JP2007154908A - 等速自在継手用ブーツ - Google Patents

Abstract

【目的】 蛇腹部の最終谷部の変形状態を安定させることにより外輪への挟み込みを防止すると共にコンパクト化を実現容易にする。
【構成】 等速自在継手２１の外輪２２の開口端部２９に装着される大径部３１と、等速自在継手２１の内輪２３に連結したシャフト２８に装着される小径部３２と、大径部３１と小径部３２との間に設けられ、軸方向に沿って交互に配された山部３３および谷部３４を有する蛇腹部３５とを備えた等速自在継手用ブーツであって、蛇腹部３５における大径部３１とそれに隣接する谷部３４ａとを繋ぐ部位は三つの斜面部で構成され、第一の斜面部４３は大径部３１と所定の傾斜角でもって接合し、第二の斜面部４４は大径部３１と隣接する谷部３４ａと所定の傾斜角でもって接合し、第一の斜面部４３と第二の斜面部４４は、第一の斜面部４３および第二の斜面部４４の両傾斜角と異なる傾斜角を持つ第三の斜面部４５により接合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、等速自在継手用ブーツに関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、例えば自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれる等速自在継手において、等速自在継手内部からのグリース漏洩や等速自在継手外部からの異物侵入を防止するブーツに関する。

自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれる等速自在継手には、作動角を取りながら回転したり、軸方向に摺動しながら回転する機能が備わっているものがあり、例えば、軸方向に摺動しないが大きな作動角を取ることができる固定式等速自在継手がある。

この固定式等速自在継手１は、図３に示すように球状内面に複数の曲線状のトラック溝２を有する外方部材としての外輪３と、球状外面に複数の曲線状のトラック溝４を有する内方部材としての内輪５と、外輪３のトラック溝２と内輪５のトラック溝４間に組み込まれたボール６と、ボール６を保持するケージ７とで構成される。

この等速自在継手１では、駆動側と従動側で連結すべき二軸のうち、一方の軸部材であるシャフト８が内輪５に連結され、他方の軸部材（図示せず）が外輪３に連結されて前述の二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を具備する。

この種の等速自在継手１では、潤滑剤としてグリースが内部に封入されており、そのグリースが外部へ漏洩したり、あるいは、外部から継手内部へ水やダスト等の異物が侵入したりすることを防止する目的から、等速自在継手１の外輪３と内輪５に連結されたシャフト８との間に密封用ブーツ１０を装着するのが一般的である。

このブーツ１０、特に、自動車のドライブシャフトに組み込まれる等速自在継手用では、図３に示すように等速自在継手１の外輪３の開口端部９に装着される大径部１１と、等速自在継手１の内輪５にスプライン嵌合などにより連結したシャフト８に装着される小径部１２と、それら大径部１１と小径部１２の間に設けられ、軸方向に沿って交互に配された山部１３と谷部１４を有する蛇腹部１５とで構成されている（図４参照）。

等速自在継手１の挙動に追従できるようにブーツ１０の柔軟性が必要である。従来のブーツ１０では、この柔軟性を確保するため、前述したような蛇腹形状を採用している。
特開平９−９６３１８号公報

ところで、前述したように等速自在継手１は、作動角をとりながら回転することから、ブーツ１０はその挙動に追従するために変形する。特に、等速自在継手１が大きな作動角をとる際には、角度をとる方向の位相（以下、圧縮側と称す）では、ブーツ１０の蛇腹部１５が縮む方向に変形させられて押し付け合い、角度をとる方向と１８０°反対側の位相（以下、引張側と称す）では、蛇腹部１５が引っ張られて伸びた変形状態となる。

等速自在継手１が大きな作動角をとった状態では、蛇腹部１５が圧縮側にて折り畳まれると同時に、蛇腹部１５の谷部１４がシャフト８と干渉してその蛇腹部１５を径方向外側に押し広げる方向の力が作用し、その時、外輪３の開口端部９に最も近くに位置する谷部１４、すなわち、蛇腹部１５における大径部１１と隣接する谷部１４ａの変形状態が安定せずにシャフト８と外輪３の間に挟み込まれる場合がある。

