JP2010071318A - 等速自在継手用ブーツの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したシール性能を低コストに確保し得る等速自在継手用ブーツの取付構造を提供する。
【解決手段】等速自在継手用ブーツ1の小径端部2は環状アダプタ33を介してシャフト17に、大径端部3は環状アダプタ34を介して外輪11に、それぞれ固定してある。小径端部2の内周面はシャフト17のブーツ取付部18と衝合状態に保持され、外周面は、ブーツ1の構成樹脂と環状アダプタ33とのレーザ接合によって環状アダプタ33の大径段部の内周面に固定されている。環状アダプタ33の小径段部の内周面はかしめ加工によってシャフト17のブーツ取付部18に衝合状態で接合一体化されている。大径端部3の内周面はシャフト17のブーツ取付部19と衝合状態に保持され、外周面は、ブーツ1の構成樹脂と環状アダプタ34のレーザ溶接によって環状アダプタ34の大径段部の内周面に固定されている。環状アダプタ34の小径段部の内周面はかしめ加工によって外輪11の円筒面36に衝合状態で接合一体化されている。
【選択図】図１

Description

本発明は等速自在継手用ブーツの取付構造に関する。

等速自在継手は自動車や各種産業機械の動力伝達機構に組み込まれ、原動軸と従動軸とが角度をなした状態でも一定の角速度でトルクを伝達する役割を果たす。等速自在継手は角度変位だけが可能な固定式と、角度変位だけでなく軸方向変位（プランジング）も可能なしゅう動式とに大別される。そして、継手内部への異物の侵入防止や継手内部に封入した潤滑グリースの漏れ防止を目的として、ブーツを装着して使用するのが一般的である。

等速自在継手用ブーツとしては種々の形状のものが知られているが、図５に示したのはいわゆる蛇腹タイプの例である。このブーツ１００は円筒状の小径端部１０１および大径端部１０２を有し、これらの両端部１０１、１０２は、山部１０４と谷部１０５とが交互に形成された蛇腹部１０６を介して接続される。ブーツ１００の小径端部１０１および大径端部１０２は、その外周をブーツバンド１０８で締め付けることにより、それぞれ第１の相手部材および第２の相手部材に固定される。図示例の場合、第１の相手部材は等速自在継手１１０の内輪１１１から延びるシャフト１１２であり、第２の相手部材は等速自在継手１１０の外輪１１５である。

ブーツ１００の小径端部１０１および大径端部１０２の外周面には環状の凹溝１０７がそれぞれ設けてあり、各凹溝１０７にブーツバンド１０８を装着するようになっている。一方、シャフト１１２の外周面のうち、ブーツ１００の小径端部１０１を固定すべき部分には２条の環状突起１１３、１１４が設けてある。通常、ブーツ１００は樹脂材料から成形し、小径端部１０１および大径端部１０２のうち、特に小径端部１０１におけるシール性は、ブーツバンド１０８を締め付けてシャフト１１２の環状突起１１３、１１４を小径端部１０１の内径面に食い込ませることによって確保する仕様となっている（特許文献１参照）。
実開平４−１２８５３６号公報

上記構造で安定したシール性を確保するには、ブーツバンド１０８を所定の締め代で精度良く締め付ける必要があるが、かかる高精度な締め付けを簡便に、かつ、個体間でのばらつきを生じさせることなく行うのは困難である。特に上記のようにシール性向上を目的として第１の相手部材（シャフト１１２）の外周面に環状突起を設けた場合には、ブーツバンド１０８を精度良く締め付けることが一層難しくなる。そして、かかるブーツバンド締め付けの困難性から、等速自在継手のコスト増が避けられないものとなっている。

また、樹脂製のブーツは一般に型成形されるが、上記のように小径端部１０１および大径端部１０２の外周面に凹溝１０７を設ける場合、ブーツ１００の成形型が複雑化する。さらに、上記構造においては、シャフト１１２に環状突起１１３、１１４を設ける分、シャフト１１２の形状が複雑化している。これら成形型や部材形状の複雑化は等速自在継手のコスト増を招く。

そこで、本発明は、安定したシール性能を低コストに確保し得る等速自在継手用ブーツの取付構造を提供することを主要な目的とするものである。

本発明は、樹脂製のブーツの端部と金属製の環状アダプタとをレーザを照射することで生じる物理的相互作用によりレーザ接合し、前記環状アダプタと相手部材とをかしめ加工によって一体化させた等速自在継手用ブーツの取付構造であって、環状アダプタと相手部材の構成金属とを環状アダプタのかしめにより、環状アダプタを相手部材の被取付面に衝合させた状態で接合一体化させたことを特徴とするものである。

