JP2006220278A - 等速自在継手および等速自在継手用ブーツ - Google Patents

等速自在継手および等速自在継手用ブーツ Download PDF

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Abstract

【課題】十分な耐久性と十分な耐衝撃性を両立させ、更にはブーツのコンパクト性も維持して、充実したブーツ性能を得る。
【解決手段】大径取付部12と小径取付部14と両者間の屈曲部16とからなる、熱可塑性エラストマー製の等速自在継手用ブーツ10であって、大径取付部12と屈曲部16をつなぐ肩部17が大径取付部12および屈曲部16よりも厚肉に形成してある。
【選択図】 図1

Description

この発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達系で使用される等速自在継手および等速自在継手用ブーツに関する。
等速自在継手は、内部に封入したグリースの外部への漏れ防止や、等速自在継手内部への異物侵入を防止する目的でブーツを装着する。このブーツは、一般に、等速自在継手の外側継手部材の端部に設けたブーツ取付部に装着される大径取付部と、等速自在継手に連結されたシャフトに設けたブーツ取付部に装着される小径取付部と、両取付部を一体に連結する屈曲部とで構成される。等速自在継手用ブーツとしては、クロロプレンなどのゴムで成形されたものや、熱可塑性エラストマーで成形されたものなどが広く用いられている。
一方、等速自在継手には、θ=45〜50deg程度の大きな作動角を取ることのできる固定式等速自在継手(ツェッパ型、バーフィールド型)、作動角はそれ程大きく取ることはできないが外側継手部材の軸線方向にスライドする機構を兼ね備えた摺動式等速自在継手(ダブルオフセット型、トリポード型、クロスグルーブ型)等がある。
昨今では熱可塑性エラストマー製ブーツの適用も検討されている(特開平10−110738号公報、特開平10−196673号公報、特開2002−13546号公報、特開2003−194093号公報、特開2003−329057号公報)。クロロプレンラバー製ブーツは、等速自在継手用ブーツとして比較的良好な性能を持っているが、耐疲労性、耐摩耗性、耐低温性、耐熱老化性、耐グリース性(耐油性)などの面で、使用条件によっては十分とは言えない場合も発生するため、より優れた性能を持つ熱可塑性エラストマー製ブーツに置き換わる傾向にある。
特開平10−110738号公報 特開平10−196673号公報 特開2002−13546号公報 特開2003−194093号公報 特開2003−329057号公報
等速自在継手用ブーツに必要な性能の一つに、飛び石等の衝突によりブーツが破損することを防止する要因の「耐衝撃性」がある。熱可塑性エラストマー製ブーツはクロロプレンラバー製ブーツよりも材料強度が高く、耐衝撃性についても有利である。しかし、その熱可塑性エラストマー製ブーツの肉厚は全体がほぼ均一に近い薄肉構造をしているため、大径取付部付近(ブーツの大径肩部)では飛び石が接触すると、ブーツが外輪と石に挟み込まれて破損する場合が起こり得る。この破損強度は、衝撃力を分散させることができる屈曲部に比べて低下してしまう。
耐衝撃性を確保するために大径肩部と外輪とのクリアランスを大きく保つと、ブーツ外径が大きくなったり、その影響で軸方向にも大きくなったりして、ブーツのコンパクト性が阻害される。
本発明の目的は、十分な耐久性と十分な耐衝撃性を両立させ、更にはブーツのコンパクト性も維持して、充実したブーツ性能を得ることにある。
請求項1の発明は、大径取付部と小径取付部と両者間の屈曲部とからなる、熱可塑性エラストマー製ブーツであって、大径取付部と屈曲部をつなぐ肩部が大径取付部および屈曲部よりも厚肉に形成されていることを特徴とする等速自在継手用ブーツである。