これを回避するために、従来のブーツ１０では、大径部１１と隣接する谷部１４ａの径を大きく設計したり、その谷部１４ａを外輪３の開口端部９から離隔させた設計とする必要があった。

そのため、従来のブーツ１０では、大径部１１と隣接する谷部１４ａが蛇腹部１５としての機能を十分に発揮することができない場合が発生し、その影響が他の山部１３や谷部１４の設計に波及し、十分なブーツ１０の耐久性を確保するためには、ブーツ１０の外径寸法や軸方向寸法が大きくなってしまい、ブーツ１０のコンパクト化が困難になるという問題があった。

一方、特許文献１では、蛇腹部の大径部からそれに隣接する谷部に向かう肩部の形状を、外輪の開口端面と係合する位置まで直立部を形成すると共に、その直立部と隣接する谷部との間を傾斜部とし、さらに、肩部のフラット斜面の面取り部を形成したブーツが開示されている（特許文献１における図５参照）。

しかしながら、この特許文献１に開示されたブーツは、外輪へのブーツ装着性や、大径部から肩部、隣接する谷部にかけてのブーツ成形性を考慮したものであり、蛇腹部における大径部と隣接する谷部の変形状態を安定させることにより外輪への挟み込みを防止すると共にブーツのコンパクト化を図ろうとするものではない。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、蛇腹部における大径部と隣接する谷部の変形状態を安定させることにより外輪への挟み込みを防止すると共にコンパクト化を実現容易にし得る等速自在継手用ブーツを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、等速自在継手の外方部材の開口端部に装着される大径部と、等速自在継手の内方部材に連結したシャフトに装着される小径部と、大径部と小径部との間に設けられ、軸方向に沿って交互に配された山部および谷部を有する蛇腹部とを備えた等速自在継手用ブーツであって、蛇腹部における大径部とそれに隣接する谷部とを繋ぐ部位は三つの斜面部で構成され、第一の斜面部は大径部に所定の傾斜角でもって接合し、第二の斜面部は大径部と隣接する谷部に所定の傾斜角でもって接合し、第一の斜面部と第二の斜面部は、第一の斜面部および第二の斜面部の両傾斜角と異なる傾斜角を持つ第三の斜面部により接合されていることを特徴とする。ここで、「大径部と隣接する谷部」とは、蛇腹部において大径部に最も近くに位置する谷部を意味する。

本発明に係る等速自在継手用ブーツでは、蛇腹部における大径部とそれに隣接する谷部とを繋ぐ部位を、大径部側に位置する第一の斜面部と、谷部側に位置する第二の斜面部と、第一の斜面部と第二の斜面部間に位置する第三の斜面部とで構成する。このように第一〜第三の斜面部で構成したことにより、大径部と隣接する谷部の径を従来よりも小さく設計することができてブーツ全体のコンパクト化が図れると共に蛇腹部全体の膜長を十分に確保することができる。

特に、第一の斜面部と第二の斜面部を、シャフトと略平行な円筒状をなす第三の斜面部により接合すれば、その第三の斜面部が略円筒形状をなすことから、外方部材の開口端部から大径部と隣接する谷部までの距離を確保することができて、蛇腹部全体の膜長をより十分に確保することができる。

前述の構成における大径部と隣接する谷部および第二の斜面部、第三の斜面部の肉厚を、これらを除いた他の部位の肉厚よりも大きくすることが望ましい。このようにすれば、その谷部、第二の斜面部、第三の斜面部の剛性を他の山谷部よりも高くすることができるので、等速自在継手が大きな作動角をとった際に外方部材の開口端部側に大きく変形することなく、谷部の変形状態を安定させることができる。

本発明に係る等速自在継手用ブーツの材料としては、エステル系、オレフィン系、ウレタン系から選択される熱可塑性エラストマーを使用することが望ましい。このようにブーツ材料に熱可塑性エラストマーを使用すれば、強度的に優れ、耐久性の向上が図れる。