環状アダプタと相手部材の構成金属とを、環状アダプタのかしめにより、環状アダプタを相手部材の被取付面に衝合させた状態で接合一体化し、かつ、環状アダプタと樹脂ブーツをレーザ接合すれば、固定すべきブーツおよび相手部材の２部材に形状的な工夫を凝らすことなく両者を強固に固定することができ、しかも、かかる高強度の固定が簡便にかつ精度良く行うことができる。かしめにより環状アダプタ内の弾性ブーツ材料によるシール効果も付与できる。また、ブーツ端部の外周面形状を簡略化することができる。以上のことから、安定したシール性能を低コストに確保することが可能となる。上記の物理的相互作用は、ファンデルワールス力とも称される。

上記の相手部材となるのは、等速自在継手を構成する外方部材および内方部材のうち、どちらか一方または両方である。本発明は、固定式等速自在継手およびしゅう動式等速自在継手のどちらにも適用することができる。等速自在継手は外方部材と内方部材と両者間に介在させたトルク伝達要素を有し、外方部材を原動軸または従作軸と接続し、内方部材を従動軸または原動軸と接続する。そして、すでに述べたとおり、固定式等速自在継手では外方部材と内方部材との間で角度変位だけが可能で、しゅう動式等速自在継手では角度変位だけでなく軸方向変位（プランジング）も可能である。

本発明は、かしめ加工およびレーザ接合法と称される手法を用いて、樹脂製のブーツの端部と金属製の相手部材を、金属製の環状アダプタを介して接合一体化するようにしたものである。レーザ接合は、例えば、環状アダプタの取付面と相手部材の被取付面とを衝合させた状態で環状アダプタ側からレーザを照射することにより、環状アダプタを瞬間的に加熱し、両者の衝合部近傍の樹脂（ブーツを構成する樹脂材料）を選択的に分解温度以上に加熱溶融して気泡を生成させ、気泡周辺の樹脂の融液と相手部材の構成金属とをファンデルワールス結合させる手法であり、極めて短時間のうちに両者を強固に固定することができる。

ブーツは、成形性、耐疲労性、高速回転性等に優れた特性を示す熱可塑性エラストマー製とするのが望ましい。この場合に使用可能な熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリスチレン系、塩化ビニル系、フッ素系等の各種熱可塑性エラストマーを挙げることができるが、機械的強度、耐熱性、耐油性等を考慮すると、ポリエステル系の熱可塑性エラストマーが特に好適である。

環状アダプタは径違いの段付きリングの形状とするのが好ましい。それぞれの段でレーザを透過させて樹脂製の相手部材と金属製の相手部材と接合するとき、金属表面の加熱には樹脂に比べて大きなレーザパワー（エネルギー）を要するため、金属部材側の環状アダプタの肉厚を薄くしておくことでレーザ透過の際のエネルギー減衰を抑える必要があるからである。ブーツ材料中に紫外線からの耐候性を付与するためにカーボンブラックを配合するのが好ましい。カーボンブラックの添加量は、例えばベースとなる熱可塑性エラストマーに対して０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とする。０．１ｗｔ％より少ないと紫外線によりブーツ表面に亀裂を生じることがありブーツの耐久性が低下することがあった。また、５ｗｔ％より大きいと樹脂ブーツ材料としての屈曲疲労性が低下し、ブーツ寿命低下などの性能低下を引き起こす。カーボンブラックは着色材として機能する。

環状アダプタの材質は、レーザ溶接が可能なステンレス系の金属が好適であり、その一例としてＳＵＳ３０４が挙げられる。これは、等速自在継手の作動環境によっては非常に耐食性が求められる場合があり、シャフト材よりも薄肉になる環状アダプタは比較的短時間で腐食してしまうことが考えられるため、より耐食性を有する材料が求められることによる。

環状アダプタとブーツとの締め代は直径で０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが望ましい。下限を０．０５ｍｍとしたのは、締め代がそれより小さいと緊迫力が不足して相手部材との間にすきまができることがあり、そのために接合部が形成されなくなるおそれがあるからである。また、上限を０．２ｍｍとしたのは、締め代をそれ以上大きくすると、環状アダプタをブーツにはめる時に過大な力が必要となり作業性が低下するからである。

使用するレーザの例としては、半導体レーザまたはファイバレーザを挙げることができる。レーザビームの照射方式としては、連続式またはパルス式のどちらでもよいが、高精度かつ高強度な接合部を形成するうえで、連続式が好適である。レーザビームのスポットが円形の場合、接合幅を稼いで必要強度を確保するため、スポットサイズをφ２ｍｍ以上とするのが好ましい。レーザビームのスポットが矩形の場合、長辺を相手部材（シャフトまたは外輪）の軸方向とし、その長辺を２ｍｍ以上とすることで、レーザ加工の接合幅とすることができ、必要強度を確保することができる。

