JP2018204687A - 樹脂ブーツ - Google Patents

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

【課題】蛇腹部が設けられていない軽量、かつ、コンパクトな樹脂ブーツであって、耐久性に優れた樹脂ブーツを提供することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため、本発明の樹脂ブーツ1は、外筐31とドライブシャフト3の連結部分を貫挿して保護するものであって、外筐体31が貫挿される大径筒部10と、ドライブシャフト3が貫挿される小径筒部11と、大径筒部10と小径筒部11とを連設すると共に小径筒部11から大径筒部10にいくにしたがって拡径した連結部12とを備え、連結部12は小径筒部11の連設側に、小径筒部11よりも肉厚のネック部20を備えた。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の機械要素を相対的に変化可能とする連結部分を覆う樹脂ブーツに関する。特に、車両の駆動軸や推進軸に使用されている等速自在継手を覆う等速自在継手用ブーツに関する。
一般に、車両の駆動軸(ドライブシャフト)や推進軸(プロペラシャフト)には、これら駆動軸等から被駆動軸等へ等速で回転を伝達するための等速自在継手が用いられている。当該等速自在継手には、潤滑剤としてのグリースの封入や、外部からの塵埃や水の侵入防止を目的として可撓性の等速自在継手用ブーツが装着されている。
この等速自在継手用ブーツは、走行中の等速自在継手の様々な作動角における高速回転や摺動に追従するため、山部と谷部とが軸方向に交互に連続して形成された筒状の蛇腹部を備えている。蛇腹部を備えた等速自在継手用ブーツは、等速自在継手が大きく屈曲され作動角が大きくなると、蛇腹部の収縮側の外面同士の干渉が著しくなり、接触により摩耗が生じる。また、蛇腹部の内面においても、谷部が内部のシャフトと接触して摩耗が生じたり、破損するおそれもある。
一方、車両のリア用ドライブシャフトの駆動車輪側(アウトボード側)では、等速自在継手の作動角が30°以下におさえられる場合がある。このような場合、ブーツ自体の軽量化や、コンパクト化、コストの低減を目的として、例えば、特許文献1や特許文献2に示されるような蛇腹部が設けられていない樹脂ブーツが採用されている。
特許文献1には、等速ジョイントの外輪端部に取り付けられる大径円筒部と、等速ジョイントのシャフト外周に取り付けられる小径円筒部と、これらの両円筒部を一体に連結する膜状部とからなる等速ジョイント用ブーツであって、前記両円筒部の軸を含む断面における前記膜状部の形状を、谷部がないもの、または谷部を一つだけ有するものが開示されている。
また、特許文献2には、ブーツを継手筐体に締結するための第1の締結領域と、ブーツをシャフトに締結するための第2の締結領域と、前記第1の締結領域と前記第2の締結領域との間にあり、前記第1の締結領域付近の第1の折畳部および前記第2の締結領域付近の第2の折畳部を有する折畳部領域とを備えるロールブーツであって、前記第1の締結領域と前記第1の折畳部の間に、第1の締結領域に隣接し底部を有する第1のフランジを有する第1の移行領域をさらに備え、前記第1の移行領域の前記第1の折畳部によって画定される第1の最小直径D1と、前記第1の折畳部によって画定される第2の最大直径D2との比が、共に主軸に沿って長手方向の断面で見た場合略1:1.01から略1:1.25の間であるものが開示されている。
特開2006−90434号公報 特表2015−516558号公報
しかしながら、特許文献1では、所定の作動角で高速回転した際に、当該等速ジョイントブーツに加わる応力は、締結部材でシャフトに固定された小径円筒部と膜状部の連結部分に集中する。ゆえに、当該小径円筒部と膜状部の連結部分に亀裂が発生しやすく、破損に至る場合もあった。同様に、特許文献2のロールブーツにおいても、小径側の第2の締結領域の内面に対して、当該第2の締結領域と第1の締結領域との間に形成される折畳部領域の内面は略3°で拡開して形成されているため、バインダ要素でシャフトに固定された第2の締結領域と折畳部領域の連結部分に応力が集中し、亀裂や破損の原因となる。