本発明によれば、蛇腹部における大径部とそれに隣接する谷部とを繋ぐ部位を、大径部側に位置する第一の斜面部と、谷部側に位置する第二の斜面部と、第一の斜面部と第二の斜面部間に位置する第三の斜面部とで構成したことにより、大径部と隣接する谷部の径を従来よりも小さく設計することができると共に蛇腹部全体の膜長を十分に確保することができ、耐久性を向上させることができる。その結果、大径部と隣接する谷部の変形状態を安定させて外方部材への挟み込みを防止すると共にブーツ全体のコンパクト化を容易に実現することができる。

本発明に係る等速自在継手用ブーツの実施形態を詳述する。図１に示す実施形態は、例えば自動車のドライブシャフトに組み込まれる固定式等速自在継手の一種であるバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合を例示する。

図１に示す実施形態の等速自在継手２１は、外方部材である外輪２２と、内方部材である内輪２３と、トルクを伝達する複数のボール２４と、ボール２４を回転自在に支持するケージ２５とを主要な構成要素としている。

外輪２２は、一端にて開口したカップ状で、その球状内面の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝２６が形成されている。また、内輪２３は、その球状外面の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝２７が形成され、その内周にシャフト２８がスプライン嵌合などにより結合されてトルク伝達可能となっている。外輪２２のトラック溝２６と内輪２３のトラック溝２７とは対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックに一個のボール２４がそれぞれ組み込んである。ケージ２５は外輪２２の球状内面と内輪２３の球状外面との間に摺動自在に介在し、各ボール２４はケージ２５のポケットに収容されて円周方向で等間隔に保持されている。

ケージ２５の外周面は外輪２２の球状内面と球面接触し、ケージ２５の内周面は内輪２３の球状外面と球面接触している。また、外輪２２のトラック溝２６の中心と内輪２３のトラック溝２７の中心は、軸方向で、互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。このため、一対のトラック溝２６，２７により形成されるボールトラックは、外輪２２の奥部側から開口側に向かって拡がる楔状を呈している。

この種の等速自在継手２１では、潤滑剤としてグリースが封入されており、そのグリースが外部へ漏洩したり、あるいは、外部から継手内部へ水やダスト等の異物が侵入したりすることを防止する目的から、等速自在継手２１の外輪２２と、内輪２３から延びるシャフト２８との間に密封用ブーツ３０を装着する。

このブーツ３０は、継手内部のグリースの漏洩や外部からの異物の侵入を防止し、作動角をとった状態での回転をスムーズに行うために、エステル系、オレフィン系、ウレタン系から選択される熱可塑性エラストマーからなる柔軟性を有する材質のものを使用する。このようにブーツ材料に熱可塑性エラストマーを使用することにより、強度的に優れ、耐久性の向上が図れる。

図１に示す実施形態のブーツ３０は、等速自在継手２１の外輪２２の開口端部２９に装着される大径部３１と、等速自在継手２１の内輪２３に連結したシャフト２８に装着される小径部３２と、大径部３１と小径部３２との間に設けられ、軸方向に沿って交互に配された山部３３および谷部３４を有する蛇腹部３５とを備え、可撓性と軸方向の伸縮性を具備した筒状体である。

外輪２２の開口端部２９の外周面には、環状の係合溝３６が円周方向に沿って形成され、この係合溝３６にブーツ３０の大径部３１が外嵌され、その大径部３１の外周面に形成された嵌合溝３７にブーツバンド３８を締着することによって、大径部３１が外輪２２に固定されている。また、シャフト２８には、外輪２２の開口端部２９から所定量離隔した位置に環状の係合溝３９が円周方向に沿って形成され、この係合溝３９にブーツ３０の小径部３２が外嵌され、その小径部３２の外周面に形成された嵌合溝４０にブーツバンド４１を締着することによって、小径部３２がシャフト２８に固定されている。

