JP2024031436A - 等速自在継手用ブーツ及びこれを備えた等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】蛇腹無しブーツにおいて、コスト高や重量増を招くことなく、シャフトと外側継手部材とで挟み込まれることによる傷付きを防止する。【解決手段】ブーツ２０は、外側継手部材１の外周に取り付けられる大径筒部２１と、シャフト１３の外周に取り付けられる小径筒部２２と、大径筒部２１の軸方向一方の端部に接続され、軸方向一方側に凸を成した環状凸部２３と、環状凸部２３と小径筒部２２の軸方向他方の端部とを接続し、軸方向他方側に凸を成した環状凹部２４とを有する。等速自在継手が大きな作動角を取ったときにシャフト１３と外側継手部材１とで挟持される部分（外側継手部材１の内周面５を延長した線Ｐとトラック６の溝底を延長した線Ｑとの間の半径方向領域）の表面に、周方向と交差する方向に延びる複数の凸部２５を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、等速自在継手用ブーツに関する。

等速自在継手として、ツェッパ型の等速自在継手や、アンダーカットフリー型の等速自在継手が知られている。これらの等速自在継手は、最大作動角を４５°以上とることができ、主に自動車のフロント用ドライブシャフトの車輪側に適用される。このような等速自在継手に、潤滑剤の流出や砂塵等の混入を防止するためのブーツを設ける場合、高作動角に追従するために蛇腹状のブーツが適用されることが多い。蛇腹状のブーツ２００は、例えば図１１に示すように、外側継手部材１０１の外周に取り付けられる大径筒部２０１と、シャフト１０２の外周に取り付けられる小径筒部２０２と、大径筒部２０１と小径筒部２０２とを接続する蛇腹部２０３とを有する。蛇腹部２０３は、半径方向外方に突出した山部２０３ａと、半径方向内方に突出した谷部２０３ｂとを交互に有する。

一方、自動車のリア用ドライブシャフトの車輪側や、自動車のプロペラシャフトに適用される等速自在継手は、上記のようなフロント用に適用される等速自在継手のように大きな作動角をとる必要が無い。例えば、リア用の等速自在継手であれば３０°以下（主として２０°以下）、プロペラシャフト用の等速自在継手であれば１０°以下の最大作動角で足りる。これらの等速自在継手に装着されるブーツは、高作動角に追従する必要がないため、蛇腹の無いブーツ（いわゆる、蛇腹無しブーツ）が使用されることがある（例えば、下記の特許文献１）。

蛇腹無しブーツ３００は、例えば図１２に示すように、外側継手部材１０１の外周に取り付けられる大径筒部３０１と、シャフト１０２の外周に取り付けられる小径筒部３０２と、大径筒部３０１に接続され、軸方向一方側（図中右側）に凸を成した環状凸部３０３と、環状凸部３０３と小径筒部３０２とに接続され、軸方向他方側（図中左側）に凸を成した環状凹部３０４とを有する。蛇腹無しブーツ３００は、図１１に示す蛇腹ブーツ２００と比べて、膜の実長を短くすることができるため、軽量化及びコスト低減を図ることができる。

特開２０１１－５２３００２号公報 特開２００１－２８０３５９号公報 特開平３－１１３１２４号公報 特開２００８－２１５４０４号公報

ところで、最大作動角が小さい等速自在継手であっても、搬送時や車両への組付け時に、実際で使用する際の最大作動角よりも大きな作動角をとることがある。蛇腹無しブーツ３００が装着された等速自在継手が大きな作動角をとると、図１３に示すように、シャフト１０２と外側継手部材１０１の開口端部との間に環状凹部３０４が挟み込まれて、ブーツ３００が傷付く危険がある。

