JP5889678B2

JP5889678B2 - 等速自在継手

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Publication number: JP5889678B2
Application number: JP2012056728A
Authority: JP
Inventors: 剛上野; 真秀宮田; 真一高部; 美香小原
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP2013190034A; WO2013137128A1; US9181986B2; US20150038601A1

Description

本発明は等速自在継手用に関する。特に、シリコーンゴム製のブーツを用いた等速自在継手に関する。

近年の自動車の高性能化に伴い、等速自在継手の使用条件は過酷になる傾向にある。等速自在継手に対し、より高トルク、高回転の使用条件が要求されることで、等速自在継手の発熱量が増加する傾向にある。また、デファレンシャルギア側に装備されるドライブシャフト用等速自在継手や、プロペラシャフト用等速自在継手では、省スペース化により、排気管との距離が近くなるレイアウトとなることで、その輻射熱の影響を大きく受ける傾向にある。その結果、等速自在継手に装着されているブーツは、より高温（例えば、１４０℃以上）に曝されることとなる。

このため、特に耐熱性が必要となる等速自在継手の場合には、耐熱性に優れたシリコーンゴムから形成されるシリコーンゴム製等速自在継手用ブーツの使用が望まれている（特許文献１参照）。シリコーンゴムを材料として採用することで、同時に低温特性（例えば、−４０℃以下）にも優れる。また、等速自在継手用ブーツの高温での耐久性をさらに高めるため、シリコーンゴムにレアアース（希土類元素）を含む化合物の一つである酸化セリウムを添加しているものがある。

特開２００５−２１４３９５号公報

等速自在継手用ブーツは、その使用環境から、変形に伴う繰り返し応力が加わるため、屈曲部などにおいて疲労亀裂の発生が起こりやすく、特にシリコーンゴムを材料として用いる場合では、一旦亀裂が発生すると、そこから亀裂が進展してしまうおそれがある。高温に曝される場合では、このような亀裂が発生しやすくなる。上述のように、シリコーンゴムに対して酸化セリウムを添加することは、１４０℃以上の高温下の厳しい条件下でも、この亀裂発生を防止する有効な対策となり得る。

しかしながら、酸化セリウムは産出地が限られていることから、入手性が不安定で、価格も高騰し易く安定供給に不安があり、ブーツ材料への使用に支障を来たす可能性がある。このため、ブーツ材料に酸化セリウムなどの希土類元素含有化合物を用いないで、ブーツの高温での耐久性を向上させる、具体的には、高温（例えば、１４０℃以上）雰囲気下での使用に際して上記亀裂の発生を防止することが望まれている。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、酸化セリウムなどの希土類元素含有化合物を含まないシリコーンゴム製のブーツを用いながら、高温での耐久性に優れる等速自在継手を提供することを目的とする。

本発明の等速自在継手は、外側継手部材と、内側継手部材と、該内側継手部材に連結されたシャフトと、上記外側継手部材および上記シャフトに直接または別部材を介して装着されるブーツとを備えてなる等速自在継手であって、上記ブーツが、シリコーンゴムと酸化鉄と酸化チタンとを含み、希土類元素含有化合物を含まないシリコーンゴム組成物の成形体であることを特徴とする。なお、希土類（レアアース）元素とは、スカンジウム、イットリウム、ランタノイド元素（ランタン‐ルテニウム）の１７元素である。

上記シリコーンゴム組成物が、バリウムジルコネートを含むことを特徴とする。また、上記酸化鉄、上記酸化チタン、および上記バリウムジルコネートが、上記シリコーンゴム１００重量部に対して、それぞれ０．５〜５重量部含まれることを特徴とする。

上記等速自在継手は、上記ブーツで密封された空間にグリースが封入されてなることを特徴とする。

上記ブーツは、上記外側継手部材に固定される大径取付部と、上記シャフトに固定される小径取付部と、上記両取付部間に備えられる複数の山谷を有する蛇腹部とからなり、上記蛇腹部の谷部外周面の曲率が山部外周面の曲率よりも小さい形状であることを特徴とする。また、この等速自在継手が、摺動式等速自在継手であり、自動車用ドライブシャフトに使用されることを特徴とする。

上記ブーツは、上記外側継手部材に連結された環状部材の端部に固定される大径取付部と、上記シャフトに固定される小径取付部と、上記両取付部間に備えられるＵ字状に湾曲した屈曲部を有するベロー部とからなることを特徴とする。また、この等速自在継手が、摺動式等速自在継手であり、自動車用プロペラシャフトに使用されることを特徴とする。

本発明の等速自在継手は、装着されるブーツが、シリコーンゴムと酸化鉄と酸化チタンとを含み、希土類元素含有化合物を含まないシリコーンゴム組成物の成形体であるので、一般に容易かつ安定的に比較的安価に入手可能な充填剤を使用しながら、酸化セリウムを含む場合と比較して同程度の高温耐久性を有する。具体的には、１４０℃以上の高温雰囲気下での運転試験において、蛇腹谷部等における亀裂の発生を抑制できる。このため、このブーツを装着した等速自在継手は、低コストで、高温での耐久性に優れる。

さらに、上記シリコーンゴム組成物にバリウムジルコネートを添加することで、より高温耐久性を向上させることができる。

また、複数の山谷を有する蛇腹部を備えたブーツにおいて、その蛇腹部の谷部外周面の曲率を山部外周面の曲率よりも小さい形状にすることで、等速自在継手が作動角を取った際に最も影響を受けやすいブーツ谷部の圧縮側位相の変形を抑制でき、ブーツの高温耐久性をより向上させることができる。

また、Ｕ字状に湾曲した屈曲部を有するベロー部を備えたブーツにすることで、該屈曲部が大きなＲ形状で形成され、等速自在継手が高速回転した際のブーツ屈曲部の振れ回りを抑制するとともに、ブーツの高温耐久性をより向上させることができる。

