(57)【要約】【課題】  外側継手部材あるいはシャフトからなる被着材に電磁誘導溶着したブーツを、被着材から剥がれにくくする。【解決手段】  樹脂製ブーツ３５の大径部３５ａと金属製の外側継手部材２３とを電磁誘導加熱による面状の第一溶着部Ｗ１を介して接合する。大径部３５ａと外側継手部材２３との間にリン酸塩被膜４２を介在させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の外側継手部材と、外側継手部材の内部に配置された内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記内側継手部材に取り付けられた金属製のシャフトと、一端に大径部が形成されると共に、他端に小径部が形成され、前記大径部が外側継手部材に取り付けられると共に、前記小径部がシャフトに取り付けられた樹脂製のブーツとを備え、前記ブーツの大径部と前記外側継手部材とが、電磁誘導加熱による面状の第一溶着部を介して接合された等速自在継手において、
前記大径部と前記外側継手部材との間に、リン酸塩被膜を介在させたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
金属製の外側継手部材と、外側継手部材の内部に配置された内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記内側継手部材に取り付けられた金属製のシャフトと、一端に大径部が形成されると共に、他端に小径部が形成され、前記大径部が外側継手部材に取り付けられると共に、前記小径部がシャフトに取り付けられた樹脂製のブーツとを備え、前記ブーツの小径部と前記シャフトとが、電磁誘導加熱による面状の第二溶着部を介して接合された等速自在継手において、
前記小径部と前記シャフトとの間に、リン酸塩被膜を介在させたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項３】
前記リン酸塩被膜の膜厚が１０μｍ以下である請求項１または２の何れか１項に記載の等速自在継手。
【請求項４】
前記ブーツが熱可塑性ポリエステル系エラストマーで形成されている請求項１〜３何れか１項に記載の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
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洩防止を目的として、ブーツ（等速自在継手用ブーツ）が使用される。
【０００３】
図１４に示すように、ブーツ１５は、円筒状の大径部１５ａと、円筒状の小径部１５ｂと、大径部１５ａおよび小径部１５ｂとを連結する蛇腹部１５ｃとを有する。ブーツ１５の大径部１５ａは外側継手部材３の開口端で締結バンド１６により締め付け固定され、その小径部１５ｂは内側継手部材６と結合したシャフト１０の所定部位に締結バンド１７により締め付け固定されている。
【０００４】
このような締結バンドの一例として、レバー式ブーツバンドが知られている（特許文献１）。レバー式ブーツバンドは、リング状に形成されるバンド本体と、このバンド本体の接合部に付設されるレバーとを備えたものである。レバーの内面をバンド本体の外径面に重ね合わさるようにレバーを折り返すことで、ブーツ１５に締結力が付与される。
【０００５】
また、締結バンドの他の例として、係合爪と係合孔による締付バンドも知られている(特許文献２)。
【０００６】
このようなバンドを用いる場合、バンドを別部品として使用する必要があり、部品点数が多くなり、等速自在継手の組立てに必要な製造コストが嵩む。
【０００７】
かかる課題を解決するものとして、ブーツと相手部材とを、電磁誘導加熱により接合する手法（特許文献３）が提案されている。この手法を採用した場合、締付バンド（ブーツバンド）は使用されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２５２５９４号公報
【特許文献２】特表２００４−５１０１１３号公報
【特許文献３】特開２００９−５２６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように電磁誘導加熱によりブーツと外側継手部材を溶着接合し、さらにブーツとシャフトを溶着接合すれば、バンドを用いた締付け構造と比べ、部品点数を少なくし、等速自在継手の組立工程を簡素化できる利点がある。
【００１０】
等速自在継手が作動角をとってトルクを伝達する際には、ブーツの変形により、溶着した接合部に大きな力が作用する。特に外側継手部材とブーツの接合部には、ブーツの取り付け部を捲り上げるような大きな力が作用する。電磁誘導加熱によりブーツを外側継手部材とシャフトに接合した従来品では、作動角をとった際に、この捲り上げるような力で外側継手部材とブーツの接合部が剥がれ、耐久性やシール性の低下を招く場合がある。近年では、等速自在継手のより一層の高作動角化が要請されており、この問題がより一層顕在化する傾向にある。シャフトとブーツの接合部が剥がれることにより、上記と同様に耐久性やシール性の低下を招くおそれもある。