請求項2の発明は、請求項1の等速自在継手用ブーツにおいて、前記肩部が、大径取付部に設けたバンド溝の屈曲部側端面から屈曲部の最終谷に繋がる斜面までの部分であることを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項1または2の等速自在継手用ブーツにおいて、肩部の肉厚が屈曲部と大径取付部の最薄肉部の肉厚の平均値の2倍以上であることを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれかの等速自在継手用ブーツにおいて、JIS K 6253によるタイプDデュロメータ硬さが35以上50以下の熱可塑性ポリエステル系エラストマー製であることを特徴とするものである。
請求項5の発明は、第一の回転軸と第二の回転軸を連結する等速自在継手であって、第一の回転軸とトルク伝達可能に結合した外側継手部材と、第二の回転軸とトルク伝達可能に結合した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材と、外側継手部材と第二の回転軸との間に装着して継手内部に充填したグリースの漏洩および外部からの異物の侵入を防止するための熱可塑製エラストマー製ブーツとを具備し、外側継手部材のブーツ取付部の外周面が円筒形状で、ブーツの大径取付部の内周面が円筒形状であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかのブーツを装着した等速自在継手である。
請求項6の発明は、第一の回転軸と第二の回転軸を連結する等速自在継手であって、第一の回転軸とトルク伝達可能に結合した外側継手部材と、第二の回転軸とトルク伝達可能に結合した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材と、外側継手部材と第二の回転軸との間に装着して継手内部に充填したグリースの漏洩および外部からの異物の侵入を防止するための熱可塑性エラストマー製ブーツとを具備し、外側継手部材のブーツ取付部が非円筒形状の外周面を有し、ブーツの大径取付部が外側継手部材のブーツ取付部の輪郭に沿った内周面を有することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかのブーツを装着した等速自在継手である。
請求項7の発明は、第一の回転軸と第二の回転軸を連結する等速自在継手であって、第一の回転軸とトルク伝達可能に結合した外側継手部材と、第二の回転軸とトルク伝達可能に結合した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材と、外側継手部材と第二の回転軸との間に装着して継手内部に充填したグリースの漏洩および外部からの異物の侵入を防止するための熱可塑性エラストマー製ブーツとを具備し、ブーツを外側継手部材に装着した際に、大径取付部と屈曲部をつなぐ肩部の内端面が外側継手部材の端面と接触することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかのブーツを装着した等速自在継手である。
本発明によれば、飛び石等の衝突によるブーツの破損を回避でき、クロロプレンラバー製ブーツに比べて耐久性、耐衝撃性が向上することでブーツ性能の信頼性が格段に向上する。
以下、熱可塑性エラストマー製ブーツを備えたトリポード型等速自在継手に適用した場合を例にとって実施の形態を説明する。
まず、図1および図2に示すように、トリポード型等速自在継手1は、外側継手部材2と、内側継手部材としてのトリポード部材4と、トルク伝達部材としてのローラ6を主要 な構成要素としており、さらにブーツ10を具備している。
図示した実施の形態では、外側継手部材2は一体に形成されたマウス部22とステム部26とからなる。ステム部26は端部に形成したスプライン軸28にて第一の回転軸(図示せず)とトルク伝達可能に結合する。マウス部22は一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝24が形成してある。マウス部22の外周面は、横断面(図2)で見ると、大径部22aと小径部22bが交互に現れる非円筒形状である。この実施の形態の場合、大径部22aはトラック溝24に対応する凸円弧形状の部分で、小径部は隣り合うトラック溝24間の部分に対応する凹円弧形状の部分である。
