JP4200727B2

JP4200727B2 - 等速ジョイント用ブーツ

Info

Publication number: JP4200727B2
Application number: JP2002291266A
Authority: JP
Inventors: 真幸鳥海
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: JP2004125085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪駆動車のドライブシャフト用ジョイントなどに不可欠な等速ジョイントに被覆され、等速ジョイントのジョイント部への水や埃の侵入を阻止するブーツに関する。
【０００２】
【従来の技術】
等速ジョイントのジョイント部は従来より蛇腹形状のブーツで覆われ、水や埃の侵入を阻止することによって大角度で滑らかな回転が維持されている。この等速ジョイント用ブーツは、ジョイントアウターレースなどに保持される大径の第１筒部と、第１筒部より小径でシャフトに保持される第２筒部と、第１筒部と第２筒部を一体的に連結する略円錐台形状の蛇腹部とから構成されている。そして使用時には、ジョイントアウターレースなどとシャフトのなす角度の変化に応じて蛇腹部が変形するため、その作動角が大きくなってもブーツによってジョイント部を確実にシールすることができる。
【０００３】
従来の等速ジョイント用ブーツは、ジョイントアウターレースなどの中心軸とシャフトの中心軸とのなす作動角の変化への追従を容易とし、蛇腹部に発生する応力を小さくするために、蛇腹部の山部の外径が比較的大型に形成されている。ところが近年、自動車の軽量化が求められ、車体サイズのコンパクト化に伴って等速ジョイント用ブーツにも形状のコンパクト化が求められている。
【０００４】
等速ジョイント用ブーツのコンパクト化には、蛇腹部の外径を縮小することが必要不可欠である。しかし蛇腹部の外径を縮小すると、その分山谷間の膜長が短くなり、谷部の応力が増大するとともに、隣接する山部どうしの接触圧が大きくなって耐久性が低下するという不具合があった。
【０００５】
そこで実開平06−087776号公報には、略円錐台形状の蛇腹部をもつ樹脂製ＣＶＪブーツにおいて、小径側の山谷群の山谷径差を大径側の山谷群の山谷径差より小さくすることが記載されている。このように構成することで、作動角が大きくつけられても、圧縮側における山谷径差の小さな小径側の山谷群の展開長は少なく、その分だけ大径側の山谷群の山部どうしが圧縮されるのを助長することがないので、その部分における接触圧を低減することができ、耐久性が向上する。
【０００６】
しかしながら、上記公報に記載のＣＶＪブーツの蛇腹部においては、大径側の山谷径差が大きいことから、作動角が大きくなったときに、大径側から二つ目の第２谷部がインボードジョイントアウターレースとシャフトの間に噛み込まれる場合があった。このように谷部が噛み込まれると谷部に大きな力が作用し、これが繰り返されると谷部の損傷によりシール性が損なわれる。したがってブーツを頻繁に交換せざるを得ず、寿命が短いという問題が生じる。
【０００７】
そこで特開2001−065594号公報には、大径の第１筒部側から順に第１谷部、第１山部、第２谷部、第２山部、第３谷部、第３山部・・・と複数の山部及び谷部が交互に連続してなり、第１山部の外径は第１筒部の外径と略同一であって、中心軸を含む平面で切断した断面における第１山部の頂点から第２谷部を通過して第２山部の頂点を結ぶ線の長さは第２山部の頂点から第３谷部を通過して第３山部の頂点を結ぶ線の長さとほぼ等しく、第２谷部の深さ（ｈ）は第３谷部の深さ（Ｈ）に対してＨ／1.3 ≦ｈ≦Ｈ／1.1 の範囲にある蛇腹部をもつ等速ジョイント用ブーツが開示されている。
【０００８】
この等速ジョイント用ブーツによれば、作動角が50゜程度まで大きくなっても、圧縮側における第２谷部の噛み込みを防止することが可能となり、損傷によるシール性の低下を確実に阻止することができる。
【０００９】
【特許文献１】