【００１１】
そこで、本発明は、外側継手部材あるいはシャフトからなる被着材に電磁誘導溶着したブーツを、被着材から剥がれにくくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、金属製の外側継手部材と、外側継手部材の内部に配置された内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記内側継手部材に取り付けられた金属製のシャフトと、一端に大径部が形成されると共に、他端に小径部が形成され、前記大径部が外側継手部材に取り付けられると共に、前記小径部がシャフトに取り付けられた樹脂製のブーツとを備え、前記ブーツの大径部と前記外側継手部材とを、電磁誘導加熱による面状の第一溶着部を介して接合した等速自在継手において、前記大径部と前記外側継手部材との間に、リン酸塩被膜を介在させたことを特徴とする。
【００１３】
また、金属製の外側継手部材と、外側継手部材の内部に配置された内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記内側継手部材に取り付けられた金属製のシャフトと、一端に大径部が形成されると共に、他端に小径部が形成され、前記大径部が外側継手部材に取り付けられると共に、前記小径部がシャフトに取り付けられた樹脂製のブーツとを備え、前記ブーツの小径部と前記シャフトとを、電磁誘導加熱による面状の第二溶着部を介して接合した等速自在継手において、前記小径部と前記シャフトとの間に、リン酸塩被膜を介在させたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記ブーツの大径部と前記外側継手部材とを、電磁誘導溶着による面状の第一溶着部を介して接合し、前記大径部と前記外側継手部材との間に、リン酸塩被膜を介在させてもよい。
【００１５】
このようにブーツと被着材の間にリン酸マンガン被膜を介在させることにより、アンカー効果や化学結合力の作用により、溶着後のブーツと被着材（外側継手部材、シャフト）間の接合強度を高めることができる。
【００１６】
リン酸塩被膜の膜厚は１０μｍ以下とする。膜厚が１０μｍを超えると、接合部に過大な応力が作用した際に、リン酸マンガン被膜内で破壊が生じ、剥離に至る可能性がある。
【００１７】
ブーツは、熱可塑性ポリエステル系エラストマーで形成するのが好ましい。熱可塑性ポリエステル系エラストマーは、コストに対して機械的強度、屈曲強度、耐熱性、耐油性等に優れた特性を示す。また、分解温度が４００〜５００℃程度であり、取り付け部を溶着する際に電磁誘導加熱で加熱し易い分解温度帯を有する点でも好都合である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外側継手部材あるいはシャフトに溶着したブーツを、外側継手部材あるいはシャフトから剥がれにくくすることができる。これにより、ブーツによるシール性を長期間安定して維持することが可能となり、等速自在継手の耐久性を向上させることができる。また、等速自在継手の高作動角化にも対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る等速自在継手を示す縦断面図、および領域Ｘの拡大断面図である。
【図２】電磁誘導加熱による溶着工程（第一例）を示す平面図である。
【図３】電磁誘導加熱による溶着工程を示す縦断面図である。
【図４】図３中のＰ−Ｐ線に沿った横断面図である。
【図５】電磁誘導加熱による溶着工程（第二例）を示す縦断面図である。
【図６】電磁誘導加熱による溶着工程（第三例）を示す縦断面図である。
【図７】引張試験の試験片を示す縦断面図である。
【図８】引張試験の試験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る等速自在継手の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
【００２１】
等速自在継手は、駆動軸と従動軸間の角度変位を許容する機械要素であり、外側継手部材と、外側継手部材の内周に配置された内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の間に配置されたトルク伝達部材とを主要な構成要素とする。図１は、等速自在継手の一例として、バーフィールド型と呼ばれる固定式等速自在継手を示している。
【００２２】
