JP3624345B2 - ポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツおよび自在継ぎ手装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性ポリエステルエラストマー等のポリエステル系エラストマー樹脂からなるジョイントブーツおよびこれを用いた自在継ぎ手装置に関する。詳しくは、自動車の等速ジョイントなどに用いられるジャバラ状のジョイントブーツおよびこれを用いた自在継ぎ手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や産業機械の駆動シャフトのジョイントには、封入されているグリースを保持するため、あるいは塵などを防ぐためにジョイントブーツと呼ばれる筒状の弾性体膜が装着される。
【０００３】
このようなジョイントブーツは、例えば、図６に示すように、両端部に口径差のある筒状のジャバラ構造であり、このジョイントブーツの大口径端円筒部５と小口径端円筒部６に、自在継ぎ手ケース３とシャフト２とが挿入されそれぞれ締め付けクランプ４により固着されている。自在継ぎ手ケース３内において上記シャフト２と別のシャフトとが回転駆動力を伝達可能な自在継ぎ手により接続されている。大口径端円筒部５及び小口径端円筒部６の内周には、断面が山形のシール用突条９１が形成されており、このシール用突条９１がクランプ４によって締め付けられて押さえ込まれることにより、封入されているグリースの漏れが防止されている。
【０００４】
従来、このようなジョイントブーツは、クロロプレンゴム材料などのゴム材料を射出成形することにより製造されていた。しかし、自動車用途においては、近年、部品の保証期間が長期化しており、このような汎用合成ゴム材料では耐オゾン性や耐摩耗性についての要求を十分に満足させることができなかった。
【０００５】
そこで、これらの要求を満足できる材料として熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂が用いられるようになってきている。
【０００６】
熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂は、一般に、高融点結晶性の芳香族ポリエステル単位からなるハードセグメントと、ポリテトラメチレングリコールといった低融点の脂肪族ポリエーテル単位からなるソフトセグメントとがエステル結合されてなり、ハードセグメント同士の凝集によって物理的に架橋が行われるものである。
【０００７】
熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂等のポリエステル系エラストマー樹脂は、その構造に由来する優れた耐久性と耐摩擦性を有する。
【０００８】
しかし、このようなポリエステル系エラストマー樹脂の性能を引き出すためには、樹脂の物性にぴったり適合した形状とする必要がある。ところが、ポリエステル系エラストマー樹脂と汎用合成ゴムとでは、根本的に物性が異なるために、長年使用され試験されて来た汎用合成ゴム製のジョイントブーツについて経験的に得られている形状はあまり参考にならない。
【０００９】
特に、ジャバラの耐屈曲疲労性と、シール部における密着性、シール性の確保が問題となる。
【００１０】
シール部における密着性及びシール性を確保するためには、例えば図７又は図８のような断面形状に形成されていた（それぞれ特開平２−２２１７６６及び特公平５−７３９５２）。図示の例では、断面略半円状のシール用突条９１の背面に、幅ａが狭く深さｂの大きい切り込み状の条溝９２が形成されていた。この切り込み状の条溝９２は、シール部が締めけクランプ４からのある大きさの押圧力によって締め付けられた際に、シール用突条９１とシャフト等との密着性を高めるものである。図９のものにあっては、密着性をさらに高める目的で、背面に条溝９２を備えたシール用突条９１が、２本、略Ｗ字形断面をなすように設けられている。すなわち、シール用突条９１が二重に設けられている。現在市販されているジョイントブーツにおいては、図９のようなシール部形状が主流となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ポリエステル系エラストマー樹脂製ジョイントブーツのジャバラの形状が最適でない場合には、広角変形が加わった際に応力が集中する部位が生じやすく、繰り返し屈曲に対する必要な耐疲労性が得られなかった。
【００１２】
また、ポリエステル系エラストマー樹脂製ジョイントブーツにおいては、自在継ぎ手部が大角度に傾いたとき、この傾きに追随してジャバラが折り曲げられる際の折り曲げトルクが大きくなる傾向にある。この折り曲げトルクは、シール部をブーツ内側から剥がす向きの力として作用する。そのため、ジャバラの形状について折り曲げトルクの発生を最大限抑制する形状とするとともに、シール部における密着性を充分に高めなければ、シール性を損ないグリース漏れを起こすおそれがある。
【００１３】
一方、充分なシール性を確保するためには、締め付けクランプによる締め付け力を大きくするとともに、シール用突条が締め付けられて押さえ込まれる寸法、すなわちシール用突条の山が締め付け力により高さを減じる寸法（以降、ツメシロと呼ぶ）を充分大きくとる必要がある。そのため、用いる締め付けクランプの板厚を大きく取り強度を充分に大きく取らなければならずそれだけ部品コストが上昇する。また、締め付けクランプによりジョイントブーツを自在継ぎ手部に組み付ける際の作業工程負担が大きくなる。
【００１４】
