JP7736231B2 - ストラットベアリング装置、及び車両のストラット式サスペンション - Google Patents

Description

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装置に関する。

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装置として、上側軌道輪を保持する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、下側軌道輪を保持する合成樹脂製の下側ケース（例えば、特許文献１の下側キャップ４）と、前記下側ケースに設けた、エラストマー製の内径側シール材（例えば、特許文献１の内側シール６）及び外径側シール材（例えば、特許文献１の外側シール７）とを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第１０，７５３，３８９明細書

このようなストラットベアリング装置は、車輪が跳ね上げた路面上の泥水等を直接受ける厳しい泥水環境で使用される。その上、ストラットベアリング装置は、洗車の際に高圧洗浄機が使用されると、足回りの洗車の際に、高圧洗浄機から放出された高圧水を受けることになる。

したがって、例えば特許文献１のストラットベアリング装置において、上側キャップ３と下側キャップ４の間の隙間に外径側から泥水等の高速の水が浸入した場合、当該水は下側キャップ４の外周面に沿って上昇し、十分に減速されずに外側シール７を被水させてしまうので、シール性が低下するおそれがある。

また、前記隙間から浸入した前記高速の水を減速させるためにラビリンス構造を採用した場合、構造が複雑になるとともに、一旦内部に浸入した泥水等の排水性が低下する。

本発明は、シール性の低下を抑制しながら、一旦内部に浸入した泥水等の排水性が低下しないストラットベアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下のとおりである。

〔１〕
ストラットベアリングと、コイルスプリングの上端を支持するばね支持部品であるアッパースプリングシートとを含むストラットベアリング装置であって、
前記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、
前記転動体の径方向外方に位置するシールと、
を備え、
前記下側ケースには前記アッパースプリングシートが接触し、
前記上側ケースと前記アッパースプリングシートとの間の軸方向隙間の径方向内方に、前記下側ケース及び前記アッパースプリングシートにより形成した、外径側凹所、及び前記外径側凹所から径方向内方へ段落ちした内径側凹所を有し、
前記内径側凹所が前記軸方向隙間から径方向内方へ浸入した泥水等を受け止める、
ストラットベアリング装置。

〔２〕
前記内径側凹所の径方向長さは、前記軸方向隙間以上であり、
前記内径側凹所の入口上端の位置は、前記軸方向隙間の上端の位置よりも高い、
〔１〕に記載のストラットベアリング装置。

〔３〕
〔１〕又は〔２〕のストラットベアリング装置を備えた車両のストラット式サスペンション。

以上における本発明に係るストラットベアリング装置、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スプリングシートとの間の軸方向隙間の径方向内方に、又は上側ケースと下側ケースとの間の軸方向隙間の径方向内方に、外径側凹所、及び前記外径側凹所から径方向内方へ段落ちした内径側凹所を有する。そして、前記内径側凹所が前記軸方向隙間から径方向内方へ浸入した泥水等を受け止める。

前記軸方向隙間から泥水等の高速の水が浸入した場合、当該高速の水は、先ず、前記軸方向隙間の径方向内方に位置する前記内径側凹所に入り、前記外径側凹所を経た後に外径側シールに接近する。したがって、前記高速の水は、前記内径側凹所で一旦受け止められて大幅に減速され、さらに外径側凹所で減速された後に外径側シールに接近するので、外径側シールのシール性の低下を抑制できる。

その上、ラビリンス構造を備えることなく、前記外径側凹所及び前記内径側凹所を備えるだけであるので、構造が複雑にならず、構造を簡素化できるとともに、一旦内部に浸入した泥水等の排水性が低下しない。

