JP4932355B2

JP4932355B2 - 等速自在継手用ブーツの取り付け構造

Info

Publication number: JP4932355B2
Application number: JP2006190379A
Authority: JP
Inventors: 恭典川崎; 修二持永
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2008019908A

Description

本発明は、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達機構に組み込まれる等速自在継手の内側継手部材に連結されたシャフトと、その等速自在継手のシール性を確保する等速自在継手用ブーツとの取り付け構造に関する。

例えば自動車や各種産業機械の動力伝達機構に組み込まれる等速自在継手には、継手内部への塵埃などの異物侵入防止や継手内部に封入されたグリースの漏れ防止を目的として、蛇腹状の等速自在継手用ブーツが装着される。

この種のブーツ１０１は、例えば図４に示すように、等速自在継手１０２の外輪１０４に固定される大径部１１０と、内輪１０６から延びるシャフト１０９に固定される小径部１１１と、大径部１１０と小径部１１１との間で谷部１１３と山部１１２とが交互に形成された蛇腹部１１４とを有する。ブーツ１０１は、その大径部１１０および小径部１１１の外周を締め付けバンド１１８で外輪１０４およびシャフト１０９にそれぞれ締着することにより、外輪１０４およびシャフト１０９に固定されている。

ブーツ１０１の大径部１１０および小径部１１１の外周面には、凹溝１１７がそれぞれ設けられ、各凹溝１１７に締め付けバンド１１８が嵌合される。一方、シャフト１０９のブーツ取付部１２２には、凹溝１２０と、この凹溝１２０の両側の周方向突起部１２３、１２４とが設けられている。ところで、ブーツ１０１は樹脂材料で形成されるのが一般的で、その固定部（大径部１１０および小径部１１１）のうち特に小径部１１１は、ブーツバンド１１８を締め付け、シャフト１０９に設けられた周方向突起部１２３，１２４をその内径面に食い込ませることによってシール性が確保される仕様となっている（図５参照）。
実開平４−１２８５３６号公報

ところで、樹脂製ブーツとしては、ゴム製ブーツ（ＣＲブーツ）に比べ、成形性、耐疲労性、耐摩耗性、高速回転性（回転時振れ廻り性）等に優れた特性を示す熱可塑性エラストマ−製ブーツが近年多用される傾向にある。しかしながら、熱可塑性エラストマ−製ブーツは、ゴム製ブーツに比べ圧縮永久歪みが大きく、反発力が低下し易いため、経時変化によりシール性が低下し易い。

特に、ディファレンシャルギア側（インボード側）での高温環境下（高温雰囲気下）でこの傾向が著しく、ブーツ１０１のシール性低下が加速される。そのため、従来のようなシール構造では、長期に亘って安定したシール機能を発揮するのが困難で、シール性の低下によりブーツ１０１とシャフト１０９との間からグリース漏れが発生する場合がある。

かかるシール性低下の抑制手段として、シャフト１０９のブーツ取付部１２２とブーツ１０１の小径部１１１との間にリング状のシール部材（例えば、Ｏリング）を介在させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、ブーツ１０１の経時変化によるシール性低下を、Ｏリングを用いて抑制するためには、このＯリングにどのような素材を用いるか、またその潰し率をどの程度に設定するかが重要であるにもかかわらず、これらが明確でないというのが現状である。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、高温環境下での使用であってもシール性の低下を抑制することができ、安定したシール性を長期に亘って確保し得る等速自在継手用ブーツの取り付け構造を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明では、等速自在継手の内側継手部材から延びるシャフトと、そのシャフトに締め付けバンドにより固定される小径部を有し、熱可塑性エラストマーで形成された等速自在継手用ブーツとを備え、ブーツ小径部の内径面に、内径方向に突出する突出部を設けると共に、シャフトのブーツ取付部に、軸方向に離間した二条の周方向突起部と、周方向突起部の間に位置する凹溝とを設け、ブーツ小径部をシャフトのブーツ取付部の外周に嵌合し、シャフトの凹溝にブーツ小径部の突出部を配置した状態でブーツ小径部の外径面を締め付けバンドで締め付けることにより、周方向突起部をブーツ小径部の内径面に食い込ませてブーツ小径部をシャフトに固定し、シャフトの周方向突起部間の凹溝とブーツ小径部の突出部との間のすき間に、ブーツ素材よりも圧縮永久歪み量が小さいリング状のシール部材を、２５％≦σ≦６０％の潰し率σとした状態で介在させたことを特徴とする等速自在継手用ブーツの取り付け構造を提供する。