上記問題点に鑑み、(1)加わる応力を充分に分散させることができ、繰り返し屈曲による疲労に対する充分な耐久性が得られるとともに、(2)シール部締め付けのための部品コスト及び工程負担の増大なしにシール部の充分な信頼性を確保することのできる、樹脂ブーツが求められている。
【００１５】
本発明は、上記(2)の課題を解消し得た樹脂ブーツを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、自在継ぎ手の一方のシャフトに固定された自在継ぎ手収納ケースに接続するための大口径端短円筒部と、自在継ぎ手の他方のシャフトに接続するための小口径端短円筒部と、大口径端から小口径端へと径が順次小さくなっているジャバラとからなるポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、大口径端短円筒部及び小口径端短円筒部において、その外周面側に、クランプがはまる凹陥部が形成され、その内周面側にシール用突条が形成され、このシール用突条のジョイントブーツ軸方向における幅の中央部の外周面側に条溝が形成され、この条溝は、開口における幅寸法が深さ寸法に比べて同一か又はより大きく、前記条溝内の略中央に断面略逆くさび形の突起が周方向に形成された、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００１７】
上記構成により、シール性を高めるべくシール用突条の幅を大きくとった場合にも、シール用突条の全面とシャフト等の外面とがほぼ均等な力で密着するようにすることができる。
【００１８】
請求項２の発明においては、請求項１に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記突起は断面三角形である、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００１９】
請求項３の発明においては、請求項２に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記シール用突状は、断面が角を丸めた台形状をなし、前記条溝は断面略半円形であり、これにより、前記突起の両側に断面逆三角形の空間を有する、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項３に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記のシール用突条の高さは前記シール用突条に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の１〜２倍であり、前記条溝９２の深さは該膜厚の１〜１．５倍である、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項３に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記シール用突条の高さ及び前記深さ寸法が、前記シール用突条に隣接する部位のジョイントブーツの膜厚より大きい、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２２】
上記構成により、シール部のツメシロを大きくとることができるため、シール部の密着性とシールの信頼性をさらに高めることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項４に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記のシール用突条の高さは前記シール用突条に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の約２倍であり、前記条溝９２の深さは該膜厚の約１．５倍であり、前記条溝の底面からシール用突条の外面までの距離は、最短で、該膜厚と同程度である、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２４】
請求項７の発明は、自在継ぎ手の一方のシャフトに固定された自在継ぎ手収納ケースと、自在継ぎ手の他方のシャフトと、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツであって、前記大口径端短円筒部が前記自在継ぎ手収納ケースに接続され、前記小口径端短円筒部が前記自在継ぎ手の他方のシャフトに接続されてなるジョイントブーツと、からなる自在継ぎ手装置において、前記自在継ぎ手収納ケースおよび前記自在継ぎ手の他方のシャフトのそれぞれ外周面には、前記の大口径端短円筒部および小口径端短円筒部にそれぞれ設けた前記のシール用突条に対応して嵌合用溝が形成され、この嵌合用溝は底面と斜めの左右両側面とを有する断面台形状をなしていることを特徴とする自在継ぎ手装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜ジョイントブーツのジャバラの形状＞
実施例及び比較例のジョイントブーツのジャバラの形状について、向かって右半が軸方向断面図であり、左半が側面図である図１〜２にそれぞれ示す。ジョイントブーツの大口径端円筒部５の径はいずれも約１００ｍｍである。
【００２６】
ジョイントブーツの材質は、東洋紡積（株）の熱可塑性ポリエステルエラストマー、ベルプレンＰ４６Ｄである。
【００２７】
これら実施例及び比較例は、いずれも、下記（１）〜（６）の共通の特徴を備えている。これは、現行品が備える特徴である。
【００２８】
（１）大口径端から小口径端へとジャバラの山及び谷の径が順次小さくなっている。
【００２９】
