JP5044411B2 - 自在継手用ブーツ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のステアリング等に用いられる等速ジョイント（ＣＶＪ）等、自在継手に装着されて、この自在継手を密封するブーツに関するものである。

自動車のステアリングにおける等速ジョイントは、内部のグリースの漏れや外部からの泥水やダストの侵入を防止するためのブーツで密封される。図６は、この種の自在継手用ブーツ１００を等速ジョイント２００と共に一部切断して示す側面図、図７は図６の自在継手用ブーツ１００が変形を受けた状態を等速ジョイント２００の一部と共に示す断面図である。

図６に示されるブーツ１００は、ゴム状弾性材料等でブロー成形あるいは射出成形等により成形されたものであって、円周方向に延びる複数の山部１０１ａ，１０１ｃ，１０１ｅ及びその間の谷部１０１ｂ，１０１ｄが反復形成された伸縮変形自在な蛇腹部１０１と、この蛇腹部１０１の一端に形成された大径取付部１０２と、蛇腹部１０１の他端に形成された小径取付部１０３からなる（例えば下記の特許文献参照）。
特開２０００−２６６０７２号公報 特開２００３−０４９９４４号公報

このブーツ１００は、大径取付部１０２が、ステアリングの一方の回転軸２０２側に形成された等速ジョイント２００の外輪２０１の端部外周面に、金属製の締付バンド１０４により締め付け固定されると共に、小径取付部１０３が、前記等速ジョイント２００の内部ベアリング機構により、外輪２０１（回転軸２０２）の軸心に対して角変位自在に回動連結されたステアリングの他方の回転軸２０３の外周面に、金属製のもう一つの締付バンド１０５で締め付け固定されるものである。

また、このブーツ１００は、外輪２０１（回転軸２０２）及び回転軸２０３と共に回転されるので、回転軸２０２に対して回転軸２０３が角変位した状態では、回転の半周期において蛇腹部１０１が引き伸ばされ、他の半周期において圧縮されるといった変形が繰り返されることになる。そして、ジョイント角度（回転軸２０２に対する回転軸２０３の角度）が高角度である場合は、図７の下半分に示されるように、蛇腹部１０１が圧縮される半周期において山部１０１ａ，１０１ｃ，１０１ｅ同士及び谷部１０１ｂ，１０１ｄ同士が接触するが、その接触面圧が大きく、このため回転抵抗の増大によって操舵トルクが大きくなると共に、早期摩耗の懸念もあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、耐久性を低下させることなく蛇腹部の柔軟な繰り返し変形を可能とすることによって、ジョイント角度が高角度である場合の回転抵抗の低減を図ることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る自在継手用ブーツは、円周方向に延びる３山の山部とその間の２つの谷部が反復形成された蛇腹部と、この蛇腹部の一端に形成された大径取付部と、前記蛇腹部の他端に形成された小径取付部からなり、前記蛇腹部の最も大径取付部側の立ち上がり壁が前記大径取付部から外径側へ立ち上がり、前記蛇腹部の最も大径取付部側の山部における小径取付部側の立ち上がり壁の傾斜角度θ_１が、その小径取付部側に隣接する立ち上がり壁の傾斜角度θ_２より大きく、最も小径取付部側の山部における大径取付部側の立ち上がり壁の傾斜角度θ_４が、その大径取付部側に隣接する立ち上がり壁の傾斜角度θ_３より大きく形成され、中間の第二山部の両側に谷部をはさんで立ち上がる立ち上がり壁が、前記第二山部の立ち上がり壁よりも軸方向へ大きく倒れると共に、最も大径取付部側の山部の峰が大径取付部側へ偏在し、最も小径取付部側の山部の峰が小径取付部側へ偏在してなることを特徴とする。

請求項１の発明に係る自在継手用ブーツによれば、回転に伴う蛇腹部の圧縮側での山部同士及び谷部同士の接触開始が遅れ、すなわち接触開始角度が大きくなるので、ジョイント角度が高角度であっても接触力の増大が抑えられ、操舵における回転抵抗の増大が抑制される。