本発明の実施の形態１に係るストラットベアリング装置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。 前記ストラットベアリング装置、及びアッパーインシュレータを示す要部拡大縦断面図である。 第１変形例を示す図２と同様の要部拡大縦断面図である。 第２変形例を示す図２と同様の要部拡大縦断面図である。 第３変形例を示す図２と同様の要部拡大縦断面図である。 第４変形例を示す図２と同様の要部拡大縦断面図である。 第５変形例を示す図２と同様の要部拡大縦断面図である。 第６変形例を示す図２と同様の要部拡大縦断面図である。 第７変形例を示す図２と同様の要部拡大縦断面図である。 外径側凹所及び内径側凹所が有るストラットベアリング装置における軸方向隙間から浸入した水の流速の変化の例を示す要部拡大縦断面図である。 従来のストラットベアリング装置における軸方向隙間から浸入した水の流速の変化の例を示す要部拡大縦断面図である。 外径側凹所及び内径側凹所が有るストラットベアリング装置の解析モデルの一例における軸方向隙間から浸入した水の流速の解析結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るストラットベアリング装置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。

［実施の形態１］
＜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、アッパーマウント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装置＞
図１の概略図、及び図２の縦断面図に示すように、本発明の実施の形態１に係るストラットベアリング装置Ａは、ストラットベアリング１と、コイルスプリング１１の上端を支持するばね支持部品１３であるアッパースプリングシート１４とを含む。

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及び上側軌道輪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。

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、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、熱可塑製エラストマー（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、ゴム材料として、ニトリルゴム（NBR）、水素化ニトリルゴム（HNBR）、アクリルゴム（ACM）、エチレン・アクリルゴム（AEM）、フッ素ゴム（FKM,FPM）、シリコーンゴム（VQM）等である。ゴム材料は、１種、あるいは２種以上のゴムを適当にブレンドして使用することができる。

＜外径側凹所及び内径側凹所＞
図２の要部拡大縦断面図に示すように、ストラットベアリング装置Ａは、上側ケース２とアッパースプリングシート１４との間の軸方向隙間Ｃ１の径方向内方ＲＩに、下側ケース３及びアッパースプリングシート１４により形成した、外径側凹所ＤＯ、及び外径側凹所ＤＯから径方向内方へ段落ちした内径側凹所ＤＩを有する。内径側凹所ＤＩが、軸方向隙間Ｃ１から径方向内方ＲＩへ浸入した泥水等を受け止める。

図２の内径側凹所ＤＩは円環状で、内径側凹所ＤＩの径方向Ｒに沿う縦断面は略三角形状である。内径側凹所ＤＩの上面は下側ケース３で形成された略水平面であり、内径側凹所ＤＩの下面はアッパースプリングシート１４により形成された、径方向内方ＲＩに行くにしたがって上昇する傾斜面である。

内径側凹所ＤＩは、図３の要部拡大縦断面図に示す第１変形例の形状、図４の要部拡大縦断面図に示す第２変形例の形状、図５の要部拡大縦断面図に示す第３変形例の形状、図６の要部拡大縦断面図に示す第４変形例の形状、図７の要部拡大縦断面図に示す第５変形例の形状、又は図８の要部拡大縦断面図に示す第６変形例の形状等であってもよい。図３～図８に示す内径側凹所ＤＩは、図２に示す内径側凹所ＤＩと同様に、何れも円環状に繋がった形状である。

第１変形例である図３の内径側凹所ＤＩは、図２の内径側凹所ＤＩと同様に径方向Ｒに沿う縦断面は略三角形状であるが、内径側凹所ＤＩの上面は径方向内方ＲＩに行くにしたがって下降する傾斜面で、内径側凹所ＤＩの下面は略水平面である。第２変形例である図４の内径側凹所ＤＩは、内径側凹所ＤＩの径方向Ｒに沿う縦断面は略矩形状であり、内径側凹所ＤＩの上面及び下面は略水平面である。第３変形例である図５の内径側凹所ＤＩは、内径側凹所ＤＩの径方向Ｒに沿う縦断面は略台形状であり、内径側凹所ＤＩの上面の外径側部分は略水平面、内径側凹所ＤＩの上面の内径側部分は径方向内方ＲＩに行くにしたがって下降する傾斜面で、内径側凹所ＤＩの下面は略水平面である。