（２）継ぎ手ケースに接続する大口径端円筒部５の端縁から第１谷が始まる。
【００３０】
（３）ブーツ軸方向の断面において、大口径端円筒部の中点Ｃ１と小口径端円筒部の中点Ｃ２との間のブーツ軸方向における距離をＬとし、大口径端円筒部の中点から第１山の稜線までのブーツ軸方向における距離をＬ０、第５山の稜線から小口径端円筒部の中点までのブーツ軸方向における距離をＬ１、第１山の稜線から第５山の稜線までのブーツ軸方向における距離をＬ２としたとき、Ｌ０はＬの５〜１５％、Ｌ１はＬの１２〜２２％、Ｌ２はＬの６７〜７７％である。
【００３１】
（４）各谷において、大口径端側斜面についてのブーツ径方向（ジョイントブーツの半径方向）における寸法（谷面の深さ）が、小口径端側の山の稜線におけるジョイントブーツの外径の２８〜４０％である。
【００３２】
（５）大口径端円筒部の外径が約１００ｍｍである場合に、稜線における曲率半径が約２ｍｍである。
【００３３】
（６）ジャバラの稜線近傍の肉厚が、谷底近傍の肉厚の６０〜１００％である。
【００３４】
このような構成において、実施例においては、下記（７）〜（８）の特徴を備える。
【００３５】
（７）ジャバラを構成する斜面であって大口径端円筒部及び小口径端円筒部に直接接続しないもの、即ちジャバラの両端以外のものは、ブーツ軸方向の断面形状において、ジョイントブーツの外側に向かって凸であってその曲率半径が大口径端円筒部の外径の０．３〜２倍である（以降、凸Ｒ形と呼ぶ）。
【００３６】
（８）ジャバラの二つの稜線に挟まれた谷において、大口径端側の稜線から谷底までのジョイントブーツ軸方向における距離が、これら二つの稜線の間のジョイントブーツ軸方向における距離の３０〜４０％である（以降、のこ刃形と呼ぶ）。
【００３７】
＜ジョイントブーツのジャバラについてのＦＥＭ解析＞
実施例及び比較例のジョイントブーツについて、有限要素法（Finite Element analysis Method）による解析（以降、ＦＥＭ解析と呼ぶ。）を用いて、駆動軸と従動軸とが広角度に変形した場合における変形形状と応力の分布についてシミュレーションを行った。このＦＥＭ解析において、材質である熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂の物性値について、温度３０℃でのヤング率を４４０ｋｇ／ｃｍ２とした。
【００３８】
ＦＥＭ解析によるシミュレーションにて得られた、実施例及び比較例についての大変形時の変形における形状を図３及び４に示す。シミュレーションは、ジャバラ部の形状に基づくものであるため、変形例についても実施例と同一である。
【００３９】
実施例と比較例のシミュレーション図を屈曲内側について比較した場合、実施例のものでは、ジャバラの山が比較的整然と積み重なり、ジャバラとシャフト間の押圧がより少ない。そのため、大口径端側のシール部をブーツ内側から剥がす向きに作用するトルク（図中矢印で示す）が、実施例のもので比較例のものよりも小さい。
【００４０】
一方、屈曲外側について比較した場合、実施例のものでは、小口径端側へのジャバラの山の突きだしが比較的少なく、小口径端に隣接した山の折り畳みがより少ない。そのため、小口径端側のシール部をブーツ内側から剥がす向きに作用するトルク（図中矢印で示す）が、実施例のもので比較例のものよりも小さい。
【００４１】
表１には、実施例及び比較例についてのＦＥＭ解析結果をまとめて示す。
【００４２】
下記表において、「谷をなす２斜面」が「等幅」であるとは、当該２斜面についてのブーツ軸方向の寸法がほぼ等しいことを示す。
【００４３】
「圧縮側ジャバラ同士の接触」等の欄における「１〜４谷」は、大口径端から数えて第１〜４谷を示す。「（２谷）」及び「（大径肩）」は、それぞれ、第２谷、及び、大径端円筒部の肩部において接触押圧力が最大となることを示す。
【００４４】
また、「応力振幅」とは、最大応力と最小応力との差であり、「応力振幅」等の欄における「３谷外」は、応力振幅が第３谷の外側で最大となることを示す。
【００４５】
【表１】
上記表１に示すように、ジャバラの広角変形時の応力振幅及び接触圧は、実施例のものにおいて、比較例のものより顕著に小さい。このことは、屈曲に対する耐疲労性が、実施例により顕著に向上することを意味する。
【００４６】
表１の末尾には、実施例及び比較例のジャバラについて、大角度変形時の変形における折り曲げトルクをＦＥＭ解析により算出した結果を示している。広角変形時におけるジャバラの折り曲げトルクが小さくなることは、ジャバラが受ける負担が減少することであり、同時に、シール部をブーツ内側から剥がす向きに作用するトルクが減少することでもある。
【００４７】
以上で示したように、谷をなす２斜面がのこ刃形をなし、かつ、これら斜面が凸Ｒ形である実施例のジャバラ形状が、耐疲労性及びシール性の観点から望ましいことが知られる。
【００４８】
＜ジョイントブーツのシール部の形状＞
次に、実施例のジョイントブーツの大口径端円筒部及び小口径端円筒部におけるシール部の形状について、図５に示す。比較例のジョイントブーツは、上記図８のシール部形状を有している。
【００４９】
実施例のジョイントブーツは、シール部に関して下記（９）〜（１２）の共通の特徴を備える。
【００５０】
（９）シール部において、シール用突条９１が形成された部位の外周面側に位置する周方向の条溝９２は、幅寸法ａが深さ寸法ｂに比べて同一か又はより大きい。
【００５１】
（１０）シール用突条９１は、二重に設けられず、一重である。
【００５２】
（１１）シール用突条９１の突起の高さは、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイントブーツの厚さの１〜２倍である。
