JP2009270628A - 等速自在継手用ブーツおよび等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】高作動角時でも柔軟に変形しながら対応でき、更に、山部同士の干渉圧や、谷部とシャフトとの干渉圧、そして谷部への応力集中を効果的に分散させて均等化を図ることができ、摩耗性や疲労性を向上できて、耐久性に優れる等速自在継手用ブーツおよびこのようなブーツを使用可能な等速自在継手を提供する。
【解決手段】等速自在継手用ブーツは、外側継手部材に装着される大径部１３と、内側継手部材に連結されたシャフトに装着される小径部１４と、大径部１３と小径部１４との間に配置される蛇腹部１５とを備える。蛇腹部１５は、複数の山部７と、山部７と軸方向に沿って交互に配設される複数の谷部６と、隣合う山部７と谷部６とを連結する複数の連結部１２とを備える。山部７を、大径部側の複数の山部７からなる大径側群２６と、小径部側の複数の山部７からなる小径側群２５とに分け、大径側群２６の山部７の外径面の曲率半径を小径側群２５の山部７の外径面の曲率半径よりも小さく設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、等速自在継手用ブーツおよび等速自在継手に関する。

自動車や各種産業機械における動力の伝達に用いられる等速自在継手には、継手内部への塵埃等の異物侵入防止や継手内部に封入されたグリースの漏れ防止を目的とし、蛇腹状のブーツが装着される。

この種のブーツは、等速自在継手の外側継手部材としての外輪に固定される大径部と、内側継手部材としての内輪から延びるシャフトに固定される小径部と、大径部と小径部との間に設けられ、谷部と山部とが交互に形成された蛇腹部とを有する。そして、大径部と小径部とはそれぞれブーツバンドが装着されることによって固定される。

等速自在継手には、作動角を取りながら回転したり、軸線方向に摺動したりしながら回転する機能が備わっており、そのため、これに装着されるブーツは、等速自在継手の挙動に追従できる柔軟性を確保するために蛇腹形状をしている。

すなわち、蛇腹形状のブーツは、等速自在継手が作動角をとったり摺動したりする動きに追従するために変形する。また、等速自在継手用ブーツには、クロロプレンゴム等を使用したゴム製ブーツや熱可塑性エラストマー材を使用した樹脂製ブーツがあるが、樹脂製ブーツはゴム製ブーツに比べて耐久性に優れるため、適用が拡大している。

この種の樹脂製ブーツとして、各山部とこれに接続する各谷部との間の距離はほぼ同一であり、各谷部と該谷部から小径部側に接続する各山部との半径方向の段差比が２６〜３６％の範囲で、各山部肉厚は、該山部に接続する各谷部肉厚の６０〜１００％の範囲に設定するものである（特許文献１）。このように構成することによって、蛇腹部の折畳み容易性の向上、広角度の屈曲時に接触部分の摩耗による亀裂発生を防止しようとするものである。
実開平７−１０５６１号公報

前記したように、等速自在継手用ブーツは、等速自在継手が作動角を取ったり摺動したりする動きに追従するために変形する。しかしながら、高作動角を取ることでブーツが大きく変形し、蛇腹が円滑に折り畳まれ難くなって、蛇腹部に凹みを生じる場合がある。また、その変形に伴い、隣接する山部が干渉することで摩耗を生じたり、谷部内面とシャフトが干渉することで摩耗したり、あるいは、山部や谷部に繰り返し応力が発生することで疲労亀裂を生じたりする。このため、安定したブーツ変形状態を確実に保つ形状や、摩耗性や疲労性などの耐久性をより向上できる形状が求められる。

前記特許文献１に記載のものでは、蛇腹部の折畳み容易性、成形時における脱型操作の容易性等を図るとともに、広角度の屈曲時における蛇腹部の傾斜面同士の接触を面接触として接触部の接触面圧の低減等を図ることができる。しかしながら、このようなものであっても、安定したブーツ変形状態を確保することが困難である。特に高作動角時には蛇腹部に凹みを生じる場合がある。これらを解消するために、コンパクトさに欠けたブーツ設計を取らざるを得なくなる。

本発明は、上記課題に鑑みて、高作動角時でも柔軟に変形しながら対応でき、更に、山部同士の干渉圧や、谷部とシャフトとの干渉圧、そして谷部への応力集中を効果的に分散させて均等化を図ることができ、摩耗性や疲労性を向上できて、耐久性に優れる等速自在継手用ブーツおよびこのようなブーツを使用可能な等速自在継手を提供する。