本発明では、シャフトのブーツ取付部の凹溝とブーツのシャフト固定部との間にリング状のシール部材を介在させたことにより、熱などの影響を受けて経時変化によりブーツのシール性が低下したとしても、シール部材によりブーツのシール性低下を補完してそのシール性低下を抑制することができる。

また、このシール部材は、ブーツ素材よりも圧縮永久歪み量が小さい素材からなるものである。そのため、特に継手作動時における高温環境下で、ブーツの圧縮永久歪みによる弾性復元力（反発力）の低下に起因して、ブーツとシャフトとの間に所定のシール性が得られなくなった状態でも、シール部材でシール性を確保することができる。

また、このシール部材は、２５％≦σ≦６０％の潰し率σとした状態で、シャフトのブーツ取付部の凹溝とブーツのシャフト固定部との間に介在させるのが望ましいことが、本願発明者らの鋭意研究によって見出された。すなわち、シール部材の潰し率が２５％よりも小さいと、上記のようにブーツのシール性が低下するのに伴ってシール部材に所定の潰し量を与えることができず、その結果シール部材を設けてもシール性を確保することができない。一方、シール部材の潰し率が６０％よりも大きいと、シール部材の圧縮割れにより、シール性を確保することができないからである。

上述した本発明にかかるシール部材の具体例として、Ｏリングを挙げることができる。

また、このシール部材は、二個以上配設することが可能である。このようにシール部材を複数個配設すれば、ブーツの経時変化によるシール性低下を抑制することがより一層確実なものとなる。

さらに、このシール部材は、ブーツのシャフト固定部およびシャフトの凹溝形状に適合した断面形状を有することが望ましい。シール部材のシール機能を確実なものとすることができるからである。

以上のように、本発明によれば、使用に伴う経時変化、特に高温環境下に曝されることによりブーツのシール性が低下しても、シール部材によりブーツのシール性低下を補完して、ブーツとシャフトとの間に安定したシール機能を長期に亘って確保することができ、信頼性および耐久性の向上を図ることができる。

図１は、本発明に係る取り付け構造を採用した等速自在継手２と等速自在継手用ブーツ１を示す。

この等速自在継手２は、内周面に複数のトラック溝３を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪４と、外周面に複数のトラック溝５を形成した内側継手部材としての内輪６と、外輪４のトラック溝３と内輪６のトラック溝５とで協働して形成されるボールトラックに配される複数のボール７と、ボール７を収容するためのポケット８ａを有するケージ８とで主要部が構成されている。また、内輪６の内周にセレーションやスプライン等のトルク伝達手段を介してシャフト９を結合している。

なお、等速自在継手２としては、ブーツ１を取り付けることができるものであればよいので、固定式等速自在継手あるいは摺動式等速自在継手のいずれであってもよい。

ブーツ１は、等速自在継手２の外輪４の開口端部に装着される外輪固定部としての大径部１０と、等速自在継手２の内輪６に連結されたシャフト９に装着されるシャフト固定部としての小径部１１と、大径部１０と小径部１１との間で軸方向に沿って交互に配設される山部１２と谷部１３とを有する蛇腹部１４とを備える。山部１２と谷部１３とは傾斜部１５にて連結されている。

上記構成のブーツ１は、例えば、エステル系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系、スチレン系等の熱可塑性エラストマ−にて形成され、要求特性に対して安定した機能を発揮し得るものが適宜選択使用される。熱可塑性エラストマ−は樹脂とゴムの中間の性質を有するものであり、弾性体でありながら、熱可塑性樹脂の通常の成形機にて加工することができる。なお、ブーツ１は、クロロプレンゴム（ＣＲゴム）等のゴム材料で形成することもできる。

外輪４の開口部側の外周面には周方向切り欠きからなるブーツ取付部１６が設けられ、このブーツ取付部１６にブーツ１の大径部１０が外嵌される。この大径部１０の外周面に形成された嵌合溝１７に締め付けバンド１８を締着することによって、ブーツ１の大径部１０が外輪４に固定される。