例えば、上記の特許文献２のように、シャフトに突起部を設け、ブーツが挟み込まれる前に、シャフトの突起部と外側継手部材とを干渉させて作動角を制限すれば、ブーツの噛み込みを防止することができる。この他、シャフトの先端と外側継手部材のカップ底を干渉させたり（特許文献３）、シャフト、内輪、保持器の何れかに係止部材を設けたりする（特許文献４）ことで、ブーツの噛み込みを防止することができる。しかし、上記の手法では、シャフトや外側継手部材の形状変更や、係止部材を設けることによる部品数増を招くため、コスト高や重量増を招く。

そこで、本発明は、等速自在継手に装着される蛇腹無しブーツにおいて、コスト高や重量増を招くことなく、シャフトと外側継手部材とで挟み込まれることによる傷付きを防止することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、外側継手部材、内側継手部材、及び内側継手部材から軸方向一方側に延びるシャフトを有する等速自在継手に装着されるブーツであって、
前記外側継手部材の外周に取り付けられる大径筒部と、前記シャフトの外周に取り付けられる小径筒部と、前記大径筒部の軸方向一方の端部に接続され、軸方向一方側に凸を成した環状凸部と、前記環状凸部と前記小径筒部の軸方向他方の端部とを接続し、軸方向他方側に凸を成した環状凹部とを有する等速自在継手用ブーツにおいて、
前記等速自在継手が大きな作動角を取ったときに前記シャフトと前記外側継手部材とで挟持される部分の表面に、周方向と交差する方向に延びる複数の凸部を設けたことを特徴とする。

等速自在継手が大きな作動角をとってシャフトと外側継手部材との間にブーツが挟持されたとき、ブーツの表面に設けられた凸部が変形する。これにより、ブーツを介して外側継手部材とシャフトとが干渉する際の衝撃力が緩和されるため、単にブーツを厚肉にする場合よりもブーツが傷付きにくくなる。このとき、凸部を、周方向と交差する方向（例えば、周方向と直交する方向）に延びた形状とすることで、シャフトと外側継手部材とで挟持される部分に凸部を配置しやすくなる。

凸部は、自身の延在方向と直交する断面で丸みを帯びたＲ形状であることが好ましい。これにより、シャフトと外側継手部材でブーツが挟み込まれたとき、凸部が変形しやすくなるため、このときの衝撃を吸収しやすくなる。また、ブーツを射出成形で形成する場合、凸部をＲ形状とすることで材料が充填されやすくなるため、成形性が向上する。

凸部は、ブーツの内部側の表面に設けることが好ましい。この場合、シャフト又は外側継手部材と凸部とが直接接触するため、凸部以外の部分（薄肉部）にシャフト又は外側継手部材が直接接触して傷付く事態を防止できる。

凸部は、例えば、ブーツの環状凹部や小径筒部に設けることができる。

以上のように、本発明の蛇腹無しブーツによれば、コスト高や重量増を招くことなく、シャフトと外側継手部材とで挟み込まれることによる傷付きを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るブーツを装着した等速自在継手の軸方向断面図である。 上記ブーツの図３のII-II線における断面図である。 上記ブーツを図２のIII方向から見た正面図である。 図２のIV部の拡大図である。 上記ブーツの図２のV-V線における断面図である。 凸部の他の例を示す断面図である。 上記等速自在継手の外側継手部材をインボード側から見た正面図である。 他の実施形態に係るブーツの軸方向断面図であり、図９のVIII-VIII線における断面図である。 図８のブーツをIX方向から見た正面図である。 図８のブーツのX部の拡大図である。 従来の蛇腹ブーツを装着した等速自在継手の軸方向断面図である。 従来の蛇腹無しブーツを装着した等速自在継手の軸方向断面図である。 図１２の等速自在継手を大きく屈曲させて、シャフトと外側継手部材とでブーツが挟み込まれた状態を示す軸方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す等速自在継手は、車両の後輪用ドライブシャフトのアウトボード側端部に設けられる固定式等速自在継手である。この等速自在継手の最大作動角は、前輪に取り付けられる場合よりも小さくて足り、例えば３０°以下、特に２０°以下とされる。尚、以下の説明では、等速自在継手の軸心方向で、車両に取り付けたときに車幅方向内側となる側（図１の右側）を「インボード側」と言い、車幅方向外側となる側（図１の左側）を「アウトボード側」と言う。

