JP2010230049A - ブーツ取付構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定したシール性能を低コストに確保し得るブーツ取付構造を提供する。
【解決手段】等速自在継手の内側継手部材に連結されたシャフト17と、シャフト17に外嵌される樹脂製等速自在継手ブーツ1とを取付けるブーツ取付構造である。ブーツは、シャフト17に外嵌される開口側の第1円筒部2aと、第1円筒部2aよりも軸方向内方側に配設されてシャフトに外嵌される第2円筒部2bと、第1円筒部2aと第2円筒部2bとの間に配設されて外径側へ突出する山部2cとを備える。ブーツ1の第2円筒部2aの内径寸法とシャフト17の第2円筒部対応部21の外径寸法とを同一とする。シャフト17は、第1円筒部対応部20と第2円筒部対応部21との間に山部に対応するバンド締結用突起28を有する。第1円筒部2aへの外径側からのレーザー光照射による第1円筒部対応部20の加熱で、ブーツ1の第1円筒部20をシャフト17の第1円筒部対応部20に衝合状態で接合一体化する。
【選択図】図1
【解決手段】等速自在継手の内側継手部材に連結されたシャフト17と、シャフト17に外嵌される樹脂製等速自在継手ブーツ1とを取付けるブーツ取付構造である。ブーツは、シャフト17に外嵌される開口側の第1円筒部2aと、第1円筒部2aよりも軸方向内方側に配設されてシャフトに外嵌される第2円筒部2bと、第1円筒部2aと第2円筒部2bとの間に配設されて外径側へ突出する山部2cとを備える。ブーツ1の第2円筒部2aの内径寸法とシャフト17の第2円筒部対応部21の外径寸法とを同一とする。シャフト17は、第1円筒部対応部20と第2円筒部対応部21との間に山部に対応するバンド締結用突起28を有する。第1円筒部2aへの外径側からのレーザー光照射による第1円筒部対応部20の加熱で、ブーツ1の第1円筒部20をシャフト17の第1円筒部対応部20に衝合状態で接合一体化する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ブーツ取付構造に関する。
例えば自動車や各種産業機械の動力伝達機構に組み込まれる等速自在継手には、継手内部への塵埃などの異物侵入防止や継手内部に封入されたグリースの漏洩防止を目的として、ブーツ(等速自在継手用ブーツ)が装着される。
ところで、等速自在継手(固定型等速自在継手)は、図6に示すように、内周面に複数のトラック溝112を形成した外側継手部材としての外輪111と、外周面に複数のトラック溝114を形成した内側継手部材としての内輪113と、外輪111のトラック溝112と内輪113のトラック溝114とで協働して形成されるボールトラックに配された複数のボール115と、ボール115を収容するためのポケット116aを有するケージ116とで主要部が構成されている。内輪113の内周には、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117が連結される。
また、このような等速自在継手に装着されるブーツ100は、小径部101と、大径部102と、小径部101と大径部102とを連結する蛇腹部106とを備える。蛇腹部106は、谷部104と山部105とが交互に形成されてなる。そして、ブーツ100の大径部102が、等速自在継手の外輪111の開口部に外嵌された状態でブーツバンド108が締め付けられて、外輪111に固定される。また、ブーツ100の小径部101は、シャフト117の被取付部120に外嵌された状態でブーツバンド108が締め付けられて、シャフト117に固定される(特許文献1参照)。
ブーツ100の小径部101および大径部102の外周面には環状の凹溝107がそれぞれ設けられ、各凹溝107にブーツバンド108が嵌合される。一方、シャフト117の被取付部120には二条の環状突起123,124が設けられている。すなわち、ブーツ100は樹脂材料で形成されるのが一般的で、小径部101および大径部102のうち、特に小径部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117に設けた環状突起123,124を小径部101の内径面に食い込ませることによって確保される仕様となっている。
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、シャフト117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。かかるブーツバンド締め付けの困難性とブーツバンド108を用いることによる部品点数増とから、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、樹脂ブーツは一般に型成形されるが、上記のように小径部101および大径部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117に環状突起123,124を設ける分、シャフト117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高を招く。
