JP2002228016A - ポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車の等速ジョイント等などに用いられ、
広角度の屈曲変形に対応するジャバラ状のジョイントブ
ーツにおいて、締め付けバンドの締め付け力を増加させ
ることなく充分なシール性及びその信頼性が得られるも
のを提供する。 【解決手段】 大口径端から小口径端へと径が順次小さ
くなっているジャバラを有するポリエステル系樹脂製の
広角度対応ジョイントブーツにおいて、大口径端短円筒
部及び小口径端短円筒部において内周面側にシール用突
条が形成され、このシール用突条のジョイントブーツ軸
方向における幅の中央部の外周面側に条溝が形成され、
この条溝は、開口における幅寸法が深さ寸法に比べて同
一か又はより大きく形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性ポリエス
テルエラストマー等のポリエステル系エラストマー樹脂
からなるジョイントブーツに関する。詳しくは、自動車
の等速ジョイントなどに用いられるジャバラ状のジョイ
ントブーツに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や産業機械の駆動シャフトのジョ
イントには、封入されているグリースを保持するため、
あるいは塵などを防ぐためにジョイントブーツと呼ばれ
る筒状の弾性体膜が装着される。

【０００３】このようなジョイントブーツは、例えば、
図７に示すように、両端部に口径差のある筒状のジャバ
ラ構造であり、このジョイントブーツの大口径端円筒部
５と小口径端円筒部６に、自在継ぎ手ケース３とシャフ
ト２とが挿入されそれぞれ締め付けクランプ４により固
着されている。自在継ぎ手ケース３内において上記シャ
フト２と別のシャフトとが回転駆動力を伝達可能な自在
継ぎ手により接続されている。大口径端円筒部５及び小
口径端円筒部６の内周には、断面が山形のシール用突条
９１が形成されており、このシール用突条９１がクラン
プ４によって締め付けられて押さえ込まれることによ
り、封入されているグリースの漏れが防止されている。

【０００４】従来、このようなジョイントブーツは、ク
ロロプレンゴム材料などのゴム材料を射出成形すること
により製造されていた。しかし、自動車用途において
は、近年、部品の保証期間が長期化しており、このよう
な汎用合成ゴム材料では耐オゾン性や耐摩耗性について
の要求を十分に満足させることができなかった。

【０００５】そこで、これらの要求を満足できる材料と
して熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂が用いられ
るようになってきている。

【０００６】熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂
は、一般に、高融点結晶性の芳香族ポリエステル単位か
らなるハードセグメントと、ポリテトラメチレングリコ
ールといった低融点の脂肪族ポリエーテル単位からなる
ソフトセグメントとがエステル結合されてなり、ハード
セグメント同士の凝集によって物理的に架橋が行われる
ものである。

【０００７】熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂等
のポリエステル系エラストマー樹脂は、その構造に由来
する優れた耐久性と耐摩擦性を有する。

【０００８】しかし、このようなポリエステル系エラス
トマー樹脂の性能を引き出すためには、樹脂の物性にぴ
ったり適合した形状とする必要がある。ところが、ポリ
エステル系エラストマー樹脂と汎用合成ゴムとでは、根
本的に物性が異なるために、長年使用され試験されて来
た汎用合成ゴム製のジョイントブーツについて経験的に
得られている形状はあまり参考にならない。