【００５３】
（１２）条溝９２の深さ寸法は、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイントブーツの厚さの１〜１．５倍である。
【００５４】
これに対して、比較例に係るシール部においては、条溝９２の幅寸法ａが深さ寸法ｂの３分の１以下であり、シール用突条９１は、２重に設けられ、突起の高さがシール用突条９１の隣接部におけるジョイントブーツの厚さの３分の２以下である。条溝９２の深さ寸法は、実施例と同程度である。
【００５５】
以下に、実施例のジョイントブーツにおけるそれぞれのシール部の形状について、より詳細に説明する。
【００５６】
実施例のジョイントブーツのシール部は、そのブーツ軸方向に切断した断面図において、シール用突条９１が半円形状をなし、この背面には、略逆くさび形の突条９３を中央に有する略半円形の条溝９２が形成されている。シール用突条９１の突起の高さは、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の約２倍であり、条溝９２の深さｂは、該膜厚の約１．５倍である。条溝内突条９３の突起の高さは、条溝９２の深さと同程度である。また、条溝９２の底面からシール用突条９１の外面までの距離は、最短で、該膜厚と同程度である。
【００５７】
＜シール部のクランプ圧力＞
実施例及び比較例のジョイントブーツについて、締め付けクランプ４によりシール部を締め付けて締め付けクランプ４と該シール部の間の圧力が１ｋｇ／ｍｍ２となる場合のツメシロを算出した。その結果を表２に示す。
【００５８】
ツメシロが大きいほど、ジョイントブーツのシール部とシャフト等との密着性と、この部分におけるシール性が向上する。
【００５９】
下記表２に示すシール部のクランプ圧力の算出にあたっては、実施例及び比較例のジョイントブーツがシール部において具体的に以下の寸法を有するとした。単位はｍｍである。
【００６０】
【表２】
上記表に示すように、シールの形状が実施例のようであると、シール部における締め付け圧力、すなわち締め付け時に締め付けクランプ４にかかる圧力を一定とする場合に、従来技術にかかる比較例に比べて、ツメシロをかなり大きくとることとなる。
【００６１】
したがって、締め付けクランプの強度、及び、締め付け作業の負担を増大させることなく、シール部における密着性、及びシールの信頼性を向上させることができる。
【００６２】
【発明の効果】
広角度の屈曲変形に対応するジャバラ状のジョイントブーツにおいて、締め付けバンドの締め付け力を増加させることなく充分なシール性及びその信頼性も得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のジョイントブーツについての半断面半側面図である。
【図２】比較例のジョイントブーツについての半断面半側面図である。
【図３】実施例１のジョイントブーツを大角度変形させた場合についてのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図４】比較例のジョイントブーツについての図３と同様のシミュレーション図である。
【図５】実施例のジョイントブーツにおけるシール部の縦断面図である。
【図６】ジョイントブーツを概念的に説明するための切開側面図である。
【図７】従来のジョイントブーツにおけるシール部の縦断面図である。
【図８】従来の他のジョイントブーツ（比較例）におけるシール部の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ジョイントブーツ
２ シャフト
３ 継ぎ手ケース
４ 締め付けバンド
５ 大口径端円筒部
６ 小口径端円筒部
７ ジャバラの稜線
８ ジャバラの谷線
９ シール部
91 シール用突条
92 シール用突条の背面の条溝
93 条溝内突条
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性ポリエステルエラストマー等のポリエステル系エラストマー樹脂からなるジョイントブーツおよびこれを用いた自在継ぎ手装置に関する。詳しくは、自動車の等速ジョイントなどに用いられるジャバラ状のジョイントブーツおよびこれを用いた自在継ぎ手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や産業機械の駆動シャフトのジョイントには、封入されているグリースを保持するため、あるいは塵などを防ぐためにジョイントブーツと呼ばれる筒状の弾性体膜が装着される。
【０００３】
このようなジョイントブーツは、例えば、図６に示すように、両端部に口径差のある筒状のジャバラ構造であり、このジョイントブーツの大口径端円筒部５と小口径端円筒部６に、自在継ぎ手ケース３とシャフト２とが挿入されそれぞれ締め付けクランプ４により固着されている。自在継ぎ手ケース３内において上記シャフト２と別のシャフトとが回転駆動力を伝達可能な自在継ぎ手により接続されている。大口径端円筒部５及び小口径端円筒部６の内周には、断面が山形のシール用突条９１が形成されており、このシール用突条９１がクランプ４によって締め付けられて押さえ込まれることにより、封入されているグリースの漏れが防止されている。
【０００４】
従来、このようなジョイントブーツは、クロロプレンゴム材料などのゴム材料を射出成形することにより製造されていた。しかし、自動車用途においては、近年、部品の保証期間が長期化しており、このような汎用合成ゴム材料では耐オゾン性や耐摩耗性についての要求を十分に満足させることができなかった。
【０００５】
