JP5534733B2 - 自在継手用ブーツ - Google Patents

Description

本発明は、自在継手に装着される自在継手用ブーツに関する。本発明の自在継手用ブーツは例えば、自動車関連分野におけるドライブシャフト用自在継手用ブーツやプロペラシャフト用自在継手用ブーツや産業機械関連分野における動力伝達自在継手用ブーツとして用いられる。

従来から図７（Ａ）に示すように、蛇腹形状の膜部５２の一方の端部にシャフト２１に対する取付部５３を設けるとともに他方の端部に自在継手の外側継手部材２２に対する取付部５４を設け、取付部５３，５４の外周面にバンド装着溝５５を設けた自在継手用ブーツ５１が知られており、この自在継手用ブーツ５１は、これをシャフト２１および自在継手の外側継手部材２２にセットし、その後バンド２３で締め付けることによりシール性を確保してブーツ５１内にグリース（図示せず）を封入するものである。図７（Ｂ）に拡大して示すように取付部５３の内周面にはシール性を高めるため、突起状のリップ５６が設けられている（特許文献１参照）。

しかしながら、上記図７の構造では、締め付け用のバンド２３の締め付け力が弱い場合、十分なシール性を確保できず、内部のグリースが流出する可能性がある。そこで十分なシール性を確保するため、強い締め付け力を得ることができるバンド構造が必要となり、必然的にバンドの製作コストが高くなる課題が発生する。バンド２３の構造としては、図８に示すように、レバー２４を矢印方向へ折り返すことにより締め付けるタイプや、図９に示すように、帯状のバンド本体２５の両端に係合孔２６および係合爪２７よりなる引っ掛け部を設け、それらを係合することで締め付けるタイプ（特許文献２参照）や、図１０に示すように、塑性変形部（耳部）２８を設け、この部位を塑性変形させることで締め付けるタイプ（特許文献２参照）や、図１１に示すように、円環状の部材（ブーツリング）２９を内径方向に塑性変形させることで締め付けるタイプ（特許文献３参照）などがある。

特開２００４−３０１２０２号公報 特開２００６−２８３８４２号公報 特開２００５−２９１３６７号公報

本発明は以上の点に鑑みて、ブーツ取付部におけるシール性を一層高め、もって比較的小さな締め付け力のバンドを用いても、十分なシール性を確保することができる自在継手用ブーツを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による自在継手用ブーツは、蛇腹形状の膜部の端部にシャフトまたは外側継手部材に対する取付部を有するとともに前記取付部の外周面にバンド装着溝を有する自在継手用ブーツにおいて、前記取付部の内周面に前記シャフトまたは外側継手部材に対するシール面圧を発生させるリップを設けるとともに前記バンド装着溝の底面に凸部を設け、前記リップの断面形状を不等辺形状とし、前記リップは複数設けられてリップ間に溝部が設けられ、前記溝部は、前記取付部の内周面のうちの前記リップを設けた面であってシャフトの軸方向に対し平行な向きの断面直線状の面よりも径方向外方へ凹設されるとともに、ブーツ内側の第一リップのブーツ外側斜面からの延長をなす断面直線状の斜面を溝部内面の一部として有することを特徴とする。

また、本発明の請求項２による自在継手用ブーツは、上記した請求項１記載の自在継手用ブーツにおいて、前記溝部は、前記斜面のほかに、前記斜面から連続するフラット面と、断面円弧状をなして前記フラット面とブーツ外側の第二リップのブーツ内側斜面とを結ぶ曲面とを有することを特徴とする。

また、本発明の請求項３による自在継手用ブーツは、上記した請求項１または２記載の自在継手用ブーツにおいて、前記リップと前記凸部は、断面形状において対応した位置に設けられたことを特徴とする。

また、本発明の請求項４による自在継手用ブーツは、上記した請求項１から３いずれかに記載の自在継手用ブーツにおいて、軸方向の変位を許容しながら回転力を伝達することができるしゅう動型等速自在継手に使用されることを特徴とする。

また、本発明の請求項５による自在継手用ブーツは、上記した請求項１から４いずれかに記載の自在継手用ブーツにおいて、自動車の駆動力を車輪に伝達するためのドライブシャフトの構成部品である等速自在継手に使用されることを特徴とする。