第４変形例である図６の内径側凹所ＤＩは、内径側凹所ＤＩの径方向Ｒに沿う縦断面は略平行四辺形状であり、内径側凹所ＤＩの上面及び下面は径方向内方ＲＩに行くにしたがって上昇する傾斜面である。第５変形例である図７の内径側凹所ＤＩは、内径側凹所ＤＩの外径側部分は第４変形例（図６）と同様の略平行四辺形状であり、内径側凹所ＤＩの内径側部分は第２変形例（図４）と同様の略矩形状である。第６変形例である図８の内径側凹所ＤＩは、第４変形例（図６）の内径側凹所ＤＩの内径側部分を、径方向Ｒに沿う縦断面が略矩形状になるように、上方へ延ばした形状を成す。

内径側凹所ＤＩは、図２～図８の要部拡大縦断面図に示す形状と異なる形状であってもよし、円環状に周方向に繋がった形状でなくてもよい。

図２～図８に示す内径側凹所ＤＩの深さ（径方向Ｒの長さ）Ｈは、軸方向隙間Ｃ１以上（Ｈ≧Ｃ１）とし、内径側凹所ＤＩの入口上端の位置Ｆは軸方向隙間Ｃ１の上端の位置Ｇよりも高くする。それにより、軸方向隙間Ｃ１から浸入した高速の水が内径側凹所ＤＩに入りやすくなるとともに、前記高速の水が減速されやすくなる。

内径側凹所ＤＩの入口上端の位置Ｆを位置Ｇよりも高くすることで、図２、図６～図８の例では、内径側凹所ＤＩの入口の軸方向長さＬは、軸方向隙間Ｃ１以上（Ｌ≧Ｃ１）となり、図３～図５の例では、軸方向長さＬは、軸方向隙間Ｃ１よりも大きくなる（Ｌ＞Ｃ１）。また、以下に示す解析結果から、Ｌ≦２．０×Ｃ１とするのがより好ましい。さらに、以下に示す解析結果から、内径側凹所ＤＩの径方向長さＨは、Ｈ≧２．５×Ｃ１とするのがより好ましい。内径側凹所ＤＩの内径側端部は、転動体６から受ける荷重による下側ケース３の変形を抑制するために、転動体６のピッチ円直径よりも径方向外方ＲＯに位置するようにする。

実施の形態１である図２～図８において、上側ケース２は、その径方向外方ＲＯの下端部に、径方向内方ＲＩへ突出する円環状の内方突片Ｋを有する。内方突片Ｋは断続的に配置されており円周上に１か所以上配置される。内方突起Ｋは、外径側凹所ＤＯと係合して、上側ケース２と下側ケース３の分離防止となっている。実施の形態１のストラットベアリング装置Ａにおいて、図９の要部拡大縦断面図に示す第７変形例のように内方突片Ｋを無くしてもよく、その場合、内径側に図示しない分離防止構造を設けてもよい。

＜内径側凹所の有無による、浸入した泥水等の流速の比較＞
（解析モデル）
図２の形状の内径側凹所ＤＩの有無による、軸方向隙間Ｃ１から浸入した水の外径側シール９の下方での流速の比較を行った。すなわち、解析モデルを作成し、流体解析による比較を行った。外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩが有る解析モデルは、図２の形状を模したものである。内径側凹所ＤＩが無い解析モデルは、図２の形状を模すとともに、図２の下側ケース３の外周面を仮想線Ｉの位置としたものであり、図１１に示す形状の凹所Ｄを有する。

（解析条件）
解析の容易化のために水中の環境とした。水を噴射する径方向Ｒの位置を、噴射口とアッパースプリングシート１４の外径（図１参照）が接する位置とし、水を噴射する軸方向Ｊの位置を噴射口の下端がアッパースプリングシート１４の外径の上端と接する位置とした。噴射口の直径を２ｍｍとし、噴射口から流速が８ｍ／ｓである高速の水を噴射する条件で解析を行った。