そこで、これらの要求を満足できる材料として熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂が用いられるようになってきている。
【０００６】
熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂は、一般に、高融点結晶性の芳香族ポリエステル単位からなるハードセグメントと、ポリテトラメチレングリコールといった低融点の脂肪族ポリエーテル単位からなるソフトセグメントとがエステル結合されてなり、ハードセグメント同士の凝集によって物理的に架橋が行われるものである。
【０００７】
熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂等のポリエステル系エラストマー樹脂は、その構造に由来する優れた耐久性と耐摩擦性を有する。
【０００８】
しかし、このようなポリエステル系エラストマー樹脂の性能を引き出すためには、樹脂の物性にぴったり適合した形状とする必要がある。ところが、ポリエステル系エラストマー樹脂と汎用合成ゴムとでは、根本的に物性が異なるために、長年使用され試験されて来た汎用合成ゴム製のジョイントブーツについて経験的に得られている形状はあまり参考にならない。
【０００９】
特に、ジャバラの耐屈曲疲労性と、シール部における密着性、シール性の確保が問題となる。
【００１０】
シール部における密着性及びシール性を確保するためには、例えば図７又は図８のような断面形状に形成されていた（それぞれ特開平２−２２１７６６及び特公平５−７３９５２）。図示の例では、断面略半円状のシール用突条９１の背面に、幅ａが狭く深さｂの大きい切り込み状の条溝９２が形成されていた。この切り込み状の条溝９２は、シール部が締めけクランプ４からのある大きさの押圧力によって締め付けられた際に、シール用突条９１とシャフト等との密着性を高めるものである。図９のものにあっては、密着性をさらに高める目的で、背面に条溝９２を備えたシール用突条９１が、２本、略Ｗ字形断面をなすように設けられている。すなわち、シール用突条９１が二重に設けられている。現在市販されているジョイントブーツにおいては、図９のようなシール部形状が主流となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ポリエステル系エラストマー樹脂製ジョイントブーツのジャバラの形状が最適でない場合には、広角変形が加わった際に応力が集中する部位が生じやすく、繰り返し屈曲に対する必要な耐疲労性が得られなかった。
【００１２】
また、ポリエステル系エラストマー樹脂製ジョイントブーツにおいては、自在継ぎ手部が大角度に傾いたとき、この傾きに追随してジャバラが折り曲げられる際の折り曲げトルクが大きくなる傾向にある。この折り曲げトルクは、シール部をブーツ内側から剥がす向きの力として作用する。そのため、ジャバラの形状について折り曲げトルクの発生を最大限抑制する形状とするとともに、シール部における密着性を充分に高めなければ、シール性を損ないグリース漏れを起こすおそれがある。
【００１３】
一方、充分なシール性を確保するためには、締め付けクランプによる締め付け力を大きくするとともに、シール用突条が締め付けられて押さえ込まれる寸法、すなわちシール用突条の山が締め付け力により高さを減じる寸法（以降、ツメシロと呼ぶ）を充分大きくとる必要がある。そのため、用いる締め付けクランプの板厚を大きく取り強度を充分に大きく取らなければならずそれだけ部品コストが上昇する。また、締め付けクランプによりジョイントブーツを自在継ぎ手部に組み付ける際の作業工程負担が大きくなる。
【００１４】
上記問題点に鑑み、(1)加わる応力を充分に分散させることができ、繰り返し屈曲による疲労に対する充分な耐久性が得られるとともに、(2)シール部締め付けのための部品コスト及び工程負担の増大なしにシール部の充分な信頼性を確保することのできる、樹脂ブーツが求められている。
【００１５】
本発明は、上記(2)の課題を解消し得た樹脂ブーツを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、自在継ぎ手の一方のシャフトに固定された自在継ぎ手収納ケースに接続するための大口径端短円筒部と、自在継ぎ手の他方のシャフトに接続するための小口径端短円筒部と、大口径端から小口径端へと径が順次小さくなっているジャバラとからなるポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、大口径端短円筒部及び小口径端短円筒部において、その外周面側に、クランプがはまる凹陥部が形成され、その内周面側にシール用突条が形成され、このシール用突条のジョイントブーツ軸方向における幅の中央部の外周面側に条溝が形成され、この条溝は、開口における幅寸法が深さ寸法に比べて同一か又はより大きく、前記条溝内の略中央に断面略逆くさび形の突起が周方向に形成された、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００１７】
上記構成により、シール性を高めるべくシール用突条の幅を大きくとった場合にも、シール用突条の全面とシャフト等の外面とがほぼ均等な力で密着するようにすることができる。
【００１８】
請求項２の発明においては、請求項１に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記突起は断面三角形である、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００１９】