本発明に係る等速自在継手の第１の実施形態を示す一部断面図である。本発明に係る等速自在継手の第２の実施形態を示す一部断面図である。本発明に係る等速自在継手の第３の実施形態を示す一部断面図である。

本発明の等速自在継手は、酸化セリウムなどの希土類元素含有化合物を含まないシリコーンゴム製のブーツを用いながら、高温での耐久性を向上させ得るものである。詳細には、ブーツの材料面や構造面を改良することで、高温でのブーツの耐久性を向上させ、その結果、等速自在継手の耐久性を向上させ得るものである。本発明において「ブーツの耐久性」とは、ブーツの変形に伴う屈曲疲労性や干渉による摩耗性などを意味し、「高温での耐久性に優れる」とは、特に、高温（例えば、１４０℃以上）雰囲気下での実使用に際して、屈曲疲労性や摩耗性に起因するブーツの破損を防止できることをいう。

本発明の等速自在継手のブーツを形成するシリコーンゴム組成物は、シリコーンゴムに、酸化鉄と酸化チタンとを添加してなる組成物である。シリコーンゴム組成物は、一般的に、シリコーンゴム（生ゴム）に、加硫剤、シリカ系充填剤、加工助剤、特性向上用の充填剤などを添加してなるものであり、本発明のシリコーンゴム組成物においても、必要に応じてこれらが含まれる。本発明では、この充填剤として、特に酸化鉄と酸化チタンとを併用して添加している点に特徴を有する。

本発明に使用するシリコーンゴムは、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ結合）を有する高重合度のポリオルガノシロキサン類であって、室温においてゴム状弾性を有するものであればよい。シリコーンゴムとしては、ミラブル型シリコーンゴム、液状シリコーンゴムのいずれも使用できる。また、液状シリコーンゴムとしては、付加型液状シリコーンゴム、縮合型液状シリコーンゴムのいずれも使用できる。直鎖状で高重合度のポリオルガノシロキサンを主原料とし、天然ゴムなどと同様に取り扱える、ミラブル型シリコーンゴムを使用することが好ましい。

また、ジメチル系シリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニル系シリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルビニル系シリコーンゴム（ＰＶＭＱ）、メチルフルオロアルキル系シリコーンゴム（ＦＶＭＱ）のいずれも使用できる。これらの中でも、圧縮永久歪みが小さく、耐熱性および引き裂き強度に優れることからメチルビニル系シリコーンゴム（ＶＭＱ）を用いることが好ましい。

一般的な用途（等速自在継手以外）のシリコーンゴムにおいて、酸化鉄、酸化チタン、セリウム系化合物、マンガン系化合物、ニッケル系化合物、タングステン系化合物などの金属化合物や金属有機酸塩は、耐熱性や難燃性を向上し得る特性向上剤として知られており、実際に該目的で添加されている。耐熱性が向上する理由としては、遷移金属のラジカル捕捉による有機基の酸化の防止、シラノール基との結合によるポリマー架橋の防止などが考えられている。これらの作用は、金属種により大きく異なり、例えば、酸化セリウム等のセリウム系化合物は、酸化鉄に対して非常に少ない量でも、同程度の耐熱性（硬さ、引張り強さ、伸び等）の向上が図れる。

一方、等速自在継手は、作動角を取りながら高速で回転し、摺動式では軸線方向に摺動しながら回転し、ブーツはその挙動に追従して変形を繰り返す。この際、蛇腹状の山部同士や、蛇腹状の谷部とシャフトとが干渉し、また、山部や谷部に対して繰り返し応力が加わる。このため、上記干渉に対する耐摩耗性に優れることや、上記繰り返し応力に対する疲労亀裂の発生を防止できること等の特性が要求される。等速自在継手のシリコーンゴム製ブーツでは、一般的な引張り強さや伸び等のみからでは適合判断できないこれらの実特性も考慮して、金属化合物等の添加剤の選定を行なう必要がある。従来は、これらの事情を勘案し、等速自在継手のシリコーンゴム製ブーツに、金属化合物として、酸化セリウムを添加していた。

これに対して、本発明の等速自在継手のブーツを形成するシリコーンゴム組成物は、酸化セリウムなどの希土類元素含有化合物を添加せずに、「酸化鉄」と「酸化チタン」とを併用している点に特徴を有する。酸化セリウムなどの希土類元素含有化合物を添加せず、酸化鉄と酸化チタンの一方のみを添加したものでは、ブーツに要求される高温での耐久性を満足することができないが、酸化鉄と酸化チタンをともに添加することでブーツの高温での耐久性が高まり、ブーツに要求される性能を保持できる。

酸化鉄としては、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３：赤ベンガラ）、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４：黒ベンガラ）、これらの鉄原子の一部が亜鉛、マグネシウム等で置き換えられたものなどが使用できる。また、これらを混合したものも使用できる。

酸化チタン（ＴｉＯ_２）としては、ルチル型、アナターゼ型、これらの混晶型のいずれも使用できる。また、酸化チタンは、硫酸法、塩素法など、いずれの製法で得られたものでも使用できる。

酸化鉄および酸化チタンは、それぞれ粒子（粉末）状のものがシリコーンゴムに添加されて使用される。粒子形状としては、球状、針状、斜方晶形、不定形状のいずれであってもよい。また、これら粒子の表面を、表面処理剤により表面処理したものであってもよい。

本発明の等速自在継手のブーツを形成するシリコーンゴム組成物には、酸化鉄と酸化チタンに加えて、バリウムジルコネートを添加することが好ましい。酸化鉄と酸化チタンのみでなく、さらにバリウムジルコネートを併用することで、それぞれの添加量およびこれら添加量の総和を少なくしても、高温での耐久性が維持できる。添加量の総和を少なくすることで、シリコーンゴム中の異物増加によるゴムとしての基本性能の悪化を抑制できる。

