストッパベアリングに関する。

このようにリングと固定・可動要素との間で制御される粘性摩擦、及び潤滑油の存在により、摩擦トルクを非常に良好に制御可能である。
他の側面から見ると、本発明は、
ベアリングの回転軸を決める下部金属座金および上部金属座金と、
下部金属座金および上部金属座金の間に配置される回転体と、
保持リップおよび弾性リップを含む摩擦リングと、
保持リップは上部金属座金および下部金属座金のうちの一方である第１の金属座金と摩擦リングとの間に摩擦トルクを生成するように第１の金属座金に締付けられることと、
弾性リップは、摩擦リングと第１の金属座金との間の摩擦トルクが上部金属座金および下部金属座金のうちの他方である第２の金属座金と摩擦リングとの間の摩擦トルクの５倍を超えるよう、弾性リップと第２の金属座金との間の摩擦トルクを生成するように第２の金属座金と擦れ合うことと、からなるバンプストッパベアリングに関する。

凹凸路面を走行することによって生じるトルクをステアリングコラムへ伝達するのを避けることが可能で、１Ｎｍ〜１０Ｎｍの間の摩擦トルクに相当する摩擦の範囲を定めることが可能となる。

他の側面から見ると、本発明は、
ベアリングの回転軸を決める下部金属座金および上部金属座金と、
下部金属座金および上部金属座金の間に配置される回転体と、
上部金属座金および下部金属座金のうちの一方である第１の座金上に固定され、上部金属座金および下部金属座金のうちの他方である第２の座金と摩擦リングとの間に摩擦トルクを生成するように第２の座金と擦れ合う摩擦リングと、
回転体を保持する窪み部を備えるケージと、ケージは摩擦リングに対して自由に回転することと、からなるバンプストッパベアリングに関する。

このようにケージとは独立し、回転体の回転を妨げず、ベアリングレベルで生じる抵抗トルクは主としてリングに起因するような摩擦要素を定めることが可能となる。
回転体がＲ未満の半径を有するボールで、ケージの窪み部はそれぞれ対向する２つの凹状の壁を有し、この壁は半径Ｒの球帽形状で、この半径Ｒは対向する壁までの距離がＲを超えるような中心を定めているのが望ましい。

他の側面から見ると、本発明は、
ベアリング上部金属座金を含む固定の上部要素と、
ベアリング下部金属座金を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素と、
上部金属座金および下部金属座金の上に形成される軌道の間に配置される回転体と、
上部要素および下部要素のうちの一方である第１の要素に固定され、上部要素および下部要素のうちの他方である第２の要素と摩擦リングとの間に１Ｎｍを超える静的摩擦トルクを生成するよう、第２の要素と擦れ合う摩擦リングと、からなるバンプストッパに関する。

他の側面から見ると、本発明は、
上部軌道を含む固定の上部要素と、
下部軌道を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素と、
上部軌道および下部軌道の間に配置される回転体と、
潤滑油を封じ込めた多孔性ポリマーマトリクスを含み、かつ、下部要素の回転時に回転体により生じる静的摩擦トルクを超える静的摩擦トルクを生成するように上部要素および下部要素のうちの一方または両方と擦れ合う摩擦リングと、からなるバンプストッパに関する。

多孔性ポリマーマトリクス中に封じ込まれる潤滑油によって完全に制御される粘性摩擦
が確保される。摩擦リングは要素のいずれかに固定可能であるが、回転体の位置決めケージから独立してもよいし連動してもよい。

図１を参照して見ると、伸縮式サスペンション・レッグには既知のように、コイルスプリング１０及び図示されていない伸縮式アブソーバとショックアブソーバ・バッファを含み、これらの要素は車体と相接するバンプストッパ１６とホイールとの間に配置される。スプリングは合成材料製のカップ１４の環状下部壁１２に支えられ、カップの上部面１８はローラベアリング２０となる。

ローラベアリング２０は下部座金２２と上部座金２４よりなり、これらの座金はいずれも型打ち鍛造鋼でボールのような回転体２６のための斜接触軌道を形成する。ローラベアリング２０はこのようにバンプストッパ１６の回転軸を規定する。上部座金２４はカバー２８の底部に支持されている。下部座金２２はカップ１４の上部面１８に位置決め起伏部よりなる支持領域に支持されている。