図１に示す等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝２１が内径面２２に円周方向等間隔に形成された外側継手部材２３と、軸方向に延びる複数のトラック溝２４が外径面２５に円周方向等間隔に形成された内側継手部材２６と、外側継手部材２３のトラック溝２１と内側継手部材２６のトラック溝２４との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材としての複数のボール２７と、外側継手部材２３の内径面２２と内側継手部材２６の外径面２５との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えている。
【００２３】
内側継手部材２６の軸心孔の内周に雌スプライン２９が形成されている。この軸心孔に、雄スプライン３１を形成したシャフト３０を挿入し、雌スプライン２９と雄スプライン３１を嵌合することで、内側継手部材２６とシャフト３０がトルク伝達可能に結合される。シャフト３０の端部に形成した周方向溝３２に止め輪３３を装着することで、内側継手部材２６に対するシャフト３０の抜け止めがなされる。
【００２４】
外側継手部材２３、内側継手部材２６、ボール２７、ケージ２８、およびシャフト３０は、何れも鋼等の金属材料で形成される。シャフト３０は、中実状あるいは中空状に形成される。
【００２５】
外側継手部材２３の開口部にはブーツ３５が装着される。ブーツ３５は、軸方向一端に設けられた大径部３５ａと、軸方向他端に設けられた小径部３５ｂと、大径部３５ａと小径部３５ｂとを連結する蛇腹部３５ｃとを主要な構成要素とする。本実施形態では、大径部３５ａおよび小径部３５ｂは何れも円筒状に形成されている。蛇腹部３５ｃは、複数の山部と谷部を有し、その全体形状は軸方向一方側に向けて徐々に縮径している。
【００２６】
ブーツ３５は、ポリエステル系、シリコーン系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリスチレン系、塩化ビニル系、フッ素系等の熱可塑性エラストマーを主成分とする樹脂材料で形成される。本実施形態ではこの中でも、コストに対して機械的強度、屈曲強度、耐熱性、耐油性等に優れた特性を示すポリエステル系の熱可塑性エラストマーを主成分とする樹脂材料で形成される。熱可塑性ポリエステル系エラストマーは、分解温度が４００〜５００℃程度であり、後で説明する電磁誘導加熱でも加熱し易い分解温度帯を有する点でも好都合である。
【００２７】
ブーツ３５の大径部３５ａは、外側継手部材２３の開口側外周面に設けられた大径取り付け面４０に取り付けられる。また、小径部３５ｂは、シャフト３０の大径部の外周面に設けられた小径取り付け面４１に取り付けられる。
【００２８】
これらの取り付けは、電磁誘導加熱による溶着で行われる。図２〜図４は誘導加熱による接合工程を示すもので、図２は平面図、図３は縦断面図、図４は図３中のＰ−Ｐ線に沿った横断面図である。
【００２９】
この電磁誘導加熱では、図２および図３に示すように、ブーツ３５の大径部３５ａおよび小径部３５ｂの外径側に高周波誘導加熱コイル５０Ａ，５０Ｂが配置される。図４に示すように、ブーツ３５の小径部３５ｂの外径側に配置されたコイル５０Ｂは、１８０°対向位置の分割線Ｌで分割した二体の半割コイル５０１，５０２の両端同士を衝合させたものである。図示は省略するが、ブーツ３５の大径部３５ａの外径側に配置されたコイル５０Ａも、同様に二体の半割コイルを衝合させて構成されている。
【００３０】
外側継手部材２３とブーツ３５の接合に際しては、図３に示すように、外側継手部材２３の大径取り付け面４０にブーツ３５の大径部３５ａを嵌合する。次いで、二体の分割コイル５０１，５０２を大径部３５ａの外周面に沿って並べて互いに結合し、大径部３５ａの周囲にリング状のコイル５０Ａを配置する。その後、コイル５０Ａに高周波電流を流す。シャフト３０とブーツ３５の接合も、シャフト３０の小径取り付け面４１にブーツ３５の小径部３５ｂを嵌合し、小径部３５ｂの外周に同様の手順でコイル５０Ｂを配置し、さらにコイル５０Ｂに高周波電流を流すことで行われる。一般に、シャフト３０とブーツ３５の接合を行ってから、外側継手部材２３とブーツ３５の接合が行われる。
【００３１】
コイル５０Ａ，５０Ｂに高周波電流を流すことにより、導電体である外側継手部材２３の大径取り付け面４０およびシャフト３０の小径取り付け面４１が、鉄損（渦電流損とヒステリシス損の和）により発熱する。この熱で、取り付け面４０、４１に接する樹脂製の大径部３５ａおよび小径部３５ｂの各表層が、その分解温度以上に急速に加熱され、泡が発生する。泡の発生に伴って生じた融液により、大径部３５ａおよび小径部３５ｂがそれぞれ取り付け面４０，４１に溶着される。これにより、ブーツ３５の大径部３５ａが外側継手部材２３と接合一体化され、ブーツ３５の小径部３５ｂがシャフト３０と接合一体化される。