シリコーンゴムに対する酸化鉄と酸化チタンの添加量は、バリウムジルコネートを併用しない場合は、シリコーンゴム１００重量部に対して、それぞれ３〜５重量部とすることが好ましい。この場合、３重量部未満であると、高温での耐久性を十分に向上できないおそれがある。また、５重量部をこえると、過分の添加となり、ゴムとしての基本性能が悪化してしまう懸念がある。

一方、バリウムジルコネートを併用する場合は、シリコーンゴム１００重量部に対して、それぞれ０．５〜５重量部とすることが好ましい。この場合でも、酸化鉄と酸化チタンの添加量が、それぞれ０．５重量部未満であると、高温での耐久性を十分に向上できないおそれがある。より好ましくは、それぞれ１〜４重量部であり、さらに好ましくはそれぞれ１〜３重量部であり、最も好ましくはそれぞれ１〜２重量部である。

シリコーンゴムに対するバリウムジルコネートの添加量は、酸化鉄と酸化チタンの添加量に合わせて適宜決定でき、シリコーンゴム１００重量部に対して、０．５〜５重量部とすることが好ましい。０．５重量部未満であると、バリウムジルコネートを酸化鉄および酸化チタンと併用することによる高温での耐久性を向上させる効果が得られにくい。また、５重量部をこえると、過分の添加となり、ゴムとしての基本性能が悪化してしまう懸念がある。酸化鉄および酸化チタンと同量とし、１〜４重量部が好ましく、１〜３重量部がさらに好ましく、１〜２重量部が最も好ましい。

本発明の等速自在継手のブーツを形成するシリコーンゴム組成物に添加されるその他の成分（加硫剤、シリカ系充填剤、加工助剤など）について以下に説明する。

加硫剤としては、有機過酸化物加硫剤やＳｉＨ基含有化合物を使用できる。有機過酸化物加硫剤は、有機過酸化物硬化型シリコーンゴムに用いられ、ポリオルガノシロキサンの架橋反応を促進するための触媒として使用される。有機過酸化物加硫剤としては、例えば、２，４−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ｐ−クロロベンゾイルペルオキシドなどのアシル系ペルオキシド、ジクミルペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ジ（ｔ−ブチル）ペルオキシド、ｔ−ブチルクミルペルオキシドなどのアルキル系ペルオキシドが使用できる。このような有機過酸化物加硫剤は、シリコーンゴム１００重量部に対して、０．１〜５重量部程度、好ましくは０．１〜３重量部程度用いられる。

一方、ＳｉＨ基含有化合物は、付加反応硬化型シリコーンゴムに用いられる。ビニル基を末端または側鎖に有するポリオルガノシロキサンと、分子末端に−ＳｉＨ基を３個以上有するＳｉＨ基含有化合物とを、白金系触媒の存在下において付加反応であるヒドロシリル化反応させて架橋させる。ＳｉＨ基含有化合物は、比較的低分子量のポリマーであり、ポリオルガノシロキサンのビニル基１モル当量当たり−ＳｉＨ基１〜３モル当量程度用いられる。

本発明では、耐熱性、耐寒性、機械的強度の温度依存性に優れ、取扱い性等にも優れることから、ミラブル型シリコーンゴム（特にＶＭＱ）に、加硫剤として有機過酸化物加硫剤（アルキル系）を用いることが好ましい。

シリカ系充填剤としては、シリカ微粉末、けいそう土、石英粉などが使用できる。シリカ微粉末は、比表面積が大きいものが好ましく、例えば、煙霧質シリカや沈殿シリカを使用できる。また、シリカ系充填剤の分散性を向上させることで、引き裂き強度を向上でき、高温時の亀裂防止にも繋がる。このため、後述の加工助剤を添加することに加えて、シリカ表面をシリコーン処理することが好ましい。

加工助剤としては、末端にシラノール基やアルコキシ基を持つ低粘度シリコーンオイル・樹脂、シラン化合物などが使用できる。これら加工助剤を添加することで、各種充填剤の分散が容易になり、充填剤とポリマーのぬれ速度が増し、流れ性が改良され、物性が向上する等の利点が得られる。

シリコーンゴム組成物には、機械強度、耐油性の改善、増量、硬度の調整、その他の目的で、酸化鉄、酸化チタン、バリウムジルコネート以外の特性向上用の充填剤を添加してもよい。このような充填剤としては、アルミナ、タルク、クレイ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、珪酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、合成ゼオライト、カーボンブラック、ガラス粉、ハイドロタルサイトなどが使用できる。これらは単独で使用してもよく、あるいは２種以上併用してもよい。

また、ブーツの耐摩耗性を向上させるために、耐摩耗性改良剤を添加してもよい。このような改良剤としては、鉱油、植物油、低融点固形炭化水素化合物、脂肪族ポリエーテル化合物、脂肪族ポリエステル化合物、脂肪族ポリラクトン化合物、脂肪酸アミド化合物、ポリ（アルキレンオキシド）グリコールなどが使用できる。これらは、単独で使用してもよく、あるいは２種以上併用してもよい。

さらに、シリコーンゴム組成物には、必要に応じて、その他の各種添加剤を添加してもよい。このような添加剤としては、可塑剤、老化防止剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、顔料や染料などの着色剤等が使用できる。

本発明の等速自在継手のブーツは、上記シリコーンゴム組成物の加硫成形体であり、該シリコーンゴム組成物を用いて、シリコーンゴムの特性（ミラブル、液状など）に合わせた成形方法で所定のブーツ形状に成形することで得られる。ミラブル型シリコーンゴムを用いる場合は、シリコーンゴム組成物を構成する各材料を、バンバリーミキサー、ニーダー、オープンロールなど通常のゴム用混練機を用いて混練し、通常の有機ゴムと同様に、加熱圧縮成形や射出成形で所定のブーツ形状に成形する。成形温度および時間は、加硫剤の種類、ブーツサイズなどに応じて決定する。また、液状シリコーンゴムを用いる場合は、注入成形、液状射出成形などを採用できる。