シャフト９には、外輪４から所定量突出した位置に、図１および図２に示すように、周方向に沿ったブーツ取付用凹溝２０を有するブーツ取付部２２が設けられ、このブーツ取付部２２にブーツ１の小径部１１が外嵌される。このとき、ブーツ取付部２２の凹溝２０には、ブーツ１の小径部１１の内径面に内径方向に突出して設けられた突出部１９が配置される。そして、小径部１１の外周面に形成された嵌合溝１７に締め付けバンド１８を締着することによって、ブーツ１の小径部１１がシャフト９に固定される。

ブーツ取付部２２に形成された凹溝２０の開口端（軸方向端）には二条の周方向突起部２３，２４が設けられている。この周方向突起部２３，２４の外径寸法は同一に形成されると共に、ブーツ取付部２２の外径寸法よりも大きく設定されている。

ブーツ１の小径部１１は、シャフト９のブーツ取付部２２にシール部材３０を介して装着される。つまり、シャフト９の周方向突起部２３，２４間に位置する凹溝２０とブーツ１の小径部１１（突出部１９）の内径面との間のすき間４０には、ブーツ素材よりも圧縮永久歪み量が小さいリング状のシール部材３０を介在させている。

シール部材３０としては、上述したブーツ素材よりも圧縮永久歪み量が小さい素材からなるＯリングが好適で、その素材としては、ブーツ１の素材よりも圧縮永久歪み量が小さいものであれば別段の制限はない。本実施形態のようにブーツ１の素材として熱可塑性エラストマーを採用している場合、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコンゴム（ＶＭＱ、ＦＶＭＱ等）、あるいはフッ素ゴム（ＦＫＭ，ＦＦＫＭ、ＦＥＰＭ等）などのゴム材料が使用可能である。なお、継手作動時におけるブーツ取付部２２の温度を考慮すると、この中でも耐熱限界温度が比較的高く、継手作動時における高温環境下（１３０℃程度）でもシール性を確保し得るアクリルゴム、水素化ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンンゴム、あるいはフッ素ゴムが特に好適である。もちろん、上述したゴム材料に限らず、その他の樹脂材料でシール部材３０を形成することもできる。

このようにシャフト９のブーツ取付部２２の凹溝２０とブーツ１の小径部１１の内径面との間にリング状のシール部材３０を介在させたことにより、熱などの影響による経時変化によりブーツ１のシール性が低下したとしても、シール部材３０によりブーツ１のシール性低下を補完してそのシール性の低下を抑制することができる。

また、このシール部材３０は、ブーツ素材である熱可塑性エラストマ−よりも圧縮永久変形歪み量が小さい素材からなることから、特に高温環境下に曝されることで、ブーツ１の圧縮永久歪みによる弾性復元力（反発力）が低下し、ブーツ１とシャフト９との間に所定のシール性が得られなくなった状態でも、シール部材３０がブーツ１に代わって所定のシール性を確保する。

ところで、この種のシール部材（Ｏリング）３０は、所定量潰した状態で使用することにより初めてシール性を確保することができる。その材質や大きさにもよるが、一般にシール部材は、シール性の確保および圧縮割れの防止を図る観点から１０〜２５％の潰し率とした状態での使用が推奨されている。しかしながら、上述したように、シール部材３０の締付け部となるブーツ１は、高温環境下でその圧縮永久歪みにより反発力が低下するため、シール部材３０を上記範囲の潰し率で使用しても十分な潰し代、すなわちシール性を確保するのが難しい場合があることが本願発明者らによって知見された。

そこで、本願発明者らは鋭意研究を重ねた結果、シール部材３０の潰し率σを２５％≦σ≦６０％とした状態で使用すれば、確実にシール性を確保できることを見出した。その理由は以下に示す確認試験結果による。なお、確認試験は二種類行った。第１の試験は、シャフト９のブーツ取付部２２（凹溝２０）に、任意の潰し率でシール部材３０を配設した状態でブーツ１の小径部１１を固定し、等速自在継手２を回転させてブーツ取付部２２の温度を１３０℃迄上昇させた後、常温まで冷却し、その状態におけるシール部材３０の潰し率σの低下量、さらにはグリース漏れの有無を確認するものである。一方、第２の試験は、シール部材３０を所定の潰し率σとした状態で１３０℃の高温槽に入れて７２時間保持したときに、シール部材３０に圧縮割れが生じる潰し率σの上限値を確認するものである。