【０００９】特に、ジャバラの耐屈曲疲労性と、シール
部における密着性、シール性の確保が問題となる。

【００１０】シール部における密着性及びシール性を確
保するためには、例えば図８又は図９のような断面形状
に形成されていた（それぞれ特開平２−２２１７６６及
び特公平５−７３９５２）。図示の例では、断面略半円
状のシール用突条９１の背面に、幅ａが狭く深さｂの大
きい切り込み状の条溝９２が形成されていた。この切り
込み状の条溝９２は、シール部が締めけクランプ４から
のある大きさの押圧力によって締め付けられた際に、シ
ール用突条９１とシャフト等との密着性を高めるもので
ある。図９のものにあっては、密着性をさらに高める目
的で、背面に条溝９２を備えたシール用突条９１が、２
本、略Ｗ字形断面をなすように設けられている。すなわ
ち、シール用突条９１が二重に設けられている。現在市
販されているジョイントブーツにおいては、図９のよう
なシール部形状が主流となっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ポリエステル系エラス
トマー樹脂製ジョイントブーツのジャバラの形状が最適
でない場合には、広角変形が加わった際に応力が集中す
る部位が生じやすく、繰り返し屈曲に対する必要な耐疲
労性が得られなかった。

【００１２】また、ポリエステル系エラストマー樹脂製
ジョイントブーツにおいては、自在継ぎ手部が大角度に
傾いたとき、この傾きに追随してジャバラが折り曲げら
れる際の折り曲げトルクが大きくなる傾向にある。この
折り曲げトルクは、シール部をブーツ内側から剥がす向
きの力として作用する。そのため、ジャバラの形状につ
いて折り曲げトルクの発生を最大限抑制する形状とする
とともに、シール部における密着性を充分に高めなけれ
ば、シール性を損ないグリース漏れを起こすおそれがあ
る。

【００１３】一方、充分なシール性を確保するために
は、締め付けクランプによる締め付け力を大きくすると
ともに、シール用突条が締め付けられて押さえ込まれる
寸法、すなわちシール用突条の山が締め付け力により高
さを減じる寸法（以降、ツメシロと呼ぶ）を充分大きく
とる必要がある。そのため、用いる締め付けクランプの
板厚を大きく取り強度を充分に大きく取らなければなら
ずそれだけ部品コストが上昇する。また、締め付けクラ
ンプによりジョイントブーツを自在継ぎ手部に組み付け
る際の作業工程負担が大きくなる。

【００１４】上記問題点に鑑み、(1)加わる応力を充分
に分散させることができ、繰り返し屈曲による疲労に対
する充分な耐久性が得られるとともに、(2)シール部締
め付けのための部品コスト及び工程負担の増大なしにシ
ール部の充分な信頼性を確保することのできる、樹脂ブ
ーツが求められている。

【００１５】本発明は、上記(2)の課題を解消し得た樹
脂ブーツを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１のポリエステル
系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、自由
継ぎ手の一方のシャフトに固定された自由継ぎ手収納ケ
ースに接続するための大口径端短円筒部と、自由継ぎ手
の他方のシャフトに接続するための小口径端短円筒部
と、大口径端から小口径端へと径が順次小さくなってい
るジャバラとからなるポリエステル系樹脂製の広角度対
応ジョイントブーツにおいて、大口径端短円筒部及び小
口径端短円筒部において内周面側にシール用突条が形成
され、このシール用突条のジョイントブーツ軸方向にお
ける幅の中央部の外周面側に条溝が形成され、この条溝
は、開口における幅寸法が深さ寸法に比べて同一か又は
より大きいことを特徴とする。

【００１７】上記構成により、広角変形が行われる場合
にも、シール部締め付けのための部品コスト及び工程負
担の増大なしにシール部の密着性及びシール性について
の充分な信頼性を確保することができる。

【００１８】請求項１のポリエステル系樹脂製の広角度
対応ジョイントブーツにおいては、ジャバラを構成する
斜面であって大口径端円筒部及び小口径端円筒部に直接
接続しないものは、ジョイントブーツ軸方向の断面形状
において、ジョイントブーツの外側に向かって凸であっ
てその曲率半径が大口径端円筒部の外径の０．３〜２倍
であり、前記のジャバラは隣接する各二つの稜線に挟ま
れた谷底が大口径端側の稜線の側に偏倚したのこ刃形を
なし、大口径端側の稜線から谷底までのジョイントブー
ツ軸方向における距離が、これら二つの稜線の間のジョ
イントブーツ軸方向における距離の３０〜４０％である
ように形成することが好ましい。