本発明によれば、安定したシール性能を低コストに確保することができる。これにより、信頼性および耐久性に優れた等速自在継手を低コストに提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく述べる。
図１に示す等速自在継手１０は、外方部材としての外輪１１と、内方部材としての内輪１３と、トルク伝達要素としてのボール１５と、ボール１５を保持するためのケージ１６を有し、外輪１１と内輪１３との間で角度変位だけが可能な固定式等速自在継手である。外輪１１はベル型で、図に現れていないステム部で原動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。外輪１１は凹球面状の内周面を有し、円周方向に等間隔に複数のトラック溝１２が形成してある。内輪１３は凸球面状の外周面を有し、円周方向に等間隔に複数のトラック溝１４が形成してある。内輪１３はスプラインまたはセレーションでトルク伝達可能にシャフト１７（従動軸または原動軸）と接続してある。内輪１３とシャフト１７を一体的に形成したものであってもよい。内輪１３とシャフト１７を合わせて内方部材と呼ぶこととする。外輪１１のトラック溝１２と内輪１３のトラック溝１４は対をなし、各対のトラック溝１２、１４間に１個のボール１５が組み込んである。ケージ１６は外輪１１の内周面と内輪１３の外周面との間に介在させてある。ボール１５はケージ１６の円周方向に所定間隔で形成したポケット１６ａに収容させてある。したがって、すべてのボール１５はケージ１６によって同一平面に保持される。

ブーツ１は蛇腹タイプで、円筒状の小径端部２と、円筒状の大径端部３と、小径端部２と大径端部３を接続する蛇腹部４とを有する。蛇腹部４は、軸方向に沿って交互に配設した山部５および谷部６と、両部を接続する傾斜部７とからなる。小径端部２は環状アダプタ３３を介してシャフト１７に固定され、大径端部３は環状アダプタ３４を介して外輪１１に固定される。

ブーツ１は、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリスチレン系、塩化ビニル系、フッ素系等の熱可塑性エラストマーを主成分とする樹脂材料で形成される。この中でも、ポリエステル系の熱可塑性エラストマー（熱可塑性ポリエステルエラストマー）を主成分とする樹脂材料はコストに対して機械的強度、耐熱性、耐油性等に優れた特性を示す。また、詳細は後述するが、ポリエステル系の熱可塑性エラストマーは、シャフト１７の構成金属および外輪１１の構成金属との間に比較的大きなファンデルワールス力を生じさせる、換言すると、ブーツ１とシャフト１７および外輪１１とを強固に接合することができるため好適である。

熱可塑性ポリエステルエラストマーは、高融点結晶性ポリエステル共重合体セグメントと低融点重合体セグメントとからなるポリエステルブロック共重合体を主体とするものである。熱可塑性ポリエステルエラストマーを構成するポリエステルブロック共重合体の高融点結晶性ポリエステル共重合体セグメントは、例えば、芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体と脂肪族ジオールから形成されるポリエステルであり、その中でもテレフタル酸および／またはジメチルテレフタレートと１，４−ブタンジオールとから誘導されるポリブチレンテレフタレートが特に好適である。もちろん、選択可能な高融点結晶性ポリエステル共重合体セグメントはこれに限定されるわけではなく、上記以外にも例えば、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、あるいはこれらのエステル形成性誘導体などのジカルボン酸成分と、分子量３００以下のジオール、例えば、エチレングリコール、トリメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、デカメチレングリコール等の脂環式ジオール、あるいはビス（ｐ−ヒドロキシ）ジフェニル、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロパン、４，４’−ジヒドロキシ−ｐ−ターフェニル、４，４’−ｐ−クオーターフェニル等の芳香族ジオール等とから誘導されるポリエステルや、これらのジカルボン酸成分およびジオール成分を２種以上併用した共重合ポリエステル等であってもよい。また、アジピン酸やセバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸を共重合したものであってもよい。さらに、３官能以上の多官能カルボン酸成分、多官能オキシ酸成分および多官能ヒドロキシ成分などを５モル％以下の範囲で共重合したものも使用可能である。

熱可塑性ポリエステルエラストマーを構成するポリエステルブロック共重合体の低融点重合体セグメントは、脂肪族ポリエーテルおよび／または脂肪族ポリエステルであり、その数平均分子量が共重合された状態において３００〜６０００程度のものが特に好適である。使用可能な脂肪族ポリエーテルとしては、例えば、ポリ（エチレンオキシド）グリコール、ポリ（プロピレンオキシド）グリコール、ポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、ポリ（ヘキサメチレンオキシド）グリコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの共重合体、ポリ（プロピレンオキシド）グリコールのエチレンオキシド付加重合体、エチレンオキシドとテトラヒドロフランの共重合体などが挙げられる。