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、安定したシール性能を低コストに確保し得るブーツ取付構造を提供することにある。
本発明のブーツ取付構造は、等速自在継手の内側継手部材に連結されたシャフトと、このシャフトに外嵌される樹脂製等速自在継手ブーツとを取付けるブーツ取付構造において、前記等速自在継手用ブーツは、シャフトに外嵌される開口側の第1円筒部と、この第1円筒部よりも軸方向内方側に配設されてシャフトに外嵌される第2円筒部と、第1円筒部と第2円筒部との間に配設されて外径側へ突出する山部とを備え、ブーツの第2円筒部の内径寸法とシャフトの第2円筒部対応部の外径寸法とを同一とし、かつ、シャフトは、第1円筒部対応部と第2円筒部対応部との間に前記山部に対応するバンド締結用突起を有し、第1円筒部への外径側からのレーザー光照射による第1円筒部対応部の加熱で、等速自在継手用ブーツの第1円筒部をシャフトの第1円筒部対応部に衝合状態で接合一体化したものである。
等速自在継手用ブーツの小径部の第1円筒部がシャフトの第1円筒部対応部に外嵌された状態で、レーザー光を照射して、シャフトの第1円筒部対応部を加熱する。この加熱によって、等速自在継手用ブーツの樹脂材料内部から熱分解されたガスが膨らみ、樹脂内部に気泡を発生する。この時、マイクロサイズ領域ではあるが、気泡発生に伴う爆発的な圧力が接合部にかかり、接合部の金属材料及び樹脂材料の温度が高くなっていることと相まって、気泡周辺部の樹脂材料と金属材料が、アンカー効果などの物理的な接合又は金属酸化物を通じた化学的な接合を可能にする条件を満たし接合する。さらに、樹脂材料が冷え固まる際には、気泡の温度も減少するため、気泡内部の圧力が低下し、吸着力が発生する。特に、加熱源としてレーザー光を用いることによって、局所的な急激な冷却が可能となり、気泡発生にともなう圧力・吸着力を増加させることができ、金属材料と樹脂材料の接合を促進させることができる。
すなわち、レーザー溶着接合法は、金属とプラスチックとを重ねて、そこにレーザー光を照射するだけで接合できる手法である。原理は、プラスチックのレーザー透過性や金属でも局所的に十分に過熱できるレーザー光の高パワー密度を利用し、プラスチック側、金属側のどちらかからレーザー光を照射し、金属材料と接している境界部のプラスチックを選択的に、溶融させて分解温度以上に急速に加熱し、その分解によって泡を発生させる。泡周辺部の高温の融液と金属表面に対して、高温・高圧の条件が実現され、ミクロンオーダで接合(ファンデルワールス力)された接合部が得られる。このため、レーザー溶着接合法は、金属材料と樹脂材料とを、樹脂材料表面側からレーザー光を照射することで生じる物理的相互作用により、接合するものである。ここで、物理的相互作用とは分子間(引)力といわれるもので、あらゆる分子の間の引き合う力(ファンデルワールス力)をいい、二次結合力ともいう。
ところで、従来のものでは、等速自在継手が高角度(例えば、40°以上)となって、ブーツが大きく変形する場合に、小径部と蛇腹部との間のコーナ部において、圧縮側に大きく屈曲し、引張り側に拡張する。これによって、小径部の端部(コーナ部側)で回転時交番的に軸方向引裂きの力が作用し、除々に剥離して行く。このため、最終的には小径部がシャフトから外れることになえる。
これに対して、本発明のように、シャフトに外嵌される開口側の第1円筒部と、この第1円筒部よりも軸方向内方側に配設されてシャフトに外嵌される第2円筒部と、第1円筒部と第2円筒部との間に配設されて外径側へ突出する山部とを設けることによって、山部及び第2円筒部はいわゆるクッション材として機能する。すなわち、第2円筒部はシャフトに対する軸方向の摺動とシャフトから離間する方向の変位等が可能であり、山部においてはその傾斜角度の変位が可能であるので、この第2円筒部よりも開口側にある接合部である第1円筒部に軸方向引裂きの力が作用しないようにすることができる。このため、シャフトとの接合部を構成する第1円筒部には回転時の軸方向引裂き力が生じず、第1円筒部(接合部)全域で受けられる軸方向せん断力のみが作用することになり、この第1円筒部のシャフトからの剥離を防止することができる。
シャフトにはバンド締結用突起が設けられているので、このブーツが破損等した場合に、このブーツをシャフトから取り外し、既存のブーツをブーツバンドを用いてこのバンド締結用突起を利用して装着することができる。このように、シャフトは既存のものを使用することができるので、初めから第1円筒部と第2円筒部と山部とを有するブーツを用いることなく、ブーツバンドにて締結するブーツを用いることができる。
レーザー光照射にて、シャフトの第1円筒部対応部の表面温度を等速自在継手ブーツに用いられる樹脂材料の溶解・分解温度よりも高くするのが好ましい。このような温度とすることによって、樹脂内部における気泡の発生が安定する。
樹脂材料がレーザー透過性の熱可塑性エラストマーであるのが好ましい。このようにレーザー透過性のものを使用すれば、この樹脂材料に対してレーザー光を照射することによって、レーザー光が透過して第1円筒部対応部を加熱することができる。