実開平06−087776号
【特許文献２】
特開2001−065594号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが特開2001−065594号公報に記載の等速ジョイント用ブーツの蛇腹部においては、第１山部の膜長（中心軸を含む平面で切断した断面における第１谷部から第２谷部までの長さ）が短いために、作動角が大きい時の伸長側（２軸の交差角の広い方）で第１山部に反転（バックリング）が生じる恐れがあった。
【００１１】
このようなバックリングを防止するには、少なくとも第１山部の肉厚を厚くすることが有効であるが、そうすると蛇腹部の剛性が高くなり、使用時に発生する内部応力が大きくなって耐久性が低下するという不具合がある。
【００１２】
また特開2001−065594号公報に記載の等速ジョイント用ブーツの蛇腹部においては、各山部の頂点がほぼ一直線上に位置していた。そのため作動角が大きい時の圧縮側では、複数の山部が一ヶ所に重なり合い、圧縮側の応力が大きいという不具合もあった。圧縮側の応力が大きいと伸長側の応力も大きくなるため、これによって上記バックリングが生じ易くなるという問題もある。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、蛇腹部の肉厚を厚くすることなく、蛇腹部全体で応力を緩和できるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の等速ジョイント用ブーツの特徴は、大径の第１筒部と、第１筒部と離間して同軸的に配置され第１筒部より小径でシャフトに保持される第２筒部と、第１筒部と第２筒部を一体的に連結する略円錐台形状の蛇腹部と、よりなる等速ジョイント用ブーツにおいて、
蛇腹部は第１筒部側から順に第１谷部，第１山部，第２谷部，第２山部，第３谷部，第３山部，第４谷部，第４山部，第５谷部，第５山部，第６谷部，第６山部が連続してなり、
第２山部，第３山部，第４山部，及び第５山部は等ピッチであり、
第３山部と第４山部とは、第３山部と第４山部との外径差が他の互いに隣接する山部どうしの外径差より大きい大差部を構成し、
大差部を構成する一対の山部の外径の比の値が1.05〜1.20であり、大差部から第１筒部側の山部の外径と谷部の外径の比（山径／谷径）が1.25〜1.30であり、大差部から第２筒部側の山部の外径と谷部の外径の比（山径／谷径）が1.21〜1.30であり、さらに第１山部の外径は、第２山部の外径と同等若しくは僅かに大きく、
蛇腹部の中心軸を含む平面で切断した断面において大差部から第１筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ ₁ と大差部から第２筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ ₂ とが互いに平行であり、
谷部の最小外径位置と山部の最大外径位置との中心軸線に対して平行方向の距離を間隔としたとき、第２山部と第３谷部の間隔、第３山部と第４谷部との間隔及び第４山部と第５谷部との間隔はそれぞれ等しくその間隔をＷ ₁ とし、第３谷部と第３山部との間隔、第４谷部と第４山部との間隔及び第５谷部と第５山部はそれぞれ等しくその間隔をＷ ₂ とすると、Ｗ ₁ ＜Ｗ ₂ の関係を満たすことにある。
【００１５】
上記した等速ジョイント用ブーツでは、蛇腹部の中心軸を含む平面で切断した断面において、大差部から第１筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ₁ の中心軸に対する角度θ₁ と、大差部から第２筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ₂ の中心軸に対する角度θ₂ がそれぞれ20゜±５゜であることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の等速ジョイント用ブーツの蛇腹部では、第２山部と第３山部との外径差，第３山部と第４山部との外径差，及び第４山部と第５山部との外径差のうちいずれか一つが、他の互いに隣接する山部どうしの外径差より大きい大差部を構成している。このように構成することで、作動角が中程度あるいは大きい時の圧縮側では、大差部において外径の大きい側の山部が外径の小さい山部の外側へ押し出されるため、複数の山部が一ヶ所に重なるのが防止でき、圧縮側の応力を低減することができる。そして作動角が大きい時の伸長側では、圧縮側での応力低減により伸長側でも応力が低減されるため、第１山部のバックリングも防止できる。