使用可能な脂肪族ポリエステルとしては、ポリカプロラクトン、ポリエナントラクトン、ポリカプリロラクトン、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペートなどが挙げられる。ポリエステルブロック共重合体としての弾性特性を考慮すると、上に例示したもののうち、ポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、ポリ（プロピレンオキシド）グリコールのエチレンオキシド付加重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンアジペート、ポリブチレンアジペートなどが特に好適である。ポリエステルブロック共重合体における低融点重合体セグメントの共重合量は１０〜８０質量％とするのが望ましく、１５〜７５質量％とするのがより望ましい。

ブーツ１を形成する樹脂材料に、ブーツ１のシャフト１７および外輪１１に対する接合強度に悪影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、耐光剤、耐加水分解防止剤、着色剤（カーボンブラック、顔料、染料等）、難燃剤などの各種添加剤を適宜添加することも可能である。またブーツ材料中に紫外線からの耐候性を付与するためにカーボンブラックを配合するのが好ましい。カーボンブラックの添加量は、例えばベースとなる熱可塑性エラストマーに対して０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とする。０．１ｗｔ％より少ないと紫外線によりブーツ表面に亀裂を生じることがありブーツの耐久性が低下することがあった。また、５ｗｔ％より大きいと樹脂ブーツ材料としての屈曲疲労性が低下し、ブーツ寿命低下などの性能低下を引き起こす。カーボンブラックは着色材として機能する。
ブーツ１の製造方法は限定されないが、例えば、押出ブロー、射出ブロー、プレスブローなどのブロー成形や射出成形などが採用可能である。

シャフト１７は、例えば、Ｓ４０Ｃ、ＳＢＭ４０Ｃ等に代表される炭素鋼、特に高周波焼入れ等の表面熱処理を所要部分に施した炭素鋼を用いて中空軸あるいは中実軸に形成されている。シャフト１７には、図１に示すように組み立てた状態で外輪１１から所定量突出した位置となる部分に、平滑な円筒面状のブーツ取付部１８が設けてある。そして、ブーツ１の小径端部２の内周面は、ブーツ１の構成樹脂とシャフト１７の構成金属との物理的相互作用によりブーツ取付部１８の外周面に衝合状態で接合一体化され、これによりブーツ１の小径端部２がシャフト１７のブーツ取付部１８に固定される。つまり、ここでは、ブーツ１の小径端部２の内周面が「取付面」となり、シャフト１７のブーツ取付部１８の外周面が「被取付面」となる。

ここで、シャフト１７のブーツ取付部１８にブーツ１の小径端部２を固定する方法を図２および図３を参照して詳しく述べる。

図２は、レーザ照射装置３０を備えた製造装置の概略構成を例示したものである。レーザ照射装置３０はブーツ１の小径端部２の外径側に配置してある。シャフト１７のブーツ取付部１８にブーツ１の小径端部２を取り付け、その上に環状アダプタ３３を被せることにより、小径端部２の内周面（取付面）とブーツ取付部１８の外周面（被取付面）とを衝合状態に保持する。

このとき、環状アダプタ３３とブーツ取付部１８との締め代が直径で０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが望ましい。下限については、締め代が０．０５ｍｍより少ないと緊迫力が小さくシャフト表面との間にわずかにすきまができることがあり、そのために接合部が形成されないことがあることが実験により確認されたからである。また、上限については、０．５ｍｍより大きいと環状アダプタ３３をブーツ取付部１８にはめる時に非常に大きな力を要し作業性の低下を招くことが実験により確認されたからである。

環状アダプタ３３は小径段部と大径段部からなる段つきのリング形状となっている。これは、それぞれの段部でレーザを透過させて接合するときに、レーザ透過の際にエネルギー減衰が生じるところ、金属表面の加熱にはより大きなレーザパワー（エネルギー）を要するため、金属部材側の環状アダプタの肉厚を薄くしておく必要があるからである。具体的には、シャフト１７のブーツ取付部１８に対応する小径段部は、ブーツ１の小径端部２に対応する大径段部よりも薄肉にしてある。

レーザ照射装置３０は、放電ランプや半導体レーザ等の励起源を備え、その先端部からブーツ１の小径端部２に向けて所定パワーのレーザビーム３１を照射するものである。レーザとしては、半導体励起式のＹＡＧレーザや同じ近赤外線レーザである半導体レーザ・ファイバレーザを使用することが可能である。例えば、レーザビーム３１のビーム品質、経済性等を考慮して、半導体レーザを励起源とするレーザダイオード（ＬＤ）励起方式のＮｄ・ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ、ロフィン・バーゼルジャパン（株）製）が用いられる。レーザ照射装置３０におけるレーザビーム３１の照射方式としては、連続式またはパルス式のいずれであってもよいが、高精度かつ高強度な接合部２０（図１）、２０´（図３（Ｂ））を形成するうえで、特に連続式が好適である。また、照射するレーザビーム３１のパワーは任意に調整可能である。