トリポード部材4はボス42と脚軸46とからなる。ボス42には第二の回転軸3とトルク伝達可能に結合するスプライン穴44が形成してある。脚軸46はボス42の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材4の各脚軸46はローラ6を担持している。脚軸46とローラ6との間には複数の針状ころ8が介在させてあり、ローラ6は脚軸46の軸線を中心として回転自在である。なお、図1ではローラ6の脱落防止のための止め輪やワッシャ等を省略してある。また、ここでは、一つの脚軸46にローラ6を一つ装着した構造のものを例示してあるが、二つのローラを具備する構造のものであってもよい。
図3にマウス部22の大径部22aの縦断面を示す。図示するように、端部近傍に円周方向に伸びるブーツ溝30が形成してある。このブーツ溝30付近を外側継手部材のブーツ取付部と呼ぶこととする。ブーツ溝30の底面は部分円筒面形状で、縦断面では軸線に平行な直線である。大径部22aの円周方向の一部または全部にわたって、突出部32が形成してある。突出部32は外側継手部材2の端面38付近に位置しているのが好ましい。
図示した実施の形態の場合、突出部32の軸方向両側はいずれも斜面34,36である。これらの斜面34,36の軸線に対する傾斜角度は25°以上60°以下、好ましくは25°以上45°以下とする。これにより、外側継手部材2の旋削加工効率を良くすると同時にブーツ10の大径取付部12を外側継手部材2に嵌合させる際の装着性を向上させ、かつ、ブーツ装着後における外側継手部材2に対するブーツ10の抜け防止作用および位置安定性も向上させることができる。
第一の斜面すなわち外側継手部材2の端面38とは反対側の斜面34の角度が60°よりも大きくなると、外側継手部材2のブーツ取付部の加工性が低下してしまう。一方、25°未満の場合、外側継手部材2に嵌合させた後のブーツ10の軸方向への抜け防止作用や位置安定性が低下してしまう。また、軸方向に長い突起となることで、外側継手部材2のブーツ取付部の全幅が大きくなってしまい、スペース効率や強度上好ましくない。第二の斜面すなわち外側継手部材2の端面38側の斜面36の角度が60°よりも大きくなるとブーツ装着性が阻害される。一方、25°未満の場合、突出部32が軸方向に長くなることでブーツ取付部の全幅が大きくなってしまい、スペース効率や強度上好ましくない。
ブーツ10は熱可塑性エラストマー製で、あらゆる部位が熱可塑性エラストマーにより充足され、空隙は全く存在しない。特に取付部に空隙が存在すると、バンド13(図1参照)の締付力が外側継手部材2のブーツ取付部に十分伝わらず、シール性が損なわれる。採用し得る材料の例としては、JIS K 6253によるタイプDデュロメータ硬さが35以上50以下の熱可塑性ポリエステル系エラストマーを挙げることができる。なお、クロロプレン等のJIS K 6253によるタイプAデュロメータ硬さが50〜70で示されるゴム材であっても効果を示すが、JIS K 6253によるタイプDデュロメータ硬さが35〜50で示される熱可塑性ポリエステル系エラストマーなど、材料硬さが高い材料である場合、より効果を発揮できる。
図4に示すように、ブーツ10の全体概観は円すい台形状で、大径取付部12と小径取付部14と両者間の屈曲部16とからなる。図示した実施の形態では屈曲部16として蛇腹部が示してあるが、蛇腹タイプ以外のブーツにも適用することができる。大径取付部12を外側継手部材2に嵌合させ、小径取付部14を第二の回転軸3(図1)に嵌合させて、それぞれ、ブーツバンド13,15で締め付けて固定するようになっている。このため、各取付部の外周にブーツバンド13,15を受け入れるためのバンド溝18が形成してある。バンド溝18の底面は円筒面形状で縦断面が軸線に平行である。
外側継手部材2に対するブーツ10の装着性もさることながら、ブーツ10に対するバンド13,15の装着性も、等速自在継手を組み立てる上で考慮すべき重要な因子である。たとえば、バンド溝18の両側壁は全周に連続的に設けてもよいが、その場合バンドの装着性を低下させる場合がある。そこで、バンド溝18の両側壁のうち、特に図4の右側に現れている端面側の側壁を形成する突部19については、バンド13の装着性に問題がなく、しかもバンド13の位置が安定する設定として、次のような構成とするのが好ましい。すなわち、図5から分かるように、突部19を円周方向に断続的に、たとえば三等分位置に配置し、各突部19の高さを0.6mm以上1.2mm以下、軸方向寸法を0.6mm以上2.0mm以下、さらに円周方向寸法をブーツ軸心から10°以上25°以下の範囲とする。