本発明の等速自在継手用ブーツは、等速自在継手の外側継手部材に装着される大径部と、等速自在継手の内側継手部材に連結され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配置される蛇腹部とを備えた等速自在継手用ブーツにおいて、蛇腹部は、複数の山部と、この山部と軸方向に沿って交互に配設される複数の谷部と、隣合う山部と谷部とを連結する複数の連結部とを備え、山部を、大径部側の複数の山部からなる大径側群と、小径部側の複数の山部からなる小径側群とに分け、大径側群の山部の外径面の曲率半径を小径側群の山部の外径面の曲率半径よりも小さく設定したものである。

本発明の等速自在継手用ブーツによれば、大径側群の山部において回転時の変形がスムースになり、大きな作動角をとった場合においても蛇腹部が凹状にへこむことを防止できる。

ところで、小径側群の山部を、大径側群の山部と同様に外径面の曲率半径を小さくすると、作動角を大きくとることで、この小径側群の山部の湾曲変形が大きくなり、山部（尾根部）のゆがみ（キンク）を生じる。すなわち、本発明のように、大径側群の山部と小径側群の山部とで、山先端（山部の外径面）の曲率半径を変化させることが、大径部側と小径部側のそれぞれの山部の変形を適正に保つために有効である。

また、大径側群の山部は、大径部側に近い程、適切な剛性を保持した上で、大きな作動角を取った際に円滑に折れ畳まれることが更に求められ、それを達成することに本発明のものが適している。

そして、小径側群は、小径部に最も近い山部と、これの隣の山部とで構成し、他の山部を前記大径側群の山部としたり、小径側群の全ての山部の外径面の曲率半径を同一に設定するとともに、大径側群の全ての山部の外径面の曲率半径を同一に設定したりすることができる。

また、小径側群の全ての山部の外径面の曲率半径を同一に設定するとともに、大径側群の山部の外径面の曲率半径を小径部側から大径部側に向かって順次小さくしてもよい。

さらには、小径部に最も近い山部に隣接する山部における肉厚を、この山部に隣接する谷部における肉厚と同一乃至薄く設定するとともに、他の山部における肉厚を、それぞれの山部に隣接する谷部における肉厚よりも厚くすることもできる。

小径部側から順に位置する山部の肉厚をＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・としたとき、以下の関係を満たすようにするのが、前記した作用を有効に発揮する上で好ましい。
蛇腹部の山部が４つで構成されるとき、Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３≦Ｐ４
蛇腹部の山部が５つで構成されるとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３＜Ｐ４≦Ｐ５
蛇腹部の山部が６つで構成されるとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３＜Ｐ４≦Ｐ５≦Ｐ６

谷部の断面形状をＵ字状とするともに、山部と谷部とを連結する連結部が直線状であるのがよい。

θ=４５deg以上の高作動角を取ることのできるタイプ（例えば、ツェッパ型、バーフィールド型などのボールを用いたタイプの固定式等速自在継手）や、外側継手部材の軸線方向にスライドする機構を備えたタイプ（例えば、ダブルオフセット型、トリポード型、クロスグルーブ型などの摺動式等速自在継手）など、あらゆる等速自在継手に使用するブーツに適用できる。特に、等速自在継手の作動角を大きく取ることのできるタイプに適用することがより効果的である。

ブーツ材質として、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬さが３５以上５０以下である熱可塑性ポリエステル系エラストマーを使用することができる。

本発明では、大径側群の山部において回転時の変形がスムースになり、大きな作動角をとった場合においても蛇腹部が凹状にへこむことを防止でき、ブーツが変形した際の山部同士の干渉圧や、谷部とシャフトとの干渉圧、そしてブーツ谷部への応力集中を効果的に分散させて均等化を図ることができ、ブーツの摩耗性や疲労性を向上できる。このためバランスの良いブーツ性能を保持することが可能となり、ブーツのコンパクト化を更に図ることができる。

また、谷部を断面Ｕ字状に形成すれば、より耐久性（谷部の疲労性と蛇腹部の凹み防止）を向上することができる。谷部の断面形状をＵ字状とするとともに、山部と谷部とを連結する連結部が直線状であれば、大きな作動角を取った際に、蛇腹部が円滑に折畳み変形することができる。

本発明にかかるブーツは、固定式等速自在継手や摺動式等速自在継手など、あらゆる等速自在継手に使用するブーツに適用できる。特に、等速自在継手の作動角を大きく取ることのできるタイプに適用することがより効果的である。