請求項３の発明においては、請求項２に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記シール用突状は、断面が角を丸めた台形状をなし、前記条溝は断面略半円形であり、これにより、前記突起の両側に断面逆三角形の空間を有する、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項３に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記のシール用突条の高さは前記シール用突条に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の１〜２倍であり、前記条溝９２の深さは該膜厚の１〜１．５倍である、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項３に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記シール用突条の高さ及び前記深さ寸法が、前記シール用突条に隣接する部位のジョイントブーツの膜厚より大きい、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２２】
上記構成により、シール部のツメシロを大きくとることができるため、シール部の密着性とシールの信頼性をさらに高めることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項４に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、前記のシール用突条の高さは前記シール用突条に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の約２倍であり、前記条溝９２の深さは該膜厚の約１．５倍であり、前記条溝の底面からシール用突条の外面までの距離は、最短で、該膜厚と同程度である、ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツである。
【００２４】
請求項７の発明は、自在継ぎ手の一方のシャフトに固定された自在継ぎ手収納ケースと、自在継ぎ手の他方のシャフトと、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツであって、前記大口径端短円筒部が前記自在継ぎ手収納ケースに接続され、前記小口径端短円筒部が前記自在継ぎ手の他方のシャフトに接続されてなるジョイントブーツと、からなる自在継ぎ手装置において、前記自在継ぎ手収納ケースおよび前記自在継ぎ手の他方のシャフトのそれぞれ外周面には、前記の大口径端短円筒部および小口径端短円筒部にそれぞれ設けた前記のシール用突条に対応して嵌合用溝が形成され、この嵌合用溝は底面と斜めの左右両側面とを有する断面台形状をなしていることを特徴とする自在継ぎ手装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜ジョイントブーツのジャバラの形状＞
実施例及び比較例のジョイントブーツのジャバラの形状について、向かって右半が軸方向断面図であり、左半が側面図である図１〜２にそれぞれ示す。ジョイントブーツの大口径端円筒部５の径はいずれも約１００ｍｍである。
【００２６】
ジョイントブーツの材質は、東洋紡積（株）の熱可塑性ポリエステルエラストマー、ベルプレンＰ４６Ｄである。
【００２７】
これら実施例及び比較例は、いずれも、下記（１）〜（６）の共通の特徴を備えている。これは、現行品が備える特徴である。
【００２８】
（１）大口径端から小口径端へとジャバラの山及び谷の径が順次小さくなっている。
【００２９】
（２）継ぎ手ケースに接続する大口径端円筒部５の端縁から第１谷が始まる。
【００３０】
（３）ブーツ軸方向の断面において、大口径端円筒部の中点Ｃ１と小口径端円筒部の中点Ｃ２との間のブーツ軸方向における距離をＬとし、大口径端円筒部の中点から第１山の稜線までのブーツ軸方向における距離をＬ０、第５山の稜線から小口径端円筒部の中点までのブーツ軸方向における距離をＬ１、第１山の稜線から第５山の稜線までのブーツ軸方向における距離をＬ２としたとき、Ｌ０はＬの５〜１５％、Ｌ１はＬの１２〜２２％、Ｌ２はＬの６７〜７７％である。
【００３１】
（４）各谷において、大口径端側斜面についてのブーツ径方向（ジョイントブーツの半径方向）における寸法（谷面の深さ）が、小口径端側の山の稜線におけるジョイントブーツの外径の２８〜４０％である。
【００３２】
（５）大口径端円筒部の外径が約１００ｍｍである場合に、稜線における曲率半径が約２ｍｍである。
【００３３】
（６）ジャバラの稜線近傍の肉厚が、谷底近傍の肉厚の６０〜１００％である。
【００３４】
このような構成において、実施例においては、下記（７）〜（８）の特徴を備える。
【００３５】
（７）ジャバラを構成する斜面であって大口径端円筒部及び小口径端円筒部に直接接続しないもの、即ちジャバラの両端以外のものは、ブーツ軸方向の断面形状において、ジョイントブーツの外側に向かって凸であってその曲率半径が大口径端円筒部の外径の０．３〜２倍である（以降、凸Ｒ形と呼ぶ）。
【００３６】
（８）ジャバラの二つの稜線に挟まれた谷において、大口径端側の稜線から谷底までのジョイントブーツ軸方向における距離が、これら二つの稜線の間のジョイントブーツ軸方向における距離の３０〜４０％である（以降、のこ刃形と呼ぶ）。
【００３７】
＜ジョイントブーツのジャバラについてのＦＥＭ解析＞