カバー２８はカップ１４と共にローラベアリング２０収容部の境界をなす。カバー２８の備えるスカート３０は接触なくしてカップの１４の周辺領域を包含し、収容部と外部を結ぶ入り組んだ環路３２の境界を定めている。

ローラベアリング２０をなす座金２２，２４の剛性が高いことから、負荷損失における遊びは非常に低いレベルに維持される。これらの座金２２，２４は厚さ１．２〜２ｍｍの型打ち鍛造鋼板が望ましい。

２つの座金２２，２４の間には摩擦リング３４が配置される。このリングは図２に詳細に示すように、エラストマ部材３８で覆われる金属心金３６を含み、この環状の金属心金３６は開かれても閉じられてもよく、上部座金２４に摩擦リング３４を締付け固定している。

摩擦リングのエラストマ部材は上部輪のシリンダ面４２を締付けるリップ４０を含むことが望ましい。エラストマ部材３８はほぼ円錐台形の摩擦リップ４４をなし、下部座金２２のほぼ平らな環状面方向へ、心金の軸及び放射状に張り出している。摩擦リング３４はローラベアリング２０内部へ放射状に配置される。

ベアリングのボール２６は図３に詳細に図示されているケージ４６によりそれぞれが位置決めされており、熱可塑性材料が望ましい。ケージはボール２６収容部の窪み部４８を含み、この窪み部はケージの重量と慣性モーメントとを抑制する機能のみを有する空洞部４９によって分けられている。それぞれの窪み部４８は２つの凹面５０Ａ，５０Ｂを有し、この面は球帽形状で向かい合っており、円筒状の接続面５２によって結ばれている。

球帽５０Ａ，５０Ｂは同じ半径Ｒを持ち、それぞれが中心５４Ａ，５４Ｂを定めている。各窪み部のためにこのように定められる２つの中心５４Ａ，５４Ｂの間隔は、注目すべきことに、反対側の面からの距離が半径Ｒを上回るように決められることである。みずからの半径がＲを下回るようなボールには位置決めの大きな自由度が与えられていることが理解される。ケージの径とボールの直径の比率は代表的にはおよそ１．０２〜１．２である。このような配置によりベアリング内部の摩擦トルクを大幅に減少可能で、このことによって装置により生じる摩擦トルクの範囲を非常に厳密に制御可能となる。

摩擦リング３４の主要な機能はベアリングの回転時に制御トルクを生成する摩擦を保障することである。応用例において、回転体により生じるトルクは１Ｎｍ未満であることか
ら、抵抗トルクは１Ｎｍを超える必要がある。異なるタイプのステアリングに相当する他の応用例においては、最小抵抗トルクは２，３〜１０Ｎｍである必要がある。ここで問題となる抵抗トルクは停止時のニュートラル位置から回転までに必要なトルクである。

ベアリングのケージ４６の特別な構成により有害な抵抗トルクによる悪影響を可能な限り抑えることが可能である。特に窪み部４８中のボール２６の位置決めの自由度により、頻繁な使用後に摩耗が発生する時など、この部位におけるあらゆる摩擦を避けることが可能となる。実際的には、ケージ内のボールの摩擦や軌道上での回転に起因する抵抗トルクは、摩擦リングにより生じる抵抗トルクを下回り、２倍から５倍下回ることが望ましい。ベアリングと摩擦リングの総合抵抗トルクは、主として摩擦リング自体によって決まる上限を下回ることが確保される。

異物の混入やバンプストッパの変形など、一部の条件においては、摩擦リングと下部座金２２との間の抵抗トルクは当初予想される動作範囲を超える場合がある。このようなケースにおいては、締付け固定がトルクリミッタとして作用し、上部座金２４に対してリングが滑ることを可能とする。このように劣化モードでの動作が確保され、バンプストッパを修理又は交換するまで、走行の継続が可能となる。

このような措置により、摩擦リングは防水パッキンの付加機能を持つことになる。
様々な変更は当然可能であり、リップはシリンダ表面を擦り、また下部座金の回転形状の表面を擦る。リングは下部座金に固定でき、上部リップと擦り合うこともできる。リングの固定は締付けの他、接着など、他の固定方法も可能である。回転体はローラでもよい。座金は必ずしも鍛造鋼板でなくてもよく、また座金という用語は一般的な用語の意味を含み、特別な厚みを限定するものではなく、軌道を備えた環状の全ての物体を指す。