【００１９】このように構成することにより、広角変形
が行われる場合にも、ジョイントブーツに加わる応力を
充分に分散させることができ、繰り返し屈曲による疲労
に対する充分な耐久性が得られる。

【００２０】請求項２記載のポリエステル系樹脂製の広
角度対応ジョイントブーツにおいては、請求項１記載の
ポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツに
おいて、前記シール用突条の突起の高さ及び前記深さ寸
法が、前記シール用突条に隣接する部位のジョイントブ
ーツの膜厚より大きいことを特徴とする。

【００２１】上記構成により、シール部のツメシロを大
きくとることができるため、シール部の密着性とシール
の信頼性をさらに高めることができる。

【００２２】請求項３記載のポリエステル系樹脂製の広
角度対応ジョイントブーツにおいては、請求項１記載の
ポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツに
おいて、前記条溝内の略中央に断面略逆くさび形の突条
が形成されたことを特徴とする。

【００２３】上記構成により、シール性をさらに高める
べくシール用突条の幅を大きくとった場合にも、シール
用突条の全面とシャフト等の外面とがほぼ均等な力で密
着するようにすることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】＜ジョイントブーツのジャバラの
形状＞実施例及び比較例のジョイントブーツのジャバラ
の形状について、向かって右半が軸方向断面図であり、
左半が側面図である図１〜２にそれぞれ示す。ジョイン
トブーツの大口径端円筒部５の径はいずれも約１００ｍ
ｍである。

【００２５】ジョイントブーツの材質は、東洋紡積
（株）の熱可塑性ポリエステルエラストマー、ベルプレ
ンＰ４６Ｄである。

【００２６】これら実施例及び比較例は、いずれも、下
記（１）〜（６）の共通の特徴を備えている。これは、
現行品が備える特徴である。

【００２７】（１）大口径端から小口径端へとジャバラ
の山及び谷の径が順次小さくなっている。

【００２８】（２）継ぎ手ケースに接続する大口径端円
筒部５の端縁から第１谷が始まる。

【００２９】（３）ブーツ軸方向の断面において、大口
径端円筒部の中点Ｃ１と小口径端円筒部の中点Ｃ２との
間のブーツ軸方向における距離をＬとし、大口径端円筒
部の中点から第１山の稜線までのブーツ軸方向における
距離をＬ０、第５山の稜線から小口径端円筒部の中点ま
でのブーツ軸方向における距離をＬ１、第１山の稜線か
ら第５山の稜線までのブーツ軸方向における距離をＬ２
としたとき、Ｌ０はＬの５〜１５％、Ｌ１はＬの１２〜
２２％、Ｌ２はＬの６７〜７７％である。

【００３０】（４）各谷において、大口径端側斜面につ
いてのブーツ径方向（ジョイントブーツの半径方向）に
おける寸法（谷面の深さ）が、小口径端側の山の稜線に
おけるジョイントブーツの外径の２８〜４０％である。

【００３１】（５）大口径端円筒部の外径が約１００ｍ
ｍである場合に、稜線における曲率半径が約２ｍｍであ
る。

【００３２】（６）ジャバラの稜線近傍の肉厚が、谷底
近傍の肉厚の６０〜１００％である。

【００３３】このような構成において、実施例において
は、下記（７）〜（８）の特徴を備える。

【００３４】（７）ジャバラを構成する斜面であって大
口径端円筒部及び小口径端円筒部に直接接続しないも
の、即ちジャバラの両端以外のものは、ブーツ軸方向の
断面形状において、ジョイントブーツの外側に向かって
凸であってその曲率半径が大口径端円筒部の外径の０．
３〜２倍である（以降、凸Ｒ形と呼ぶ）。