ブーツ材質として、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬さが３５以上５０以下である熱可塑性ポリエステル系エラストマーを使用することによって、ブーツは、疲労性や摩耗性、高速回転性（回転時振れ廻り性）に優れ、ブーツとして安定した機能を長期にわたって発揮することができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１に本発明にかかる等速自在継手用ブーツを示し、図２に等速自在継手用ブーツを使用した等速自在継手を示している。

この等速自在継手は、図２に示すように、内周面に複数の案内溝（トラック溝）４を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪１と、外周面に複数の案内溝（トラック溝）５を形成した内側継手部材としての内輪２と、外輪１の案内溝４と内輪２の案内溝５とで協働して形成されるボールトラックに配される複数のボール３と、ボール３を収容するためのポケット８ａを有するケージ８等から構成される。また、内輪２の内周にセレーションやスプライン等のトルク伝達手段を介してシャフト９を連結している。なお、この実施形態の等速自在継手は、案内溝４，５が円弧部と直線部とを有するアンダーカットフリー型（ＵＪ）を示している。

等速自在継手用ブーツ１０は、例えば、エステル系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系、スチレン系等の熱可塑性エラストマーにて形成される。熱可塑性エラストマーは樹脂とゴムの中間の性質を持っている。熱可塑性エラストマーは、熱可塑性樹脂の通常の成形機にて加工することができる。

また、等速自在継手用ブーツ１０は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬さが３５以上５０以下である熱可塑性ポリエステル系エラストマーとすることができる。熱可塑性ポリエステル系エラストマーは、加硫ゴムのような非常に柔軟な材料と、ポリスチレン、ポリアミドやポリブチレンテレフタレートのような高剛性な熱可塑性樹脂との中間の弾性率を持つ材料である。この熱可塑性ポリエステル系エラストマーは、加硫ゴムと高剛性な熱可塑性樹脂の両者の特徴を有し、変形を受けても、元の形状に復元するゴム弾性、加硫ゴムより高い機械的強度、一般的な熱可塑性樹脂に適用できる全ての成形加工法が適用できる熱可塑性などの特徴を示す材料である。

等速自在継手用ブーツ１０は、等速自在継手の外側継手部材（外輪１）の開口端部に装着される大径部１３と、等速自在継手の内側継手部材（内輪２）に連結されたシャフト９に装着される小径部１４と、大径部１３と小径部１４との間に設けられ、軸方向に沿って交互に配設される山部７と谷部６とを有する蛇腹部１５とを備える。山部７と谷部６とは傾斜部（連結部）１２にて連結されている。

外輪１の開口部側の外周面には、周方向に沿った溝からなるブーツ取付部１６が設けられ、このブーツ取付部１６に大径部１３が外嵌される。そして、ブーツ１０の大径部１３の外周面に形成された嵌合溝１７にブーツバンド１８を嵌着することによって、大径部１３を外輪１に固定している。

シャフト９には、外輪１から所定量突出した位置に、周方向に沿ったブーツ取付用溝２０を有するブーツ取付部２２が設けられ、小径部１４がブーツ取付部２２に外嵌される。そして、ブーツ１０の小径部１４の外周面に形成された嵌合溝１９にブーツバンド１８を嵌着することによって、小径部１４をシャフト９に固定している。

図３に示すように、蛇腹部１５において、谷部６はその断面形状をＵ字形状としている。また、谷部６と山部７とを連結する連結部１２を直線状としている。

蛇腹部１５において、山部７を小径部１４側から大径部１３に向かって順に第１山７ａ、第２山７ｂ、第３山７ｃ、第４山７ｄ、第５山７ｅと呼び、谷部６を小径部１４側から大径部１３に向かって順に第１谷６ａ、第２谷６ｂ、第３谷６ｃ、第４谷６ｄ、第５谷６ｅと呼ぶ。