実施例及び比較例のジョイントブーツについて、有限要素法（Finite Element analysis Method）による解析（以降、ＦＥＭ解析と呼ぶ。）を用いて、駆動軸と従動軸とが広角度に変形した場合における変形形状と応力の分布についてシミュレーションを行った。このＦＥＭ解析において、材質である熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂の物性値について、温度３０℃でのヤング率を４４０ｋｇ／ｃｍ２とした。
【００３８】
ＦＥＭ解析によるシミュレーションにて得られた、実施例及び比較例についての大変形時の変形における形状を図３及び４に示す。シミュレーションは、ジャバラ部の形状に基づくものであるため、変形例についても実施例と同一である。
【００３９】
実施例と比較例のシミュレーション図を屈曲内側について比較した場合、実施例のものでは、ジャバラの山が比較的整然と積み重なり、ジャバラとシャフト間の押圧がより少ない。そのため、大口径端側のシール部をブーツ内側から剥がす向きに作用するトルク（図中矢印で示す）が、実施例のもので比較例のものよりも小さい。
【００４０】
一方、屈曲外側について比較した場合、実施例のものでは、小口径端側へのジャバラの山の突きだしが比較的少なく、小口径端に隣接した山の折り畳みがより少ない。そのため、小口径端側のシール部をブーツ内側から剥がす向きに作用するトルク（図中矢印で示す）が、実施例のもので比較例のものよりも小さい。
【００４１】
表１には、実施例及び比較例についてのＦＥＭ解析結果をまとめて示す。
【００４２】
下記表において、「谷をなす２斜面」が「等幅」であるとは、当該２斜面についてのブーツ軸方向の寸法がほぼ等しいことを示す。
【００４３】
「圧縮側ジャバラ同士の接触」等の欄における「１〜４谷」は、大口径端から数えて第１〜４谷を示す。「（２谷）」及び「（大径肩）」は、それぞれ、第２谷、及び、大径端円筒部の肩部において接触押圧力が最大となることを示す。
【００４４】
また、「応力振幅」とは、最大応力と最小応力との差であり、「応力振幅」等の欄における「３谷外」は、応力振幅が第３谷の外側で最大となることを示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１の末尾には、実施例及び比較例のジャバラについて、大角度変形時の変形における折り曲げトルクをＦＥＭ解析により算出した結果を示している。広角変形時におけるジャバラの折り曲げトルクが小さくなることは、ジャバラが受ける負担が減少することであり、同時に、シール部をブーツ内側から剥がす向きに作用するトルクが減少することでもある。
【００４７】
以上で示したように、谷をなす２斜面がのこ刃形をなし、かつ、これら斜面が凸Ｒ形である実施例のジャバラ形状が、耐疲労性及びシール性の観点から望ましいことが知られる。
【００４８】
＜ジョイントブーツのシール部の形状＞
次に、実施例のジョイントブーツの大口径端円筒部及び小口径端円筒部におけるシール部の形状について、図５に示す。比較例のジョイントブーツは、上記図８のシール部形状を有している。
【００４９】
実施例のジョイントブーツは、シール部に関して下記（９）〜（１２）の共通の特徴を備える。
【００５０】
（９）シール部において、シール用突条９１が形成された部位の外周面側に位置する周方向の条溝９２は、幅寸法ａが深さ寸法ｂに比べて同一か又はより大きい。
【００５１】
（１０）シール用突条９１は、二重に設けられず、一重である。
【００５２】
（１１）シール用突条９１の突起の高さは、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイントブーツの厚さの１〜２倍である。
【００５３】
（１２）条溝９２の深さ寸法は、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイントブーツの厚さの１〜１．５倍である。
【００５４】
これに対して、比較例に係るシール部においては、条溝９２の幅寸法ａが深さ寸法ｂの３分の１以下であり、シール用突条９１は、２重に設けられ、突起の高さがシール用突条９１の隣接部におけるジョイントブーツの厚さの３分の２以下である。条溝９２の深さ寸法は、実施例と同程度である。
【００５５】
以下に、実施例のジョイントブーツにおけるそれぞれのシール部の形状について、より詳細に説明する。
【００５６】
実施例のジョイントブーツのシール部は、そのブーツ軸方向に切断した断面図において、シール用突条９１が半円形状をなし、この背面には、略逆くさび形の突条９３を中央に有する略半円形の条溝９２が形成されている。シール用突条９１の突起の高さは、シール用突条９１に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の約２倍であり、条溝９２の深さｂは、該膜厚の約１．５倍である。条溝内突条９３の突起の高さは、条溝９２の深さと同程度である。また、条溝９２の底面からシール用突条９１の外面までの距離は、最短で、該膜厚と同程度である。
【００５７】
＜シール部のクランプ圧力＞
実施例及び比較例のジョイントブーツについて、締め付けクランプ４によりシール部を締め付けて締め付けクランプ４と該シール部の間の圧力が１ｋｇ／ｍｍ２となる場合のツメシロを算出した。その結果を表２に示す。
【００５８】
ツメシロが大きいほど、ジョイントブーツのシール部とシャフト等との密着性と、この部分におけるシール性が向上する。
【００５９】
下記表２に示すシール部のクランプ圧力の算出にあたっては、実施例及び比較例のジョイントブーツがシール部において具体的に以下の寸法を有するとした。単位はｍｍである。
【００６０】
【００６１】
