JP2007155002A - 等速自在継手用ブーツ - Google Patents

Abstract

【目的】 蛇腹部における谷部への応力集中を回避した上で山部の耐摩耗性を向上させ得ると共にコンパクト化を実現する。
【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における山部３３ａと谷部３４ａを繋ぐ斜面部位４２は、山部３３ａ側に位置する第一の斜面部４３と、谷部３４ａ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との間に位置する第三の斜面部４５とからなる三つの斜面部で構成している。
【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５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は、図５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６参照）。

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。
実公平８−５４１８号公報 特開平１１−１１８０３５号公報 特開平８−１０９９６６号公報 特開２００３−２５４４４９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、隣接する山部が干渉することで摩耗が生じ、特に、山部先端付近から谷部へ向かう斜面部位での摩耗が激しく、それが進行すると貫通する可能性がある。

また、蛇腹部の谷部に関しては、等速自在継手１が大きな作動角をとる際、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が引っ張り方向の変形を伴い、圧縮側では圧縮方向の変形を受ける。この繰り返し応力によって谷部が疲労して亀裂が生じ、これが進行すると貫通する可能性がある。

これらの摩耗性や疲労性などの耐久性を十分に確保するためには、ブーツの外径寸法や軸方向寸法が大きくなってしまい、ブーツのコンパクト化を図ることが困難となる。

一方、特許文献１では、蛇腹部における山部と谷部を繋ぐ斜面部位に、その斜面部位よりも薄肉で局部的に内側へ突出した副谷を設けた構造を具備する。この形状は、谷部にかかる応力の分散と山部の変形量を小さくすることにより、それぞれの部位の耐久性を向上させるようにしている。しかしながら、副谷の変形による山部の耐摩耗性向上は十分であるとは言いがたい。

特許文献２では、二箇所以上の山部に外側へ向かって突出する環状溝を形成することにより、山部の耐久性向上を図るようにしている。しかしながら、山部先端同士の干渉を促進し、その山部の耐摩耗性向上は十分であるとは言いがたい。

特許文献３では、蛇腹部における山部と谷部を繋ぐ連結部が内周側面へ円弧状に張り出した弓形状をなすことにより、等速自在継手の高速回転時にブーツが膨張することを抑制するようにしている。しかしながら、蛇腹部における山部先端同士の干渉は局部的に発生することになり、その山部の耐摩耗性の向上を図ることが困難である。

特許文献４では、蛇腹部における山部と谷部を繋ぐ斜面部位の一方を断面ストレート状の平坦面に形成し、その斜面部位の他方を蛇腹部内側に向けて屈曲させた形状とすることにより、局部的な応力集中を抑制し、耐久性の向上を図るようにしている。しかしながら、蛇腹部における山部先端同士の干渉は局部的に発生することになり、その山部の耐摩耗性の向上を図ることが困難である。

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、蛇腹部における谷部への応力集中を回避した上で山部の耐摩耗性を向上させ得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、蛇腹部における山部と谷部を繋ぐ斜面部位の一箇所以上を三つの斜面部で構成したことを特徴とする。ここで、「山部と谷部を繋ぐ斜面部位の一箇所以上」としたのは、山部と谷部を繋ぐ斜面部位は、蛇腹部に複数存在することから、少なくとも一箇所を三つの斜面部で構成すればよく、二箇所あるいは三箇所の複数箇所を三つの斜面部で構成するようにしてもよいことを意味する。

本発明に係る等速自在継手用ブーツでは、蛇腹部における山部と谷部を繋ぐ斜面部位の一箇所以上を三つの斜面部で構成したことにより、等速自在継手が作動角をとる時に蛇腹部が変形しても、その蛇腹部における谷部への応力集中を回避すると共に山部同士または斜面部位での干渉による耐摩耗性を向上させることができ、さらにブーツ全体のコンパクト化を図ることも可能となる。

前述の構成における三つの斜面部のうち、中間に位置する斜面部は、シャフトと略平行な円筒状をなすことが望ましい。このようにすれば、隣接する山部同士を離隔させると同時に、山部側に位置する斜面部と中間に位置する斜面部の交点付近に隣接する斜面部位との接触面を効果的に設けられ、干渉圧の分散が十分図られることから、その山部同士または斜面部位での干渉をより一層回避することができるので、耐摩耗性の向上が容易に図れる。

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、蛇腹部における山部と谷部を繋ぐ斜面部位の一箇所以上を三つの斜面部で構成したことにより、等速自在継手が作動角をとる時に蛇腹部が変形しても、その蛇腹部における谷部への応力集中を回避すると共に山部同士または斜面部位での干渉による耐摩耗性を向上させることができ、耐久性の向上が図れて長寿命のブーツを提供できる。また、従来と同等の疲労性や摩耗性などのブーツ耐久性を保持した状態であれば、ブーツ全体のコンパクト化を図ることも可能となる。

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間に設けられた谷部３４とで構成されている。この蛇腹部３５における山部３３と谷部３４を繋ぐ斜面部位の断面形状を図２〜図４に示す。なお、図２〜図４に示す各実施形態では、斜面部位の符号を４２とし、後述する三つの斜面部４３〜４５を設けた斜面部位の両側に位置する山部を３３ａ、谷部を３４ａとしている。

この蛇腹部３５は、同図に示すように山部３３ａと谷部３４ａを繋ぐ斜面部位４２を有する。その斜面部位４２は、山部３３ａ側に位置する第一の斜面部４３と、谷部３４ａ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。なお、前述の傾斜角度とは、等速自在継手の作動角０°におけるシャフト２８に対する交差角θ（鋭角側）を意味する（図２では、第二の斜面部４４の傾斜角度を例示する）。