本発明の等速自在継手のブーツの機械的物性（ＪＩＳＫ６２５１−６２５３）について説明する。硬さは、デュロメータ硬さ(タイプＡ)で５８〜７２が好ましい。引張り強さは、７ＭＰａ以上が好ましく、８ＭＰａ以上がより好ましい。破断時伸び量は、３００％以上が好ましく、３５０％以上がより好ましい。引き裂き強度は、３０ｋＮ/ｍ以上が好ましく、３８ｋＮ/ｍ以上がより好ましい。これらは、ブーツの使用環境での変形（作動角に伴う変形）、飛び石などの異物干渉、高速回転時の振れ回り（異常変形）に耐えるために望ましい範囲である。硬さが高過ぎると、屈曲疲労性、亀裂伝播性に支障が出るおそれがある。

本発明の等速自在継手は、外側継手部材と、内側継手部材と、該内側継手部材に連結されたシャフトと、外側継手部材およびシャフトに直接または別部材を介して装着される、上記シリコーンゴム組成物の成形体であるブーツとを備えてなる。

本発明の等速自在継手のブーツ以外の構造としては、以下のようなものが挙げられる。下記の構造を含め、いずれの構造であっても、装着されるブーツは、等速自在継手の挙動に追従した変形が可能であることが要求される。
（Ａ）内周面に軸方向に延びる三本の直線状トラック溝が形成された外側継手部材と、径方向に突設された三本の脚軸を有する内側継手部材としてのトリポード部材と、このトリポード部材の脚軸に回転自在に支持される転動体としてのローラとを備えてなり、このローラが外側継手部材のトラック溝に沿って転動自在に配置されている構造。
（Ｂ）円筒状の内周面に軸方向に延びる複数の直線状トラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数の直線状トラック溝が形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に配置された転動体としてのボール（３〜８個）と、外側継手部材と内側継手部材との間に上記ボールを保持するケージとを備えてなる構造。
（Ｃ）内周面に複数の直線状トラック溝が形成された外側継手部材と、外周面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数の直線状トラック溝が形成され、かつ、このトラック溝と外側継手部材のトラック溝とが軸線に対して互いに逆方向に所定角度傾斜した構造を有する内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との交叉部に介在したボール（４、６、８、１０個）と、外側継手部材と内側継手部材との間に上記ボールを保持するケージとを備えてなる構造。

本発明の等速自在継手の第１および第２の具体的な実施形態を図１および図２に基づいて説明する。図１はトリポード型ジョイント（以下、ＴＪと記す）の一部切欠断面図を、図２はダブルオフセット型ジョイント（以下、ＤＯＪと記す）の一部切欠断面図をそれぞれ示す。これらは、摺動式等速自在継手であり、自動車用駆動軸（ドライブシャフト）などに使用される。

図１に示すように、ＴＪ１は、外側継手部材２の内面に軸方向の三本の直線状トラック溝３を形成している。外側継手部材２の内側に組み込んだ、トリポード部材（内側継手部材）４には、三本の脚軸５が設けられている。各脚軸５の外側に球面ローラ６を挿入し、その球面ローラ６と脚軸５との間にニードル７を組み込んで球面ローラ６を回転可能に、かつ軸方向にスライド可能に支持し、その球面ローラ６を上記トラック溝３に転動自在に挿入してある。外側継手部材２から、トリポード部材４に連結されたシャフト８にかけて、上記シリコーンゴム組成物の成形体であるブーツ９が装着されている。

ブーツ９は、外側継手部材２に嵌合されて固定される外筒端部（大径取付部）９ａと、内側継手部材４に連結されたシャフト８に嵌合されて固定される内筒端部（小径取付部）９ｂと、これら外筒端部９ａと内筒端部９ｂとの間を繋ぐ複数の山谷を有する蛇腹状の屈曲部（以下、「蛇腹部」ともいう）９ｃとを備え、等速自在継手を密封するように覆うものである。この密封空間に、グリースなどの潤滑剤（図示省略）が封入されている。ブーツ９は、外筒端部９ａを外側継手部材２に嵌合して締結バンド１０ａ等で固定する一方、内筒端部９ｂをシャフト８に締結バンド１０ｂ等で固定する。シャフト８の内筒端部９ｂを固定する部位の外周面にはブーツ溝８ａが形成され、該ブーツ溝８ａに内筒端部９ｂが嵌入される。なお、ブーツ溝８ａの両側にそれぞれ環状突出部８ｂを設けることにより、ブーツ溝８ａに入っている内筒端部９ｂのシャフト８への固定をさらに強固なものとできる。

図２に示すように、ＤＯＪ１１は、外側継手部材１２の内面および内輪（内側継手部材）１３の外面に軸方向の複数の直線状トラック溝１４、１５を形成している。トラック溝１４、１５間に組み込んだボール１６をケージ１７で支持し、このケージ１７の外周を球面１７ａとし、かつ内周を内輪１３の外周に適合する球面１７ｂとしている。各球面１７ａ、１７ｂの中心(イ）、（ロ）を外側継手部材１２の軸心上において軸方向に位置をずらしてある。外側継手部材１２から、内輪１３に連結されたシャフト１８にかけて、上記シリコーンゴム組成物の成形体であるブーツ１９が装着されている。ブーツ１９の構造およびその取付構造は、図１におけるブーツ９と同様である。また、ブーツ１９で密封された空間に、グリースなどの潤滑剤（図示省略）が封入されている。