なお、図示は省略しているが、レーザ照射装置３０とブーツ１の小径端部２との間に、レーザビーム３１のビーム径を調整するための凸レンズや凹レンズを有するビーム径調整手段を配設することも可能である。例えば、レーザビームをスポットサイズがφ２ｍｍ以上の円形とし、あるいは、長辺が２ｍｍ以上の矩形とすることができる。ビームのスポットサイズがφ２ｍｍより小さいと接合幅が稼げず必要強度が得られない場合があり得る。矩形形状としたときは、その長辺をシャフトの軸線と平行に配置することでレーザ加工の接合幅とすることができ、長辺の長さを２ｍｍ以上とすることで必要強度を確保することができる。また、これも図示は省略しているが、接合作業中にレーザの照射部位近傍が酸化するのを防止するため、周囲の空気を遮断するためのアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを吹き付けるシールドガス噴射装置を配設することも可能である。

図２に示すように、まず、ブーツ１の小径端部２をシャフト１７のブーツ取付部１８にはめ、その上から環状アダプタ３３の大径段部を被せる。これにより、環状アダプタ３３の小径段部の内周面とシャフト１７のブーツ取付部１８の外周面、および、環状アダプタ３３の大径段部の内周面とブーツ１の小径端部２の外周面が、それぞれ衝合した状態で保持される。次に、レーザ照射装置３０からレーザビーム３１を環状アダプタ３３の各段部すなわち小径段部と大径段部にそれぞれ照射する。すると、環状アダプタ３３の大径段部（図２の右側）では、レーザビーム３１は環状アダプタ３３を急速に加熱し、ブーツ１表面の対応部位も急速に加熱される。

レーザビーム３１を引き続き照射し、ブーツ１の構成樹脂の分解温度（融点）以上まで加熱すると、環状アダプタ３３の内周面のうち、被照射部との接触部には樹脂が溶融してなる溶融部が形成され、溶融部内には気泡が生成する。そして、所定時間レーザビーム３１を照射した後レーザビーム３１の照射を一旦停止すると、気泡周辺（溶融部２´：図３（Ａ））の融液と締め代緊迫力から付与される加圧力とによって、ブーツ１の構成樹脂（熱可塑性エラストマー）と環状アダプタ３３の構成金属との間に物理的相互作用が生じ、両者がファンデルワールス結合してなる接合部２０´が形成される（図３（Ｂ）参照）。

環状アダプタ３３の小径段部とシャフト１７のブーツ取付面１８とは、環状アダプタ３３にかしめ加工を施すことによって接合する。

環状アダプタ３３の大径段部の内周面とブーツ１の小径端部２の外周面との間の円周方向所定領域に溶着部２０が形成されると、レーザ照射装置３０とワーク（ブーツ１と環状アダプタ３３が固定されたシャフト１７）を相対回転させて、環状アダプタ３３とブーツ取付部１８との間の円周方向他領域に上に述べたのと同様にして接合部２０を形成する。なお、これらの接合部２０は、円周方向で連続した円環状に形成するほか、断続的（円弧状）に形成することも可能である。

このようにして所定の接合部２０を形成すると、環状アダプタ３３の小径段部の内周面はシャフト１７のブーツ取付部１８の外周面に衝合状態で接合一体化され、環状アダプタ３３の大径段部の内周面はブーツ１の小径端部２の外周面と接合される。

なお、両者の接合一体化（接合部２０の形成）に際し、照射するレーザビーム３１のパワーが過大であると、シャフト１７の被照射部１８ａ（図３（Ａ））が溶解するおそれがある。かかる事態を防止するためにレーザビーム３１のパワーは２００〜９００Ｗに設定するのが望ましい。例えば、レーザビーム３１のパワーを８００Ｗに設定する。また、シャフト１７の被照射部１８ａに照射するレーザビーム３１のビーム径は、φ０．６ｍｍ以上に調整するのが望ましい。ビーム径が小さすぎると接合部２０の形成に多大な時間を要するからである。例えば、レーザビーム３１のフォーカス位置からずらした部分がシャフト１７の被照射部１８ａに照射されるように条件設定を行い、これにより被照射部１８ａの溶解を防止するとともに、ビーム径の拡大すなわち１サイクルで形成し得る接合部２０の面積拡大を図ることができる。

図６に示すような環状アダプタ３３´を使用してもよい。図６（Ａ）（Ｂ）から分かるように、環状アダプタ３３´は円筒部３３ａと円錐台部３３ｂとからなる。円筒部３３ａと円錐台部３３ｂは、それぞれ、既述の環状アダプタ３３の大径段部と小径段部に相当する。円錐台部３３ｂは複数の切り込み３３ｃを設けて、図６（Ｂ）に円弧矢印で示すように弾性変形できるようにしてある。また、図６（Ａ）に示すように、シャフト１７に追加の環状溝１９ｂを設けるとともに、環状溝１９ｂの両側壁のうち、ブーツ取付部１８側の側壁を環状アダプタ３３´の円錐台部３３ｂの形状に合わせて斜めにカットしてある。