【００３２】
この誘導加熱溶着は、レーザ溶着のようなスポット加熱ではなく、面全体を均等に加熱する面加熱であるため、大径部３５ａと大径取り付け面４０の溶着部Ｗ１、および小径部３５ｂと小径取り付け面４１の溶着部Ｗ２は、何れも面状（例えば円筒面状）に広がった形態となる。なお、レーザ溶着では、レーザ光を走査しながら加熱するため、溶着部は線状となる点で、誘導加熱溶着による溶着部の形態と相違する。
【００３３】
この電磁誘導加熱に際しては、ブーツ３５と被着材（外側継手部材２３、シャフト３０）の密着度が接合強度を確保する上で重要となる。密着度を高めるため、コイル５０Ａ，５０Ｂとブーツ３５（大径部３５ａおよび小径部３５ｂ）は、図３および図４に示すように、接触させるのが好ましい。コイル５０Ａ，５０Ｂと被着材の取り付け面４０，４１との間には、非導電性材料からなる大径部３５ａおよび小径部３５ｂが介在するため、コイル５０Ａ，５０Ｂを大径部３５ａおよび小径部３５ｂに接触させても、コイル５０Ａ，５０Ｂが破損することはない。また、大径部３５ａおよび小径部３５ｂは、それぞれ肉厚一定に形成されるため、コイル５０Ａ，５０Ｂを大径部３５ａおよび小径部３５ｂに接触させれば、外側継手部材２３の大径取り付け面４０とコイル５０Ａの間、および  シャフト３０の小径取り付け面４１とコイル５０Ｂの間の間隔をそれぞれ一定にすることができる。そのため、周方向で均一かつ安定した接合力を得ることが可能となる。
【００３４】
この時、コイル５０Ａの内径寸法を大径部３５ａの外径寸法よりも小さくし、コイル５０Ｂの内径寸法を小径部３５ｂの外径寸法よりも小さくするのが好ましい。これにより、コイル５０Ａ，５０Ｂが大径部３５ａおよび小径部３５ｂに食い込むため、ブーツ３５と被着材の間の密着度をより高めて、接合強度を向上させることができる。
【００３５】
また、接合前の状態では、大径部３５ａの内周面と大径取り付け面４０との間の嵌め合いを締まり嵌めとするのが好ましい。同様に、小径部３５ｂの内周面と小径取り付け面４１との間の嵌め合いも締まり嵌めとするのが好ましい。この時の締め代は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度が好ましい。締め代が０．１ｍｍ未満では金属製被着材とブーツ間のミクロ的な密着が不足する。また、締め代が０．３ｍｍを超えると、ブーツ３５の圧入抵抗が大きくなり、等速自在継手の組み立て作業に支障を招く。
【００３６】
図示は省略するが、コイル５０Ａ，５０Ｂと対向する大径部３５ａおよび小径部３５ｂの各外周面にリブを設けておけば、コイル５０Ａ，５０Ｂと大径部３５ａおよび小径部３５ｂとの間の締め代がより一層大きくなり、ブーツと被着材の間の密着度をさらに高めることができる。
【００３７】
以上の実施形態では、コイル５０Ａ，５０Ｂをブーツ３５の大径部３５ａおよび小径部３５ｂに接触させて加熱する場合を説明したが、図５に示すように、コイル５０Ａと大径部３５ａの間、および、コイル５０Ｂと小径部３５ｂの間に、それぞれ環状の隙間を設けることもできる。この場合、各コイル５０Ａ，５０Ｂは、分割が不要であるために一体のリング状に形成することができる。
【００３８】
また、図６に示すように、コイル５０Ａの内周面５０Ａ１を蛇腹部３５ｃ側が大径となるテーパ面状に形成し、かつ大径部３５ａの外周面を、対向するコイルの内周面５０Ａ１と適合するテーパ面状に形成することもできる。この場合、コイル５０Ａが一体のリング状であっても、コイル５０Ａを，大径部３５ａと干渉させることなく大径部３５ａの外周面と接触させて配置することが可能となる。同様に、コイル５０Ｂの内周面５０Ｂ１を蛇腹部３５ｃ側が大径となるテーパ面状に形成し、かつ小径部３５ｂの外周面を、対向するコイル５０Ｂの内周面５０Ｂ１と適合するテーパ面状に形成することにより、同様の効果が得られる。
【００３９】
本実施形態では、図１中の拡大図に示すように、ブーツ３５の大径部３５ａの内周面と外側継手部材２３の大径取り付け面４０との間に結晶性のリン酸マンガン被膜４２が形成される。なお、図示は省略するが、このリン酸マンガン被膜はブーツ３５の小径部３５ｂとシャフト３０の小径取り付け面４１との間にも形成される。リン酸マンガン被膜４２は、例えば、金属製の被着材（外側継手部材２３、シャフト３０）を処理液に浸漬し、あるいは被着材表面に処理液をスプレーすることより、取り付け面４０，４１の表面に形成される。このように取り付け面４０，４１にリン酸マンガン被膜４２を形成した後、取り付け面４０，４１にブーツ３５の大径部３５ａおよび小径部３５ｂが順次溶着される。リン酸マンガン被膜４２は誘導加熱による溶着後も蒸散することなく残るため、最終製品では、大径部３５ａの内周面と大径取り付け面４０との間、および小径部３５ｂの内周面と小径取り付け面４１との間に、それぞれリン酸マンガン被膜４２が介在した形となる。