蛇腹部３５は、２山から７山程度の山部３３とその山部３３間の谷部３４とで構成されている。この蛇腹部３５の大径部３１からその大径部３１と隣接する谷部３４ａ（大径部３１に最も近くに位置する谷部）にかけての部位の断面形状を図２に示す。

この蛇腹部３５は、同図に示すように大径部３１から肩部４２を介して谷部３４ａに繋がる斜面を有する。肩部４２は、シャフト２８と略平行な円筒状をなす。なお、この部位を山部とすることも可能であるが、その場合、大径部３１から山部を介して谷部３４ａに繋がる斜面を形成することになるため、ブーツ３０の最外径が大きくなり、ブーツ３０のコンパクト化に反することになることから必ずしも望ましいとはいえない。

この実施形態では、大径部３１から肩部４２を介してその大径部３１と隣接する谷部３４ａに繋がる斜面を、大径部側に位置する第一の斜面部４３と、谷部側に位置する第二の斜面部４４と、第一の斜面部４３と第二の斜面部４４間に位置する第三の斜面部４５とで構成する。

第一の斜面部４３は、ブーツ３０を等速自在継手２１の外輪２２に装着した状態で、その外輪２２の開口端部２９に対して−５°以上７０°以下の傾斜角度をなし、ブーツ３０が必要とする任意の形状を広く選択することができる。但し、この傾斜角度が小さすぎると、所望の効果が得られず、逆に、大きすぎると、ブーツ３０のコンパクト化に反する設計となることから、その傾斜角度は、−５°以上４５°以下が好ましい。

なお、この第一の斜面部４３の終点（最小径部）の径寸法は、外輪２２の開口端部２９の外径と、外輪２２のトラック溝２６および内輪２３のトラック溝２７間に配されたボール２４の中心の径寸法（ＰＣＤ）との間に位置する。この第一の斜面部４３の終点（最小径部）の径寸法は、外輪２２のトラック溝２６の最大径部付近とすることが好ましい。

第二の斜面部４４も、第一の斜面部４３と同様、ブーツ３０を等速自在継手２１の外輪２２に装着した状態で、その外輪２２の開口端部２９に対して−５°以上７０°以下の傾斜角度をなし、ブーツ３０が必要とする任意の形状を広く選択することができる。但し、この傾斜角度が小さすぎると、所望の効果が得られず、逆に、大きすぎると、ブーツ３０のコンパクト化に反する設計となることから、その傾斜角度は、−５°以上４５°以下が好ましい。

なお、第一の斜面部４３の傾斜角度と第二の斜面部４４の傾斜角度は、第一の斜面部４３の方が大きくても、第二の斜面部４４の方が大きくても、あるいは両斜面部４３，４４が同じ角度であってもよく、任意の組み合わせで構成することが可能である。

第一の斜面部４３と第二の斜面部４４を繋ぐ第三の斜面部４５は、ブーツ３０を等速自在継手２１の外輪２２に装着した状態で、外輪２２の開口端部２９に対して４５°以上９５°以下の傾斜角度とする。この傾斜角度が小さすぎると、所望の効果が得られず、逆に、大きすぎると、ブーツ３０のコンパクト化に反する設計となることから、好ましくは７０°以上９０°以下、最も好ましくは８０°以上９０°以下とする。この第三の斜面部４５は、シャフト２８と略平行な円筒形状をなすことにより、大径部３１と隣接する谷部３４ａが外輪２２の開口端部２９から離隔する距離を確保することを目的としている。

この第三の斜面部４５の軸方向長さは、短すぎると、大径部３１と隣接する谷部３４ａと外輪２２の開口端部２９との距離を確保することが困難になることから、１ｍｍ以上必要とする。また、長すぎると、ブーツ３０のコンパクト化を阻害する原因となるため、１０ｍｍ以下が好ましい。