ブーツ１の小径端部２の内周に設けた環状突起２ａを、シャフト１７の環状溝１９ａにはめ込んで小径端部２の軸方向の位置決めをする。続いてブーツ１の小径端部２の外周に被せるようにして環状アダプタ３３´を装着し、小径端部２の段差２ａに突き当たるまで軸方向に移動させる。このとき、ブーツ１の小径端部２とシャフト１７は小径端部２の締め代により、またブーツ小径端部２の外周面と環状アダプタ３３´の円筒部３３ａの内周面の締め代によりシャフト上にブーツはすきまなく固定される。

自然状態における環状アダプタ３３´の円錐台部３３ｂの内径はシャフト１７の外径より小さい。したがって、環状アダプタ３３´をシャフト１７にはめると、図６（Ｃ）に示すように、切り込み３３ｃ部分が弾性変形によって拡がる。環状アダプタ３３´を軸方向に移動させると、円筒部３３ａの端面がブーツ１の小径端部２の段差２ｂに突き当たると同時に円錐台部３３ｂが環状溝１９ｂに到来して弾性で縮径する。この時点で環状アダプタ３３´は軸方向に位置決めされる。

その後、ブーツ１の小径端部２の外周面に位置する環状アダプタ３３´の外周側からレーザを照射してブーツ１の小径端部２の外周面と環状アダプタ３３´の内周面をレーザ接合する。図２および図３を参照して環状アダプタ３３について既に述べたところと実質的に同じである。このようにして、ブーツ１の小径端部２と環状アダプタ３３´がシャフト１７のブーツ取付部１８上に固定される。

次に、ブーツ１の大径端部３を外輪１１のブーツ取付部１９に装着する場合について述べる。ここで、外輪１１はシャフト１７と同様に例えばＳ４０Ｃ、ＳＢＭ４０Ｃ等に代表される炭素鋼、特に高周波焼入れ等の表面熱処理を所要部分に施した炭素鋼を用いて形成される。外輪１１の開口端部の外周面には径違いの平滑な円筒面１９、３６が設けてある。小径の円筒面１９はブーツ取付部であり、大径の円筒面３６は環状アダプタ３４を取り付けるための部分である。環状アダプタ３４はすでに述べた環状アダプタ３３と同様の段付きで、小径段部と大径段部からなる。

環状アダプタ３４の大径段部とブーツ１の大径端部３との締め代は直径で０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが望ましい。下限については、締め代が０．０５ｍｍより少ないと、緊迫力が小さくブーツ表面との間にわずかにすきまができることがあり、そのために接合部が形成されないことのあることが実験により確認された。上限については、締め代が０．２ｍｍより大きいと、環状アダプタ３４をブーツ１の大径端部３にかぶせるときにブーツ１がずれてしまうことのあることが実験により確認された。

あらかじめ環状アダプタ３４を外輪１１にはめてブーツ取付部１９が露出するようにずらせておき、まず、外輪１１のブーツ取付部１９にブーツ１の大径端部３を取り付け、その後、環状アダプタ３４をスライドさせてその大径段部をブーツ１の大径端部３の上に被せるとともに小径段部を円筒面３６上に位置させる。これにより、環状アダプタ３４の大径段部の内周面とブーツ１の大径端部３の外周面、および、環状アダプタ３４の小径段部の内周面と外輪１１の円筒面３６が、それぞれ衝合した状態で保持される。

続いて図２に関連して述べたように、レーザ照射装置３０からレーザビーム３１を環状アダプタ３４の大径段部に半径方向外側から照射すると、レーザビーム３１は環状アダプタ３４を急速に加熱し、ブーツ１の大径端部３の対応部位も急速に加熱される。

レーザビーム３１を引き続き照射し、ブーツ１の構成樹脂の分解温度（融点）以上まで加熱すると、環状アダプタ３４の内周面のうち、被照射部との接触部には樹脂が溶融してなる溶融部が形成され、溶融部内には気泡が生成する。そして、所定時間レーザビーム３１を照射した後レーザビーム３１の照射を一旦停止すると、気泡周辺（溶融部２´：図３（Ａ）参照）の融液と締め代緊迫力から付与される加圧力とによって、ブーツ１の構成樹脂（熱可塑性エラストマー）と環状アダプタ３４の構成金属との間に物理的相互作用が生じ、両者がファンデルワールス結合してなる接合部２０´が形成される（図３（Ｂ）参照）。