前記第1円筒部とシャフトの第1円筒部対応部との締代を0.05mm以上1.2mm以下とするのが好ましい。このような締代とすることによって、接合時に、最適な高温・高圧の条件を実現することができる。
レーザーとして半導体レーザー又はファイバーレーザーを使用することができ、既存のレーザー照射装置を用いることができる。また、レーザーの照射方式を連続式とすることができる。レーザーのスポットが直径2mm以上の円形であっても、長辺が2mm以上の矩形形状であってもよい。
本発明のブーツ取付構造では、ブーツバンドを省略することができ、等速自在継手への組み付け時の部品点数を減少させることができる。このため、ブーツの組み付け性の向上を図ることができて、低コスト化を達成できる。
しかも、第1円筒部の外径側からレーザー光を照射すればよいので、接合作業の簡略化を図ることができるとともに、レーザー光照射装置を既存のものを用いることができる。特に、シャフトの第1円筒部対応部の表面温度を樹脂材料の溶解・分解温度よりも高くすることによって、樹脂内部における気泡の発生が安定し、安定した接合力を発揮できる。
第2円筒部及び山部を設けることによって、シャフトとの接合部を構成する第1円筒部には回転時の軸方向引裂き力が生じず、第1円筒部(接合部)全域で受けられる軸方向せん断力のみが作用することになり、この第1円筒部のシャフトからの剥離を防止することができる。これによって、ブーツがシャフトに長期にわたって安定して接合され、優れたシール性能を発揮する。
また、シャフトにはバンド締結用突起が設けられているので、既存のブーツをブーツバンドを用いてこのバンド締結用突起を利用して装着することができる。このため、第1円筒部と第2円筒部と山部とを有するブーツが破損等した場合に、既存のブーツをブーツバンドで締結することによって、このシャフトに固定することができ、レーザー光照射装置がない場所における修復作業を簡単に行うことができる。これに対して、シャフトにバンド締結用突起28が設けられていない場合、ブーツ破損などによる補修(ブーツ交換作業)を自動車整備工場等で行おうとしても、通常はレーザー光照射装置がない。このため、ブーツ交換作業ができず、等速自在継手全体の交換となり、作業性に劣るとともに、コスト高となる。なお、シャフトは既存のものを使用することができるので、初めから第1円筒部と第2円筒部と山部とを有するブーツを用いることなく、ブーツバンドにて締結するブーツを用いることができる。
樹脂材料をレーザー透過性の熱可塑性エラストマーを使用すれば、この樹脂材料に対してレーザー光を照射することによって、レーザー光が透過して第1円筒部対応部を加熱することができ、短時間に効率よく接合できる。
第1円筒部とシャフトの第1円筒部対応部との締代を0.05mm以上1.2mm以下とすることによって、接合時に最適な高温・高圧の条件を実現することができ、より安定した接合力で接合することができる。
既存のレーザー照射装置を用いることができ、コストの低減を図ることができる。また、レーザーの照射方式を連続式とすることができ、効率のよいレーザー照射を行うことができる。レーザーのスポットが直径2mm以上の円形であっても、長辺が2mm以上の矩形形状であっても、第1円筒部対応部の加熱が安定する。
以下本発明の実施の形態を図1〜図5に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る等速自在継手用ブーツを取り付けた等速自在継手を示すものである。この場合の等速自在継手10は、内周面に複数のトラック溝12を形成した外側継手部材としての外輪11と、外周面に複数のトラック溝14を形成した内側継手部材としての内輪13と、外輪11のトラック溝12と内輪13のトラック溝14とで協働して形成されるボールトラックに配された複数のボール15と、ボール15を収容するためのポケット16aを有するケージ16とで主要部が構成されている。内輪13の内周には、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17が連結される。なお、この等速自在継手10は外側継手部材と内側継手部材とが相対的な角度変位のみを許容する、いわゆる固定型等速自在継手である。
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焼入れ処理が施され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。なお、シャフト表面に、防錆のためにパーカ処理を施してもよい。ここで、パーカ処理とは、表面にリン酸マンガン皮膜をつける処理である。
また、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焼入れ処理が施された炭素鋼を用いてカップ状に形成される。外輪11の開口部外周面には平滑な円筒面状をなすブーツ装着部9が設けられる。
ブーツ1は熱可塑性ポリエステルエラストマーからなる。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重合体セグメント(a)と低融点重合体セグメント(b)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。