外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩが有る解析モデルにおいて、図２及び図１０に示す軸方向隙間Ｃ１＝１．０ｍｍ、内径側凹所ＤＩの径方向長さＨ＝２．５ｍｍ（Ｈ＝２．５×Ｃ１）、内径側凹所ＤＩの入口の軸方向長さＬ＝２．０ｍｍ（Ｌ＝２．０×Ｃ１）とし、図１０に示す外径側凹所ＤＯの径方向長さＭ＝２．０ｍｍ、外径側凹所ＤＯの外径側シール９側端部とアッパースプリングシート１４との軸方向距離Ｐ＝３．０ｍｍとした。

内径側凹所ＤＩが無い解析モデルにおいて、図１１に示す軸方向隙間Ｃ１＝１．０ｍｍ、凹所Ｄの径方向長さＮ＝２．０ｍｍ、凹所Ｄの外径側シール９側端部とアッパースプリングシート１４との軸方向距離Ｑ＝３．０ｍｍとした。

（解析結果）
ストラットベアリング装置Ａにおける軸方向隙間Ｃ１（図２、図１０、図１１参照）から浸入した水の流速の変化の例を、前記流速の大きさを矢印の長さとして、外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩが有る場合を図１０の要部拡大縦断面図に、内径側凹所ＤＩが無く凹所Ｄのみが有る場合を図１１の要部拡大縦断面図に示す。また、「外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩ」が有るストラットベアリング装置の解析モデルの一例における「軸方向隙間」から浸入した水の流速の解析結果を、前記流速の大きさを矢印の長さとして図１２に示す。

外径側シール９の下方の上側ケース２の内面に沿う前記流速は、内径側凹所ＤＩが無い解析モデルの前記流速を１とした場合、外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩが有る解析モデルの前記流速は約０．１～約０．３であり、外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩによる減速効果が大きいことが分かった。その理由は、外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩが有るストラットベアリング装置Ａの軸方向隙間Ｃ１から高速の水が浸入した場合、当該高速の水は、先ず、軸方向隙間Ｃ１の径方向内方ＲＩに位置する内径側凹所ＤＩに入り、外径側凹所ＤＯを経た後に外径側シール９に接近する。したがって、前記高速の水は、内径側凹所ＤＩで一旦受け止められて大幅に減速され、さらに外径側凹所ＤＯで減速されるためであると考えられる。

［実施の形態２］
＜ストラットベアリング装置＞
図１３の要部拡大縦断面図に示す本発明の実施の形態２に係るストラットベアリング装置Ｂにおいて、実施の形態１の図１～図９と同一の符号は、同一又は相当する部品、部分又は箇所等を示している。

ストラットベアリング装置Ｂであるストラットベアリング１の下側ケース３は、芯金Ｅを内蔵した合成樹脂からなる。芯金Ｅは鋼からなり、鋼板からプレス加工で成形され、必要に応じて加工後に焼き入れ硬化させる。下側ケース３は、芯金Ｅをインサートワークとして射出成形により成形される。

下側ケース３は、円筒状部３Ａ及び円筒状部３Ａの上部から径方向外方ＲＯへ延びる円環状部３Ｂを有し、芯金Ｅを内蔵することにより、コイルスプリング１１（図１参照）の上端を支持するばね支持部品１３のアッパースプリングシートとしての機能を有する。

＜外径側凹所及び内径側凹所＞
ストラットベアリング装置Ｂは、上側ケース２と下側ケース３との間の径方向内方ＲＩに、下側ケース３に形成した、外径側凹所ＤＯ、及び外径側凹所ＤＯから径方向内方ＲＩへ段落ちした内径側凹所ＤＩを有する。内径側凹所ＤＩが、軸方向隙間Ｃ２から径方向内方ＲＩへ浸入した泥水等を受け止める。