【００１８】
大差部において、外径が大きい山部の外径は外径が小さい山部の外径の1.05 〜 1.20 の範囲とする。外径比をこの範囲とすることで、上記作用がより確実に奏される。外径比が1.05倍未満であると、作動角が中程度あるいは大きい時の圧縮側において複数の山部が一ヶ所に重なるようになり、圧縮側の応力を低減することが困難となる。また外径比が1.20 倍を超えると、蛇腹部全体の外径が大きくなりコンパクト化に反するため好ましくない。
【００１９】
大差部を構成するのは、第２山部と第３山部との外径差，第３山部と第４山部との外径差，及び第４山部と第５山部との外径差のうちいずれか一つであるが、第３山部と第４山部とで大差部を構成するのが特に好ましい。このようにすれば、発生する応力を第４谷部を中心とする両側に効果的に分散することができるので、局部的な変形をより防止することができ耐久性が向上する。
【００２０】
そして本発明においては、第２山部，第３山部，第４山部，及び第５山部は等ピッチとする。このように設定することで、局部的に極端に変形するのが防止されて蛇腹部全体での応力緩和が可能となる。
【００２１】
また蛇腹部の中心軸線を含む平面で切断した断面において、図１にも示すように、大差部から第１筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ₁ の中心軸線Ｌに対する角度θ₁ と、大差部から第２筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ₂ の中心軸線Ｌに対する角度θ₂ がそれぞれ20゜±５゜であることが望ましい。これによりコンパクト化と応力緩和性のバランスが向上する。
【００２２】
さらに、大差部から第１筒部側の山部の外径と谷部の外径の比（山径／谷径）は1.25〜1.30であり、大差部から第２筒部側の山部の外径と谷部の外径の比（山径／谷径）は1.21〜1.30である。これによりコンパクト化と応力緩和性のバランスが向上する。
【００２３】
第１山部の外径は、コンパクト化のためにできるだけ小さくすることが好ましく、他の山部どうしの関係からは独立したものとなる。第２山部の外径と同等若しくは僅かに大きい程度とすることが好ましい。
【００２４】
第１谷部の外径は、第１谷部がインボードジョイントアウターレースとシャフトの間に噛み込まれるのを防止するために、インボードジョイントアウターレースの内径と同等以上とすることが望ましい。
【００２５】
したがって本発明の等速ジョイント用ブーツでは、蛇腹部の応力緩和特性に優れているので、蛇腹部の肉厚を 1.0± 0.2mmと薄くしてもバックリングの恐れがない。これにより変形がさらに容易となるとともに、より軽量化を達成することができる。
【００２６】
上記した構成以外においては、本発明の等速ジョイント用ブーツは従来と同様に構成することができる。その材質としてはＴＰＥ，ＴＰＯなどの熱可塑性エラストマーなどが用いられ、一般にはブロー成形法にて製造することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
【００２８】
（実施例）
図１に本実施例の等速ジョイント用ブーツの半部断面で示す正面図を示す。この等速ジョイント用ブーツは、第１筒部１と、第１筒部１より小径の第２筒部２と、第１筒部１と第２筒部２を一体的に連結する略円錐台形状の蛇腹部３とから構成され、第１筒部１及び蛇腹部３は熱可塑性エラストマーからブロー成形により形成され、第２筒部２は熱可塑性エラストマーから射出成形により蛇腹部３と一体的に製造されている。