環状アダプタ３４と外輪１１とはかしめ加工によって接合する。例えば、
環状アダプタ３４の小径段部を外輪１１の円筒面３６にはめたうえで、環状アダプタ３４の内周面と外輪１１の外周面にかしめ部を形成する。

環状アダプタ３４の大径段部の内周面とブーツ１の大径端部３の外周面との間の円周方向所定領域に溶着部が形成されると、レーザ照射装置３０とワーク（ブーツ１と環状アダプタ３４が固定された外輪１１）を相対回転させて、環状アダプタ３４の大径段部とブーツ１の大径端部３の円周方向他領域に上に述べたのと同様にして接合部を形成する。なお、これらの接合部は、円周方向で連続した円環状に形成するほか、断続的（円弧状）に形成することも可能である。

述べたとおり、環状アダプタ３３、３４と相手部材としてのシャフト１７および外輪１１とのかしめ加工により、環状アダプタ３３、３４の小径段部の内周面（取付面）が、シャフト１７のブーツ取付部１８および外輪１１の円筒面３６（被取付面）に衝合状態で接合一体化される。また、環状アダプタ３３、３４と相手部材としてのブーツ１の構成樹脂（カーボンブラック含有）とのレーザ接合により衝合状態で接合一体化される。そのため、相互に固定されるブーツ１の小径端部２の内周面とシャフト１７のブーツ取付部１８、および、ブーツ１の大径端部３の内周面と外輪１１のブーツ取付部１９に、形状的な工夫を凝らすことなく両者を高強度に固定することができ、しかも、かかる高強度の固定が、簡便に、かつ精度良く行い得る。また、従来両者の固定に用いていたブーツバンドを省略することができ、さらにはブーツバンドの省略に伴ってブーツ１の小径端部２および大径端部３の形状を簡略化することができる。したがって、安定したシール性能を低コストに確保した等速自在継手用ブーツの取付構造が得られ、これにより、信頼性および耐久性に優れた等速自在継手を低コストに提供することができる。

また、レーザ接合法であれば、超音波接合等の振動を伴う手法で固定すべき２部材を相互に固定する際に問題となるバリの発生を抑制あるいは防止することができるほか、対応可能なサイズや形状に制約がないので、継手の設計自由度を損なうこともない。また、接合に伴って粉じん等が発生しないので、作業者に安全であるばかりでなく粉じん除去装置等を設ける必要もない。また、ろう接合等では熱影響によってブーツ１全体にひずみ等が生じる事態が懸念されるが、上述したレーザ接合法ではかかる事態も防止される。

ここでは、ブーツ１の小径端部２および大径端部３の双方を、レーザ接合法によって相手部材としてのシャフト１７および外輪１１にそれぞれ固定した場合について述べたが、かかるブーツ取付構造は、ブーツ１の小径端部２側あるいは大径端部３側のみに採用してもよく、その場合でも従来構成に比べて十分な低コスト化が図られる。

次に、図４を参照して別のタイプの等速自在継手に適用した場合について述べる。同図に示す等速自在継手５０は、クロスグルーブ型と呼ばれるしゅう動式等速自在継手の一種であって、外方部材としての外輪５１と、内方部材としての内輪５３と、トルク伝達要素としてのボール５５と、ボール５５を保持するためのケージ５６を有している。外輪５１は略円筒状のディスク型で、フランジ結合により原動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。外輪５１の内周面に複数のトラック溝５２が形成してある。内輪５３はスプラインまたはセレーションで金属製のシャフト５７（従動軸または原動軸）とトルク伝達可能に接続してある。ここでも、内輪５３とシャフト５７を合わせて内方部材と呼ぶこととする。内輪５３の外周面にも複数のトラック溝５４が形成してある。外輪５１のトラック溝５２と内輪５３のトラック溝５４は対をなし、各対のトラック溝５２、５３間にボール５５が組み込んである。一対のトラック溝５２、５３は、回転軸線に対して互いに逆方向に傾斜しており、ボール５５はトラック溝５２、５３の交差部に配置してある。ボール５５はケージ５６のポケット５６ａに収容され、すべてのボール５５はケージ５６によって同一平面に保持される。

外輪５１の一方の端面にはエンドキャップ５９が取り付けてあり、他方の端面にはブーツ４０とブーツアダプタ４４とからなる密封装置が取り付けてあり、これにより、継手内部への異物の侵入防止や継手内部に封入された潤滑グリースの漏れ防止が図られる。ブーツアダプタ４４は、例えば金属材料で略円筒状に形成され、その一端に形成したフランジ４４ａを外輪５１の外周面に取り付け、かしめなど適宜の手段で固定してある。ブーツ４０は小径端部４１と、大径端部４２と、小径端部４１と大径端部４２を接続する中間部４３とを有する。このブーツ４０は、図１に示すブーツ１と同様に、熱可塑性エラストマー、その中でもポリエステル系の熱可塑性エラストマーを主成分とする樹脂材料で形成されている。ブーツ４０の大径端部４２は、ブーツアダプタ４４のフランジ４４ａとは反対側の端部４４ｂにかしめにより固定してある。