まず、第１の試験では、シール部材３０の潰し率σを４０％および６０％の２種類に設定し、上記事項の確認を行った。冷却後のシール部材３０は、その潰し率σを何れとした場合においても、１４〜２１％程度潰し率σが低下した。これは、１３０℃の高温下に曝されることでブーツ１が劣化して当該ブーツ１におけるシール部材３０との当接部位が変形し、これに沿ってシール部材３０が変形したため（潰し代が減少したため）と考えられる。これにより、潰し率σ＝２０％のシール部材３０を用いた場合には、冷却後のシール部材３０の潰し率σ≒０％となって、グリース漏れが発生する可能性があることが確認された。

次に、第２の試験では、シール部材３０の潰し率σを段階的に上げて行き、潰し率σ＝６５％のシール部材３０を用いたときに圧縮割れを生じたため、シール部材３０の潰し率σの上限を６０％以下とする必要があることが確認された。

以上の試験結果から、シール部材３０の潰し率σは、２５％≦σ≦６０％に設定するのが望ましいことが確認できる。

以上で説明を行った実施形態では、一個のシール部材３０を介在させたが、本発明はこれに限定されることなく、二個以上のシール部材３０を配設するようにしてもよく、その数は任意である。このように、シール部材３０を複数個配設すれば、ブーツ１のシール性低下をより一層抑制することができる。

また、シール部材３０は、Ｏリング等のリング状のもので、その断面形状も、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、円、楕円、四角など種々のものが使用可能である。一方、ブーツ１の小径部１１の内径面も、平坦なもの以外にも周方向突起を設けたものもあり、また、シャフト９の凹溝２０も、その断面形状が半円形状、三角形状、台形状、矩形状等の種々のものがある。従って、シール部材３０の断面形状は、ブーツ１の小径部１１およびシャフト９の凹溝２０に適合した断面形状とすればよい。このようにすれば、シール部材３０のシール機能をより確実なものとすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。

本発明の実施形態で、ブーツを等速自在継手に装着した状態を示す断面図である。図１の要部拡大断面図である。シール部材の断面形状で、（ａ）図は円形、（ｂ）図は楕円形、（ｃ）図は四角形を示す断面図である。等速自在継手用ブーツの取り付け構造の従来例で、ブーツを等速自在継手に装着した状態を示す断面図である。図４の要部拡大断面図である。

符号の説明

１等速自在継手用ブーツ
２等速自在継手
４外輪
９シャフト
１１小径部
１８締め付けバンド
２０凹溝
２２ブーツ取付部
２３，２４周方向突起部
３０シール部材
σ （シール部材の）潰し率

Claims

等速自在継手の内側継手部材から延びるシャフトと、そのシャフトに締め付けバンドにより固定される小径部を有し、熱可塑性エラストマーで形成された等速自在継手用ブーツとを備え、
ブーツ小径部の内径面に、内径方向に突出する突出部を設けると共に、前記シャフトのブーツ取付部に、軸方向に離間した二条の周方向突起部と、周方向突起部の間に位置する凹溝とを設け、
ブーツ小径部を前記シャフトのブーツ取付部の外周に嵌合し、前記シャフトの凹溝にブーツ小径部の突出部を配置した状態でブーツ小径部の外径面を締め付けバンドで締め付けることにより、周方向突起部をブーツ小径部の内径面に食い込ませてブーツ小径部を前記シャフトに固定し、
前記シャフトの周方向突起部間の凹溝とブーツ小径部の突出部との間のすき間に、ブーツ素材よりも圧縮永久歪み量が小さいリング状のシール部材を、２５％≦σ≦６０％の潰し率σとした状態で介在させたことを特徴とする等速自在継手用ブーツの取り付け構造。
前記シール部材は、Ｏリングである請求項１に記載の等速自在継手用ブーツの取り付け構造。