本発明の好ましい第一の形態による自在継手用ブーツを一部切断して示す側面図である。 本発明の好ましい第二の形態による自在継手用ブーツを一部切断して示す側面図である。 本発明の好ましい第三の形態による自在継手用ブーツを一部切断して示す側面図である。 ジョイント角度と谷部１２_１の両側間の接触力との関係をＦＥＭにより導いた結果を、実施例と比較例とで比較して示す説明図である。 ジョイント角度と谷部１２_２の両側間の接触力との関係をＦＥＭにより導いた結果を、実施例と比較例とで比較して示す説明図である。 従来の自在継手用ブーツ１００を等速ジョイント２００と共に一部切断して示す側面図である。 図６の自在継手用ブーツ１００が変形を受けた状態を、等速ジョイント２００の一部と共に示す断面図である。

符号の説明

１ 蛇腹部
１ａ〜１ｆ 立ち上がり壁
１１_１，１１_２，１１_３ 山部
１２_１，１２_２ 谷部
１３_１，１３_２ 裾部
２ 大径取付部
２ａ，３ａ バンド取付溝
２ｂ，３ｂ 嵌合突条
３ 小径取付部

以下、本発明に係る自在継手用ブーツの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第一の形態による自在継手用ブーツを示す断面図である。

すなわち図１に示されるブーツは、ゴム状弾性材料あるいは可撓性を有する合成樹脂材でブロー成形あるいは射出成形等により成形されたものであって、基本的な構造としては、先に説明した従来のものと同様、円周方向に延びる３つの山部１１_１，１１_２，１１_３及びその間の２つの谷部１２_１，１２_２が反復形成された伸縮変形自在な蛇腹部１と、この蛇腹部１の一端に形成された大径取付部２と、蛇腹部１の他端に形成された小径取付部３からなる。

大径取付部２の外周面には、金属製の締付バンドを取り付けるための円周方向に連続したバンド取付溝２ａが形成されており、内周面には円周方向に連続した嵌合突条２ｂが形成されている。また同様に、小径取付部３の外周面には、もうひとつの金属製の締付バンドを取り付けるための円周方向に連続したバンド取付溝３ａが形成されており、内周面には円周方向に連続した嵌合突条３ｂが形成されている。

蛇腹部１における最も大径取付部２側の立ち上がり壁１ａ及び最も小径取付部３側の立ち上がり壁１ｆの肉厚ｔ_１は、共に例えば1.2ｍｍであるのに対し、蛇腹部１における他の部分、（谷部１２_１，１２_２及びその両側の斜面を構成する立ち上がり壁１ｂ〜１ｅ）の肉厚ｔ_２は、例えば1.5ｍｍであり、すなわちｔ_１＜ｔ_２となっている。そして後述する試験結果から、ｔ_１とｔ_２の比（肉厚比）ｔ_１／ｔ_２は、0.6≦ｔ_１／ｔ_２＜1.0とすることが好ましい。

また、最も大径取付部２側の第一山部１１_１における小径取付部３側の立ち上がり壁１ｂの傾斜角度θ_１が、その小径取付部３側に谷部１２_１をはさんで隣接する立ち上がり壁１ｃの傾斜角度θ_２より大きく形成され（θ_１＞θ_２）、最も小径取付部３側の第三山部１１_３における大径取付部２側の立ち上がり壁１ｅの傾斜角度θ_４が、その大径取付部２側に谷部１２_２をはさんで隣接する立ち上がり壁１ｄの傾斜角度θ_３より大きく形成されている（θ_３＜θ_４）。なお、ここでいう傾斜角度θ_１〜θ_４は、軸心と垂直に交差する平面に対する傾斜角度のことである。

更に、第一山部１１_１とその大径取付部２側の裾部１３_１との軸方向ピッチＰ_１が、前記第一山部１１_１とその小径取付部３側に隣接する谷部１２_１との軸方向ピッチＰ_２より小さく形成され、第三山部１１_３とその小径取付部３側の裾部１３_２との軸方向ピッチＰ_４が、前記第三山部１１_３とその大径取付部２側に隣接する谷部１２_２との軸方向ピッチＰ_３より小さく形成されている。