ブーツ1は、シャフト17に外嵌される小径部2と、外輪11に外嵌される大径部3と、小径部2と大径部3とを連結する蛇腹部4とを備える。蛇腹部4は、軸方向に沿って交互に配設される山部5および谷部6と、両部を接続する傾斜部8とからなる。
また、小径部2は、開口側の第1円筒部2aと、蛇腹部4側の第2円筒部2bと、第1円筒部2aと第2円筒部2bとの間の小径蛇腹部2cとを有する。小径蛇腹部2cは、2個の山部25、26と、この山部25、26間の谷部27とからなる。この場合、図2に示すように、第1円筒部2aの肉厚T1は、第2円筒部2bの肉厚T2よりも小さく設定される。なお、この実施形態においては、第1円筒部2aと小径蛇腹部2cの山部(第1の山部)25との間に第2円筒部2bの肉厚T2と略同一の厚肉部2dが設けられている。
また、図3に示すように、第1円筒部2aの内径寸法D1と第2円筒部2bの内径寸法D2とは同一に設定される。第1円筒部2aの内径寸法D1とシャフト17の第1円筒部対応部20の外径寸法D3とが同一に設定され、第2円筒部2bの内径寸法D2とシャフト17の第2円筒部対応部21の外径寸法D4とが同一に設定される。
具体的には、熱可塑性ポリエステルエラストマーにてブーツ1を構成した場合、その第1円筒部2aの外径寸法を10mm〜30mm程度とすれば、第1円筒部2aの軸方向長さL1を5mm〜15mm程度とし、第1円筒部2aの肉厚T1を0.7mm〜1.2mm程度とし、第1円筒部2aの内径寸法D1を8mm〜28mm程度とする。
第2円筒部2bは、その外径寸法を12mm〜32mm程度とすれば、第2円筒部2bの軸方向長さL2を10mm〜15mm程度とし、第2円筒部2bの肉厚T2を1.5mm〜2.5mm程度とし、第2円筒部2bの内径寸法D2をシャフト当該部の径より0.5mm〜1.0mm程度大きくした。
小径蛇腹部2cの山部25,26の高さTを3mm〜5mm程度とし、拡開角度θを60°〜90°程度とする。また、小径蛇腹部2cの谷部27の内径寸法D5をシャフト17の蛇腹部対応部22の外径寸法より0.5mm〜1.0mm程度大きめに設定される。
なお、前記各寸法は、自由状態(非装着状態)での寸法である。このため、等速自在継手への装着状態では、これらの寸法は変位する場合がある。
ところで、図1と図3に示すように、シャフト17には、前記ブーツ1が取付られた際に、山部(第2の山部)26に対応するバンド締結用突起28が設けられている。この場合のバンド締結用突起28は、隣設する2条の断面三角形状の周方向突起29、30にて構成され、第2の山部26にて包囲されている。
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重合体セグメント(a)は、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、好ましくは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−ブタンジオールから誘導されるポリブチレンテレフタレートである。この他に、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などの脂肪族ジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメチロールなどの脂環式ジオール、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−フェニル、4,4’−ジヒドロキシ−p−クオ−タ−フェニルなどの芳香族ジオールなどから誘導されるポリエステル、あるいは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であっても良い。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ても良い。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することも可能である。
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(b)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る。脂肪族ポリエーテルとしては、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。また、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。これらの脂肪族ポリエーテルおよび/または脂肪族ポリエステルのなかで、得られるポリエステルブロック共重合体の弾性特性からポリ(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物、ポリカプロラクトン、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好ましい。また、これらの低融点重合体セグメントの数平均分子量としては共重合された状態において300〜6000程度であることが好ましい。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(b)の共重合量は、好ましくは10〜80重量%、更に好ましくは15〜75重量%である。