本実施形態の等速自在継手は、ツェッパ型の固定式等速自在継手であり、外側継手部材１と、内側継手部材２と、トルク伝達部材としてのボール３と、保持器４とを有する。外側継手部材１の球面状内周面５には、軸方向に延びる複数のトラック溝６が円周方向等間隔に形成されている。内側継手部材２の球面状外周面７には、軸方向に延びる複数のトラック溝８が円周方向等間隔に形成されている。互いに対向する外側継手部材１のトラック溝６と内側継手部材２のトラック溝８との間に、ボール３が１個ずつ組み込まれている。ボール３の個数は、例えば６個あるいは８個であり、本実施形態では８個である。保持器４には、ボール３を１個ずつ保持する複数のポケット９が形成されている。保持器４は、外側継手部材１の球面状内周面５と摺接する球面状外周面１０と、内側継手部材２の球面状外周面７と摺接する球面状内周面１１とを有する。

内側継手部材２の軸孔の内周面には、雌スプライン１２が形成される。動力伝達軸（シャフト）１３のアウトボード側（図中左側）端部には雄スプライン１４が形成される。シャフト１３のアウトボード側端部を内側継手部材２の軸孔に挿入し、雌スプライン１２と雄スプライン１４とを嵌合させることで、両者がトルク伝達可能に結合される。

外側継手部材１は、インボード側に開口したカップ状のマウス部１５と、マウス部１５からアウトボード側に延びるステム部１６とを有する。外側継手部材１のマウス部１５の開口部は、ブーツ２０にて密封される。

本実施形態の等速自在継手は、最大作動角が小さい（３０°以下）ため、ブーツ２０として、蛇腹部を有しない蛇腹無しブーツを使用することができる。ブーツ２０は、大径筒部２１と、小径筒部２２と、環状凸部２３と、環状凹部２４とを有する。図示例では、大径筒部２１、小径筒部２２、環状凸部２３、及び環状凹部２４を含むブーツ２０全体が一体に射出成形される。ブーツ２０の材質としては、エラストマーやゴムを使用できる。例えば、熱可塑性樹脂エラストマーや、ＣＲやシリコーン、ＨＮＢＲ、塩化エチレンに代表されるゴム等が使用でき、特に、熱可塑性ポリエステルエラストマーが望ましい。

大径筒部２１は、外側継手部材１の外周面に取り付けられる。大径筒部２１の外周面には環状溝２１ａが形成され、この環状溝２１ａにブーツバンド３１を装着して締め付けることで、大径筒部２１が外側継手部材１の外周面に固定される。大径筒部２１は、外側継手部材１の開口端部よりもインボード側に延びている。図示例では、大径筒部２１のうち、外側継手部材１からインボード側に突出した部分の軸方向寸法Ｌ１が、外側継手部材１の外周に配された部分の軸方向寸法Ｌ２よりも大きい。

小径筒部２２は、シャフト１３の外周面に取り付けられる。図示例では、小径筒部２２が、シャフト１３の外周面に密着した固定部２２ａと、固定部２２ａからアウトボード側に延び、シャフト１３の外周面との間に半径方向隙間が設けられた円筒部２２ｂとを有する。小径筒部２２の固定部２２ａ外周面には環状溝２２ｃが形成され、この環状溝２２ｃにブーツバンド３２を装着して締め付けることで、小径筒部２２の固定部２２ａがシャフト１３の外周面に固定される。

環状凸部２３は、インボード側に凸を成すように屈曲した部分である。図示例の環状凸部２３は、ブーツ２０の内部に曲率中心を有する略円弧状の断面を有する。環状凸部２３の外径側端部は、大径筒部２１のインボード側端部に接続される。環状凸部２３と大径筒部２１との接続部は滑らかに連続している。