ブーツ10の大径取付部の内周面は、図5に示すように、外側継手部材2のマウス部22の外周面形状に沿う形状となっている。すなわち、マウス部22の大径部22aに対応する薄肉部12aと、小径部22bに対応する厚肉部12bとが交互に現れる。
大径取付部12の薄肉部12aの内周面は、縦断面で見ると、図6に示すように、端面側から面取り部A、軸線に平行な直線部B、窪みC、肩当てDが連続して形成してある。
面取り部Aは、軸線に対して20°以上60°以下の角度で端面から1mm以上設ける。このような面取り部Aを設けることにより、上述のブーツ装着性をさらに向上させることができる。面取り部Aの端面側径は、外側継手部材2の突出部32の端面側斜面36の最小径よりも大きく設定してある。外側継手部材2の突出部32の端面側斜面36と端面38との会合部分は丸みを付けて滑らかにつないである。これにより、ブーツ10を装着するとき、当該丸み部分によってブーツ10の面取り部Aが案内されるため、一層円滑にブーツ10の装着を行うことができる。
窪みCは、外側継手部材2の突出部32を受け入れるため、突出部32の斜面34,36と接する斜面C1,C2を有する。これらを第三の斜面C1、第四の斜面C2とすると、第三の斜面C1が突出部32の第一の斜面34に対応し、第四の斜面C2が突出部32の第二の斜面36に対応する。このような構成であるため、窪みCは外側継手部材2の突出部32と嵌合して軸方向への抜け防止作用を発生させる。
ブーツ10の大径取付部12は、外側継手部材2のブーツ取付部に容易に装着でき、かつ、バンド13で締め付けられた際に十分なシール性を発揮することが求められる。そのため、ブーツ10の大径取付部12の内面に設けた窪みCは、外側継手部材2の突出部32に沿う形状である。
ブーツ10の窪みCから肩当てDにかけての部分の輪郭は、外側継手部材2の突出部32から端面38にかけての部分の輪郭にほぼ一致する。そして、肩当てDは外側継手部材2の端面38と当接してブーツ10の軸方向位置を安定させる役割を果たす。
大径取付部12と屈曲部16をつなぐ肩部17が屈曲部16や大径取付部12の肉厚よりも厚肉に形成されている。ここで、肩部17とは、ブーツ10の大径取付部12に設けたバンド溝18の屈曲部16側の端面18aから屈曲部16の最終谷16aに繋がる斜面17aまでの部位を指す。この肩部17の最薄肉厚が大径取付部12における最薄肉部である窪みC部分の肉厚の2倍以上であることが好ましい。このような構成は、ブーツ肉厚が薄肉、具体的には蛇腹肉厚が0.5mmから2.0mm程度であるブーツにおいて、より効果を発揮する。
斜面17aは、図6に例示したように最終谷16aに向かって縮径する斜面であってもよく、図8に示すように円筒形を成していてもよい。あるいは、図9に示すように一旦外径方向に広がってから縮径するような形状であってもよい。また、肩部17は、図6に例示したように外側継手部材2のブーツ取付部における突出部32ないし端面38と接触する設計を取ってもよいし、空間を設ける設計を取ってもよい。
ブーツ10の大径取付部12のうち厚肉部12bの内周面は、図7に示すように、端面側から、面取り部Aと軸線に平行な直線部Fが連続して形成してある。面取り部Aは既に述べた薄肉部のそれと同じである。図6と図7を対比すれば明らかなように、この厚肉部12bは、肩部17においても必然的に厚肉である。
ブーツ10の大径取付部12の内周面に全周にわたって連続した突起Eが形成してある。この突起Eは薄肉部および厚肉部における上記直線部B,Fに位置する。突起Eの断面形状は半円や半楕円等でもよいが、三角形がより好ましい。図示する実施の形態では、突起Eの横断面は三角形で、頂点がブーツの半径方向内側つまり軸心側に向いている。突起Eは外側継手部材2のブーツ溝30と接触してシール機能を発揮する。突起Eは二条以上設けてもよい。あるいは、この突起Eとは別の不連続な突起を設けてもよい。バンド13で締め付けることにより、突起Eが外側継手部材2の非円筒形状からなるブーツ取付部のブーツ溝30に対して円周上均一に密着して十分なシール性を発揮する。その突起Eが密着する外側継手部材2のブーツ溝30の底面は平滑である。ブーツ溝30の底面は突起を設ける等の種々形状が考えられるが、外側継手部材2の加工工数の点から平滑であることが好ましい。
