JP2006226453A - ブーツ付き等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【解決手段】外側継手部材２のブーツ取付部の外周面は、横断面で見ると、大径部22aと小径部22bが交互に現れる非円筒形状であって、熱可塑性エラストマー製ブーツ10は、外側継手部材２のブーツ取付部と嵌合する大径取付部12と、第二の回転軸３と嵌合する小径取付部14と、大径取付部12と小径取付部14との間の屈曲部16とからなり、大径取付部12は、横断面で見ると、外周面が円形で、内周面が外側継手部材２のブーツ取付部の外周面形状に沿う、薄肉部22aと厚肉部22bが交互に現れる形状であり、大径取付部12のすべてが材料により充足されている。
【効果】十分な耐久性と十分なシール性を両立して有し、かつ、部品点数を最小限に留め、組立て時の作業性をも向上し、コストも抑えることができる。
【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ブーツ付き等速自在継手に関する。

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（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（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。外側継手部材の形状は、その開口部の輪郭形状が円筒状のものもあれば、非円筒状のものもある。等速自在継手の軽量化や加工性等の観点から、内部構造を考慮した非円筒形状を適用する方が効率的である場合が多数存在する。そのような非円筒形状の外側継手部材に適用されるブーツには、主にクロロプレンラバー製が使用されてきた。

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）。
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。

しかし、その輪郭形状が非円筒形状を成す外側継手部材を用いた等速自在継手には、クロロプレンラバー製ブーツが主に使用されている。これは、熱可塑性エラストマー製ブーツは大径取付部を非円筒形状に成形することや複雑な形状に成形することが困難なためである。あるいは、熱可塑性エラストマーは材料特性上、弾性特性にやや乏しく材料硬さも高いため、外側継手部材へのブーツ装着性に難があったり、シール性が不十分となる場合があったりする。

熱可塑性エラストマー製ブーツを非円筒形状の外側継手部材に適用する際には、非円筒形状の外側継手部材と円筒形状のブーツの大径取付部との間、または、非円筒形状の外側継手部材に対してブーツの大径取付部を外側継手部材の外周に沿う形状に成形し、その非円筒形状のブーツの大径取付部外面とバンドとの間に弾性部材（ブッシングと称す）を介在させるタイプを使用することが考えられる。しかし、この形態では部品点数が多くなり、管理上および組立て工程上好ましくない。しかも、コストが上がってしまう。あるいは、ブッシングにある程度の厚みが必要なため外径寸法が大きくなる。さらには、外輪／ブーツ間、ブーツ／ブッシング間それぞれの接触部におけるシール性も不十分である。

一方、ブーツの大径取付部をほぼ一定肉厚にて非円筒形状の外側継手部材に沿った形状に成形し、そのブーツ外面をその非円筒形状に沿った形状をしたバンドで締めることも考えられるが、バンドが複雑な形状となるためコストが上がり、シール性も不十分である。

本発明のブーツ付き等速自在継手は、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た等速自在継手において、
外側継手部材のブーツ取付部の外周面は、横断面で見ると、大径部と小径部が交互に現れる非円筒形状であって、
ブーツは、外側継手部材のブーツ取付部と嵌合する大径取付部と、第二の回転軸と嵌合する小径取付部と、大径取付部と小径取付部との間の屈曲部とからなり、大径取付部は、横断面で見ると、外周面が円形で、内周面が外側継手部材のブーツ取付部の外周面形状に沿う、薄肉部と厚肉部が交互に現れる形状であり、大径取付部のすべてが材料により充足されている。

本発明によれば、十分な耐久性と十分なシール性を両立して有し、かつ、部品点数を最小限に留め、組立て時の作業性をも向上し、コストも抑えることができる。すなわち、クロロプレンラバー製ブーツに比べて耐久性が向上し、十分なシール性も確保できるため、ブーツ性能の信頼性が向上する。また、部品点数を最少に留めることも達成でき、コストも抑えることができる。さらに、本発明によれば、外側継手部材に対するブーツの装着性および位置決め安定性、そしてブーツバンドのバンド溝への装着を容易にし、組立て時の作業性が向上する。

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を一つ装着する構造のものを例示してあるが、二つのローラを同時に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材料により充足され、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の右端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、肩当てＤは外側継手部材２の端面３８と当接することで軸方向の位置決めをする。

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。

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１．５ｍｍ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１１ないし図１３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１４ないし図１６参照）やツェッパタイプ（図１７参照）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１１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）
１８ バンド溝
１９ 突部

Claims (11)

1. 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た等速自在継手において、
   外側継手部材のブーツ取付部の外周面は、横断面で見ると、大径部と小径部が交互に現れる非円筒形状であって、
   ブーツは、外側継手部材のブーツ取付部と嵌合する大径取付部と、第二の回転軸と嵌合する小径取付部と、大径取付部と小径取付部との間の屈曲部とからなり、大径取付部は、横断面で見ると、外周面が円形で、内周面が外側継手部材のブーツ取付部の外周面形状に沿う、薄肉部と厚肉部が交互に現れる形状であり、大径取付部のすべてが材料により充足された、等速自在継手。
2. ブーツの大径取付部の内周面に全周にわたって突起が形成してあることを特徴とする請求項１の等速自在継手。
3. ブーツの突起の横断面は、頂点がブーツの軸心側に向いた三角形であることを特徴とする請求項２の等速自在継手。
4. 外側継手部材のブーツ取付部の外周面は、縦断面で見ると、ブーツ溝と、外側継手部材の端面側に位置し前記ブーツ溝よりも大径の突出部とを有し、突出部は、端面から漸次拡径した第一の斜面と、端面から遠ざかるにつれて漸次縮径した第二の斜面とを有し、
   ブーツの大径取付部は、縦断面で見ると、外周にブーツバンドを受け入れるためのバンド溝が形成してあり、内周は、薄肉部では端面から面取り部、軸線に平行な直線部、窪み、肩当てが連続して形成してあり、厚肉部では面取り部と軸線に平行な直線部が連続して形成してあることを特徴とする請求項２の等速自在継手。
5. 外側継手部材の軸線に対する突出部の第一の斜面および第二の斜面の角度は２５°以上６０°以下であることを特徴とする請求項４の等速自在継手。
6. ブーツの窪みは、外側継手部材の突出部を受け入れるため、突出部の第一の斜面および第二の斜面と接する第三の斜面および第四の斜面を有する請求項５の等速自在継手。
7. ブーツの面取り部の軸線に対する角度が２０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項４の等速自在継手。
8. ブーツの突起および窪みがバンド溝の幅の範囲内に位置することを特徴とする請求項４の等速自在継手。
9. ブーツのバンド溝の端面側の側壁を形成する突部が円周方向に断続的に配置してあることを特徴とする請求項４の等速自在継手。
10. 突部の高さが０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、幅が０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、円周方向長さが１０°以上２５°以下の範囲であることを特徴とする請求項９の等速自在継手。
11. ブーツの材質が、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であることを特徴とする請求項１の等速自在継手。

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