上述の構成を備えるブーツは、先に説明した図６の従来技術と同様、大径取付部２が等速ジョイントの外輪の外周面における嵌合溝の形成部分に、締付バンドにより締め付け固定されると共に、小径取付部３が、ステアリングの回転軸の外周面における嵌合溝の形成部分に、もう一つの締付バンドで締め付け固定されることによって、前記等速ジョイントの内部ベアリング機構に外部から異物が侵入するのを防止すると共に、ベアリング機構に充填した潤滑用のグリース等が外部へ漏洩するのを防止するものである。

そしてこのブーツは、ステアリングの操作によって、等速ジョイントの外輪及び回転軸と共に回転されるので、ジョイント角度によって、回転の半周期においては蛇腹部１が引き伸ばされ、他の半周期においては圧縮されるといった変形が繰り返される。

そして、この形態によれば、蛇腹部１における最も大径取付部２側の立ち上がり壁１ａ及び最も小径取付部３側の立ち上がり壁１ｆの肉厚ｔ_１が、蛇腹部１における他の部分（谷部１２_１，１２_２及びその両側の斜面を構成する立ち上がり壁１ｂ〜１ｅ）の肉厚ｔ_２より薄肉であるため、ジョイント角度が高角度であっても、回転に伴って蛇腹部１が圧縮される側では、蛇腹部１が外径側へ大きく変形することができる。しかも、立ち上がり壁１ａ，１ｆの肉厚ｔ_１が小さいことによって、その剛性が小さいため、回転に伴って蛇腹部１が圧縮される側で山部１１_１〜１１_３同士、及び谷部１２_１，１２_２同士が接触しても、その接触力の増大が抑えられる。その結果、操舵における回転抵抗の増大も抑制される。

また、θ_１＞θ_２及びθ_３＜θ_４であることによって、中間の第二山部１１_２の両側に谷部１２_１，１２_２をはさんで立ち上がる立ち上がり壁１ｂ，１ｅが、前記第二山部１１_２の立ち上がり壁１ｃ，１ｄよりも軸方向へ大きく倒れた形状となっているため、回転に伴って蛇腹部１が圧縮される半周期において、第二山部１１_２が畳まれやすくなる。しかもＰ_１＜Ｐ_２であることによって、第一山部１１_１は、その峰が大径取付部２側へ偏在しており、Ｐ_３＞Ｐ_４であることによって、第三山部１１_３は、その峰が小径取付部３側へ偏在しているので、第一山部１１_１と第二山部１１_２間のピッチＰ_５及び第二山部１１_２と第三山部１１_３間のピッチＰ_６を、当該ブーツの限られたサイズの中で比較的大きく設定することができる。

このため、ジョイント角度を大きくしていった時に、蛇腹部１が圧縮される側では、まず第二山部１１_２が畳まれる変形を開始してから、第二山部１１_２と第一山部１１_１及び第三山部１１_３間のピッチＰ_５，Ｐ_６が狭まって、山部１１_１〜１１_３同士、及び谷部１２_１，１２_２同士が接触されることになる。したがって、蛇腹部１の圧縮側での接触開始を遅らせ（接触開始角度を大きくし）、すなわち、これによっても接触力の増大が抑えられ、操舵における回転抵抗の増大が抑制される。

なお、上述した第一の形態では、蛇腹部１における最も大径取付部２側の立ち上がり壁１ａ及び最も小径取付部３側の立ち上がり壁１ｆの双方を、蛇腹部１における他の部分より薄肉に形成したが、いずれか一方の立ち上がり壁のみを、前記他の部分より薄肉としても良い。

すなわち、図２は、本発明の好ましい第二の形態による自在継手用ブーツを等速ジョイント２と共に一部切断して示す側面図であって、このブーツは、蛇腹部１における最も大径取付部２側の立ち上がり壁１ａの肉厚ｔ_１を、蛇腹部１における他の部分（谷部１２_１，１２_２と、その両側の斜面を構成する立ち上がり壁１ｂ〜１ｅ、及び最も小径取付部３側の立ち上がり壁１ｆ）の肉厚ｔ_２より薄肉としたものである。他の部分は、図１と同様に構成されている。