図１および図２において、それぞれのブーツ９、１９の蛇腹形状は、蛇腹部の谷部外周面の曲率を山部外周面の曲率よりも小さくしている。すなわち、蛇腹谷部の湾曲の半径を山部の湾曲の半径よりも大きくすることで作動角を取った際のブーツ谷部の圧縮側位相の変形を抑制して谷部の耐久性を向上させている。谷部外周面の曲率を山部外周面の曲率と同等以上とすると、谷部が大きく潰されてしまい亀裂の起点を生じやすくなる。

また、蛇腹部の小径取付部側の端部に、小径取付部と滑らかに連続し、かつ、外面がブーツの外部に曲率中心を有する円弧状に形成された接続部を設け、この接続部の外面の曲率半径が、蛇腹部の山部の外面の曲率半径よりも大きく設定され、かつ、上記接続部の任意の点における肉厚を該接続部の大径取付部側の端部における肉厚以上とする構造も採用できる。

また、小径取付部において、その外径面にブーツバンド装着用の嵌合溝が形成されたシャフト装着部と、このシャフト装着部から肉厚部を介して蛇腹部に連結されてシャフト装着部および蛇腹部に対する座屈状変位を許容する肉薄部とを備えた構造も採用できる。

所定のシリコーンゴム組成物の成形体であり、かつ、以上のような構造のブーツを装着した自動車用駆動軸（ドライブシャフト）に使用される等速自在継手は、優れた高温での耐久性を保持できる。

本発明の等速自在継手の第３の具体的な実施形態を図３に基づいて説明する。図３はクロスグルーブ型ジョイント（以下、ＬＪと記す）の一部切欠断面図を示す。これは摺動式等速自在継手であり、自動車用推進軸（プロペラシャフト）などに使用される。

図３に示すように、ＬＪ２１は、外周面に複数のトラック溝２７が形成された内側継手部材２３と、内側継手部材２３の外周に位置し、その内周面に内側継手部材２３のトラック溝２７と同数のトラック溝２６が形成されている外側継手部材２２とを備える。内側継手部材２３のトラック溝２７と外側継手部材２２のトラック溝２６は、軸線に対して反対方向に傾斜した角度をなし、対をなすトラック溝２７とトラック溝２６との交叉部にボール２４が組み込まれている。内側継手部材２３と外側継手部材２２の間にケージ２５が配置され、ボール２４は、ケージ２５のポケット内に保持されている。

ブーツ２９は、外側継手部材２２に装着した環状部材３０を介して、外側継手部材２２と内側継手部材２３に連結されたシャフト２８との間にかけて装着され、等速自在継手を密封するように覆うものである。この密封空間に、グリースなどの潤滑剤（図示省略）が封入されている。このブーツ２９は、外側継手部材２２に装着された環状部材３０の端部に固定される外筒端部（大径取付部）２９ａと、内側継手部材２３に連結されたシャフト２８に固定される内筒端部（小径取付部）２９ｂと、それらの間に備えられ、Ｕ字状に湾曲した屈曲部２９ｃを有するベロー部とを備えている。Ｕ字状に大きく湾曲した屈曲部２９ｃを設けることにより、ＬＪ２１が高速回転した際のブーツ屈曲部の振れ回りを抑制すると共に、ブーツの耐久性を向上させている。

ブーツ２９の外筒端部２９ａは、環状部材３０に固定されることによりシールされている。固定方法としては、図３に示すように、環状部材３０に凹部３０ａを設け、この凹部３０ａにブーツ２９の外筒端部２９ａの先端を嵌合して環状部材３０の凹部３０ａを加締める方法などが挙げられる。なお、この外筒端部２９ａと環状部材３０との固定方法は一例であってこれに限られるものではない。例えば、環状部材３０に外筒端部２９ａを締結バンド３１等によって固定してもよいし、環状部材３０をブーツ２９と予め一体に成形して外側継手部材２２に装着してもよい。図中の符号３２は、ブーツ内部に充填されるグリースが漏れ出さない程度の空気抜き用の溝である。なお、環状部材３０は、鉄製の金属環が一般的に使用されるが、アルミなどの他の金属製や、樹脂製であってもよい。

また、ブーツ２９の内筒端部２９ｂは、シャフト２８に固定されることによりシールされている。このシャフト２８の内筒端部２９ｂを固定する部位の外周面にはブーツ溝２８ａが形成され、このブーツ溝２８ａに内筒端部２９ｂが嵌合して締結バンド等で固定される。また、ブーツ溝２８ａの両側にそれぞれ環状突出部２８ｂを設けることにより、ブーツ溝２８ａに入っている内筒端部２９ｂのシャフト２８への固定をさらに強固なものとできる。

所定のシリコーンゴム組成物の成形体であり、かつ、以上のような構造のブーツを装着した自動車用推進軸（プロペラシャフト）に使用される等速自在継手は、優れた高温での耐久性を保持できる。

その他、ブーツの取付構造としては、外側継手部材と、内側継手部材に連結されたシャフトに、ブーツの大径部と小径部を外嵌し、この大径部と小径部に形成された嵌合溝に装着したブーツバンドを縮径することによってブーツを固定する構造において、このブーツバンドを、折り返し部を有しない円環状体とするとともに、ブーツバンドの軸方向外周縁部を外径側へ折り曲げた形状あるいは湾曲した形状とし、ブーツバンドの縮径状態において、上記軸方向外周縁部と、これに対応するブーツの嵌合溝の底部端部との間に隙間を形成し、干渉を回避した構造も採用できる。

本発明の等速自在継手は、任意の形態とでき、上記したトリポード型、ダブルオフセット型、クロスグルーブ型などの外側継手部材の軸線方向にスライドする機構を備えた摺動式等速自在継手に限定されず、ゼッパ型、バーフィールド型などのボールを用いたタイプの固定式等速自在継手としても使用できる。なお、トリポード型等速自在継手は、ダブルローラタイプ、シングルローラタイプのいずれでもよい。

