JP2020159459A - 等速自在継手用ブーツ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで小径部の亀裂を防止できる等速自在継手用ブーツを提供する。【解決手段】等速自在継手の外側継手部材の外周に配置される大径部と、等速自在継手の内側継手部材に連結された動力伝達軸Ｓの外周に配置される小径部４０ｂと、大径部と小径部４０ｂとの間に設けられた蛇腹部４０ｃと、を備える等速自在継手用ブーツ４０Ｂであって、小径部４０ｂの少なくとも蛇腹部４０ｃ側の外周面に、周方向に伸びる周方向溝５０を設けた。【選択図】図４

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達装置において使用される等速自在継手用ブーツに関する。

自動車や各種産業機械に用いられる動力伝達装置として、ドライブシャフトやプロペラシャフト等の動力伝達軸に等速自在継手が連結されたものが知られている。

この種の動力伝達装置においては、継手内部への砂塵等の侵入や、継手内部からのグリース等の漏洩を防止するために、動力伝達軸と等速自在継手との間に筒状のブーツが装着されている。

一般的に、ブーツは、等速自在継手の外側継手部材の外周面に固定される大径部と、動力伝達軸の外周面に固定される小径部と、小径部と外径端部との間に設けられた蛇腹部とで構成されている。

ところで、ブーツが装着された等速自在継手が作動角をとった状態で回転すると、ブーツの小径部と蛇腹部との間で応力集中が生じることで、小径部の特に蛇腹部側の部分に亀裂が発生することがある。

斯かる課題に対して、特許文献１では、蛇腹部の小径側の外面に複数の補強フィンを一体成形することで、小径側取付部（小径部）への負荷を軽減する対策が提案されている。

また、特許文献２では、小径取付部（小径部）と蛇腹部との間の部分を、シャフトに設けられた突出外面と、これに対応する位置に取り付けられる抑制部材とで挟むことで、小径取付部と蛇腹部との間の部分の変形を抑制する対策が提案されている。

特開２００１−９９３３１号公報 特開２０１７−２０３４９９号公報

しかしながら、上記のような、ブーツに補強フィンを設けたり、抑制部材などの別部材を用いたりする対策では、ブーツの大幅な設計変更や部品点数の増加に繋がるため、製造コストが増大するといった課題がある。

そこで、本発明は、低コストで小径部の亀裂を防止できる等速自在継手用ブーツを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、等速自在継手の外側継手部材の外周に配置される大径部と、等速自在継手の内側継手部材に連結された動力伝達軸の外周に配置される小径部と、大径部と小径部との間に設けられた蛇腹部と、を備える等速自在継手用ブーツであって、小径部の少なくとも蛇腹部側の外周面に、周方向に伸びる周方向溝を設けたことを特徴とする。

このように、小径部の少なくとも蛇腹部側の外周面に、周方向に伸びる周方向溝を設けることで、小径部の蛇腹部側への軸方向の変形が許容されやすくなる。また、周方向溝が設けられることで、小径部の表面積が増え、小径部に生じる応力を分散することができるようになる。これにより、等速自在継手が作動角をとった際に、蛇腹部の変形に伴って小径部と蛇腹部との間に軸方向の引っ張り力が生じても、小径部の変形が許容され、応力が分散されることで、応力集中を緩和することができ、周方向の亀裂の発生を防止できるようになる。

また、上記課題を解決するため、本発明は、等速自在継手の外側継手部材の外周に配置される大径部と、等速自在継手の内側継手部材に連結された動力伝達軸の外周に配置される小径部と、大径部と小径部との間に設けられた蛇腹部と、を備える等速自在継手用ブーツであって、小径部の少なくとも蛇腹部側の外周面に、軸方向に伸びる軸方向溝を設けたことを特徴とする。