また、特許文献2では、大径側の第1の締結領域と折畳部領域とを連結する第1の移行領域には、第1のバインダシート領域(大径側)を取り囲む第1のフランジと、小径側に向かう第2のフランジとが角度α(66°)で画定されている。そのため、所定の作動角で高速回転した際に、当該第1の移行領域が動作起点となり、応力が集中し、亀裂発生の原因となる問題がある。
よって、市場からは、耐久性が高い、軽量でコンパクトな樹脂ブーツの開発が要望されてきた。
そこで、本件発明者等は、鋭意研究の結果、軽量で、かつ、コンパクトな樹脂ブーツであって、耐久性に優れた樹脂ブーツを提供するに至った。
すなわち、本発明に係る樹脂ブーツは、大径部材と小径部材の連結部分を貫挿して保護するものであって、当該大径部材が貫挿される大径筒部と、当該小径部材が貫挿される小径筒部と、当該大径筒部と当該小径筒部とを連設すると共に当該小径筒部から当該大径筒部にいくにしたがって拡径した連結部とを備え、当該連結部は、当該小径筒部の連設側に、当該小径筒部よりも肉厚のネック部を備えたことを特徴とする。
本発明に係る樹脂ブーツは、前記連結部が、前記小径筒部から大径筒部にいくにしたがって形成される拡径を維持しつつ、少なくとも一部が凹陥した湾曲面を有することが好ましい。
本発明にかかる樹脂ブーツにおいて、前記連結部は、前記小径筒部を前記小径部材の軸線方向、又は、前記大径部材の軸線方向に押し込むことにより、少なくとも一部が凹陥した湾曲面が形成されることが好ましい。
本発明にかかる樹脂ブーツは、前記ネック部の厚みtが、締付部材によって前記小径部材の外周面に密着保持される締付領域における当該小径筒部の厚みtの1.39倍以上で、且つ、前記大径筒部の外径Rと前記小径筒部の外径R1との差を当該小径筒部の厚みtで除して得られる値以下であることが好ましい。
本発明にかかる樹脂ブーツにおいて、前記大径筒部は、締付部材によって前記大径部材の外周面に密着保持される締付領域を備え、前記連結部の連設側に、当該締付領域よりも大径の肩部を備えることが好ましい。
本発明の樹脂ブーツによれば、大径部材が貫挿される大径筒部と、小径部材が貫挿される小径筒部と、大径筒部と当該小径筒部とを連設すると共に当該小径筒部から当該大径筒部にいくにしたがって拡径した連結部とを備え、当該連結部は、当該小径筒部の連設側に、当該小径筒部よりも肉厚のネック部を有するので、大径部材と小径部材の連結部分が様々な作動角で高速回転した際に、小径筒部と連結部との間に加わる応力を肉厚のネック部にて支障なく分散させ、小径筒部と連結部との間に亀裂が入りにくくなり、破損に至る不都合を効果的に回避することができる。したがって、本発明によれば、耐久性の高く、軽量でコンパクトな樹脂ブーツで実現することができる。
本発明の樹脂ブーツを適用した等速自在継手用ブーツを装着した等速自在継手の概略構成図である。 図1の等速自在継手の作動角を25°とした状態を示す図である。 本実施の形態に係る等速自在継手用ブーツの断面図である(装着前の状態)。 図1における等速自在継手用ブーツのみを示した断面図である。 図1の部分拡大図である。 他の実施の形態としての等速自在継手用ブーツの断面図である。
以下、本発明に係る樹脂ブーツの一実施の形態として、車両、特に、リア用ドライブシャフトの駆動車輪側(アウトボード側)に設けられた等速自在継手に装着される等速自在継手用ブーツを例に挙げて説明する。先ず初めに、等速自在継手について説明し、その後、本発明の樹脂ブーツを適用した等速自在継手用ブーツについて説明する。