本発明の等速自在継手に封入するグリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなるものである。

基油としては、特に限定されず、等速自在継手用グリースの基油として一般的に使用されているものを使用できる。例えば、ナフテン系、パラフィン系、流動パラフィン、水素化脱ろう油などの鉱油、ポリアルキレングリコールなどのポリグリコール油、アルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテルなどのエーテル系合成油、ジエステル油、ポリオールエステル油などのエステル系合成油、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサンなどのシリコーン油、ＧＴＬ基油、ポリ−α−オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）等の炭化水素系合成油が使用できる。これらは、１種類単独で用いても２種類以上の混合油として用いてもよい。これらの中で、価格が安く工業的に利用しやすいことを考慮すると、ナフテン系、パラフィン系などの鉱油を含む基油を使用することが好ましい。また、潤滑性能や潤滑寿命を考慮すると、エステル油やＰＡＯ油などの合成油を含む基油を使用することが好ましく、エステル油とＰＡＯ油の混合油とすることが特に好ましい。

上記基油は、潤滑性能の低下を抑制するため、４０℃における動粘度が４０ｍｍ^２／ｓ以上であることが好ましく、より好ましくは４０〜３５０ｍｍ^２／ｓである。動粘度が４０mm^２／ｓ未満であると低速回転時において油膜が形成されにくい。また、動粘度が３５０m^２／ｓをこえると、低温特性が悪くなり、流動性が悪く、潤滑面への迅速な油の供給性に劣る。

増ちょう剤としては、特に限定されず、等速自在継手用グリースの増ちょう剤として一般的に使用されているものを使用できる。例えば、金属石けん、複合金属石けんなどの石けん系増ちょう剤、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物などの非石けん系増ちょう剤を使用できる。金属石けんとしては、ナトリウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けんなどが、ウレア化合物およびウレア・ウレタン化合物としては、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、他のポリウレア化合物、ジウレタン化合物などが使用できる。これらの中でも、耐熱性に優れ、摺動部への介入性と付着性にも優れたウレア化合物、特にジウレア化合物の使用が好ましい。

ウレア化合物は、ポリイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られる。ウレア化合物を増ちょう剤とする場合は、基油中でポリイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応させてベースグリースを作製する。ポリイソシアネート成分としては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが使用できる。また、モノアミン成分としては、脂肪族モノアミン、脂環族モノアミンおよび芳香族モノアミンを用いることができる。脂肪族モノアミンとしては、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミンなどが使用できる。脂環族モノアミンとしては、シクロヘキシルアミンなどが使用できる。芳香族モノアミンとしては、アニリン、ｐ-トルイジンなどが使用できる。

添加剤としては、極圧剤、酸化防止剤、防錆剤、油性剤など、等速自在継手用グリースの添加剤として一般的に使用されているものを使用できる。

極圧剤を添加することにより、耐荷重性や極圧性を向上させることができる。例えば以下の化合物を使用できる。有機金属系のものとしては、ジチオカルバミン酸モリブデン、ジチオリン酸モリブデンなどの有機モリブデン化合物、ジチオカルバミン酸亜鉛、ジチオリン酸亜鉛、亜鉛フェネートなどの有機亜鉛化合物、ジチオカルバミン酸アンチモン、ジチオリン酸アンチモンなどの有機アンチモン化合物、ジチオカルバミン酸セレンなどの有機セレン化合物、ナフテン酸ビスマス、ジチオカルバミン酸ビスマスなどの有機ビスマス化合物、ジチオカルバミン酸鉄、オクチル酸鉄などの有機鉄化合物、ジチオカルバミン酸銅、ナフテン酸銅などの有機銅化合物、マレイン酸スズ、ジブチルスズスルファイドなどの有機スズ化合物、あるいは、アルカリ金属、アルカリ土類金属の有機スルホネート、フェネート、ホスホネート、金、銀、チタンなどの有機金属化合物も必要であれば使用できる。硫黄系化合物としては、ジベンジルジスルフィドなどのスルフィドあるいはポリスルフィド化合物、硫化油脂類、無灰系カルバミン酸化合物類、チオウレア系化合物、もしくはチオカーボネート類などを使用できる。リン酸系極圧剤としては、トリオクチルフォスフェート、トリクレジルフォスフェートなどのリン酸エステル、酸性リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステルなどのリン酸エステル系化合物を使用できる。また、その他、塩素化パラフィンなどのハロゲン系の極圧剤、あるいは、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、硫化アンチモン、窒化硼素などの固体潤滑剤を使用できる。これらの極圧剤の中で、ジチオカルバミン酸系化合物やジチオリン酸系化合物を好適に使用できる。

酸化防止剤として、例えば以下の化合物を使用できる。すなわち、フェニル−１−ナフチルアミン、フェニル−２−ナフチルアミン、ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、ジピリジルアミン、フェノチアジン、Ｎ−メチルフェノチアジン、Ｎ−エチルフェノチアジン、３，７−ジオクチルフェノチアジン、ｐ，ｐ′−ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ′−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ′−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミンなどのアミン系化合物、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノールなどのフェノール系化合物などを使用できる。