このように、小径部の少なくとも蛇腹部側の外周面に、軸方向に伸びる軸方向溝を設けることで、小径部の周方向への変形が許容されやすくなる。また、軸方向溝が設けられることで、小径部の表面積が増え、小径部の外周面に生じる応力を分散することができるようになる。これにより、等速自在継手が作動角をとった際に、蛇腹部の変形に伴って小径部に周方向の引っ張り力が生じても、小径部の変形が許容され、応力が分散されることで、応力集中を緩和することができ、軸方向の亀裂の発生を防止できるようになる。

また、小径部の少なくとも蛇腹部側の外周面に、周方向に伸びる周方向溝と、軸方向に伸びる軸方向溝との、両方を設けてもよい。この場合、小径部における周方向の亀裂と軸方向の亀裂の両方を効果的に防止できるようになる。

また、本発明は、樹脂製のブーツに適用することが好ましい。樹脂製のブーツはゴム製のブーツに比べて柔軟性に劣ることから、等速自在継手が高作動角をとったときに、小径部と蛇腹との間で応力集中が生じやすく、繰り返し屈曲に対する必要な耐疲労性が得られにくい傾向にある。従って、このような耐疲労性が得られにくい樹脂製のブーツに対して本発明を適用することで、小径部における亀裂の発生を効果的に防止できるようになる。

また、本発明は、インボード側（車幅方向内側）の等速自在継手に取り付けられるブーツに適用することが好ましい。インボード側のブーツは、カバーなどで覆われて放熱されにくかったり、アウトボード側に比べて空冷効果が得られにくかったりするため、高温による劣化が生じやすくなる虞がある。従って、このような劣化が生じやすいインボード側のブーツに対して本発明を適用することで、小径部における亀裂の発生を効果的に防止できるようになる。

本発明によれば、従来のような補強フィンをブーツに設けたり、ブーツの変形を抑制する別部材を設けたりしなくても、ブーツの小径部に周方向溝又は軸方向溝を設けるだけで、小径部における亀裂の発生を効果的に防止できるので、低コストで小径部の亀裂を防止できる等速自在継手用ブーツを提供できるようになる。

等速自在継手を有するドライブシャフトを例示する断面図である。 固定式等速自在継手の例を示す断面図である。 摺動式等速自在継手の例を示す断面図である。 インボード側のブーツに周方向溝を設けた実施形態を示す縦断面図である。 図４のＡ矢視図である。 インボード側のブーツに軸方向溝を設けた実施形態を示す縦断面図である。 図６のＢ矢視図である。 図６のＣ−Ｃ横断面図である。 インボード側のブーツに周方向溝と軸方向溝の両方を設けた実施形態を示す図である。 アウトボード側のブーツに周方向溝を設けた実施形態を示す縦断面図である。 アウトボート側のブーツに軸方向溝を設けた実施形態を示す縦断面図である。 ブーツの小径部に軸方向の亀裂が生じた状態を示す縦断面図である。 ブーツの小径部に周方向の亀裂が生じた状態を示す縦断面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について、ドライブシャフトに用いられるブーツを例に説明する。なお、本発明は、斯かるブーツに限らず、その他の産業機械の等速自在継手に用いられるブーツにも適用可能である。また、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１〜図３に基づき、ドライブシャフトの全体構成について説明する。

図１に示すように、このドライブシャフトは、一対の等速自在継手１，２と、この一対の等速自在継手１，２を連結する動力伝達軸としてのシャフトＳと、を備えている。この図例では、アウトボード側（車幅方向外側又は車輪側）に配置される一方の等速自在継手１がバーフィールド型の固定式等速自在継手であり、インボード側（車幅方向内側又はデフ側）に配置される他方の等速自在継手２がトリポード型の摺動式等速自在継手である。

図１及び図２に示すように、固定式等速自在継手１は、外側継手部材３と、内側継手部材４と、トルクを伝達するための複数のボール５と、ボール５を保持する保持器６と、を備える。

外側継手部材３は、一端にて開口したカップ部７と、このカップ部７の底壁から突設されるステム部８とにより構成される。カップ部７は、その内側に球面状の内球面９を有する。内球面９は、軸方向に沿って曲線状に構成される複数のトラック溝１０を有する。複数のトラック溝１０は、カップ部７の周方向に所定の間隔をおいて形成される。