また、図３は、本発明の好ましい更に第三の形態による自在継手用ブーツを等速ジョイント２と共に一部切断して示す側面図であって、このブーツは、蛇腹部１における最も小径取付部３側の立ち上がり壁１ｆの肉厚ｔ_１を、蛇腹部１における他の部分（谷部１２_１，１２_２と、その両側の斜面を構成する立ち上がり壁１ｂ〜１ｅ、及び最も大径取付部２側の立ち上がり壁１ａ）の肉厚ｔ_２より薄肉としたものである。他の部分は、図１と同様に構成されている。

第二又は第三の形態による自在継手用ブーツの場合も、蛇腹部１が圧縮される側で山部１１_１〜１１_３同士、及び谷部１２_１，１２_２同士が接触したときに、その接触力の増大が抑えられ、操舵における回転抵抗の増大が抑制されるといった効果が期待できる。

表１は、ジョイント角度を大きくしていった時の、蛇腹部１の圧縮側での谷部１２_１の両側間、及び谷部１２_２の両側間の接触開始角度を、図１に示されるものと同様に構成された本発明の実施例のブーツと、取付形状、取付寸法、セット長さはこの実施例と同じだが蛇腹部１の肉厚を均一（全てｔ_２）とし、θ_１＝θ_２，θ_３＝θ_４とした比較例のブーツとで比較した結果を示すものである。この表１から、本発明のブーツによれば、圧縮側の接触開始を大幅に遅くなることがわかる。

また、図４は、ジョイント角度と谷部１２_１の両側間の接触力との関係をＦＥＭにより導いた結果を、上記実施例のブーツと比較例のブーツとで比較して示す説明図、図５は、ジョイント角度と谷部１２_２の両側間の接触力との関係を、上記実施例のブーツと比較例のブーツとで比較して示す説明図である。これらの結果から明らかなように、実施例によるブーツは、ジョイント角度が高角度になっても接触力の増加が小さいことがわかる。

本発明に係る自在継手用ブーツは、回転に伴って蛇腹部の山部同士及び谷部同士が接触しても、その接触力の増大が抑えられ、回転抵抗の増大も抑制されるので、例えば自動車のステアリング等に用いられる等速ジョイント等、自在継手に装着されて、この自在継手を密封する手段として利用可能である。

Claims (1)

1. 円周方向に延びる３山の山部（１１_１〜１１_３）とその間の２つの谷部（１２_１〜１２_２）が反復形成された蛇腹部（１）と、この蛇腹部（１）の一端に形成された大径取付部（２）と、前記蛇腹部（１）の他端に形成された小径取付部（３）からなり、前記蛇腹部（１）の最も大径取付部（２）側の立ち上がり壁（１ａ）が前記大径取付部（２）から外径側へ立ち上がり、前記蛇腹部（１）の最も大径取付部（２）側の山部（１１_１）における小径取付部（３）側の立ち上がり壁（１ｂ）の傾斜角度（θ_１）が、その小径取付部（３）側に隣接する立ち上がり壁（１ｃ）の傾斜角度（θ_２）より大きく、最も小径取付部（３）側の山部（１１_３）における大径取付部（２）側の立ち上がり壁（１ｅ）の傾斜角度（θ_４）が、その大径取付部（２）側に隣接する立ち上がり壁（１ｄ）の傾斜角度（θ_３）より大きく形成され、中間の第二山部（１１ _２ ）の両側に谷部（１２ _１ ，１２ _２ ）をはさんで立ち上がる立ち上がり壁（１ｂ，１ｅ）が、前記第二山部（１１ _２ ）の立ち上がり壁（１ｃ，１ｄ）よりも軸方向へ大きく倒れると共に、最も大径取付部（２）側の山部（１１ _１ ）の峰が大径取付部（２）側へ偏在し、最も小径取付部（３）側の山部（１１ _３ ）の峰が小径取付部（３）側へ偏在してなることを特徴とする自在継手用ブーツ。

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