環状凹部２４は、アウトボード側に凸を成すように屈曲した部分である。図示例の環状凹部２４は、ブーツ２０の外部に曲率中心を有する略円弧状の断面を有する。環状凹部２４の曲率半径は、環状凸部２３の曲率半径よりも大きい。環状凹部２４の外径側端部は環状凸部２３の内径側端部に接続され、環状凹部２４の内径側端部は小径筒部２２のアウトボード側端部に接続される。環状凹部２４と環状凸部２３との接続部、及び、環状凹部２４と小径筒部２２との接続部は、それぞれ滑らかに連続している。

ブーツ２０の表面には、周方向と交差する方向に延びる複数の凸部２５が形成される。本実施形態では、図２及び図３に示すように、小径筒部２２の円筒部２２ｂの内周面に、周方向と直交する方向、すなわち軸方向に延びる多数の凸部２５が形成される。図示例では、円筒部２２ｂの内周面の全周に、軸方向と平行な多数の凸部２５が周方向に並べて形成される。図４の拡大断面図に散点を付した領域が、円筒部２２ｂの内周面から内径側に突出した凸部２５である。凸部２５は、自身の延在方向と直交する断面、すなわち、図５に示す軸方向と直交する断面（横断面）で丸みを帯びたＲ形状を成し、図示例では略円弧形状の横断面を有している。尚、凸部２５の横断面形状は上記に限らず、例えば矩形状としてもよい。

図５に示すように、凸部２５は周方向等間隔に設けられる。凸部２５の数やピッチは限定されず、例えば図６に示すように、凸部２５の数を図５に示す実施形態よりも増やして、隣接する凸部２５間のピッチを狭くしてもよい。

凸部２５は、ブーツ２０のうち、シャフト１３と外側継手部材１とで挟持される部分の表面に設けられる。凸部２５を設ける位置は、以下のような手法で設定することができる。等速自在継手が大きな作動角をとったとき、シャフト１３は、外側継手部材１（図７参照）のうち、球面状内周面５の開口側端部の縁５ａ、あるいは、トラック溝６の開口側端部の縁６ａに当接する。従って、図１に示す断面おいて、ブーツ２０のうち、外側継手部材１の球面状内周面５を延長した線Ｐと、外側継手部材１のトラック溝６の溝底を延長した線Ｑとの間の半径方向領域Ｒ（散点を付した領域）が、シャフト１３と外側継手部材１とで挟持される領域と推定される。よって、ブーツ２０のうち、少なくとも上記の半径方向領域Ｒに配された領域に凸部２５を設ければよい。本実施形態では、ブーツ２０の小径筒部２２のうち、上記の半径方向領域Ｒを含む部分に凸部２５が設けられ、図示例では小径筒部２２の円筒部２２ｂの内周面の軸方向全域に凸部２５が設けられる（図４参照）。

上記の等速自在継手は、最大作動角が３０°以下であり、車両に組み込んだ状態ではシャフト１３が外側継手部材１の開口端部に当接することはないため、シャフト１３と外側継手部材１との間にブーツ２０が挟み込まれることはない。しかし、上記の等速自在継手は、最大作動角（３０°）を超える角度で屈曲することを規制する手段は設けられていないため、等速自在継手を搬送する際や車両に組み付ける際に、等速自在継手が最大作動角を超える角度で屈曲し、シャフト１３と外側継手部材１との間にブーツ２０が挟み込まれることがある。

このとき、本実施形態のブーツ２０には、シャフト１３と外側継手部材１とで挟み込まれる部分（本実施形態では、小径筒部２２の円筒部２２ｂ）の表面に、複数の凸部２５が設けられている。ブーツ２０がシャフト１３と外側継手部材１との間に挟み込まれたとき、ブーツ２０の表面に設けられた凸部２５が変形することで、このときの衝撃が緩和されるため、ブーツ２０の傷付きを防止できる。