図1には、本実施の形態に係る等速自在継手用ブーツ1を装着した等速自在継手2の概略構成図を、図2には図1の等速自在継手2の作動角を25°とした状態を示す。図1に示す一例としての等速自在継手2は、外筐31と、内輪32と、トルク伝達部材としての複数のボール33と、ケージ34とが主要な構成要素である。本発明において、外筐31が大径部材に相当する。外筐31内には、内輪32が収容され、外筐31と内輪32との間にはケージ34によって複数個のボール33が等間隔で転動可能に組み込まれている。そして、内輪32の軸方向の中心には、本発明における小径部材に相当するドライブシャフト3の端部がスプライン嵌合され、内輪32とドライブシャフト3とが回転連結されている。また、外筐31は、ディファレンシャルギア又は車輪に設けられたハブに回転連結されている。これにより、ドライブシャフト3から内輪32に伝達された回転トルクが、ボール33を介して、ハブが連結された外筐31に等速で伝達される。また、当該等速自在継手2は、図2に示すように、ボール33の転動によって、外筐31の軸線C1と内輪32(ドライブシャフト3)の軸線C2との交差角度である作動角θを0°から所定の最大作動角θmax°まで変化可能とされる。
そして、上述した外筐31の外周と、内輪32に連結されたドライブシャフト3の外周との間には、塵埃や水の侵入を防止し、等速自在継手2の内部に充填される潤滑剤としてのグリースを保持する目的で、本件発明に係る樹脂ブーツとしての等速自在継手用ブーツ1が設けられる。
以下、図3〜図5を参照して、本実施の形態に係る等速自在継手用ブーツ1を例に挙げて本発明に係る樹脂ブーツについて詳述する。図3は本実施の形態に係る等速自在継手用ブーツ1の断面図であって、等速自在継手2に装着する前の状態を示す。図4は等速自在継手2に装着した状態を示す等速自在継手用ブーツ1の断面図であり、説明を容易とするため、等速自在継手用ブーツ1のみを図示する。図5は等速自在継手2に装着した状態を示す等速自在継手用ブーツ1の部分拡大図である。なお、図6は他の実施形態としての等速自在継手用ブーツの断面図を示している。
本発明に係る樹脂ブーツは、大径部材と小径部材の連結部分を貫挿して保護するものであって、大径部材が貫挿される大径筒部と、小径部材が貫挿される小径筒部と、大径筒部と小径筒部とを連設すると共に小径筒部から大径筒部にいくにしたがって拡径した連結部とを備えた樹脂ブーツに関するものである。具体的には、大径筒部と小径筒部との間に、山部と谷部とが軸方向に交互に連続して形成される蛇腹部を設けることなく、小径筒部から大径筒部にいくにしたがって拡径した連結部により大径筒部と小径筒部とを連設することで、樹脂ブーツ自体の軽量コンパクト化、コスト低減を実現した樹脂ブーツに関するものである。
本発明に係る樹脂ブーツは、当該大径筒部と当該連結部と当該小径筒部とが連続して一体に形成されている。当該樹脂ブーツは、弾性材料により筒状に形成されている。当該樹脂ブーツは、例えば、熱可塑性エラストマー材料によりブロー成形や射出成形などによって形成されることが好ましい。なお、本発明における樹脂ブーツを構成する材料は、特に、熱可塑性エラストマー材料に限定されるものではなく、従前から用いられている材料を用いることができる。また、当該樹脂ブーツの成形方法についても、ブロー成形や射出成形に限定されるものではなく、従前から用いられている方法を採用することができる。
本実施の形態に係る等速自在継手用ブーツ1は、等速自在継手2とドライブシャフト3の連結部分を貫挿して保護するものである。上述したように、等速自在継手2の外筐31が本発明の大径部材に相当し、ドライブシャフト3が本発明の小径部材に相当する。図3に示す等速自在継手用ブーツ1は、等速自在継手2の外筐31が貫挿される大径筒部10と、等速自在継手2の内輪32に連結されたドライブシャフト3が貫挿される小径筒部11と、小径筒部11から大径筒部10にいくにしたがって拡径した連結部12とが、連続して一体に成形されている。以下、大径筒部10、小径筒部11、連結部12のそれぞれについて詳述した後、本発明の特徴に係るネック部20などについて述べる。
大径筒部10は、貫挿される大径部材の外形に対応した形状であり、軸方向に延在した筒状を呈している。本実施の形態において、等速自在継手2の外筐31は、断面円形であるため、大径筒部10は、等速自在継手2の軸方向に延在した円筒形状である。