【００３５】（８）ジャバラの二つの稜線に挟まれた谷
において、大口径端側の稜線から谷底までのジョイント
ブーツ軸方向における距離が、これら二つの稜線の間の
ジョイントブーツ軸方向における距離の３０〜４０％で
ある（以降、のこ刃形と呼ぶ）。

【００３６】＜ジョイントブーツのジャバラについての
ＦＥＭ解析＞実施例及び比較例のジョイントブーツにつ
いて、有限要素法（Finite Elementanalysis Method）
による解析（以降、ＦＥＭ解析と呼ぶ。）を用いて、駆
動軸と従動軸とが広角度に変形した場合における変形形
状と応力の分布についてシミュレーションを行った。こ
のＦＥＭ解析において、材質である熱可塑性ポリエステ
ルエラストマー樹脂の物性値について、温度３０℃での
ヤング率を４４０ｋｇ／ｃｍ^２とした。

【００３７】ＦＥＭ解析によるシミュレーションにて得
られた、実施例及び比較例についての大変形時の変形に
おける形状を図３及び４に示す。シミュレーションは、
ジャバラ部の形状に基づくものであるため、変形例につ
いても実施例と同一である。

【００３８】実施例と比較例のシミュレーション図を屈
曲内側について比較した場合、実施例のものでは、ジャ
バラの山が比較的整然と積み重なり、ジャバラとシャフ
ト間の押圧がより少ない。そのため、大口径端側のシー
ル部をブーツ内側から剥がす向きに作用するトルク（図
中矢印で示す）が、実施例のもので比較例のものよりも
小さい。

【００３９】一方、屈曲外側について比較した場合、実
施例のものでは、小口径端側へのジャバラの山の突きだ
しが比較的少なく、小口径端に隣接した山の折り畳みが
より少ない。そのため、小口径端側のシール部をブーツ
内側から剥がす向きに作用するトルク（図中矢印で示
す）が、実施例のもので比較例のものよりも小さい。

【００４０】表１には、実施例及び比較例についてのＦ
ＥＭ解析結果をまとめて示す。

【００４１】下記表において、「谷をなす２斜面」が
「等幅」であるとは、当該２斜面についてのブーツ軸方
向の寸法がほぼ等しいことを示す。

【００４２】「圧縮側ジャバラ同士の接触」等の欄にお
ける「１〜４谷」は、大口径端から数えて第１〜４谷を
示す。「（２谷）」及び「（大径肩）」は、それぞれ、
第２谷、及び、大径端円筒部の肩部において接触押圧力
が最大となることを示す。

【００４３】また、「応力振幅」とは、最大応力と最小
応力との差であり、「応力振幅」等の欄における「３谷
外」は、応力振幅が第３谷の外側で最大となることを示
す。

【００４４】

【表１】 上記表１に示すように、ジャバラの広角変形時の応力振
幅及び接触圧は、実施例のものにおいて、比較例のもの
より顕著に小さい。このことは、屈曲に対する耐疲労性
が、実施例により顕著に向上することを意味する。

【００４５】表１の末尾には、実施例及び比較例のジャ
バラについて、大角度変形時の変形における折り曲げト
ルクをＦＥＭ解析により算出した結果を示している。広
角変形時におけるジャバラの折り曲げトルクが小さくな
ることは、ジャバラが受ける負担が減少することであ
り、同時に、シール部をブーツ内側から剥がす向きに作
用するトルクが減少することでもある。

【００４６】以上で示したように、谷をなす２斜面がの
こ刃形をなし、かつ、これら斜面が凸Ｒ形である実施例
のジャバラ形状が、耐疲労性及びシール性の観点から望
ましいことが知られる。

【００４７】＜ジョイントブーツのシール部の形状＞次
に、実施例及び変形例のジョイントブーツの大口径端円
筒部及び小口径端円筒部におけるシール部の形状につい
て、図５〜６にそれぞれ示す。比較例のジョイントブー
ツは、上記図９のシール部形状を有している。