このブーツ1の製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、押出ブロー、射出ブロー、プレスブロー等のブロー成形法や射出成形法などがある。また、熱可塑性ポリエステルエラストマーに、酸化防止剤、耐光剤、耐加水分解防止剤、カーボンブラック、顔料、染料等の着色剤、難燃剤等を任意に含有させることができる。
次に、等速自在継手用ブーツの小径部2のシャフト17への取り付け方法を説明する。この際、レーザー光照射装置(図示省略)を用いることになる。レーザー光照射装置は、放電ランプや半導体レーザー等の励起源を備え、その先端部からブーツ1の小径部2の第1円筒部2aに向けて所定パワーのレーザー光31(図3参照)を照射するものである。レーザー光照射装置としては、例えば、半導体励起によるYAGレーザー(発振器方式:連続照射、波長1.08μm)(ロフィン・バーゼルジャパン(株)社製)を用いることができる。なお、レーザー光照射装置としてはこれに限るものではなく、近赤外線レーザーである半導体レーザー、ファイバレーザーを使用することが可能である。
図3に示すように、小径部2をシャフト17に外嵌した衝合状態とする。この状態では、小径部2の第1円筒部2aとシャフト17の第1円筒部対応部20との締代を0.05mm以上0.4mm以下とする。また、第2の山部26にてバンド締結用突起28が包囲されている。また、第2円筒部2bの内径面がシャフト17の第2円筒部対応部21に摺接し、小径蛇腹部2cの谷部27の内径面がシャフト17のバンド締結用突起28と第1円筒部対応部20との間、つまり蛇腹部対応部22において摺接している。
図3に示すように、第1円筒部2aの外径側からレーザー光照射装置のレーザー光照射ノズルを介して第1円筒部2aにレーザー光31を照射する。この場合、第1円筒部2aを介してシャフト17の第1円筒部対応部20の接合範囲(被照射領域)H(図5参照)を照射することになる。この照射条件としては、レーザー出力2000W以下、ビームのフォーカス位置から外した位置を第1円筒部2aの表面に照射することで、ビーム径(スポット径)の拡大を図る。ビームが円形であれば、ビーム径を2mm以上とし、ビームが矩形であれば、その長辺を2mm以上とするのが好ましい。なお、接合範囲(被照射領域)Hとして、図例では、第1円筒部2aの開口側と蛇腹部4側とを省いているが、これらの部位を省かなくても、いずれか一方を省いたものであってもよい。
照射に際しては、レーザー光照射装置側を移動させても、シャフト17側を移動させても、レーザー光照射装置側及びシャフト17側を移動させてもよい。この実施形態では、レーザー光照射装置側を固定して、シャフト17側(ブーツ1側)を例えば、30rpmで回転させてレーザー光を照射した。このため、ブーツ1とシャフト17の全周接合を行うことになる。レーザー光の照射方式を連続式とするのが好ましいが、間欠的(パルス的)に照射するものであってもよい。なお、照射するレーザー光のパワーは任意に調整可能なものが好ましい。
レーザー光を照射すれば、接合範囲(被照射領域)Hが加熱され、この範囲Hが樹脂材料の溶解・分解温度よりも高く(熱可塑性ポリエステルエラストマーの溶解・分解温度よりも高い400℃以上と)なる。これによって、この範囲Hに対応する樹脂材料内部から熱分解されたガスが膨らみ、樹脂内部に気泡を発生させる程度まで加熱する。この時、マイクロサイズ領域ではあるが、気泡発生に伴う爆発的な圧力が接合部にかかり、接合部の金属材料及び樹脂材料の温度が高くなっていることと相まって、気泡周辺部の樹脂材料と金属材料が、アンカー効果などの物理的な接合又は金属酸化物を通じた化学的な接合を可能にする条件を満たし接合する。さらに、樹脂材料が冷え固まる際には、気泡の温度も減少するため、気泡内部の圧力が低下し、吸着力が発生する。特に、加熱源としてレーザー光を用いることによって、局所的な急激な冷却が可能となり、気泡発生にともなう圧力・吸着力を増加させることができる。このため、金属材料であるシャフト17と樹脂材料である小径部2の接合を促進させることができ、小径部2の第1円筒部2aとシャフト17とは安定した接合力で、接合することになる。このため、レーザー溶着接合法は、金属材料と樹脂材料とを、樹脂材料表面側からレーザー光を照射することで生じる物理的相互作用により、接合するものである。ここで、物理的相互作用とは分子間(引)力といわれるもので、あらゆる分子の間の引き合う力(ファンデルワールス力)をいい、二次結合力ともいう。