大径筒部10は、外筐31が貫挿された状態で、ブーツバンド(締付部材)4によって、当該外筐21の外周面に密着した状態で締め付けられて保持される。ブーツバンド4が当接する大径筒部10の外周面10Aは、外筐31の外周面に平行な締付領域13とされている。当該締付領域13の外周面10Aには、ブーツバンド4の取付位置を案内する位置決め突起14が形成されていてもよい。また、当該締付領域13の内周面10Bには、外筐31の外面との密着性を向上させるために、図6に示すように、内方に向けて突出したシール突起15が周方向にわたって形成されていてもよい。
小径筒部11は、貫挿される小径部材の外形に対応した形状であり、軸方向に延在した筒状を呈している。本実施の形態において、等速自在継手2に連結されるドライブシャフト3は、断面円形であるため、小径筒部11は、ドライブシャフト3の軸方向に延在した円筒形状である。
小径筒部11は、ドライブシャフト3が貫挿された状態で、ブーツバンド(締付部材)5によって、当該ドライブシャフト3の外周面に密着した状態で締め付けられて保持される。ブーツバンド5が当接する小径筒部11の外周面11Aは、ドライブシャフト3の外周面に平行な締付領域16とされている。当該締付領域16の外周面11Aには、ブーツバンド5の取付位置を案内する位置決め突起17が形成されていてもよい。また、当該締付領域16の内周面11Bには、ドライブシャフト3の外面との密着性を向上させるために、図6に示すように、内方に向けて突出したシール突起18が周方向にわたって形成されていてもよい。
連結部12は、外筐31の外周面に密着保持される大径筒部10と、ドライブシャフト3の外周面に密着保持される小径筒部11との間を連設して、内部に潤滑剤としてのグリースが封入された状態で、等速自在継手2を被覆し、外部からの異物の侵入を阻止する。本発明における連結部12は、上述したように、蛇腹部を設けることなく、小径筒部11から大径筒部10にいくにしたがって拡径して形成される。
本実施の形態における連結部12は、図3に示すように、等速自在継手2に装着される前の状態で、小径筒部11から大径筒部10にいくにしたがって拡径される湾曲した傾斜部12aを有する。そして、当該等速自在継手用ブーツ1を等速自在継手2に装着する際に、小径筒部11(小径筒部11側)が、ドライブシャフト3又は外筐31の軸線方向に押し込まれることにより、当該湾曲した傾斜部12aには、図4に示すように、大径筒部10側に凹陥した湾曲面12Aが形成される。当該湾曲面12Aは、当該等速自在継手用ブーツ1を等速自在継手2に装着する状態、例えば、等速自在継手2の作動角を0°とした状態で、連結部12の外周面全域にわたって湾曲面12Aが形成されていることが好ましい。しかし、この等速自在継手用ブーツ1の連結部12は、変化する等速自在継手2の作動角に追従して、一部が伸張し、一部が収縮する。そのため、当該連結部12に形成される湾曲面12Aは、等速自在継手2の作動角θの変化により、連結部12の外周面全域にわたり形成されている必要はなく、等速自在継手2の作動角θに応じて湾曲面12Aが形成されていればよいことは勿論である。
本実施の形態では、図1に示すように、装着時に小径筒部11(小径筒部11側)を、ドライブシャフト3の軸線方向、又は、外筐31の軸線方向に押し込むことにより、連結部12に少なくとも一部が凹陥した湾曲面12Aを形成しているが、本願発明はこれに限定されるものではない。具体的に、本発明は、連結部12の小径筒部11から大径筒部10にいくしたがって形成される拡径を維持しつつ、連結部12に少なくとも一部が凹陥した湾曲面12Aが成形によって形成された等速自在継手用ブーツであってもよい。さらに、ドライブシャフト3の軸線方向、又は、外筐31の軸線方向に押し込む前の樹脂ブーツの連結部12は、図3に示すように予め連結部12の一部に湾曲した傾斜面12aを成形により形成することで、軸線方向に押し込む際に連結部12に湾曲面12Aを形成しやすくするようにしてもよい。また、連結部12に湾曲した傾斜部12aを形成せず単なる傾斜部(略ストレート形状)としてもよい。さらに、連結部12の厚みを問題とならない範囲で湾曲部12Aが形成しやすい厚み(連結部12の一部を薄くすることも含む)としてもよい。いずれにしても軸線方向に小径筒部11を押し込むことで、連結部12に湾曲面12Aが形成できる構造であれば、押し込む前の樹脂ブーツ1の連結部12の形状はいかなる構造であってもよいことは勿論である。