防錆剤として、例えば以下の化合物を使用できる。すなわち、有機スルホン酸のアンモニウム塩、バリウム、亜鉛、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属の有機スルホン酸塩、有機カルボン酸塩、フェネート、ホスホネート、アルキルもしくはアルケニルこはく酸エステルなどのアルキル、アルケニルこはく酸誘導体、ソルビタンモノオレエートなどの多価アルコールの部分エステル、オレオイルザルコシンなどのヒドロキシ脂肪酸類、１−メルカプトステアリン酸などのメルカプト脂肪酸類あるいはその金属塩、ステアリン酸などの高級脂肪酸類、イソステアリルアルコールなどの高級アルコール類、高級アルコールと高級脂肪酸とのエステル、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、２−メルカプトチアジアゾールなどのチアゾール類、２−（デシルジチオ）−ベンゾイミダゾール、ベンズイミダゾールなどのイミダゾール系化合物、あるいは、２，５−ビス（ドデシルジチオ）ベンズイミダゾールなどのジスルフィド系化合物、あるいは、トリスノニルフェニルフォスファイトなどのリン酸エステル類、ジラウリルチオプロピオネートなどのチオカルボン酸エステル系化合物などを使用できる。また、金属表面を不動態化させる、亜硝酸塩、硝酸塩、クロム酸塩、リン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩などの腐食抑制剤も使用できる。

油性剤として、例えば以下の化合物を使用できる。すなわち、オレイン酸やステアリン酸などの脂肪酸、オレイルアルコールなどの脂肪酸アルコール、ポリオキシエチレンステアリン酸エステルやポリグリセリルオレイン酸エステルなどの脂肪酸エステル、トリクレジルフォスフェートなどのリン酸エステルなどを使用できる。

これらの添加剤は単独または２種類以上組み合せて添加できる。これらの添加剤の含有量は、個別にはグリース全体量の０．０５重量％以上、合計量でグリース全量の０．１５〜２０重量％の範囲となることが好ましい。特に、合計量で２０重量％をこえる場合は、含有量の増加に見合う効果が期待できない場合があり、また、グリース中でこれら添加剤が凝集するなどの好ましくない現象を招くこともある。

本発明の等速自在継手を自動車用ドライブシャフトに適用する場合、具体的には以下のグリースＡを用いることが好ましい。
［グリースＡ］
下記の成分（ａ）〜（ｆ）を含む。
（ａ）基油
（ｂ）ジウレア系増ちょう剤
（ｃ）硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン
（ｄ）二硫化モリブデン
（ｅ）ジチオリン酸亜鉛、およびチオフォスフェートからなる群から選ばれる少なくとも１種の硫黄−リン系極圧剤
（ｆ）ＲＣＯＮＨ_２（Ｒは炭素数１５〜１７のアルキル基を示す）で表される脂肪酸アミド
ただし、全組成物中、ジウレア系増ちょう剤の含有量は１〜２５重量％、硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンの含有量は０．１〜５重量％、二硫化モリブデンの含有量は０．１〜５重量％、硫黄−リン系極圧剤の含有量は０．１〜５重量％、脂肪酸アミドの含有量は０．１〜５重量％である。

本発明の等速自在継手を自動車用プロペラシャフトに適用する場合、具体的には以下のグリースＢを用いることが好ましい。
［グリースＢ］
下記の成分（ａ）〜（ｇ）を含む。
（ａ）基油
（ｂ）次式で表わされるジウレア系増ちょう剤
R¹NH-CO-NH-C₆H₄-p-CH₂-C₆H₄-p-NH-CO-NHR²
（式中、R¹およびR²は、同一もしくは異なる、炭素原子数６または７のアリール基もしくはシクロヘキシル基である。）
（ｃ）硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンもしくは硫化ジアルキルジチオリン酸モリブデンまたは両者併用した混合物
（ｄ）二硫化モリブデン
（ｅ）ジチオリン酸亜鉛もしくは硫黄−窒素系極圧剤または両者混合した極圧剤
（ｆ）リン分を含まない硫黄系極圧剤
（ｇ）硫黄含有有機スズ化合物（例えば、ジメチル錫ビス（イソオクチルチオグリコール）、モノメチル錫トリス（イソオクチルチオグリコール）およびジ（ｎ−オクチル）錫ビス（イソオクチルメルカプトアセテート）からなる群から選ばれる１種以上の硫黄含有有機スズ化合物）

一般的に等速自在継手のブーツでは、温度条件に加えて、これらグリースに含まれる各成分（基油や添加剤）の影響など、種々の要因により耐久性が低下するおそれがある。本発明の等速自在継手は、ブーツが上述の所定のシリコーンゴム組成物の成形体であり、また、必要に応じてその構造も改良しているので、封入グリースとして上記各成分からなるものを使用しても亀裂発生等を抑制できる。特に、後述の実施例に示すとおり、上記のグリースＡやグリースＢを用いる場合でも、好適に使用できる。

［試験１：実施例１〜４、参考例１、比較例１〜５］
ブーツ材料となるシリコーンゴム組成物は、シリコーンゴム１００重量部に対して表１に示す量（重量部）の各充填剤を添加することで調整した。表中の酸化鉄は、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３：赤ベンガラ）である。シリコーンゴムとしては、ミラブル型シリコーンゴムを用い、加硫剤として有機過酸化物加硫剤を用いた。また、表１に示す充填剤以外の添加剤（加硫剤、シリカ系充填剤、加工助剤等）と、シリコーンゴムについては、実施例１〜４、参考例１、および比較例１〜５のすべてで同じものを用いている。

このブーツ材料を用いて図１に示す蛇腹状の屈曲部を有するブーツを製作し、摺動式トリポード型等速自在継手に装着して、作動角１５ｄｅｇ、雰囲気温度１４０℃、回転数５００ｒｐｍの条件で所定時間の２倍の時間回転させて、高温での耐久性について評価した。その結果を表１に示す。なお、試験結果は、目視でブーツの状態を確認し、亀裂がまったくないものを評価「◎」、僅かに亀裂が認められるものを評価「○」、亀裂が進展し、破断しているものを評価「×」として記録した。