このとき、シャフト１３は、外側継手部材１（図７参照）のうち、球面状内周面５の開口側端部の縁５ａ、あるいは、トラック溝６の開口側端部の縁６ａに当接し、これらの間にブーツ２０が挟持される。そのため、ブーツ２０のうち、外側継手部材１の球面状内周面５の開口側端部の縁５ａ、あるいは、外側継手部材１のトラック溝６の開口側端部の縁６ａに沿って周方向に延びる形状の領域が、シャフト１３と外側継手部材１とで挟持される部分（被挟持部）となる。本実施形態では、上記のような周方向に延びる被挟持部と交差する方向、図示例では軸方向に延びる多数の凸部２５が周方向に並べて設けられているため、被挟持部に凸部２５が確実に配され、凸部２５の変形による衝撃吸収効果が確実に発揮される。

また、凸部２５がＲ形状の横断面を有しているため、例えば矩形状の横断面と比べて、半径方向に圧迫されたときに周方向両側に広がるように変形しやすい。これにより、シャフト１３と外側継手部材１とで挟まれたときに凸部２５が変形しやすくなるため、ブーツ２０の傷付き防止効果が高くなる。

本実施形態では、ブーツ２０を射出成形する際、ブーツ２０を成形するためのキャビティの軸方向端部（ブーツ２０の小径側端部あるいは大径側端部）から材料が射出される。そのため、キャビティ内で射出材料が主に軸方向（周方向と直交する方向）に流れる。本実施形態では、凸部２５が軸方向に延びているため、上記の射出材料の流れを阻害せず、成形性が高められる。また、図示例では、凸部２５の横断面がＲ形状であるため、凸部２５を成形するキャビティにも射出材料が充填されやすくなり、成形性がさらに高められる。

また、本実施形態では、ブーツ２０の内部側の表面に凸部２５が設けられる。この場合、シャフト１３と外側継手部材１とでブーツ２０が挟み込まれたとき、シャフト１３が凸部２５に直接接触する。これにより、ブーツ２０の小径筒部２２の円筒部２２ｂのうち、凸部２５以外の部分（薄肉部）にシャフト１３が直接接触して傷付きする事態を回避できる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

図８～１０に示す実施形態に係るブーツ２０は、凸部２５を環状凹部２４に設けた点で上記の実施形態と異なる。具体的に、ブーツ２０の環状凹部２４の内部側の表面の全周に、周方向と交差する方向、図示例では周方向と直交する方向、すなわち半径方向に放射状に延びる多数の凸部２５が周方向等間隔に形成される。図１０の拡大図に散点を付した領域が、環状凹部２４の内部側の表面から突出した凸部２５である。凸部２５は、自身の延在方向と直交する断面、すなわち、周方向断面（横断面）で丸みを帯びたＲ形状を成し、例えば円弧形状の横断面を有している。

凸部２５は、ブーツ２０の環状凹部２４のうち、外側継手部材１の球面状内周面５を延長した仮想球面Ｐと、外側継手部材１のトラック溝６の溝底を延長した仮想線Ｑとの間の半径方向領域Ｒ（図１参照）に設けられる。本実施形態では、ブーツ２０の環状凹部２４の内部側の表面の略全域に凸部２５が設けられる（図９参照）。図示例では、各凸部２５の周方向幅が、外径側に行くほど徐々に大きくなっている。尚、各凸部２５の周方向幅を、半径方向で一定としてもよい。凸部２５は、環状凸部２３や小径筒部２２には達していない（図１０参照）。このように、環状凹部２４に凸部２５を設けた場合も、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。

ところで、等速自在継手の外周には、他の部品が近接して配置されている。そのため、等速自在継手が屈曲したときにブーツ２０が外径側に膨らむと、ブーツ２０の外周に配された他の部品と干渉するおそれがある。従って、等速自在継手が作動角をとったとき、ブーツ２０の大径筒部２１はなるべく変形（拡径）させずに、環状凸部２３や環状凹部２４を優先的に変形させることが好ましい。図８～１０に示すように環状凹部２４に凸部２５を設けると環状凹部２４の剛性が高くなるため、相対的に大径筒部２１が変形しやすくなることが懸念される。そこで、等速自在継手が最大作動角（例えば３０°）をとったときに、大径筒部２１がほとんど変形しないように、凸部２５の数や形状等を設定することが好ましい。