【００２９】
蛇腹部３は、第１筒部１側から順に第１谷部10、第１山部11、第２谷部12、第２山部13、第３谷部14、第３山部15、第４谷部16、第４山部17、第５谷部18、第５山部19、第６谷部20、第６山部21が形成され、山部及び谷部が交互に形成されている。
【００３０】
表１に、この等速ジョイント用ブーツの寸法値を示す。なお全長は 103.3mmであり、蛇腹部３の肉厚は 1.0mmであって、第１筒部１及び第２筒部２の外径は最大外径を示し、間隔とは谷部の最小外径位置と山部の最大外径位置との中心軸線Ｌに平行方向の距離を示している。
【００３１】
【表１】

【００３２】
第１山部11の外径は、第１筒部１の最大外径より僅かに大きく形成されている。第２山部13と第３山部15の頂点を結ぶ直線ｌ₁ は、蛇腹部３の中心軸線Ｌに対して20゜傾斜している。また第４山部17，第５山部19及び第６山部21の頂点は直線ｌ₂ 上に位置し、直線ｌ₂ も蛇腹部３の中心軸線Ｌに対して20゜傾斜している。つまり直線ｌ₁ と直線ｌ₂ とは互いに平行な位置関係にある。
【００３３】
そして第３山部15と第４山部17の外径差は12.0mmであって、第２山部13と第３山部15との外径差（ 8.0mm）、第４山部17と第５山部19との外径差（ 6.8mm）、及び第５山部19と第６山部21との外径差（ 8.0mm）より大きく、直線ｌ₂ は直線ｌ₁ より中心軸線Ｌとの距離が短くなっている。つまり第３山部15，第４谷部16，第４山部17で大差部が構成され、第３山部15の外径は第４山部17の外径の1.19倍である。
【００３４】
第２山部13と第２谷部12との外径比は1.29であり、第３山部15と第３谷部14との外径比は1.25である。また第４山部17と第４谷部16の外径比は1.21であり、第５山部19と第５谷部18の外径比は1.30であり、第６山部21と第６谷部20との外径比は1.30である。
【００３５】
また第１山部11は、上記した関係から外れて独立し、第３山部15の外径は第４山部17の外径の1.19倍となっている。さらに第２山部13，第３山部15，第４山部17及び第５山部19は等ピッチに形成されている。
【００３６】
（比較例）
図２及び図３に比較例の等速ジョイント用ブーツを示す。この等速ジョイント用ブーツは、特開2001−065594号公報に記載の等速ジョイント用ブーツである。
【００３７】
蛇腹部３は、第１筒部１側から順に第１谷部10、第１山部11、第２谷部12、第２山部13、第３谷部14、第３山部15、第４谷部16、第４山部17、第５谷部18、第５山部19が形成され、山部及び谷部が交互に形成され、各山部の頂点を結ぶ線は直線となっている。
【００３８】
第１山部11の外径は、第１筒部１の最大外径と同一に形成されている。そして中心軸を含む平面で切断した断面における第１山部11の頂点（Ｐ₁ ）から第２谷部12の底点（Ｐ₂ ）を通過して第２山部13の頂点（Ｐ₃ ）を結ぶ線（Ｐ₁ −Ｐ₂ −Ｐ₃ ）の長さは、第２山部13の頂点（Ｐ₃ ）から第３谷部14の底点（Ｐ₄ ）を通過して第３山部15の頂点（Ｐ₅ ）を結ぶ線（Ｐ₃ −Ｐ₄ −Ｐ₅ ）の長さと等しくされている。すなわち第１山部11−第２谷部12−第２山部13の間の膜長は、第２山部13−第３谷部15−第３山部15の間の膜長と等しくされている。なお、第４山部17−第５谷部18−第５山部19の間の膜長を除いて、任意の山部から隣の山部までの間の膜長とそれに隣接する同等部分の膜長との割合がほぼ同一となるように設計されている。
【００３９】
さらに第２谷部12の深さ（ｈ）は、第３谷部14及びの深さ（Ｈ）に対してｈ＝Ｈ／ 1.2の関係にあり、第２谷部12は角度θ₁ ＝約90゜と隣接する第１谷部10及び第３谷部14の角度θ₂ より大きな角度となっている。
【００４０】
＜評価＞
実施例及び比較例の等速ジョイント用ブーツは、第１筒部１がジョイントアウターレースの外周表面に図示しないスナップリングによって固定され、第２筒部２がドライブシャフトの外周表面に図示しないスナップリングによって固定されて用いられる。