上述したいずれの場合であっても、大径筒部10が外筐31に、小径筒部11がドライブシャフト3に固定された状態で、連結部12が湾曲面12Aを備えることにより、当該連結部12は、等速自在継手2の作動角θの変化に追随して伸縮することが可能となる。よって、等速自在継手2は、当該等速自在継手用ブーツ1によって、外部からの異物の侵入が阻止され、所定の角度範囲で滑らかな回転を維持できる。特に、予め成形によって連結部12にわずかでも凹陥形成が施されていれば、装着時に、容易に湾曲部12Aを形成することができ、等速自在継手2の作動角θの変化に追随してより一層伸縮することが可能となる。
本発明における等速自在継手用ブーツ1において、上述した連結部12は、小径筒部11の連設側にネック部20を備える。当該ネック部20は、図5の拡大図に示すように、ドライブシャフト3の軸方向に延在して形成される筒状部であり、上述した小径筒部11、具体的には、ブーツバンド5が当接する締付領域16の小径筒部11の厚みよりも肉厚に形成されている。
当該ネック部20の肉厚tは、締付領域16における小径筒部11の肉厚tの1.39倍以上、且つ、前記大径筒部の外径Rと前記小径筒部の外径R1との差を当該小径筒部の厚みtで除して得られる値以下であることが好ましい。当該ネック部20の肉厚が小径筒部11の肉厚tの1.39倍を下回ると、回転時において当該ネック部20に加わる応力を分散させる効果が得られ難くなり、大径筒部の外径Rと前記小径筒部の外径R1との差を当該小径筒部の厚みtで除して得られる値を上回ると、肉厚が厚すぎ、ブーツ自体が大型化し、軽量化、コンパクト化に反するからである。
当該ネック部20は、大径筒部10側に向かって、肉厚が徐々に小さくなるように形成されていることが好ましい。これにより、連結部12のネック部20とそれ以外との領域との間で肉厚が急激に変化することによって、局所的に応力が加わり、亀裂が発生する不都合を回避することができる。また、当該ネック部20から大径筒部10側に向かって形成される当該連結部12が、小径筒部11や大径筒部10の締付領域の厚み(t)よりも肉厚に形成されていることで、様々な作動角で高速回転した際に、当該連結部12に砕石等による衝撃が加わったとしても、連結部12の損傷を効果的に抑制し、破損に至る不都合を回避することが可能となるからである。
さらに、上述したネック部20の軸方向の長さLは、図5に示すように、小径筒部11の厚みtの2倍〜10倍であることが好ましい。当該ネック部20の軸方向における長さが小径筒部11の厚みtの2倍を下回ると、小径筒部11と連結部12との連設部分の応力緩和効果が得られにくくなり、小径筒部11の厚みtの10倍を上回るとブーツ自体が大型化し、軽量化、コンパクト化に反するからである。
一方、上述した大径筒部10は、図4に示すように、連結部12の連設側に、当該大径筒部10に形成された締付領域13よりも大径の肩部21を備えることが好ましい。当該肩部21は、大径筒部10の連結部12側の端部に形成され、小径筒部11側にいくにしたがって徐々に拡開して形成されていることが好ましい。当該肩部21の外径Rは、締付領域13の外径をRとしたとき、R<R≦R+20mmであることが好ましい。
これにより、小径筒部11を装着時に小径筒部11側を大径筒部10側に押し込む際に、連結部12は、肩部21が存在することで、連結部12が湾曲する際の応力緩和、あるいは連結部12の円滑な動きを実現する部分として働き、大径筒部10側に湾曲させることが可能となる。よって、大径筒部10の締付領域13を変形させることなく、連結部12は等速自在継手2の作動角θの変化に応じて追従させることができ、滑らかな回転を実現することができる。