すなわち、このようなレーザー光を用いたレーザー溶着接合法は、金属とプラスチックとを重ねて、そこにレーザーを照射するだけで接合できる手法である。原理は、プラスチックのレーザー透過性や金属でも局所的に十分に過熱できるレーザーの高パワー密度を利用し、プラスチック側、金属側のどちらかからレーザーを照射し、金属材料と接している境界部のプラスチックを選択的に、溶融させて分解温度以上に急速に加熱し、その分解によって泡を発生させる。泡周辺部の高温の融液と金属表面に対して、高温・高圧の条件が実現され、図5に示すように、ミクロンオーダで接合(ファンデルワールス力)される。
また、大径部3は、図6に示す従来のものように、ブーツバンド18を用いて固定する。すなわち、外輪11の外径面の開口部側のブーツ装着部9に大径部3を外嵌し、この大径部3の外径面に形成された凹溝19にブーツバンド18を嵌着して締め付ける。これによって、ブーツ1の大径部3がブーツバンド18を介して外輪11に固定される。
なお、この大径部3もレーザー光を照射することによって、外輪11のブーツ装着部9に接合することができる。すなわち、外径面に凹溝を有さない大径部3を外輪11のブーツ装着部9に外嵌した衝合状態とする。この状態では、締代を0.05mm以上1.2mm以下とする。大径部3の外径側からレーザー光照射装置のレーザー光照射ノズルを介して大径部3にレーザー光を照射する。
このため、大径部3においても、大径部3にレーザー光を照射することによる作用が生じ、大径部3と外輪11のブーツ装着部9とは安定した接合力で、接合することになる。なお、大径部3は、その外径寸法を40mm〜120mm程度とすれば、大径部3の軸方向長さを5mm〜15mm程度とし、大径部3の肉厚を0.7mm〜1.2mm程度とし、大径部3の内径寸法を38mm〜118mm程度とする。
このように、本発明のブーツ取付構造では、ブーツバンドを省略することができ、等速自在継手10への組み付け時の部品点数を減少させることができる。このため、ブーツ1組み付け性の向上を図ることができて、低コスト化を達成できる。
シャフト17に外嵌される開口側の第1円筒部2aと、この第1円筒部2aよりも軸方向内方側に配設されてシャフトに外嵌される第2円筒部2bと、第1円筒部2aと第2円筒部2bとの間に配設される小径蛇腹部2cとを設けることによって、小径蛇腹部2c及び第2円筒部2bはいわゆるクッション材として機能する。すなわち、第2円筒部2bはシャフト17に対する軸方向の摺動とシャフト17から離間する方向の変位等が可能であり、山部においてはその傾斜角度の変位が可能(小径蛇腹部2cにおいては軸方向の伸縮が可能)であるので、シャフト17との接合部を構成する第1円筒部2aには回転時の軸方向引裂き力が生じないようできる。このため、第1円筒部(接合部)2a全域で受けられる軸方向せん断力のみが作用することになり、この第1円筒部2aのシャフト17からの剥離を防止することができる。これによって、ブーツ1がシャフト17に長期にわたって安定して接合され、優れたシール性能を発揮する。
しかも、第1円筒部2aの外径側からレーザー光を照射すればよいので、接合作業の簡略化を図ることができるとともに、レーザー光照射装置を既存のものを用いることができる。特に、シャフト17の第1円筒部2aの表面温度を樹脂材料の溶解・分解温度よりも高くすることによって、樹脂内部における気泡の発生が安定し、安定した接合力を発揮できる。
締代を0.05mm以上1.2mm以下とするのが好ましい。このような締代とすることによって、接合時に、最適な高温・高圧の条件を実現することができる。レーザー光を照射する際に、図示省略のクランプ機構等により接合部に対して加圧力を付加するようにしてもよい。このように、クランプ機構等により加圧力を付加するようにすれば、締代を、前記のように設定することなく、最適な高温・高圧の条件で接合できる。
レーザーとして半導体レーザー又はファイバーレーザーを使用することができるので、既存のレーザー照射装置を用いることができ、コスト低減を図ることができる。また、レーザーの照射方式を連続式とすることができる。このように連続式とすることによって、高精度かつ高強度な接合部を形成でき、効率のよいレーザー照射を行うことができる。また、レーザーのスポットが直径2mm以上の円形であっても、長辺が2mm以上の矩形形状であってもよく、第1円筒部対応部20の加熱が安定する。
ところで、使用する樹脂がレーザー透過性の熱可塑性エラストマーであるのが好ましい。このようにレーザー透過性のものを使用すれば、この樹脂に対してレーザー光を照射することによって、レーザー光が透過して円筒部2aを加熱することができ、短時間に効率よく接合できる。
また、前記ブーツ1が破損等した場合、例えば、第1の山部25で切断することによって、このブーツ1をシャフト17から取外すことができる。また、大径部3側が図1に示すように、ブーツバンド18を介して外輪11に固定するものであれば、このブーツバンド18を外せば、外輪11から簡単に大径部3を取外すことができる。
このため、図5に示すように、小径部32においてブーツバンド33を介して固定するタイプのブーツ35をこの等速自在継手に装着することができる。すなわち、図5に示すように、このブーツ35の小径部32をシャフト17のバンド締結用突起28に外嵌し、この小径部32の外径面に形成された周方向溝36にブーツバンド33を嵌着し、このブーツバンド33を締め付ければよい。また、このブーツ35の大径部においては、図6に示す場合と同様、ブーツバンド18を用いて固定することになる。