【００４１】
実施例及び比較例の等速ジョイント用ブーツを、作動角が小・中・大の３条件となるようにして用いた場合の変形状態をＦＥＡにて解析した。結果を図４に示す。図４より、実施例のブーツは、比較例に比べて圧縮側及び伸長側における各山部の変形状態が均一であることがわかり、バックリングも生じにくいであろうと推察される。
【００４２】
そこで実施例及び比較例のブーツをそれぞれ試験装置に配置し、作動角が小・中・大の３条件で回転駆動させたときに圧縮側に作用する応力を測定した。結果を図５に示す。また作動角が小・中・大の３条件で回転駆動させ、耐久時間を図６に示す。
【００４３】
図５及び図６より、実施例のブーツは比較例に比べて発生する応力が緩和されており、耐久性にも優れていることが明らかである。
【００４４】
【発明の効果】
すなわち本発明の等速ジョイント用ブーツによれば、蛇腹部全体で応力を緩和できるので、バックリングが防止でき耐久性が向上する。そして蛇腹部の肉厚を薄くすることができるので、軽量化も達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の等速ジョイント用ブーツの半部断面で示す正面図である。
【図２】比較例の等速ジョイント用ブーツの断面図である。
【図３】比較例の等速ジョイント用ブーツの要部拡大断面図である。
【図４】実施例及び比較例の等速ジョイント用ブーツのＦＥＡによる解析図である。
【図５】実施例及び比較例の等速ジョイント用ブーツの作動角と応力との関係を示すグラフである。
【図６】実施例及び比較例の等速ジョイント用ブーツの作動角と耐久時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：第１筒部２：第２筒部３：蛇腹部
10：第１谷部 11：第１山部 12：第２谷部
13：第２山部 14：第３谷部 15：第３山部
16：第４谷部 17：第４山部 18：第５谷部
19：第５山部 20：第６谷部 21：第６山部

Claims

大径の第１筒部と、該第１筒部と離間して同軸的に配置され該第１筒部より小径でシャフトに保持される第２筒部と、該第１筒部と該第２筒部を一体的に連結する略円錐台形状の蛇腹部と、よりなる等速ジョイント用ブーツにおいて、
該蛇腹部は該第１筒部側から順に第１谷部，第１山部，第２谷部，第２山部，第３谷部，第３山部，第４谷部，第４山部，第５谷部，第５山部，第６谷部，第６山部が連続してなり、
該第２山部，該第３山部，該第４山部，及び該第５山部は等ピッチであり、
該第３山部と該第４山部とは、該第３山部と該第４山部との外径差が他の互いに隣接する山部どうしの外径差より大きい大差部を構成し、
該大差部を構成する一対の山部の外径の比の値が1.05〜1.20であり、
該大差部から該第１筒部側の山部の外径と谷部の外径の比（山径／谷径）が1.25〜1.30であり、
該大差部から該第２筒部側の山部の外径と谷部の外径の比（山径／谷径）が1.21〜1.30であり、
該第１山部の外径は、該第２山部の外径と同等若しくは僅かに大きく、
該蛇腹部の中心軸を含む平面で切断した断面において該大差部から該第１筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ ₁ と該大差部から該第２筒部側に続く二つの山部の頂点を結ぶ直線ｌ ₂ とが互いに平行であり、
谷部の最小外径位置と山部の最大外径位置との中心軸線に対して平行方向の距離を間隔としたとき、該第２山部と該第３谷部の間隔、該第３山部と該第４谷部との間隔及び該第４山部と該第５谷部との間隔はそれぞれ等しくその間隔をＷ ₁ とし、該第３谷部と該第３山部との間隔、該第４谷部と該第４山部との間隔及び該第５谷部と該第５山部との間隔はそれぞれ等しくその間隔をＷ ₂ とすると、Ｗ ₁ ＜Ｗ ₂ の関係を満たすことを特徴とする等速ジョイント用ブーツ。
前記直線ｌ ₁ の該中心軸に対する角度θ ₁ と、前記直線ｌ ₂ の該中心軸に対する角度θ ₂ がそれぞれ 20 ゜±５゜である請求項１に記載の等速ジョイント用ブーツ。