内側継手部材４は環状（筒状）に構成されると共に、中心孔１１と、球面状の外球面１２と、を備える。中心孔１１は、スプライン嵌合によりシャフトＳに対して動力伝達可能に連結されている。外球面１２は、軸方向に沿って曲線状に構成される複数のトラック溝１５を有する。複数のトラック溝１５は、内側継手部材４の周方向に所定の間隔をおいて形成される。各トラック溝１５は、外側継手部材３のトラック溝１０と対向するように配される。これにより、外側継手部材３のトラック溝１０と内側継手部材４のトラック溝１５とでボール５を収容するボールトラックが構成されている。

ボール５は、外側継手部材３及び内側継手部材４の各トラック溝１０，１５に収容されており、各トラック溝１０，１５の範囲内で転動しながら外側継手部材３、内側継手部材４間に動力を伝達する。

保持器６は環状に構成されると供に、外側継手部材３の内球面９と内側継手部材４の外球面１２との間の空間に収容される。保持器６は、球面状に構成される外球面１６及び内球面１７と、ボール５を保持する複数のポケット１９と、を備える。

外球面１６は、外側継手部材３の内球面９に接触している。内球面１７は、内側継手部材４の外球面１２に接触している。複数のポケット１９は、保持器６の周方向に一定の間隔をおいて形成されている。ポケット１９は、すき間嵌め又は圧入によってボール５を保持する。

図１及び図３に示すように、摺動式等速自在継手２は、外側継手部材２２と、内側継手部材としてのトリポード部材２３と、トルク伝達部材２４と、を備える。

外側継手部材２２は、一端にて開口したカップ部２５と、カップ部２５の底壁から突設されるステム部２６と、を備える。カップ部２５は、内周面の円周方向三等分位置に、軸方向に直線状に延びるトラック溝２７を有する。

トリポード部材２３は、ボス２８と、脚軸２９と、を備える。ボス２８は環状（筒状）に構成されると供に、軸孔３０を備える。脚軸２９は、ボス２８の外周面における円周方向三等分位置から半径方向に突出し、トルク伝達部材２４を回転可能に支持している。

トルク伝達部材２４は、ローラ３３と、複数の針状ころ３４と、を備える。針状ころ３４は、ローラ３３と脚軸２９との間に、保持器のない、いわゆる単列総ころ状態で配置されている。脚軸２９の外周面は針状ころ３４の内側転動面を構成し、ローラ３３の内周面は針状ころ３４の外側転動面を構成している。

針状ころ３４は、脚軸２９の付け根部側に装着された環状のインナワッシャ３５と継手径方向内側で接すると共に、脚軸２９の先端部側に装着された環状のアウタワッシャ３６と継手径方向外側で接している。これにより、針状ころ３４は、脚軸２９に対して軸方向移動が規制されている。また、アウタワッシャ３６は、脚軸２９の先端部側に形成された環状溝３７に丸サークリップ等の止め輪３８を嵌合することにより抜け止めされている。これにより、アウタワッシャ３６は、針状ころ３４の位置決め及び抜けの防止と、ローラ３３の抜けの防止とを兼ねている。

シャフトＳと各外側継手部材３，２２との間には、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏洩を防止するための筒状のブーツ４０Ａ，４０Ｂがそれぞれ装着されている。ブーツ４０Ａ，４０Ｂは、大径部４０ａと、小径部４０ｂと、大径部４０ａと小径部４０ｂとを連結する蛇腹部４０ｃとからなる。ブーツ４０Ａ，４０Ｂの大径部４０ａは外側継手部材３（カップ部７）の開口端でブーツバンド４１Ａ，４１Ｂにより締め付け固定され、小径部４０ｂはシャフトＳの中途部に形成されるブーツ装着部４２，４３にて、ブーツバンド４４Ａ，４４Ｂにより締め付け固定されている。