ブーツ10の大径取付部12における突起Eは、薄肉部12aと厚肉部12bの境界部においては凹円弧状に丸みをつけて滑らかにつないである。これにより、図10に示すように、外側継手部材2のブーツ溝30の円周方向端部の、異なる二曲面の接合部において、通常の締めしろの他の部位よりもブーツが外側継手部材に食い込むことが可能となってシール性が向上する。ただし、曲率半径が大きすぎると中央部が「担ぐ」ことになってすきまが生じてしまい、シール性が低下する。したがって、当該丸みの曲率半径は0.5mm以上5mm以下が好ましい。
窪みCと突起Eの部位と外側継手部材2のブーツ取付部に対する締めしろは、突起Eの部位が弾性変形により外側継手部材2の突出部32を乗り越え、かつ、突起Eと外側継手部材2のブーツ溝30との間において十分なシール性を保つことができる設定が必要である。
ブーツ材質が熱可塑性エラストマー、特にJIS K 6253によるタイプDデュロメータ硬さが35以上50以下で示される熱可塑性ポリエステル系エラストマーである場合など、材料硬さが高い場合にはこの締めしろ設定が重要である。これに装着されるブーツ10の大径取付部12に窪みCの突出部32に対する締めしろが半径で0.1mm以上1.0mm以下であり、かつ、突起Eの先端のブーツ溝30に対する締めしろが半径で0.1mm以上1.5以下であることが好ましい。さらに、突起Eの高さは0.3mm以上1.0mm以下が好ましい。
述べたような締めしろ設定であれば、突起Eに外側継手部材2の突出部32を越えさせてブーツ10の大径取付部12を装着することができ、その後、バンド13で締め付けることによって、外側継手部材2のブーツ取付部にブーツ10の大径取付部12を強固に密着させて取り付けることができる。上述の締めしろよりも小さく設定した場合、バンド13を締めた時点でブーツ10が変形することにより局部的にすきまを生じる可能性がある。一方、上述の締めしろよりも大きい設定とすると、ブーツ装着が困難となる。また、突起Eの高さが0.3mm未満の場合、外側継手部材2の溝30に対する密着性が低くなり、十分なシール性が得られない。突起Eの高さが1.0mmを越える場合は、突起部の体積が大きくなりすぎて設計的にもシール性の面でも効率的でない。
ブーツ10の窪みCと突起Eはバンド溝18の幅の範囲内に位置させるのが好ましい。このような構成とすることにより、突起Eにバンドの締付け力が垂直方向に伝達され、かつ、突出部32と嵌合する窪みCの軸方向への拘束が強化されるため、より安定したシール性が得られる。
以上の説明ではトリポードタイプ型等速自在継手を例にとったが、本発明は外側継手部材のブーツ取付部が非円筒形状であるすべての等速自在継手に適用することができる。例えば、図8ないし図10に示すように、トリポードタイプのうち外側継手部材のブーツ取付部が円筒形状ではないものにも適用できる。また、トリポードタイプ以外の、例えばダブルオフセットタイプ(図11ないし図13参照)やツェッパタイプ(図14参照)などのトルク伝達部材としてボールを用いた等速自在継手にも適用できる。
トリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図1のトリポード型等速自在継手の横断面図である。 図1における外側継手部材の要部拡大図である。 ブーツの縦断面図である。 図4のブーツの右側面図である。 図4のブーツの薄肉部の拡大図である。 図4のブーツの厚肉部の拡大図である。 変形例を示すブーツの要部断面図であって、(A)は図6に対応し、(B)は図7に対応する。 別の変形例を示すブーツの要部断面図であって、(A)は図6に対応し、(B)は図7に対応する。 外側継手部材とブーツの接触部の詳細図であって、(A)は両者を別々に示し、(B)は外側継手部材にブーツを嵌合させた状態を示す。 別の実施の形態を示す外側継手部材の斜視図である。 図10の外側継手部材の横断面図である。 図12の外側継手部材のX−O−Y断面図である。 さらに別の実施の形態を示す外側継手部材の斜視図である。 図14の外側継手部材の横断面図である。 図15の外側継手部材の縦断面図である。 さらに別の実施の形態を示す外側継手部材の斜視図である。