また、大径部３１と隣接する谷部３４ａおよび第二の斜面部４４、第三の斜面部４５の肉厚は、これらを除いた他の部位の肉厚よりも大きくする。このようにすれば、その谷部３４ａ、第二の斜面部４４、第三の斜面部４５の剛性を他の山谷部よりも高くすることができる。その結果、等速自在継手２１が大きな作動角をとった際に外輪２２の開口端部２９側に大きく変形することなく、谷部３４ａの変形状態を安定させることができる。従って、蛇腹部３５の設計自由度を広げ、大径部３１と隣接する谷部３４ａの蛇腹としての機能を確保するためには、その谷部３４ａおよび第二の斜面部４４、第三の斜面部４５の肉厚は、他の部位の肉厚の１．１倍以上２倍以下の範囲とすることが好ましい。この谷部３４ａおよび第二の斜面部４４、第三の斜面部４５の肉厚が他の部位よりも小さすぎると、所望の効果が得られず、逆に、大きすぎると、蛇腹としての機能を発揮することが困難となる。

以上のようにして、蛇腹部３５における大径部３１とそれに隣接する谷部３４ａとを繋ぐ部位を、大径部側に位置する第一の斜面部４３と、谷部側に位置する第二の斜面部４４と、第一の斜面部４３と第二の斜面部４４間に位置する第三の斜面部４５とで構成したことにより、大径部３１と隣接する谷部３４ａの径を従来よりも小さく設計することができると共に蛇腹部全体の膜長を十分に確保することができ、耐久性を向上させることができる。その結果、大径部３１と隣接する谷部３４ａの変形状態を安定させて外輪２２への挟み込みを防止すると共にブーツ全体のコンパクト化を容易に実現することができる。

以上の実施形態では、固定式等速自在継手の一種であるバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、アンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）にも適用可能であり、さらに、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）、クロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）等の摺動式等速自在継手にも適用可能である。等速自在継手の作動角が大きいほど、ブーツの蛇腹部の山谷部の変形が大きくなることから、θ＝４５°以上の大きな作動角をとることができるタイプの等速自在継手に適用することがより効果的である。

本発明の実施形態で、ブーツを等速自在継手に装着した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態で、蛇腹部における大径部とそれに隣接する谷部とを繋ぐ部位を示す要部拡大断面図である。 従来例で、ブーツを等速自在継手に装着した状態を示す断面図である。 従来の等速自在継手用ブーツの全体を示す断面図である。

符号の説明

２１ 等速自在継手
２２ 外方部材（外輪）
２３ 内方部材（内輪）
２８ シャフト
２９ 開口端部
３０ ブーツ
３１ 大径部
３２ 小径部
３３ 山部
３４ 谷部
３５ 蛇腹部
４３ 第一の斜面部
４４ 第二の斜面部
４５ 第三の斜面部

Claims (4)

1. 等速自在継手の外方部材の開口端部に装着される大径部と、前記等速自在継手の内方部材に連結したシャフトに装着される小径部と、前記大径部と小径部との間に設けられ、軸方向に沿って交互に配された山部および谷部を有する蛇腹部とを備えた等速自在継手用ブーツであって、
   前記蛇腹部における大径部とそれに隣接する谷部とを繋ぐ部位は三つの斜面部で構成され、第一の斜面部は前記大径部に所定の傾斜角でもって接合し、第二の斜面部は大径部と隣接する谷部に所定の傾斜角でもって接合し、第一の斜面部と第二の斜面部は、第一の斜面部および第二の斜面部の両傾斜角と異なる傾斜角を持つ第三の斜面部により接合されていることを特徴とする等速自在継手用ブーツ。
2. 前記第一の斜面部と第二の斜面部は、シャフトと略平行な円筒状をなす第三の斜面部により接合されている請求項１に記載の等速自在継手用ブーツ。
3. 前記大径部と隣接する谷部および第二の斜面部、第三の斜面部の肉厚を、これらを除いた他の部位の肉厚よりも大きくした請求項１又は２に記載の等速自在継手用ブーツ。
4. ブーツ材料が、エステル系、オレフィン系、ウレタン系から選択される熱可塑性エラストマーからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手用ブーツ。

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