ところで、自動車等の等速自在継手に用いられるブーツには、大きく分けてゴム製のものと樹脂製のものとがある。特に、外気に曝されやすいアウトボード側のブーツには、耐オゾン性や耐摩耗性についての要求を満たすため、樹脂製のものが用いられ、インボード側には、樹脂製のものよりも安価なゴム製のものを用いることが主流となっている。しかしながら、近年では、樹脂製ブーツの価格が安くなってきたことや、軽量化の目的などで、インボード側のブーツにおいても樹脂製ブーツが用いられるようになってきている。

ただし、樹脂製ブーツは、ゴム製ブーツに比べて柔軟性に劣ることから、等速自在継手が高作動角をとったときに、小径部と蛇腹との間で応力集中が生じやすく、繰り返し屈曲に対する必要な耐疲労性が得られにくいといった短所がある。また、樹脂製ブーツをインボード側に配置した場合は、カバーなどで覆われて放熱されにくい環境になることも想定されるため、アウトボード側に比べて空冷効果が得られにくく、高温になる虞がある。このように、樹脂製ブーツを特にインボート側に配置した場合は、小径部と蛇腹部との間での応力集中と劣化により亀裂が発生しやすくなると考えられる。

上記のような事情を踏まえ、樹脂製ブーツについて、高温環境下での耐久試験を行ったところ、ブーツの小径部に周方向に伸びる亀裂と軸方向に伸びる亀裂とが生じたものがあった。斯かる亀裂の原因は、高温環境下によるブーツの劣化もさることながら、等速自在継手が作動角をとったときのブーツの変形による応力集中や、これに伴ってブーツバンドがブーツに強く食い込むことによる応力集中が、主な原因と考えられる。すなわち、等速自在継手が作動角をとると、ブーツの断面がほぼ真円形状から楕円形状に変形するため、その曲率が大きい箇所でブーツは大きく曲げられることになる。そして、このときにブーツの表面が周方向に強く引っ張られることで、この負荷に耐えられなくなったときに、図１２に示すように、小径部４０ｂの表面（外周面）が裂けて軸方向の亀裂Ｃ１が発生すると考えられる。また、等速自在継手が作動角をとった場合は、蛇腹部の変形に伴って小径部が蛇腹部側に引っ張られることで、図１３に示すように、小径部４０ｂのブーツバンド４４Ｂを固定する凹部４５のうち、特にその底面４５ａと蛇腹部４０ｃ側の周壁面４５ｂとの間の隅部や、ブーツバンド４４Ｂのエッジが食い込む箇所で応力集中が生じ、周方向の亀裂Ｃ２が発生すると考えられる。

そこで、本発明では、上記のような亀裂を防止するため、以下のような対策を講じている。まず、周方向の亀裂に対する対策について説明する。

図４及び図５に、周方向の亀裂への対策を施したインボード側の樹脂製ブーツの実施形態を示す。図４は、ブーツ４０Ｂの小径部４０ｂ及びその周辺の縦断面図、図５は、図４のＡ矢視図である。

図４及び図５に示すように、本実施形態に係るブーツ４０Ｂにおいては、小径部４０ｂのブーツバンド４４Ｂを固定する凹部４５のうち、その底面４５ａと蛇腹部４０ｃ側の周壁面４５ｂとの間の隅部、すなわち等速自在継手が作動角をとった際に軸方向の引っ張り力による応力集中が生じやすい箇所（外周面）に、ブーツ４０Ｂの周方向Ｙ（図５参照）に伸びる周方向溝５０を設けている。本実施形態では、周方向溝５０が、凹部４５の蛇腹部４０ｃ側の隅部の全周に渡って連続して設けられている。また、図４に示すように、周方向溝５０の断面形状は、円弧状又は凹曲面状に形成されている。

このように、本実施形態に係るブーツ４０Ｂにおいては、小径部４０ｂの蛇腹部４０ｃ側の箇所に周方向溝５０を設けることで、小径部４０ｂの蛇腹部４０ｃ側への軸方向の変形が許容されやすくなる。また、周方向溝５０が設けられることで、小径部４０ｂの表面積が増え、小径部４０ｂ（凹部４５）の蛇腹部４０ｃ側の隅部に生じる応力を分散することができるようになる。これにより、等速自在継手が作動角をとった際に、蛇腹部４０ｃの変形に伴って小径部４０ｂと蛇腹部４０ｃとの間に軸方向の引っ張り力が生じても、小径部４０ｂの変形が許容され、応力集中が緩和されることで、周方向の亀裂の発生を防止できるようになる。