図１３に示す内径側凹所ＤＩの深さ（径方向Ｒの長さ）Ｈは、軸方向隙間Ｃ２以上（Ｈ≧Ｃ２）とし、内径側凹所ＤＩの入口上端の位置Ｆは軸方向隙間Ｃ２の上端の位置Ｇよりも高くする。それにより、軸方向隙間Ｃ２から浸入した高速の水が内径側凹所ＤＩに入りやすくなるとともに、前記高速の水が減速されやすくなる。

内径側凹所ＤＩの入口上端の位置Ｆを位置Ｇよりも高くすることで、軸方向長さＬは、軸方向隙間Ｃ２よりも大きくなる（Ｌ＞Ｃ２）。また、前記解析結果から、Ｌ≦２．０×Ｃ２とするのがより好ましい。さらに、前記解析結果から、内径側凹所ＤＩの径方向長さＨは、Ｈ≧２．５×Ｃ２とするのがより好ましい。内径側凹所ＤＩの内径側端部は、転動体６から受ける荷重による下側ケース３の変形を抑制するために、転動体６のピッチ円直径よりも径方向外方ＲＯに位置するようにする。

＜作用効果＞
実施の形態１のストラットベアリング装置Ａ、及び実施の形態２のストラットベアリング装置Ｂにおいて、軸方向隙間Ｃ１，Ｃ２から泥水等の高速の水が浸入した場合、当該高速の水は、先ず、軸方向隙間Ｃ１，Ｃ２よりも径方向内方ＲＩに位置する内径側凹所ＤＩに入り、外径側凹所ＤＯを経た後に外径側シール９に接近する。したがって、前記高速の水は、内径側凹所ＤＩで一旦受け止められて大幅に減速され、さらに外径側凹所ＤＯで減速された後に外径側シール９に接近するので、外径側シール９のシール性の低下を抑制できる。

その上、ラビリンス構造を備えることなく、外径側凹所ＤＯ及び内径側凹所ＤＩを備えるだけであるので、構造が複雑にならず、構造を簡素化できるとともに、一旦内部に浸入した泥水等の排水性が低下しない。

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
３ 下側ケース
３Ａ 円筒状部
３Ｂ 円環状部
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 アッパーマウント
Ａ，Ｂ ストラットベアリング装置
Ｃ１，Ｃ２ 軸方向隙間
Ｄ 凹所
ＤＯ 外径側凹所
ＤＩ 内径側凹所
Ｅ 芯金
Ｆ 内径側凹所の入口上端の位置
Ｇ 軸方向隙間の上端の位置
Ｈ 内径側凹所の深さ（径方向長さ）
Ｊ 軸方向
Ｋ 内方突片
Ｌ 内径側凹所の入口の軸方向長さ
Ｍ 外径側凹所の径方向長さ
Ｎ 凹所の径方向長さ
Ｏ 回転軸
Ｐ 外径側凹所の外径側シール側端部とアッパースプリングシートとの軸方向距離
Ｑ 凹所の外径側シール側端部とアッパースプリングシートとの軸方向距離
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

Claims (3)

1. ストラットベアリングと、コイルスプリングの上端を支持するばね支持部品であるアッパースプリングシートとを含むストラットベアリング装置であって、
   前記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、
   前記転動体の径方向外方に位置するシールと、
   を備え、
   前記下側ケースには前記アッパースプリングシートが接触し、
   前記上側ケースと前記アッパースプリングシートとの間の軸方向隙間の径方向内方に、前記下側ケース及び前記アッパースプリングシートにより形成した、外径側凹所、及び前記外径側凹所から径方向内方へ段落ちした内径側凹所を有し、
   前記内径側凹所が前記軸方向隙間から径方向内方へ浸入した泥水等を受け止める、
   ストラットベアリング装置。
2. 前記内径側凹所の径方向長さは、前記軸方向隙間以上であり、
   前記内径側凹所の入口上端の位置は、前記軸方向隙間の上端の位置よりも高い、
   請求項１に記載のストラットベアリング装置。
3. 請求項１又は２のストラットベアリング装置を備えた車両のストラット式サスペンション。