【００４８】実施例及び変形例のジョイントブーツは、
シール部に関して下記（９）〜（１２）の共通の特徴を
備える。

【００４９】（９）シール部において、シール用突条９
１が形成された部位の外周面側に位置する周方向の条溝
９２は、幅寸法ａが深さ寸法ｂに比べて同一か又はより
大きい。

【００５０】（１０）シール用突条９１は、二重に設け
られず、一重である。

【００５１】（１１）シール用突条９１の突起の高さ
は、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイン
トブーツの厚さの１〜２倍である。

【００５２】（１２）条溝９２の深さ寸法は、シール用
突条９１に隣接する部位におけるジョイントブーツの厚
さの１〜１．５倍である。

【００５３】これに対して、比較例に係るシール部にお
いては、条溝９２の幅寸法ａが深さ寸法ｂの３分の１以
下であり、シール用突条９１は、２重に設けられ、突起
の高さがシール用突条９１の隣接部におけるジョイント
ブーツの厚さの３分の２以下である。条溝９２の深さ寸
法は、実施例と同程度である。

【００５４】以下に、実施例及び変形例のジョイントブ
ーツにおけるそれぞれのシール部の形状について、より
詳細に説明する。

【００５５】実施例のジョイントブーツのシール部は、
そのブーツ軸方向に切断した断面図において、シール用
突条９１が略半円形をなし、この背面に、条溝９２が正
方形を少し扁平にしたような形状に形成されている。ま
た、該断面図において、シール部外面条溝９２の左右対
称軸は、シール用突条９１の左右対称軸と一致する。シ
ール用突条９１の突起の高さ、及び、条溝９２の深さｂ
は、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイン
トブーツの膜厚とほぼ同程度である。また、条溝９２の
底面からシール用突条９１の外面までの距離は、最短
で、該膜厚と同程度である。

【００５６】変形例のジョイントブーツのシール部は、
そのブーツ軸方向に切断した断面図において、シール用
突条９１が、角を丸めた台形状をなし、この背面には、
略逆くさび形の突条９３を中央に有する略半円形の条溝
９２が形成されている。シール用突条９１の突起の高さ
は、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイン
トブーツの膜厚の約２倍であり、条溝９２の深さｂは、
該膜厚の約１．５倍である。条溝内突条９３の突起の高
さは、条溝９２の深さと同程度である。また、条溝９２
の底面からシール用突条９１の外面までの距離は、最短
で、該膜厚と同程度である。

【００５７】＜シール部のクランプ圧力＞実施例、変形
例及び比較例のジョイントブーツについて、締め付けク
ランプ４によりシール部を締め付けて締め付けクランプ
４と該シール部の間の圧力が１ｋｇ／ｍｍ^２となる場合
のツメシロを算出した。その結果を表２に示す。

【００５８】ツメシロが大きいほど、ジョイントブーツ
のシール部とシャフト等との密着性と、この部分におけ
るシール性が向上する。

【００５９】下記表２に示すシール部のクランプ圧力の
算出にあたっては、実施例、変形例及び比較例のジョイ
ントブーツがシール部において具体的に以下の寸法を有
するとした。単位はｍｍである。

【００６０】 実施例 変形例 比較例 シール用突条の高さ ２．３ ← ２．８ シール用突条の全体の幅 ５．５ ← ７ シール用突条隣接部の厚さ １．５ ← １．６ 条溝の幅ａ １．６ ← ０．５ 条溝の深さｂ １．２ ← １．６

【表２】 上記表に示すように、シールの形状が実施例及び変形例
のようであると、シール部における締め付け圧力、すな
わち締め付け時に締め付けクランプ４にかかる圧力を一
定とする場合に、従来技術にかかる比較例に比べて、ツ
メシロをかなり大きくとることとなる。