周方向溝５０の断面形状は、任意の形状を選択できるが、応力集中を極力緩和できるように、本実施形態のような円弧状や凹曲面状などの角部（隅部）の無い断面形状であることが望ましい。本実施形態では、周方向に連続する１本の周方向溝５０を設けているが、亀裂が生じる虞のある範囲の大きさによっては、周方向溝５０を２本以上平行に設けてもよい。また、本実施形態のように、周方向溝５０を、ブーツバンド４４ＢのエッジＺに対応する部分に至るまで広げていることで（図４参照）、小径部４０ｂに対するブーツバンド４４ＢのエッジＺの食い込みを回避でき、エッジＺが食い込むことによる亀裂の発生を効果的に防止できるようになる。

次に、軸方向の亀裂に対する対策について説明する。

図６〜図８に、軸方向の亀裂への対策を施したインボード側の樹脂製ブーツの実施形態を示す。図６は、ブーツ４０Ｂの小径部４０ｂ及びその周辺の縦断面図、図７は、図６のＢ矢視図、図８は、図６のＣ−Ｃ横断面図である。

図６〜図８に示すように、本実施形態に係るブーツ４０Ｂにおいては、小径部４０ｂのブーツバンド４４Ｂを固定する凹部４５のうち、その底面４５ａと蛇腹部４０ｃ側の周壁面４５ｂとに渡って、すなわち等速自在継手が作動角をとった際に周方向に引っ張り力が生じやすい箇所（外周面）に、ブーツ４０Ｂの軸方向Ｘ（図７参照）に伸びる複数の軸方向溝５１を設けている。図８に示すように、本実施形態では、複数の軸方向溝５１が、小径部４０ｂの周方向に渡って等間隔に設けられている。また、図８に示すように、各軸方向溝５１の断面形状は、円弧状又は凹曲面状に形成されている。

このように、本実施形態に係るブーツ４０Ｂにおいては、小径部４０ｂに複数の軸方向溝５１を設けることで、小径部４０ｂの周方向への変形が許容されやすくなる。また、軸方向溝５１が設けられることで、小径部４０ｂの表面積が増え、小径部４０ｂの外周面に生じる応力を分散することができるようになる。これにより、等速自在継手が作動角をとった際に、蛇腹部４０ｃの変形に伴って小径部４０ｂに周方向の引っ張り力が生じても、小径部４０ｂの変形が許容され、応力集中が緩和されることで、軸方向の亀裂の発生を防止できるようになる。

軸方向溝５１の断面形状は、任意の形状を選択できるが、応力集中を極力緩和できるように、本実施形態のような円弧状や凹曲面状などの角部（隅部）の無い断面形状であることが望ましい。本実施形態では、軸方向溝５１を、ブーツ４０Ｂの軸方向Ｘと平行に設けているが、軸方向Ｘに対して傾斜するように軸方向溝５１を設けてもよい。また、本実施形態では、軸方向溝５１を、凹部４５の底面４５ａ及び蛇腹部４０ｃ側の周壁面４５ｂの全体に渡って設けているが、これらの一部に軸方向溝５１を設けてもよい。軸方向溝５１は、特に周方向の引っ張り力による応力集中が生じやすい小径部４０ｂの蛇腹部４０ｃ側の部分に少なくとも設けられることが望ましい。

以上、周方向の亀裂に対する対策と、軸方向の亀裂に対する対策について説明したが、いずれの亀裂の発生も効果的に防止するため、図９に示す実施形態のように、小径部４０ｂに、周方向溝５０と軸方向溝５１との両方を設けてもよい。