シャフト５７には、図４に示すように組み立てた状態において外輪５１から所定量突出した位置となる部分に、平滑な円筒面状のブーツ取付部５８が設けてある。そして、ブーツ４０の小径端部４１の内周面は、ブーツ４０の構成樹脂とシャフト５７の構成金属との物理的相互作用によりシャフト５７のブーツ取付部５８の外周面に衝合状態で接合一体化され、これによりブーツ４０の小径端部４１がシャフト５７のブーツ取付部５８に固定されている。両者の接合方法は図２および図３に関連してすでに述べたところに準じるので詳細な説明を省略する。

かかる取付構造を採用することにより、図１の実施の形態と同様に、相互に固定されるブーツ４０の小径端部４１およびシャフト５７のブーツ固定部５８に形状的な工夫を凝らすことなく両者を高強度に固定することができ、しかも、かかる高強度の固定が簡便にかつ精度良く行うことができる。

なお、図示は省略するが、シャフト１７、５７にパーカライジング等の防錆処理を施すことにより、少なくともブーツ取付部１８、５８の表面にリン酸塩被膜等の防錆被膜が形成されたものを使用することも可能である。かかる構成を採用すれば、シャフトに対するブーツの固定強度を一層高めることが可能となる。同様の観点から、特に図１の実施の形態においては、防錆処理を施すことによって、少なくともブーツ取付部１９の表面にリン酸塩被膜等の防錆被膜を形成した外輪１１を用いることもできる。

以上、図面に従って本発明の実施の形態を説明したが、本発明はここに示し、かつ記述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施し得ることはもちろんのことであり、本発明は、特許請求の範囲によって画定されるもののほかそれと均等の、あらゆる変更を含む。

本発明の実施の形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 ブーツの取付工程を概念的に示す縦断面図である。 接合部の形成プロセスを概念的に示すブーツとシャフトの衝合部分の断面図である。 本発明の実施の形態を示すしゅう動式等速自在継手の縦断面図である。 従来の技術を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 環状アダプタの別の実施例を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図、（Ｃ）は装着過程の斜視図、（Ｄ）は装着完了時点の斜視図である。

符号の説明

１ ブーツ
２ 小径端部
２ａ 環状突起
２ｂ 段差
３ 大径端部
４ 蛇腹部
１０ 等速自在継手
１１ 外輪
１９ ブーツ取付部
３６ 円筒面
１３ 内輪
１５ ボール
１６ ケージ
１７ シャフト
１８ ブーツ取付部
１９ａ、１９ｂ 環状溝
２０、２０´ 接合部
３０ レーザ照射装置
３１ レーザビーム
３３、３３´、３４ 環状アダプタ
３３ａ 円筒部
３３ｂ 円錐台部
３３ｃ 切り込み

Claims (10)

1. 樹脂製のブーツの端部と金属製の環状アダプタとをレーザ接合し、前記環状アダプタを金属製の相手部材に固定した等速自在継手用ブーツの取付構造であって、環状アダプタと相手部材とをかしめ加工によって一体化させた等速自在継手用ブーツの取付構造。
2. 等速自在継手は相対変位可能な外方部材と内方部材を有し、前記相手部材は内方部材である請求項１の等速自在継手用ブーツの取付構造。
3. 等速自在継手は相対変位可能な外方部材と内方部材を有し、前記相手部材は外方部材である請求項１の等速自在継手用ブーツの取付構造。
4. ブーツの構成材料はカーボンブラックを配合した熱可塑性エラストマーである請求項１から３のいずれか１項の等速自在継手用ブーツの取付構造。
5. 環状アダプタの構成材料はステンレス系金属である請求項１から４のいずれか１項の等速自在継手用ブーツの取付構造。
6. 環状アダプタとブーツの締め代は０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である請求項１から５のいずれか１項の等速自在継手用ブーツの取付構造。
7. レーザとして半導体レーザまたはファイバレーザを使用した請求項１から６のいずれか１項の等速自在継手用ブーツの取付構造。
8. レーザビームの照射方式を連続式とした請求項１から７のいずれか１項の等速自在継手用ブーツの取付構造。
9. レーザビームのスポットサイズがφ２ｍｍ以上であるレーザを用いた請求項１から８のいずれか１項の等速自在継手用ブーツの取付構造。
10. レーザビームのスポットサイズが矩形形状でその長辺が２ｍｍ以上であるレーザを用いた請求項１から８のいずれか１項の等速自在継手用ブーツの取付構造。

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