この場合、図１に示すように、大径部側の複数の山部７からなる大径側群２６と、小径部側の複数の山部７からなる小径側群２５とに分け、大径側群２６の山部７の外径面の曲率半径Ｒを小径側群２５の山部７の外径面の曲率半径Ｒ（図３参照）よりも小さく設定している。図例の場合、小径側群は、第１山７ａと第２山７ｂであり、大径側群２６は、他の第３山７ｃ、第４山７ｄ、第５山７ｅである。そして、図３に示すように、第１山７ａの外径面の曲率半径をＲ１とし、第２山７ｂの外径面の曲率半径をＲ２とし、第３山７ｃの外径面の曲率半径をＲ３とし、第４山７ｄの外径面の曲率半径をＲ４とし、第５山７ｅの外径面の曲率半径をＲ５としたときに、Ｒ１＝Ｒ２＞Ｒ３≧Ｒ４≧Ｒ５とされる。すなわち、第１山７ａの曲率半径Ｒ１と第２山７ｂの曲率半径Ｒ２とを同一とするとともに、第３山７ｃの曲率半径Ｒ３と第４山７ｄの曲率半径Ｒ４と第５山７ｅの曲率半径Ｒ５とを同一としたり、第１山７ａの曲率半径Ｒ１と第２山７ｂの曲率半径Ｒ２とを同一とするとともに、大径側群の山部７ｃ、７ｄ、７ｅの外径面の曲率半径を小径部側から大径部側に向かって順次小さくしたりできる。つまり、Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５とできる。なお、外径面の曲率半径Ｒとしては、１ｍｍ以上３ｍｍ以下が望ましい。また、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はＲ２に対して０．８倍以下とするのが好ましい。

さらに、第１山７ａの肉厚をＰ１とし、第２山７ｂの肉厚をＰ２とし、第３山７ｃの肉厚をＰ３とし、第４山７ｄの肉厚をＰ４とし、第５山７ｅの肉厚をＰ５としたときに、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３＜Ｐ４≦Ｐ５としている。

そして、第２山７ｂの肉厚Ｐ２は、この第２山７ｂに隣接する谷部６（第１谷６ａ，第２谷６ｂ）の肉厚Ｔ１、Ｔ２より厚くならないように設定している。すなわち、第２山７ｂの肉厚Ｐ２は、第１・第２谷６ａ、６ｂの肉厚Ｔ１、Ｔ２と同一乃至薄く設定している。また、第２山７ｂ以外の山部７の肉厚Ｐ（Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５）をこれらに隣接する谷部６の肉厚Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）よりも厚くしている。

本発明では、山部７を、大径部側の複数の山部７からなる大径側群２６と、小径部側の複数の山部７からなる小径側群２５とに分け、大径側群２６の山部７の外径面の曲率半径を小径側群２５の山部７の外径面の曲率半径よりも小さく設定したものである。このため、大径側群２６の山部７において回転時の変形がスムースになり、大きな作動角をとった場合においても蛇腹部１５が凹状にへこむことを防止できる。本発明のように、大径側群２６の山部７と小径側群２５の山部７とで、山先端（山部７の外径面）の曲率半径を変化させることが、大径部側と小径部側のそれぞれの山部７の変形を適正に保つために有効である。

このように、本発明では、大きな作動角をとった場合においても蛇腹部１５が凹状にへこむことを防止でき、ブーツが変形した際の山部同士の干渉圧や、谷部６とシャフト９との干渉圧、そして谷部６への応力集中を効果的に分散させて均等化を図ることができ、ブーツの摩耗性や疲労性を向上できる。このためバランスの良いブーツ性能を保持することが可能となり、ブーツのコンパクト化を更に図ることができる。

また、谷部６を断面Ｕ字状に形成すれば、より耐久性（谷部の疲労性と蛇腹部の凹み防止）を向上することができる。谷部６の断面形状をＵ字状とするともに、山部７と谷部６とを連結する連結部１２が直線状であれば、大きな作動角を取った際に、蛇腹部１５が円滑に折畳み変形することができる。

ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬さが３５以上５０以下である熱可塑性ポリエステル系エラストマーとすることにより、ブーツは、疲労性や摩耗性、高速回転性（回転時振れ廻り性）に優れ、ブーツとして安定した機能を長期にわたって発揮することができる。なお、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬さが３５未満の場合や、５０を超える場合は、疲労性や摩耗性にあまり優れるものではない。

このように、本発明のブーツは、θ＝４５ｄｅｇ以上の高作動角を取ることのできるタイプ（例えば、ツェッパ型、バーフィールド型等の固定式等速自在継手）や、外側継手部材の軸線方向にスライドする機構を備えたタイプ（例えば、ダブルオフセット型、トリポード型、クロスグルーブ型等の摺動式等速自在継手）など、あらゆる等速自在継手に適用できる。これにより、疲労性や摩耗性に優れた等速自在継手用ブーツを装着した、耐久性に優れる等速自在継手を構成することができる。すなわち、ブーツにおける蛇腹部１５の大径側群の山部７は、適切な剛性を保持した上で、大きな作動角を取った際に円滑に折れ畳まれることが求められ、それを達成することに本発明のものが適している。