外周面にバンド装着溝を設けるとともに内周面にリップを設けたブーツの取付部において、リップに対応した位置のバンド装着溝の底面に凸部を設けると、バンド締め付け力が凸部からリップへ伝達され易いことから、リップにおけるシール面圧を増大させることが可能となるが、従来のリップはその断面形状が軸方向に対称な等辺形状（Ｖ字形状）であることから、本願発明者らが行なったＦＥＭ解析結果によると、リップにおけるシール面圧の増大比率はあまり大きくない。

これに対し、上記等辺形状（Ｖ字形状）における先端（Ｖ字先端）を軸方向に変位させる形状などとしてリップの断面形状を不等辺形状とすると、上記等辺形状（Ｖ字形状）の場合と比較して、リップにおけるシール面圧のピーク値が２０％以上増大することが判明した。そこで本発明では、取付部の内周面にリップを設けるとともに、リップに対応した位置のバンド装着溝の底面に凸部を設け、更にリップの断面形状を不等辺形状と規定するものである。

尚、上記等辺形状（Ｖ字形状）の先端を軸方向に変位させる場合には、先端をブーツ外側の大気側ではなくブーツ内側のグリース側へ変位させることによりグリース近傍部位にピーク面圧が生じることから、シール機能上好ましい。

また、リップは上記等辺形状（Ｖ字形状）であると云っても、完全な尖端形状ではなく、ブーツ内側斜面（ブーツ内側すなわちグリース側からブーツ外側すなわち大気側へかけて内径寸法が徐々に縮小する斜面）、フラット面（内径寸法が一定の円筒面）およびブーツ外側斜面（ブーツ内側すなわちグリース側からブーツ外側すなわち大気側へかけて内径寸法が徐々に拡大する斜面）の３面を一連に備えるのが通常であることから、本発明でもリップはこれら３面を一連に備える場合を含み、この場合、軸方向で対をなすブーツ内側斜面とブーツ外側斜面とで辺長さおよび傾斜角度が異なることにより不等辺形状とされる。

したがって以上により、不等辺形状は、具体的には、ブーツ内側斜面の辺長さをＬ_１、傾斜角度（軸直角平面に対する傾斜角度）をθ_１、ブーツ外側斜面の辺長さをＬ_２、傾斜角度（軸直角平面に対する傾斜角度）をθ_２として、
Ｌ_１＜Ｌ_２かつθ_１＜θ_２
と規定されることになる。

また、リップが複数設けられてリップ間に溝部が設けられると、溝部はグリースを貯留することから、シール性が一層高められる。リップを複数設ければリップ間の空間は当然、相対の凹部となるが、このような相対凹部は溝部に含まず、溝部は相対凹部よりも深いものである（事象としては直線状の基準面が設定され、この基準面にリップが複数凸設され、リップ間の空間が相対凹部とされるが、このような相対凹部は溝部に含まない。溝部は相対凹部とは別途、基準面に凹設される）。

また、バンド装着溝の底面に設けられる凸部には、バンド締め付け時のバンド装着溝とバンド間の抵抗を低減したり、バンド締め付け時にブーツ取付部が円周上で部分的に偏ってしまうことを制御する効果もある。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明のようにブーツ取付部の内周面にリップを設けるとともに、リップに対応した位置のバンド装着溝の底面に凸部を設け、更にリップの断面形状を不等辺形状とすることにより、リップの断面形状が等辺形状である場合と比較して、リップにおけるシール面圧のピーク値を大幅に増大させることができる。また、リップが複数設けられてリップ間に溝部が設けられると、溝部はグリースを貯留することから、シール性が一層高められる。したがって本発明所期の目的どおり、ブーツ取付部におけるシール性を一層高め、もって十分なシール性を確保する自在継手用ブーツを提供することができる。

本発明の実施例に係る自在継手用ブーツの装着状態を示す断面図 同自在継手用ブーツの要部拡大断面図 図２におけるＡ部拡大図 比較試験中「現行形状」に係るデータを示す表図 比較試験中「比較形状」に係るデータを示す表図 比較試験中「実施例（発明形状）」に係るデータを示す表図 従来例に係る自在継手用ブーツを示す図であって、（Ａ）はその装着状態を示す断面図、（Ｂ）はその要部拡大断面図 バンドの第一例を示す正面図 バンドの第二例を示す図であって、（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）はその締め付け作動を段階的に示す断面図、（Ｄ）はその締め付け状態を示す斜視図 バンドの第三例を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）はその締め付け途中の断面図 バンドの第四例を示す斜視図