【００６１】したがって、締め付けクランプの強度、及
び、締め付け作業の負担を増大させることなく、シール
部における密着性、及びシールの信頼性を向上させるこ
とができる。

【００６２】＜シール性耐久試験＞実施例及び比較例の
ブーツを実際に試作して、中角度変形時の回転耐久試験
によりグリース漏れが発生するまでの時間を測定した。
この際、回転数は、６００ｒ．ｐ．ｍとし、温度は１１
０℃とした。下記表３に示すように、実施例のブーツ
は、比較例のブーツのほぼ２倍の耐久性を有していた。

【００６３】

【表３】

【００６４】

【発明の効果】広角度の屈曲変形に対応するジャバラ状
のジョイントブーツにおいて、締め付けバンドの締め付
け力を増加させることなく充分なシール性及びその信頼
性も得られるものである。

【００６５】また、本発明において、ジャバラの縦断面
形状をのこ刃形となすとともに、ジャバラの各斜面を凸
Ｒ形とすれば、充分な耐オゾン性及び耐摩耗性と、繰り
返し屈曲に対する充分な耐疲労性を具備させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のジョイントブーツについての半断面半
側面図である。

【図２】比較例のジョイントブーツについての半断面半
側面図である。

【図３】実施例１のジョイントブーツを大角度変形させ
た場合についてのＦＥＭ解析によるシミュレーション図
である。

【図４】比較例のジョイントブーツについての図３と同
様のシミュレーション図である。

【図５】実施例のジョイントブーツにおけるシール部の
縦断面図である。

【図６】変形例のジョイントブーツにおけるシール部の
縦断面図である。

【図７】ジョイントブーツを概念的に説明するための切
開側面図である。

【図８】従来のジョイントブーツにおけるシール部の縦
断面図である。

【図９】従来の他のジョイントブーツ（比較例）におけ
るシール部の縦断面図である。

【符号の説明】

１ ジョイントブーツ ２ シャフト ３ 継ぎ手ケース ４ 締め付けバンド ５ 大口径端円筒部 ６ 小口径端円筒部 ７ ジャバラの稜線 ８ ジャバラの谷線 ９ シール部 91 シール用突条 92 シール用突条の背面の条溝 93 条溝内突条

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱手 誠一 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目17番18号 東洋ゴム工業株式会社内 (72)発明者 大野 宏 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目17番18号 東洋ゴム工業株式会社内 (72)発明者 斎藤 克志 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目17番18号 東洋ゴム工業株式会社内 (72)発明者 伊藤 慎一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 望月 啓史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 和田 知恭 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 岡野 信彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3J043 AA03 DA02 DA09 DA10 FA01 FA04 FB04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自由継ぎ手の一方のシャフトに固定された
   自由継ぎ手収納ケースに接続するための大口径端短円筒
   部と、自由継ぎ手の他方のシャフトに接続するための小
   口径端短円筒部と、大口径端から小口径端へと径が順次
   小さくなっているジャバラとからなるポリエステル系樹
   脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、 大口径端短円筒部及び小口径端短円筒部において内周面
   側にシール用突条が形成され、このシール用突条のジョ
   イントブーツ軸方向における幅の中央部の外周面側に条
   溝が形成され、この条溝は、開口における幅寸法が深さ
   寸法に比べて同一か又はより大きいことを特徴とするポ
   リエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ。
2. 【請求項２】請求項１記載のポリエステル系樹脂製の広
   角度対応ジョイントブーツにおいて、 前記シール用突条の突起の高さ及び前記深さ寸法が、前
   記シール用突条に隣接する部位のジョイントブーツの膜
   厚より大きいことを特徴とするポリエステル系樹脂製の
   広角度対応ジョイントブーツ。
3. 【請求項３】請求項１記載のポリエステル系樹脂製の広
   角度対応ジョイントブーツにおいて、 前記条溝内の略中央に断面略逆くさび形の突条が形成さ
   れたことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対
   応ジョイントブーツ。