以上の実施形態では、ブーツ２０の小径筒部２２又は環状凹部２４の何れかに凸部２５を設けた場合を示したが、これに限らず、例えばブーツ２０の小径筒部２２及び環状凹部２４の双方に凸部２５を設けてもよい。例えば、小径筒部２２に図２～５に示す凸部２５を設けると共に、環状凹部２４に図８～１０に示す凸部２５を設けてもよい。

また、以上の実施形態では、ブーツ２０の内部側の表面に凸部２５を設けた場合を示したが、これに限らず、ブーツ２０の外部側の表面に凸部２５を設けてもよい。この場合でも、上記の実施形態と同様に、外側継手部材１とシャフト１３とでブーツ２０が挟持されたときに凸部２５が変形して衝撃を吸収することができるため、ブーツ２０の傷付きを防止できる。

また、以上の実施形態では、ツェッパ型の固定式等速自在継手のブーツに本発明を適用した場合を示したが、これに限らず、本発明は、最大作動角が小さい（例えば３０°以下）の他の等速自在継手に適用することもできる。例えば、アンダーカットフリー型やクロスグルーブ型など他の固定式等速自在継手や、ダブルオフセット型やトリポード型などの摺動式等速自在継手に装着されるブーツに、本発明を適用してもよい。また、本発明は、ドライブシャフトに設けられる等速自在継手のブーツに限らず、プロペラシャフトや産業機械の駆動軸等に設けられる等速自在継手のブーツに適用することもできる。

１ 外側継手部材
２ 内側継手部材
３ ボール（トルク伝達部材）
４ 保持器
６ トラック溝
８ トラック溝
９ ポケット
１３ シャフト
２０ ブーツ
２１ 大径筒部
２２ 小径筒部
２２ａ 固定部
２２ｂ 円筒部
２３ 環状凸部
２４ 環状凹部
２５ 凸部
３１ ブーツバンド
３２ ブーツバンド
Ｐ 外側継手部材の球面状内周面を延長した線
Ｑ 外側継手部材のトラック溝の溝底を延長した線

Claims (7)

1. 外側継手部材、内側継手部材、及び内側継手部材から軸方向一方側に延びるシャフトを有する等速自在継手に装着されるブーツであって、
   前記外側継手部材の外周に取り付けられる大径筒部と、前記シャフトの外周に取り付けられる小径筒部と、前記大径筒部の軸方向一方の端部に接続され、軸方向一方側に凸を成した環状凸部と、前記環状凸部と前記小径筒部の軸方向他方の端部とを接続し、軸方向他方側に凸を成した環状凹部とを有する等速自在継手用ブーツにおいて、
   前記等速自在継手が大きな作動角を取ったときに前記シャフトと前記外側継手部材とで挟持される部分の表面に、周方向と交差する方向に延びる複数の凸部を設けた等速自在継手用ブーツ。
2. 前記凸部が、周方向と直交する方向に延びる請求項１に記載の等速自在継手用ブーツ。
3. 前記凸部が、自身の延在方向と直交する断面で丸みを帯びたＲ形状をなした請求項１又は２に記載の等速自在継手用ブーツ。
4. 前記凸部が、内部側の表面に設けられた請求項１又は２に記載の等速自在継手用ブーツ。
5. 前記凸部が、前記環状凹部に設けられた請求項１又は２に記載の等速自在継手用ブーツ。
6. 前記凸部が、前記小径筒部に設けられた請求項１又は２に記載の等速自在継手用ブーツ。
7. 請求項１又は２に記載の等速自在継手用ブーツと、前記外側継手部材と、前記内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記シャフトとを備えた等速自在継手。
   

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