したがって、締め付けクランプの強度、及び、締め付け作業の負担を増大させることなく、シール部における密着性、及びシールの信頼性を向上させることができる。
【００６２】
【発明の効果】
広角度の屈曲変形に対応するジャバラ状のジョイントブーツにおいて、締め付けバンドの締め付け力を増加させることなく充分なシール性及びその信頼性も得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のジョイントブーツについての半断面半側面図である。
【図２】比較例のジョイントブーツについての半断面半側面図である。
【図３】実施例１のジョイントブーツを大角度変形させた場合についてのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図４】比較例のジョイントブーツについての図３と同様のシミュレーション図である。
【図５】実施例のジョイントブーツにおけるシール部の縦断面図である。
【図６】ジョイントブーツを概念的に説明するための切開側面図である。
【図７】従来のジョイントブーツにおけるシール部の縦断面図である。
【図８】従来の他のジョイントブーツ（比較例）におけるシール部の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ジョイントブーツ
２ シャフト
３ 継ぎ手ケース
４ 締め付けバンド
５ 大口径端円筒部
６ 小口径端円筒部
７ ジャバラの稜線
８ ジャバラの谷線
９ シール部
91 シール用突条
92 シール用突条の背面の条溝
93 条溝内突条
Claims (7)
- 自在継ぎ手の一方のシャフトに固定された自在継ぎ手収納ケースに接続するための大口径端短円筒部と、自在継ぎ手の他方のシャフトに接続するための小口径端短円筒部と、大口径端から小口径端へと径が順次小さくなっているジャバラとからなるポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、
大口径端短円筒部及び小口径端短円筒部において、その外周面側に、クランプがはまる凹陥部が形成され、
その内周面側にシール用突条が形成され、
このシール用突条のジョイントブーツ軸方向における幅の中央部の外周面側に条溝が形成され、
この条溝は、開口における幅寸法が深さ寸法に比べて同一か又はより大きく、
前記条溝内の略中央に断面略逆くさび形の突起が周方向に形成された、
ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ。 - 請求項１に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、
前記突起は断面三角形である、
ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ。 - 請求項２に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、
前記シール用突状は、断面が角を丸めた台形状をなし、
前記条溝は断面略半円形であり、
これにより、前記突起の両側に断面逆三角形の空間を有する、
ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ。 - 請求項３に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、
前記のシール用突条の高さは前記シール用突条に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の１〜２倍であり、
前記条溝９２の深さは該膜厚の１〜１．５倍である、
ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ。 - 請求項３に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、
前記シール用突条の高さ及び前記深さ寸法が、前記シール用突条に隣接する部位のジョイントブーツの膜厚より大きい、
ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ。 - 請求項４に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツにおいて、
前記のシール用突条の高さは前記シール用突条に隣接する部位におけるジョイントブーツの膜厚の約２倍であり、
前記条溝９２の深さは該膜厚の約１．５倍であり、
前記条溝の底面からシール用突条の外面までの距離は、最短で、該膜厚と同程度である、
ことを特徴とするポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツ。 - 自在継ぎ手の一方のシャフトに固定された自在継ぎ手収納ケースと、
自在継ぎ手の他方のシャフトと、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のポリエステル系樹脂製の広角度対応ジョイントブーツであって、前記大口径端短円筒部が前記自在継ぎ手収納ケースに接続され、前記小口径端短円筒部が前記自在継ぎ手の他方のシャフトに接続されてなるジョイントブーツと、
からなる自在継ぎ手装置において、
前記自在継ぎ手収納ケースおよび前記自在継ぎ手の他方のシャフトのそれぞれ外周面には、前記の大口径端短円筒部および小口径端短円筒部にそれぞれ設けた前記のシール用突条に対応して嵌合用溝が形成され、この嵌合用溝は底面と斜めの左右両側面とを有する断面台形状をなしていることを特徴とする自在継ぎ手装置。
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