なお、ブーツバンド18は、いわゆるワンタッチ式ブーツバンド、オメガバンド、円環バンド等の種々のタイプのものを使用することができる。ワンタッチ式ブーツバンドとは、帯状の金属材からなるバンド部材を輪状に湾曲させてその両端を重ね合わせた状態に結合するものである。オメガバンドとは、張り出し部の根元部分を加締めて輪状部を縮径させるものである。円環バンドとは、円筒状の輪状部のみから構成され、この環状部を機械的、あるいは電気的に塑性変形させて縮径させるものである。
このように、この取付構造は、シャフト17にはバンド締結用突起28が設けられているので、既存のブーツをブーツバンドを用いてこのバンド締結用突起を利用して装着することができる。このため、第1円筒部と第2円筒部と蛇腹部2cとを有するブーツ1が破損等した場合に、既存のブーツをブーツバンドで締結することによって、このシャフト17に固定することができ、レーザー光照射装置がない場所における修復作業を簡単に行うことができる。これに対して、シャフト17にバンド締結用突起28が設けられていない場合、ブーツ破損などによる補修(ブーツ交換作業)を自動車整備工場等で行おうとしても、通常はレーザー光照射装置がない。このため、ブーツ交換作業ができず、等速自在継手全体の交換となり、作業性に劣るとともに、コスト高となる。なお、シャフト17は既存のものを使用することができるので、初めから第1円筒部2aと第2円筒部2bと蛇腹部2cとを有するブーツを用いることなく、ブーツバンドにて締結するブーツを用いることができる。
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、例えば、第1円筒部2aの外径寸法、軸方向長さL1、肉厚T1、内径寸法D1等としては、使用するレーザー光の種類、照射条件、ブーツ1の樹脂材料等によって相違するが、樹脂材料が溶融・分解可能な範囲で種々変更することができる。また、第1円筒部対応部20の表面温度として、樹脂材料の溶融・分解温度よりも高くなればよいので、樹脂材料に応じて種々変更するができる。接合領域(接合範囲)Hとしても、安定した接合力を発揮できてシール性において欠陥が生じない範囲で種々変更できる。接合領域(接合範囲)Hとしても、安定した接合力を発揮できてシール性において欠陥が生じない範囲で種々変更できる。
レーザー照射装置と、小径部2、大径部3等との間に、レーザー光のビーム径(スポット径)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。また、接合作業中にレーザーの照射部位近傍を冷却するためのアルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス、あるいはこれらの混合ガス等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。
第1円筒部2aと第2円筒部2bとの間に設けられる小径蛇腹部2cとしては、3個以上の複数個であっても、逆に1個の山部から構成してもよい。
前記実施形態では、図1においてはバーフィールド型の固定式等速自在継手を示しているが、等速自在継手として、アンダーカットフリー型等の他の固定式等速自在継手であっても、クロスグルーブ型やダブルオフセット型等の摺動式等速自在継手であってもよい。
次に本発明にかかるブーツ取付構造(発明品)と、比較例にかかるブーツ取付構造(比較品)との剥離強度を調べた。発明品は、熱可塑性ポリエステルエラストマー製であって、図1に示すように、ブーツ1がその小径部2に、第2円筒部2bと小径蛇腹部2cとを有するものである。この場合、第1円筒部2aの外径寸法を25mmとし、第1円筒部2aの軸方向長さL1を15mmとし、第1円筒部2aの肉厚T1を1.0mmとし、第1円筒部2aの内径寸法D1を23mmとする。また、第2円筒部2bの外径寸法を24.5mmとし、第2円筒部2bの軸方向長さL2を10mmとし、第2円筒部2bの肉厚T2を2.0mmとし、第2円筒部2bの内径寸法D2を24.5mmとする。さらに、小径蛇腹部2cの山部25,26の高さTを5mmとし、拡開角度θを85 °〜 90°程度とする。第1円筒部2aのシャフト17に対する締代を1.0mmとした。
比較品のブーツ1は、小径部2に、第2円筒部2bと山部2cとを設けることなく、第1円筒部2aを設けたものである。この場合も、熱可塑性ポリエステルエラストマー製であって、第1円筒部2aの寸法を前記発明品に合わせたものである。
発明品と比較品において、それぞれ、レーザー光を第1円筒部2aの外径側から第1円筒部2aに照射する。これによって、第1円筒部2aを透過したレーザー光がシャフト17の第1円筒部対応部20を照射することになる。このため、第1円筒部対応部20がレーザーエネルギを吸収し、加熱される。これによって、熱可塑性ポリエステルエラストマーが溶融・分解温度よりも高い温度である400℃以上となる。なお、この加熱温度は、熱電対で測定することができる。