また、封入グリースには、上記グリースＡを用いた。具体的には以下のように作製した。容器に基油４１００ｇとジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート１０１２ｇをとり、混合物を７０〜８０℃に加熱した。別容器に基油４１００ｇとシクロヘキシルアミン５６３ｇ、アニリン２２５ｇをとり、７０〜８０℃に加熱後、先の容器に加えた。混合物をよく攪拌しながら１６０℃まで昇温し、放冷し、ベースグリースを得た。基油としては、４０℃の動粘度が１５４ｍｍ^２／ｓである鉱油を用いた。このベースグリースに、硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンを３重量％、二硫化モリブデンを１重量％、チオフォスフェートを１重量％、脂肪酸アミドを２重量％添加し、得られた混合物を三段ロールミルにてちょう度Ｎｏ．１グレードに調整した。なお、各添加量は、グリース全体量に対する重量％である。

この試験結果から、実施例２〜４はともに所定時間の２倍作動後の状態が亀裂なしであるので、コスト面から添加量を少なくした実施例２または実施例３が好ましいことがわかる。これに対し、実施例１は充填剤の添加量が少なかったため僅かに亀裂が認められるものの、実用上は仕様を満足できるものと考えられる。また、参考例１はバリウムジルコネートを添加しなかったため僅かに亀裂が認められるものの、実用上は仕様を満足できるものと考えられる。

［試験２：実施例５〜８、参考例２、比較例６〜１０］
ブーツ材料となるシリコーンゴム組成物は、シリコーンゴム１００重量部に対して表２に示す量（重量部）の各充填剤を添加することで調整した。表中の酸化鉄は、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３：赤ベンガラ）である。なお、表２に示す充填剤以外の添加剤（加硫剤、シリカ系充填剤、加工助剤等）と、シリコーンゴムについては、実施例５〜８、参考例２、および比較例６〜１０のすべてで同じもの（実施例１と同じもの）を用いている。

このブーツ材料を用いて図２に示すＵ字状に湾曲した屈曲部を有するブーツを製作し、摺動式クロスグルーブ型等速自在継手に装着して、作動角５ｄｅｇ、雰囲気温度１５０℃、回転数５０００ｒｐｍの条件で所定時間回転させて、耐久性について評価した。その結果を表２に示す。なお、試験結果の評価方法は、実施例１と同様である。

また、封入グリースには、上記グリースＢを用いた。具体的には以下のように作製した。上記［試験１］と同様の方法で、基油のみ、４０℃の動粘度が１４１ｍｍ^２／ｓである鉱油に替えてベースグリースを得た。このベースグリースに、硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデンを３重量％、二硫化モリブデンを１重量％、ジチオリン酸亜鉛を２重量％、リン分を含まない硫黄系極圧剤を２重量％、硫黄含有有機スズ化合物（ジメチル錫ビス（イソオクチルチオグリコール）とモノメチル錫トリス（イソオクチルチオグリコール）の７５／２５（重量比）混合物）を１重量％添加し、得られた混合物を三段ロールミルにてちょう度Ｎｏ．１グレードに調整した。なお、各添加量は、グリース全体量に対する重量％である。

この試験結果から、実施例６〜８はともに所定時間作動後の状態が亀裂なしであるので、コスト面から添加量を少なくした実施例６または実施例７が好ましいことがわかる。これに対し、実施例５は添加剤の添加量が少なかったため僅かに亀裂が認められるものの、実用上は仕様を満足できるものと考えられる。また、参考例２はバリウムジルコネートを添加しなかったため僅かに亀裂が認められるものの、実用上は仕様を満足できるものと考えられる。

本発明の等速自在継手は、酸化セリウムなどの希土類元素含有化合物を含まないシリコーンゴム製のブーツを用いながら、高温での耐久性に優れるので、自動車用ドライブシャフトや自動車用プロペラシャフトに用いる等速自在継手として好適に利用できる。

１ＴＪ
２外側継手部材
３トラック溝
４トリポード部材（内側継手部材）
５脚軸
６球面ローラ
７ニードル
８シャフト
９ブーツ
１０ａ、１０ｂ締結バンド
１１ＤＯＪ
１２外側継手部材
１３内輪（内側継手部材）
１４、１５トラック溝
１６ボール
１７ケージ
１８シャフト
１９ブーツ
２１ＬＪ
２２外側継手部材
２３内側継手部材
２４ボール
２５ケージ
２６、２７トラック溝
２８シャフト
２９ブーツ
３０環状部材
３１締結バンド
３２空気抜き用の溝

Claims

外側継手部材と、内側継手部材と、該内側継手部材に連結されたシャフトと、前記外側継手部材および前記シャフトに直接または別部材を介して装着されるブーツとを備えてなる等速自在継手であって、
前記ブーツが、シリコーンゴムと酸化鉄と酸化チタンとバリウムジルコネートとを含み、希土類元素含有化合物を含まないシリコーンゴム組成物の成形体であることを特徴とする等速自在継手。
前記酸化鉄、前記酸化チタン、および前記バリウムジルコネートが、前記シリコーンゴム１００重量部に対して、それぞれ０．５〜５重量部含まれることを特徴とする請求項１記載の等速自在継手。
前記等速自在継手は、前記ブーツで密封された空間にグリースが封入されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の等速自在継手。
前記ブーツは、前記外側継手部材に固定される大径取付部と、前記シャフトに固定される小径取付部と、前記両取付部間に備えられる複数の山谷を有する蛇腹部とからなり、前記蛇腹部の谷部外周面の曲率が山部外周面の曲率よりも小さい形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の等速自在継手。
前記等速自在継手が、摺動式等速自在継手であり、自動車用ドライブシャフトに使用されることを特徴とする請求項４記載の等速自在継手。
前記ブーツは、前記外側継手部材に連結された環状部材の端部に固定される大径取付部と、前記シャフトに固定される小径取付部と、前記両取付部間に備えられるＵ字状に湾曲した屈曲部を有するベロー部とからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の等速自在継手。
前記等速自在継手が、摺動式等速自在継手であり、自動車用プロペラシャフトに使用されることを特徴とする請求項６記載の等速自在継手。