摩擦リングは必ずしも２つの座金の間に配置される必要はなく、バンプストッパの固定要素のうちのひとつと可動要素のうちのひとつの間に配置可能である。
図４には、本発明の第２の実施形態を示す。上記の実施形態にて使用した参照符号は同等あるいは類似要素に付与されている。この実施形態では、摩擦リング３４はローラベアリング２０の下部座金２２と上部座金２４との間に配置され、この例ではボールよりなる回転体２６を含んでいる。摩擦リング３４は、潤滑油が封じ込められている多孔性ポリマーマトリクスよりなる。マトリクスは熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを主成分に、大量の潤滑油が混合される。混合物はベアリングの座金２２，２４の空間に投入された後、強度を確保するために加熱などによって架橋される。このようにして潤滑油が封じ込められる多孔性材料を含む頑強なポリマーマトリクスが得られる。ポリマーは例えばポリエチレンを主成分とすることが可能で、潤滑油はオイル、グリースあるいはオイルとグリースの混合でもよい。ベアリングが動作中、摩擦リング３４と座金２２，２４との境界面に制御粘性摩擦が得られるように、多孔性マトリクスは連続的に油を供給する。潤滑油は潤滑する接触領域からけっして排出されないことから、経時的に非常に安定した摩擦特性が確保される。実施例において、摩擦リングは座金２２，２４のうちの一方に対して固定されていない。下部座金２２の回転時、軌道又はケージの位置において回転体により生じる摩擦トルクを加えた全体的にはおよそ１〜２Ｎｍの静的摩擦トルクを生成するよう、摩擦リング３４は２つの座金２２，２４と擦れ合う。

図５に示している上記の実施形態の変形によると、摩擦リングは回転体のガイドケージをもなす。マトリクスは上記同様、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを主成分に、大量の潤滑油が混合される。混合物は回転体２６及び座金２２，２４の間の空間に投入された後、強度を確保するために加熱などによって架橋される。回転体２６は摩擦リングの窪み部中に封じ込められる。下部座金２２の回転時、軌道又は摩擦リング３４の窪み部の位置において回転体２６により生じる摩擦トルクを加えた全体的にはおよそ１〜２Ｎｍの静的摩擦
トルクを生成するよう、摩擦リング３４は２つの座金２２，２４と擦れ合う。

図４の実施形態の変形として、多孔性マトリクスを覆った例えば金属製などの強固な心金を用いてリングの強化を図ってもよい。リングを座金のうちの一方に固定することも可能である。

本発明の実施形態に基づくサスペンション・レッグのバンプストッパを軸方向の断面で示す図。図１におけるバンプストッパの摩擦リングを軸方向の切断面で示す図。図１のバンプストッパ内で使用されるベアリングのケージを示す図。本発明の第２の実施形態に基づくサスペンション・レッグのバンプストッパを軸方向の断面で示す図。図４における本発明の実施形態の変形を示す図。

符号の説明

２２…下部要素、２４…上部要素、２６…回転体、３４…摩擦リング、３６…剛性環状心金、４０…保持リップ、４４…弾性リップ、４６…ケージ、４８…窪み部、５０Ａ，５０Ｂ…壁。