蛇腹部１５として、前記実施形態では山部７が５個であったが、山部７が４個のものであったり、６個であったりする場合がある。さらには、７個以上であったりしてもよい。

山部７が４個のものでは、Ｒ１＝Ｒ２＞Ｒ３≧Ｒ４とし、Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３≦Ｐ４とし、山部７が６個のものでは、Ｒ１＝Ｒ２＞Ｒ３≧Ｒ４≧Ｒ５≧Ｒ６とし、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３＜Ｐ４≦Ｐ５≦Ｐ６とする。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、図１に示す等速自在継手用ブーツでは、小径側群２５は、小径部１４に最近接する山部７（第１山７ａ）と、これの隣の山部７（第２山７ｂ）とで構成し、他の山部７（第３山７ｃ、第４山７ｄ、第５山７ｅ）を大径側群２６の山部７としているが、小径側群２５と大径側群２６としてはこれに限るものではない。すなわち、図１において、第３山７ｃまでを小径側群２５としてもよい。また、摺動式等速自在継手の場合は、固定式等速自在継手よりも作動角が大きくないことから、タイプＤデュロメータによる硬さが５０を超える熱可塑性ポリエステル系エラストマーを使用することができる。あるいは、固定式等速自在継手においても、後輪用駆動軸に適用する場合は、作動角が大きくないことから、タイプＤデュロメータによる硬さが５０を超える熱可塑性ポリエステル系エラストマーを使用することができる。この場合、高速回転性に優れたブーツを得ることが可能となる。

本発明の実施形態を示す等速自在継手用ブーツの断面図である。 前記等速自在継手用ブーツを使用した等速自在継手の断面図である。 前記等速自在継手用ブーツの拡大断面図である。

符号の説明

６ 谷部
７ 山部
１２ 連結部
１３ 大径部
１４ 小径部
１５ 蛇腹部
２５ 小径側群
２６ 大径側群

Claims (10)

1. 等速自在継手の外側継手部材に装着される大径部と、等速自在継手の内側継手部材に連結され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配置される蛇腹部とを備えた等速自在継手用ブーツにおいて、
   蛇腹部は、複数の山部と、この山部と軸方向に沿って交互に配設される複数の谷部と、隣合う山部と谷部とを連結する複数の連結部とを備え、山部を、大径部側の複数の山部からなる大径側群と、小径部側の複数の山部からなる小径側群とに分け、大径側群の山部の外径面の曲率半径を小径側群の山部の外径面の曲率半径よりも小さく設定したことを特徴とする等速自在継手用ブーツ。
2. 小径側群は、小径部に最も近い山部と、これの隣の山部とで構成し、他の山部を前記大径側群の山部としたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用ブーツ。
3. 小径側群の全ての山部の外径面の曲率半径を同一に設定するとともに、大径側群の全ての山部の外径面の曲率半径を同一に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手用ブーツ。
4. 小径側群の全ての山部の外径面の曲率半径を同一に設定するとともに、大径側群の山部の外径面の曲率半径を小径部側から大径部側に向かって順次小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手用ブーツ。
5. 小径部に最も近い山部に隣接する山部における肉厚を、この山部に隣接する谷部における肉厚と同一乃至薄く設定するとともに、他の山部における肉厚を、それぞれの山部に隣接する谷部における肉厚よりも厚くしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツ。
6. 小径部側から順に位置する山部の肉厚をＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・としたとき、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツ。
   蛇腹部の山部が４つで構成されるとき、Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３≦Ｐ４
   蛇腹部の山部が５つで構成されるとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３＜Ｐ４≦Ｐ５
   蛇腹部の山部が６つで構成されるとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３＜Ｐ４≦Ｐ５≦Ｐ６
7. 谷部の断面形状をＵ字状とするとともに、山部と谷部とを連結する連結部が直線状であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツ。
8. ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されるタイプＤデュロメータによる硬さが３５以上５０以下である熱可塑性ポリエステル系エラストマーからなることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツ。
9. 作動角の変位のみを許容し、かつ４５ｄｅｇ以上の作動角をとることが可能な固定式等速自在継手であって、前記請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツを装着したことを特徴とする等速自在継手。
10. 軸線方向の変位と作動角の変位とを許容する摺動式等速自在継手であって、前記請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツを装着したことを特徴とする等速自在継手。

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