符号の説明
1 トリポード型等速自在継手
2 外側継手部材
22 マウス部
22a 大径部
22b 小径部
24 トラック溝
30 ブーツ溝
32 突出部
38 端面
26 ステム部
28 スプライン軸
4 トリポード部材
42 ボス
44 スプライン穴
46 脚軸
6 ローラ
8 針状ころ
10 ブーツ
12 大径取付部
12a 薄肉部
12b 厚肉部
13 ブーツバンド
14 小径取付部
15 ブーツバンド
16 蛇腹部(屈曲部)
17 肩部
18 バンド溝
19 突部

Claims (7)

  1. 大径取付部と小径取付部と両者間の屈曲部とからなる、熱可塑性エラストマー製ブーツであって、大径取付部と屈曲部をつなぐ肩部が大径取付部および屈曲部よりも厚肉に形成されていることを特徴とする等速自在継手用ブーツ。
  2. 前記肩部が、大径取付部に設けたバンド溝の屈曲部側端面から屈曲部の最終谷に繋がる斜面までの部分であることを特徴とする請求項1の等速自在継手用ブーツ。
  3. 肩部の肉厚が屈曲部と大径取付部の最薄肉部の肉厚の平均値の2倍以上であることを特徴とする請求項1または2の等速自在継手用ブーツ。
  4. JIS K 6253によるタイプDデュロメータ硬さが35以上50以下の熱可塑性ポリエステル系エラストマー製であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの等速自在継手用ブーツ。
  5. 第一の回転軸と第二の回転軸を連結する等速自在継手であって、第一の回転軸とトルク伝達可能に結合した外側継手部材と、第二の回転軸とトルク伝達可能に結合した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材と、外側継手部材と第二の回転軸との間に装着して継手内部に充填したグリースの漏洩および外部からの異物の侵入を防止するための熱可塑性エラストマー製ブーツとを具備し、外側継手部材のブーツ取付部の外周面が円筒形状で、ブーツの大径取付部の内周面が円筒形状であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかのブーツを装着した等速自在継手。
  6. 第一の回転軸と第二の回転軸を連結する等速自在継手であって、第一の回転軸とトルク伝達可能に結合した外側継手部材と、第二の回転軸とトルク伝達可能に結合した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材と、外側継手部材と第二の回転軸との間に装着して継手内部に充填したグリースの漏洩および外部からの異物の侵入を防止するための熱可塑性エラストマー製ブーツとを具備し、外側継手部材のブーツ取付部が非円筒形状の外周面を有し、ブーツの大径取付部が外側継手部材のブーツ取付部の輪郭に沿った内周面を有することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかのブーツを装着した等速自在継手。
  7. 第一の回転軸と第二の回転軸を連結する等速自在継手であって、第一の回転軸とトルク伝達可能に結合した外側継手部材と、第二の回転軸とトルク伝達可能に結合した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材と、外側継手部材と第二の回転軸との間に装着して継手内部に充填したグリースの漏洩および外部からの異物の侵入を防止するための熱可塑性エラストマー製ブーツとを具備し、ブーツを外側継手部材に装着した際に、大径取付部と屈曲部をつなぐ肩部の内端面が外側継手部材の端面と接触することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかのブーツを装着した等速自在継手。
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