特に、肩部21は作動角θを制御するための重要な要素であり、肩部21の外径の大きさにより作動角θを任意の範囲に設定することができる。この際、肩部21の外径Rの最大値(肩部21の最大外径)は、締付領域13に装着されるブーツバンド4の厚み以下であることが好ましい。肩部21の外径Rの最大値がブーツバンド4の厚み以下であれば、ブーツの小型化によってより有効だからである。肩部21の外径Rの最小値(肩部21の最小外径)は、肩部21が形成できる大きさであれば、特に制限はない。したがって、当該肩部21は、肩部21が存在するような大きさの外径(最小外径)を有することで任意の作動角を実現することができる。
以上詳述した如く、本発明を適用した本実施の形態に係る等速自在継手用ブーツ1は、小径筒部11と大径筒部10とを連結する連結部12が小径筒部11の連設側に、小径筒部より11も肉厚のネック部20を有するので、外筐31とドライブシャフト3の連結部分が様々な作動角で高速回転した際に、小径筒部11と連結部12との間に加わる応力を肉厚のネック部20にて支障なく分散させることができる。よって、小径筒部11と連結部12との間に局所的に応力が集中して、亀裂が入る不都合を抑制することができる。したがって、当該小径筒部11と連結部12との間において破損が生じ難くなり、耐久性が高く、軽量でコンパクトな等速自在継手用ブーツ1を実現することが可能となる。
なお、上述した実施の形態では、車両のリア用ドライブシャフトに用いられる等速ジョイント用ブーツを例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、プロペラシャフトに使用される固定式等速自在継手において用いてもよい。
本発明にかかる樹脂ブーツは、最大作動角度が例えば30°以下のコンパクト化が要求される樹脂ブーツにおいて、特に有用である。
C1 外筐の軸線
C2 内輪の軸線
θ 等速自在継手の作動角
1 等速自在継手用ブーツ(樹脂ブーツ)
2 等速自在継手
3 ドライブシャフト(小径部材)
4、5 ブーツバンド(締付部材)
10 大径筒部
10A 外周面
10B 内周面
11 小径筒部
12 連結部
12a 湾曲した傾斜面
12A 湾曲面
13、16 締付領域
14、17 位置決め突起
15、18 シール突起
20 ネック部
20A 外周面
20B 内周面
21 肩部
31 外筐(大径部材)
32 内輪
33 ボール
34 ケージ

Claims (5)

  1. 大径部材と小径部材の連結部分を貫挿して保護する樹脂ブーツであって、
    当該大径部材が貫挿される大径筒部と、
    当該小径部材が貫挿される小径筒部と、
    当該大径筒部と当該小径筒部とを連設すると共に当該小径筒部から当該大径筒部にいくにしたがって拡径した連結部とを備え、
    当該連結部は、当該小径筒部の連設側に、当該小径筒部よりも肉厚のネック部を備えたことを特徴とする樹脂ブーツ。
  2. 前記連結部は、前記小径筒部から大径筒部にいくにしたがって形成される拡径を維持しつつ、少なくとも一部が凹陥した湾曲面を有する請求項1に記載の樹脂ブーツ。
  3. 前記連結部は、前記小径筒部を前記小径部材の軸線方向、又は、前記大径部材の軸線方向に押し込むことにより、少なくとも一部が凹陥した湾曲面が形成される請求項1に記載の樹脂ブーツ。
  4. 前記ネック部の厚みtが、締付部材によって前記小径部材の外周面に密着保持される締付領域における当該小径筒部の厚みtの1.39倍以上で、且つ、前記大径筒部の外径Rと前記小径筒部の外径R1との差を当該小径筒部の厚みtで除して得られる値以下である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の樹脂ブーツ。
  5. 前記大径筒部は、締付部材によって前記大径部材の外周面に密着保持される締付領域を備え、
    前記連結部の連設側に、当該締付領域よりも大径の肩部を備えた請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の樹脂ブーツ。
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