【００４０】
このようにブーツ３５と被着材の間にリン酸マンガン被膜４２を形成することにより、溶着後のブーツ３５と被着材間の接合強度を高めることができる。接合強度が高まる詳細な理由は不明であるが、実験から以下の二つの理由によると推測される。
・リン酸マンガン被膜の形成に伴って、金属母材の表面が腐食され、母材表面にミクロレベルの凹凸が形成される。この凹凸に倣う形で被膜表面にも同様の凹凸が生じ、溶着後は被膜表面の凹凸に樹脂が入り込む。そのため、母材−被膜間、さらには被膜―ブーツ間でアンカー効果が生じ、接合力が増大する。
・リン酸マンガン被膜−樹脂ブーツ間に化学結合力が生じ、接合力が増大する。なお、リン酸マンガン被膜を形成しない場合は金属母材と樹脂ブーツが密着するが、この状態で溶着しても金属母材−ブーツ間には化学結合力は生じないと考えられる。
【００４１】
リン酸マンガン被膜の厚さは１０μｍ以下が好ましい。膜厚が１０μｍを超えると、接合部に過大な応力が作用した際に、リン酸マンガン被膜４２内で破壊が生じ、剥離に至る可能性があるためである。また、接合強度を高めるため、リン酸マンガン被膜４２は、３μｍ以上の厚さにすることが好ましい。なお、リン酸マンガン被膜４２として、リン酸マンガン被膜を変性させたもの、あるいは、あるいは亜鉛、カルシウム等の他の元素を含有させたものを使用してもよい。
【００４２】
リン酸マンガン被膜４２に代えて、リン酸亜鉛被膜、リン酸カルシウム被膜等の他のリン酸塩被膜を使用することもできる。なお、接合強度を高めるためには、リン酸マンガン被膜を使用するのが最も好ましい。
【００４３】
以上に述べた効果を確認するため、本発明者は、以下に説明する確認試験を行った。
【００４４】
図７に試験片を示す。試験片は、ブーツ３５と同じ樹脂材料で形成したチューブ６０の内周に鋼製の第一シャフト６１と第二シャフト６２を突き合わせて配置し、その後、チューブ６０の両端を第一シャフト６１および第二シャフト６２にそれぞれ誘導加熱溶着したものである。図中の符号Ｗは溶着部を示す。リン酸マンガン被膜無しで誘導加熱溶着した試験片と、リン酸マンガン被膜有りで誘導加熱溶着した試験片について、それぞれ基礎的引張試験を行った。
【００４５】
この引張試験の結果を図８に示す。同図から明らかなように、リン酸マンガン被膜有りの試験片では、リン酸マンガン被膜無しの試験片に比べ、引張荷重が大きくなっている。なお、図８中の「引張荷重」は、接合部が剥がれた時の荷重を示している。この結果から、本実施形態のようにリン酸マンガン被膜を形成した上で誘導加熱溶着することにより、ブーツ−被着材間の接合強度が高まることが確認された。
【００４６】
以上の説明では、大径部３５ａと大径取り付け面４０の間、および小径部３５ｂと小径取り付け面４１の間の双方にリン酸マンガン被膜４２を形成する場合を例示したが、何れか一方の接合部では、リン酸マンガン被膜４２を省略し、ブーツ３５を被着材に直接溶着してもよい。何れか一方の接合部では、締結バンド等の他の手法によってブーツを被着材に取り付けてもよい。
【００４７】
また、以上の説明では、固定式等速自在継手の一例として、バーフィールド型等速自在継手を例示したが、アンダーカットフリー型等の他の固定式等速自在継手にも本実施形態を適用することができる。また、ダブルオフセット型、クロスグルーブ型、トリポード型等の摺動式等速自在継手に本実施形態を適用することもできる。トリポード型等速自在継手ではローラがトルク伝達部材として機能し、他の等速自在継手ではボールがトルク伝達部材として機能する。
【００４８】
以上の説明では、ブーツ３５と外側接手部材２３およびシャフト３０との接合部を例に挙げたが、本発明は、この例示に限らず、金属製の部品と樹脂製の部品とを、電磁誘導加熱による面状の溶着部を介して接合する、種々の機器（例えば電動アクチュエータ等）の接合構造として広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
２３          外側継手部材
２６          内側継手部材
２６          ボール（トルク伝達部材）
３０          シャフト
３５          ブーツ
３５ａ        大径部
３５ｂ        小径部
３５ｃ        蛇腹部
４０          大径取り付け面
４１          小径取り付け面
４２          リン酸塩被膜
【図１】
2020128764.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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