尚、本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）自在継手用ブーツは、ブーツをシャフト・外側継手部材にセットし、その後バンドで締め付けることでシール性を確保してブーツ内のグリースを封入している。バンドには様々なタイプのものが使用されているが、締め付け力が弱いタイプのものでは十分なシール性を確保できず、内部のグリースが流出する可能性がある。
（２）そこで本発明では、シャフト・外側継手部材にセットしバンド締め付けでシール性を確保する自在継手用ゴムブーツの小径側もしくは大径側のバンド締め付け部の形状に関して、下記（ａ）〜（ｃ）を付与してシール性向上を狙う。
（ａ）バンド締め付け時のバンド装着溝とバンド間の抵抗低減、バンド締め付け時にブーツ取付部が円周上で部分的に偏ってしまうことの制御を狙い、ブーツのバンド溝に凸部を付与したもの。
（ｂ）ブーツ内圧上昇に対するグリース流出防止を狙い、ブーツ内面リップを不等辺形状としたもの。
（ｃ）グリース留めを狙って不等辺リップ間に溝を付与したもの。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る自在継手用ブーツ１の装着状態の全体断面を示し、その要部（小径側取付部３）が図２に示されている。また図３は図２のＡ部を更に拡大して示している。

当該実施例に係る自在継手用ブーツ１は、熱可塑性エラストマーまたは所定のゴム状弾性体よりなるドライブシャフト用またはプロペラシャフト用の自在継手用ブーツであって、蛇腹形状を呈する膜部（蛇腹部）２の軸方向一方の端部にシャフト２１に対する小径側取付部３が一体成形されるとともに軸方向他方の端部に外側継手部材（ジョイント）２２に対する大径側取付部４が一体成形され、それぞれバンド２３によって締め付け固定される。

図２に拡大して示すように、小径側取付部３は、全体として円筒形を呈し、その外周面に所定の軸方向幅Ｗ_１を備える環状のバンド装着溝５が設けられ、その内周面に環状のリップ６が設けられるとともに、リップ６に対応した位置のバンド装着溝５の底面に環状の凸部７が設けられている。リップ６は所定の間隔を開けて２つ設けられ、これに対応して凸部７も２つ設けられている。

尚、小径側取付部３の内周面には、シャフト２１の周面に設けた位置決め用の環状溝２４（図１参照）に係合する軸方向所定幅Ｗ_２の位置決め用の環状突起８が設けられているので、リップ６はそれぞれこの断面台形を呈する環状突起８の内周面に設けられている。

凸部７の断面形状はそれぞれ、軸方向に対称な円弧形とされている。これに対しリップ６の断面形状は以下のように構成されている。

すなわち、図３に一層拡大して示すように、リップ６が設けられていなければ小径側取付部３の内周面（環状突起８の内周面）は、ｍからｎへ至る直線（以下、この直線を基準面とも称する）をもって表されるところ、この基準面よりも径方向内方（図では下方）へ突出するものとしてリップ６が２つ設けられ、リップ６の断面形状はそれぞれ台形であって、更に軸方向に非対称な不等辺形状とされている。

すなわち、リップ６はそれぞれ、ブーツ内側斜面（ブーツ内側すなわちグリース側（図では左方）からブーツ外側すなわち大気側（図では右方）へかけて内径寸法が徐々に縮小する斜面）６ａ、フラット面（内径寸法が一定の円筒面）６ｂおよびブーツ外側斜面（ブーツ内側すなわちグリース側からブーツ外側すなわち大気側へかけて内径寸法が徐々に拡大する斜面）６ｃの３面を一連に備える断面台形とされ、軸方向で対をなすブーツ内側斜面６ａとブーツ外側斜面６ｃとで辺長さおよび傾斜角度が異なる不等辺形状とされ、具体的には、ブーツ内側斜面６ａの辺長さをＬ_１、傾斜角度（軸直角平面に対する傾斜角度）をθ_１、ブーツ外側斜面６ｃの辺長さをＬ_２、傾斜角度（軸直角平面に対する傾斜角度）をθ_２として、
Ｌ_１＜Ｌ_２かつθ_１＜θ_２
を充足するように形成されている。

また、図２に示したようにリップ６はそれぞれ、その外周側に設けられた凸部７と軸方向同位置に配置され、リップ６のフラット面６ｂの軸方向中央線（センターライン）６ｄは凸部７の軸方向中央線（センターライン）７ｄと合致せしめられ、リップ６全体の軸方向幅Ｗ_３（図３参照）は凸部７の軸方向幅Ｗ_４（図２参照）よりも少々小さく設定されている。