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、第一の斜面部４３と第二の斜面部４４と異なる傾斜角度を有する。これにより、第一の斜面部４３、第三の斜面部４５および第二の斜面部４４からなり、山部３３ａと谷部３４ａを繋ぐ斜面部位４２は、三段階の傾斜角度をなして構成される。

第三の斜面部４５は、任意の傾斜角度をなすことが可能であるが、第一の斜面部４３および第二の斜面部４４よりも緩い傾斜角度を有することが望ましい。これにより、等速自在継手が作動角をとった時に、隣接する山部３３または斜面部位４２と山部３３ａまたは斜面部４３が干渉することによる耐摩耗性を向上させることができる。

より好ましくは、この第三の斜面部４５の傾斜角度を、シャフト２８に対する交差角が±１０°の範囲とする。つまり、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。このようにすれば、等速自在継手が作動角をとった時に、隣接する山部同士を離隔させると同時に、斜面部４５と斜面部４４の交点付近に隣接する斜面部位４２との接触面を効果的に設けられ、干渉圧の分散が十分図られることから、隣接する山部３３または斜面部位４２と山部３３ａまたは斜面部４３が干渉することによる耐摩耗性をさらに向上させることが可能となる。

この第三の斜面部４５は、山部３３ａと谷部３４ａを繋ぐ斜面部位４２の任意の位置に設けることが可能であるが、好ましくは、山部３３ａと谷部３４ａを結ぶ距離の１／２以上の山部側の位置とすればよい。このようにすれば、等速自在継手が作動角をとった時に、隣接する山部同士を離隔させると同時に、斜面部４５と斜面部４４の交点付近に隣接する斜面部位４２との接触面を効果的に設けられ、干渉圧の分散が十分図られることから、隣接する山部３３または斜面部位４２と山部３３ａまたは斜面部４３が干渉することによる耐摩耗性をさらに向上させることができる。

また、第三の斜面部４５の軸方向長さは、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下とする。この軸方向長さが短すぎると、隣接する山部３３または斜面部位４２と山部３３ａまたは斜面部４３が干渉することによる耐摩耗性の向上の効果を発揮することが困難となる。逆に、軸方向長さが長すぎると、ブーツ３０のコンパクト化を阻害したり、逆に隣接する山部３３または斜面部位４２と山部３３ａまたは斜面部４３の干渉状態を悪化させて耐摩耗性を低下させる原因となる。

以上のようにして、蛇腹部３５における山部３３ａと谷部３４ａを繋ぐ斜面部位４２を、山部３３ａ側に位置する第一の斜面部４３と、谷部３４ａ側に位置する第二の斜面４４と、第一の斜面部４３と第二の斜面部４４との間に位置する第三の斜面部４５とで構成したことにより、等速自在継手が作動角をとる時に、隣接する山部３３または斜面部位４２と山部３３ａまたは斜面部４３、詳しくは山部頂上付近同士または山部頂上付近と隣接する斜面部位４２の山部近傍とが干渉する前、あるいは軽く干渉した段階で、第三の斜面部４５または第二の斜面部４４が隣接する斜面部位４２と干渉し、山部頂上付近の干渉摩耗を軽減することができる。

その結果、等速自在継手が作動角をとる時に、その蛇腹部３５における谷部３４への応力集中を回避すると共に山部３３同士または斜面部位４２との干渉による耐摩耗性を向上させることができ、耐久性の向上が図れて長寿命のブーツ３０を提供できる。また、従来と同等の疲労性や摩耗性などのブーツ耐久性を保持した状態であれば、ブーツ全体のコンパクト化を図ることもできる。

なお、図２に示す実施形態では、二つの山部３３ａと一つの谷部３４ａを繋ぐ両側の斜面部位４２を三つの斜面部４３〜４５で構成した場合について説明したが、三つの斜面部４３〜４５を構成するのは、山部３３と谷部３４を繋ぐ任意の斜面部位において一箇所以上であればよい。

例えば、図３および図４に示す各実施形態のように、二つの山部３３ａと一つの谷部３４ａを繋ぐ両側の斜面部位４２のいずれか一方、つまり、一つの山部３３ａと一つの谷部３４ａを繋ぐ斜面部位４２を三つの斜面部４３〜４５で構成するようにしてもよい。あるいは、蛇腹部３５の全ての斜面部位４２を三つの斜面部４３〜４５で構成するようにしてもよい。従って、ブーツ３０の任意の斜面部位４２に、ブーツの変形状態に適した組み合わせで選定すればよい。

また、二つの山部３３ａと一つの谷部３４ａを繋ぐ両側の斜面部位４２を三つの斜面部４３〜４５で構成する場合、双方の第三の斜面部４５の位置は、径方向で同等の位置でもよいし、あるいは径方向で異なった位置であってもよく、ブーツ３０の変形状態に適した位置を選定すればよい。

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。あるいは、用途面では、自動車のドライブシャフトのみならず、自動車のプロペラシャフト用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、蛇腹部の上半分を示す要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態で、蛇腹部の上半分を示す要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態で、蛇腹部の上半分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
３３，３３ａ 山部
３４．３４ａ 谷部
３５ 蛇腹部
４２ 斜面部位
４３ 第一の斜面部
４４ 第二の斜面部
４５ 第三の斜面部

Claims (3)

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山部と谷部を繋ぐ斜面部位の一箇所以上を三つの斜面部で構成したことを特徴とする等速自在継手用ブーツ。
2. 前記三つの斜面部のうち、中間に位置する斜面部は、シャフトと略平行な円筒状をなす請求項１に記載の等速自在継手用ブーツ。
3. 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又は２に記載の等速自在継手用ブーツ。

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