このように、第1円筒部対応部20が400℃以上となったことによって、この加熱温度がブーツ1の第1円筒部2aに伝わり、溶解・発泡が起こり、泡周辺部の高温の融液とシャフトの第1円筒部対応部20表面とが接合(ファンデルワールス力)し、シャフト17とブーツ1とが固定される。
レーザー光の照射方法は、レーザー光照射装置側を固定して、ブーツ1をシャフト17に外嵌させた状態で、ブーツ1とシャフト17とを30rpmで回転させて、全周(1周)接合した。また、レーザー光照射装置としては、例えば、半導体励起によるYAGレーザー(発振器方式:連続照射、波長1.08μm)(ロフィン・バーゼルジャパン(株)社製)を用いた。照射条件としては、レーザー出力2000W以下、ビームのフォーカス位置から外した位置を第1円筒部2aの表面に照射することで、ビーム径(スポット径)の拡大を図る。ビームを円形として、ビーム径を2mm以上とした。
実験として、発明品と比較品とをそれぞれ低温(例えば、−40℃)中において、40°の作動角で回転数100rpmで回転させた。発明品は10時間回転させても第1円筒部2aでの剥離は生じなかった。これに対して、比較品は0.5時間で第1円筒部2aでの剥離が生じた。
1 ブーツ
2 小径部
2a 第1円筒部
2b 第2円筒部
10 等速自在継手
17 シャフト
20 第1円筒部対応部
21 第2円筒部対応部
26 山部
28 バンド締結用突起
2 小径部
2a 第1円筒部
2b 第2円筒部
10 等速自在継手
17 シャフト
20 第1円筒部対応部
21 第2円筒部対応部
26 山部
28 バンド締結用突起
Claims (8)
- 等速自在継手の内側継手部材に連結されたシャフトと、このシャフトに外嵌される樹脂製等速自在継手ブーツとを取付けるブーツ取付構造において、
前記等速自在継手用ブーツは、シャフトに外嵌される開口側の第1円筒部と、この第1円筒部よりも軸方向内方側に配設されてシャフトに外嵌される第2円筒部と、第1円筒部と第2円筒部との間に配設されて外径側へ突出する山部とを備え、ブーツの第2円筒部の内径寸法とシャフトの第2円筒部対応部の外径寸法とを同一とし、かつ、シャフトは、第1円筒部対応部と第2円筒部対応部との間に前記山部に対応するバンド締結用突起を有し、第1円筒部への外径側からのレーザー光照射による第1円筒部対応部の加熱で、等速自在継手用ブーツの第1円筒部をシャフトの第1円筒部対応部に衝合状態で接合一体化したことを特徴とするブーツ取付構造。 - 外径側からのレーザー光照射によるシャフトの第1円筒部対応部の加熱で、この第1円筒部対応部表面の表面温度を等速自在継手ブーツに用いられる樹脂材料の溶解・分解温度よりも高くなることを特徴とする請求項1に記載のブーツ取付構造。
- 前記樹脂材料がレーザー透過性の熱可塑性エラストマーであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のブーツ取付構造。
- 前記第1円筒部とシャフトの第1円筒部対応部との締代を0.05mm以上1.2mm以下としたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のブーツ取付構造。
- レーザー光として半導体レーザー又はファイバレーザーを使用したことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のブーツ取付構造。
- レーザー光の照射方式を連続式としたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のブーツ取付構造。
- レーザー光のスポットが直径2mm以上の円形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項に記載のブーツ取付構造。
- レーザー光のスポットがその長辺が2mm以上の矩形形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項に記載のブーツ取付構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009076470A JP2010230049A (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | ブーツ取付構造 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2009076470A Pending JP2010230049A (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | ブーツ取付構造 |
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-
2009
- 2009-03-26 JP JP2009076470A patent/JP2010230049A/ja active Pending
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