また、本発明は、亀裂の生じやすい環境下にあるインボード側の樹脂製ブーツに適用することが好ましいが、アウトボード側に配置されるブーツに対して適用してもよい。アウトボード側のブーツであっても、ブーツの材質や使用環境などにより小径部に周方向の亀裂や軸方向の亀裂が発生する虞があり、これらの亀裂の発生を防止するために、上述の周方向溝５０や軸方向溝５１を設けることが好ましい。

図１０及び図１１に、図１に示すアウトボート側のブーツ４０Ａに対して、周方向溝５０又は軸方向溝５１を設けた実施形態を示す。図１０は、アウトボード側のブーツ４０Ａの小径部４０ｂに周方向溝５０を設けた図であり、図１１は、同ブーツ４０Ａの小径部４０ｂに軸方向溝５１を設けた図である。なお、アウトボード側のブーツ４０Ａに設けられた周方向溝５０及び軸方向溝５１の詳細については、上述のインボード側のブーツ４０Ｂの場合と同様であるので説明を省略する。また、インボード側のブーツ４０Ｂと同様に、アウトボード側のブーツ４０Ａに対しても周方向溝５０と軸方向溝５１との両方を設けることも可能である。

また、本発明は、樹脂製ブーツに限らず、ゴム製ブーツにも適用可能である。一般的に、ゴム製ブーツは、樹脂製ブーツに比べて亀裂が生じにくい傾向にあるが、過酷な環境下でブーツが使用される場合、ゴム製ブーツであっても亀裂の発生が全くないとは限らない。そのため、ゴム製ブーツの小径部においても、亀裂の発生を防止するため、上述の周方向溝５０や軸方向溝５１を設けてもよい。

以上のように、本発明によれば、ブーツの小径部に周方向溝又は軸方向溝を設けるだけで、小径部における亀裂の発生を効果的に防止できるようになる。すなわち、本発明によれば、従来のような補強フィンをブーツに設けたり、ブーツの変形を抑制する別部材を設けたりする必要がないので、低コストで小径部の亀裂を防止できる等速自在継手用ブーツを提供できるようになる。

なお、本発明は上述の実施形態に何ら限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１ 固定式等速自在継手
２ 摺動式等速自在継手
３ 外側継手部材
２２ 外側継手部材
４０Ａ ブーツ
４０Ｂ ブーツ
４０ａ 大径部
４０ｂ 小径部
４０ｃ 蛇腹部
５０ 周方向溝
５１ 軸方向溝
Ｓ シャフト（動力伝達軸）

Claims (5)

1. 等速自在継手の外側継手部材の外周に配置される大径部と、前記等速自在継手の内側継手部材に連結された動力伝達軸の外周に配置される小径部と、前記大径部と前記小径部との間に設けられた蛇腹部と、を備える等速自在継手用ブーツであって、
   前記小径部の少なくとも前記蛇腹部側の外周面に、周方向に伸びる周方向溝を設けたことを特徴とする等速自在継手用ブーツ。
2. 等速自在継手の外側継手部材の外周に配置される大径部と、前記等速自在継手の内側継手部材に連結された動力伝達軸の外周に配置される小径部と、前記大径部と前記小径部との間に設けられた蛇腹部と、を備える等速自在継手用ブーツであって、
   前記小径部の少なくとも前記蛇腹部側の外周面に、軸方向に伸びる軸方向溝を設けたことを特徴とする等速自在継手用ブーツ。
3. 等速自在継手の外側継手部材の外周に配置される大径部と、前記等速自在継手の内側継手部材に連結された動力伝達軸の外周に配置される小径部と、前記大径部と前記小径部との間に設けられた蛇腹部と、を備える等速自在継手用ブーツであって、
   前記小径部の少なくとも前記蛇腹部側の外周面に、周方向に伸びる周方向溝と、軸方向に伸びる軸方向溝と、を設けたことを特徴とする等速自在継手用ブーツ。
4. 樹脂製のブーツである請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツ。
5. インボード側の等速自在継手に取り付けられるブーツである請求項１から４のいずれか１項に記載の等速自在継手用ブーツ。
   
   
   

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