Claims

上部軌道を含む固定の上部要素（２４）と、
下部軌道を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素（２２）と、
上部軌道および下部軌道の間に配置される回転体（２６）と、
上部要素および下部要素のうちの一方である第１の要素に固定され、回転体により生じる静的摩擦トルクを超える静的摩擦トルクを生成するように上部要素および下部要素のうちの他方である第２の要素と擦れ合う摩擦リング（３４）と、からなるバンプストッパ。
摩擦リングは第２の要素と擦れ合う弾性リップ（４４）を含む請求項１記載のバンプストッパ。
摩擦リングは第１の要素に締付け固定される請求項１記載のバンプストッパ。
摩擦リングおよび第２の要素の間の静的摩擦トルクの５倍より大きな所定の値を超えるトルクを第２の要素が弾性リップに与えるとき、摩擦リングが第１の要素に対して回転するように、摩擦リングは第１の要素に固定される請求項３記載のバンプストッパ。
摩擦リングは締付けリップ（４０）を含むことと、締付けリップ（４０）は第１の要素上に締付けられ、摩擦によって第１の要素に摩擦リングを固定することとを含む請求項４記載のバンプストッパ。
摩擦リングは剛性環状心金（３６）を含む請求項１記載のバンプストッパ。
回転体を保持する窪み部（４８）を備えるケージ（４６）と、ケージは摩擦リングに対して自由に回転することと、を含む請求項１記載のバンプストッパ。
回転体はボールであることと、ケージの窪み部は２つの対向する凹状の壁（５０Ａ，５０Ｂ）を各々備えることと、２つの対向する凹状の壁は対向する壁までの距離がＲを超えるように中心を定める半径Ｒの球帽形状であることと、を含む請求項７記載のバンプストッパ。
上部要素（２４）は上部軌道の形成されたベアリング金属座金を含むことと、下部要素（２２）は下部軌道の形成されたベアリング金属座金を含むことと、摩擦リングは第１の要素の座金に固定され、第２の要素の座金と擦れ合うことと、を含む請求項１記載のバンプストッパ。
上部軌道を含む固定の上部要素（２４）と、
下部軌道を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素（２２）と、
上部軌道および下部軌道の間に配置される回転体（２６）と、
下部要素および上部要素の間に配置され、潤滑油を封じ込めた多孔性ポリマーマトリクスを含み、かつ、回転体により生じる静的摩擦トルクを超える静的摩擦トルクを生成するように上部要素および下部要素と擦れ合う摩擦リング（３４）と、を備えるバンプストッパベアリング。
ベアリングの回転軸を決める下部金属座金および上部金属座金（２２，２４）と、
下部金属座金および上部金属座金の間に配置される回転体（２６）と、
保持リップ（４０）および弾性リップ（４４）を含む摩擦リング（３４）と、
保持リップは上部金属座金および下部金属座金のうちの一方である第１の金属座金と摩擦リングとの間に摩擦トルクを生成するように第１の金属座金に締付けられることと、
弾性リップは、摩擦リングと第１の金属座金との間の摩擦トルクが上部金属座金および下部金属座金のうちの他方である第２の金属座金と摩擦リングとの間の摩擦トルクの５倍を超えるよう、弾性リップと第２の金属座金との間の摩擦トルクを生成するように第２の金属座金と擦れ合うことと、からなるバンプストッパベアリング。
ベアリングの回転軸を決める下部金属座金および上部金属座金（２２，２４）と、
下部金属座金および上部金属座金の間に配置される回転体（２６）と、
上部金属座金および下部金属座金のうちの一方である第１の座金上に固定され、上部金属座金および下部金属座金のうちの他方である第２の座金と摩擦リングとの間に摩擦トルクを生成するように第２の座金と擦れ合う摩擦リング（３４）と、
回転体を保持する窪み部（４８）を備えるケージ（４６）と、ケージは摩擦リングに対して自由に回転することと、からなるバンプストッパベアリング。
回転体はＲ未満の半径を有するボールであることと、ケージの窪み部は２つの対向する凹状の壁（５０Ａ，５０Ｂ）を各々備えることと、２つの対向する凹状の壁は対向する壁までの距離がＲを超えるように中心を定める半径Ｒの球帽形状であることと、を含む請求項１２記載のバンプストッパベアリング。
ベアリング上部金属座金を含む固定の上部要素（２４）と、
ベアリング下部金属座金を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素（２２）と、
上部金属座金および下部金属座金の上に形成される軌道の間に配置される回転体（２６）と、
上部要素および下部要素のうちの一方である第１の要素に固定され、上部要素および下部要素のうちの他方である第２の要素と摩擦リングとの間に１Ｎｍを超える静的摩擦トルクを生成するよう、第２の要素と擦れ合う摩擦リング（３４）と、からなるバンプストッパ。
上部軌道を含む固定の上部要素（２４）と、
下部軌道を含み、上部要素に対して幾何学的な回転軸を中心に回転する下部要素（２２）と、
上部軌道および下部軌道の間に配置される回転体（２６）と、
潤滑油を封じ込めた多孔性ポリマーマトリクスを含み、かつ、下部要素の回転時に回転体により生じる静的摩擦トルクを超える静的摩擦トルクを生成するように上部要素および下部要素のうちの一方または両方と擦れ合う摩擦リング（３４）と、からなるバンプストッパ。