また、図３に示したように２つのリップ６の間には、上記基準面よりも径方向外方（図では上方）へ凹設された環状の溝部９が設けられており、その断面形状は特に限定されないものの、図では、ブーツ内側の第一リップ６のブーツ外側斜面６ｃからの延長をなす断面直線状の斜面９ａと、フラット面９ｂと、断面円弧状をなしてフラット面９ｂとブーツ外側の第二リップ６のブーツ内側斜面６ａとを結ぶ曲面９ｃとによって形成されている。

つぎに、上記実施例に係る自在継手用ブーツ１の面圧ピーク値に関する比較試験を行なったので、その内容および結果を説明すると、以下のとおりである。比較例としては、図４に示す「現行形状」および図５に示す「比較形状」の２つとし、図６に上記の「実施例（発明形状）」を示す。

「現行形状」：凸部無し、等辺形状のリップ有り、リップ間の溝部無し
θ_１＝θ_２＝４５度

「比較形状」：断面円弧形の凸部有り、等辺形状のリップ有り、リップ間の溝部有り
θ_１＝θ_２＝４５度

「実施例（発明形状）」：断面円弧形の凸部有り、不等辺形状のリップ有り、リップ間の溝部有り
θ_１＝１５度、θ_２＝６０度

上記３形状共に、リップ高さ、フラット部の軸方向幅、基準面の内径寸法、基準面およびバンド装着溝底面間の厚みは同一寸法である。また、比較形状と実施例における凸部高さと溝部深さは同一寸法である。

比較試験の結果は、各図「ＦＥＭ解析結果」の「面圧分布」および「面圧ピーク比」に示すとおり、「現行形状」の面圧ピーク値を「１．０」として、「比較形状」の面圧ピーク値は「１．１９」、「実施例（発明形状）」の面圧ピーク値は「１．５２」となり、本発明に係る「不等辺リップ」の有効性を確認することができた。また「実施例（発明形状）」においては、「面圧分布」のグラフ図に示されるように面圧ピークがグリース側（図では左方）に偏って発生しており、よってシール効果が一層高いものである。

１ 自在継手用ブーツ
２ 膜部
３ 小径側取付部
４ 大径側取付部
５ バンド装着溝
６ リップ
６ａ ブーツ内側斜面
６ｂ，９ｂ フラット面
６ｃ ブーツ外側斜面
６ｄ，７ｄ 軸方向中央線
７ 凸部
８ 環状突起
９ 溝部
９ａ 斜面
９ｃ 曲面
２１ シャフト
２２ 外側継手部材
２３ バンド
２４ 環状溝

Claims (5)

1. 蛇腹形状の膜部の端部にシャフトまたは外側継手部材に対する取付部を有するとともに前記取付部の外周面にバンド装着溝を有する自在継手用ブーツにおいて、
   前記取付部の内周面に前記シャフトまたは外側継手部材に対するシール面圧を発生させるリップを設けるとともに前記バンド装着溝の底面に凸部を設け、前記リップの断面形状を不等辺形状とし、
   前記リップは複数設けられてリップ間に溝部が設けられ、
   前記溝部は、前記取付部の内周面のうちの前記リップを設けた面であってシャフトの軸方向に対し平行な向きの断面直線状の面よりも径方向外方へ凹設されるとともに、ブーツ内側の第一リップのブーツ外側斜面からの延長をなす断面直線状の斜面を溝部内面の一部として有することを特徴とする自在継手用ブーツ。
2. 前記溝部は、前記斜面のほかに、前記斜面から連続するフラット面と、断面円弧状をなして前記フラット面とブーツ外側の第二リップのブーツ内側斜面とを結ぶ曲面とを有することを特徴とする、請求項１記載の自在継手用ブーツ。
3. 前記リップと前記凸部は、断面形状において対応した位置に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の自在継手用ブーツ。
4. 軸方向の変位を許容しながら回転力を伝達することができるしゅう動型等速自在継手に使用される、請求項１から３いずれかに記載の自在継手用ブーツ。
5. 自動車の駆動力を車輪に伝達するためのドライブシャフトの構成部品である等速自在継手に使用される、請求項１から４いずれかに記載の自在継手用ブーツ。

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