(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
等速ジョイントのハウジング部の外周面に締付クランプによって外嵌固定される一端側の大径筒部と、該大径筒部と同軸的に配されシャフトの外周面に外嵌固定される他端側の小径筒部と、これら大径筒部と小径筒部を一体に連結する蛇腹部とからなる樹脂製ジョイントブーツにおいて、
前記大径筒部は、外周側に前記締付クランプを受け入れる溝を備える固定部と、該固定部より軸方向内側に位置して前記固定部と前記蛇腹部とを連結する肩部とからなり、
前記肩部は、前記固定部の前記溝の外縁部から前記蛇腹部に向かって延びて前記ハウジング部の開口端外周面を空間部をおいて取り囲む円筒状部分であり、該空間部は軸方向寸法が径方向寸法よりも大とされ、前記円筒状部分が前記他端側に向かってテーパ状に傾斜しており、これにより前記ブーツを屈曲変形させた状態での屈曲内側における前記肩部の外側への張り出し変形を抑制したことを特徴とする樹脂製ジョイントブーツ。
【請求項２】
前記肩部の外形のブーツ中心線に対する傾斜角度が６°〜１５°であることを特徴とする請求項１記載の樹脂製ジョイントブーツ。
【請求項３】
前記蛇腹部は前記大径筒部側から順に第１谷部、第１山部、第２谷部及び第２山部を含む複数の谷部と山部が交互に連続してなり、該山部の径が大径筒部から小径筒部へと順次に小さくなっており、前記第１山部の外径が前記大径筒部の外径よりも大きく設定された請求項１又は２記載の樹脂製ジョイントブーツ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製ジョイントブーツに関し、詳しくは、自動車の等速ジョイントなどに用いられる蛇腹状の樹脂製ジョイントブーツに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や産業機械などの駆動シャフトのジョイントには、封入されているグリースを保持するため、あるいは塵埃等の進入を防ぐために、ジョイントブーツが装着されている。
【０００３】
図４は、従来のジョイントブーツの一例を示したものである。このブーツは、等速ジョイントのハウジング部に嵌着される大径筒部１と、該大径筒部１と離間して同軸的に配置されてシャフトに嵌着される小径筒部２と、両者を一体に連結する蛇腹部３とからなり、射出成形やプレスブロー成形等で一体に成形されたものである。この従来のブーツでは、大径筒部１における蛇腹部３に連なる肩部１１の外形がブーツ中心線Ｌに対して平行に設定されており、すなわち、大径筒部１の肩部１１は単純な短円筒状をなしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のブーツでは、特に広角度に屈曲変形した状態で回転させたときに、耐屈曲疲労性や耐摩耗性といった耐久性が十分でない場合があり、更なる耐久性の向上が求められている。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、耐久性が飛躍的に向上された樹脂製ジョイントブーツを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記従来のブーツのように大径筒部の肩部外形がブーツ中心線に対して平行である場合、該ブーツを広角度に屈曲変形させたときに、屈曲内側において肩部が外側に張り出したように変形してしまい、これにより、肩部の付け根部分で屈曲疲労による亀裂が発生したり、また、上記肩部が張り出し変形によって蛇腹部が不所望に折り重ねられ、そのため蛇腹の谷部に亀裂が発生したりすることを知見した。そして、大径筒部の肩部外形を小径筒部側に向かってテーパ状に傾斜させることにより、上記肩部の張り出し変形を抑制して耐久性を向上することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の樹脂製ジョイントブーツは、等速ジョイントのハウジング部の外周面に締付クランプによって外嵌固定される一端側の大径筒部と、該大径筒部と同軸的に配されシャフトの外周面に外嵌固定される他端側の小径筒部と、これら大径筒部と小径筒部を一体に連結する蛇腹部とからなる樹脂製ジョイントブーツにおいて、前記大径筒部は、外周側に前記締付クランプを受け入れる溝を備える固定部と、該固定部より軸方向内側に位置して前記固定部と前記蛇腹部とを連結する肩部とからなり、前記肩部は、前記固定部の前記溝の外縁部から前記蛇腹部に向かって延びて前記ハウジング部の開口端外周面を空間部をおいて取り囲む円筒状部分であり、該空間部は軸方向寸法が径方向寸法よりも大とされ、前記円筒状部分が前記他端側に向かってテーパ状に傾斜しており、これにより前記ブーツを屈曲変形させた状態での屈曲内側における前記肩部の外側への張り出し変形を抑制したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の樹脂製ジョイントブーツにおいて、前記肩部外形のブーツ中心線に対する傾斜角度は６〜１５°であることが好ましい。また、前記蛇腹部は、前記大径筒部側から順に第１谷部、第１山部、第２谷部及び第２山部を含む複数の谷部と山部が交互に連続してなり、該山部の径が大径筒部から小径筒部へと順次に小さくなっており、前記第１山部の外径が前記大径筒部の外径よりも大きく設定されていることが好適である。これにより、大径筒部近傍の谷部、特に第２谷部での応力を低減することができ、耐久性の向上が図られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例に係る樹脂製ジョイントブーツの半断面半側面図であり、図２は該ブーツのジョイントへの取付状態を示す断面図、図３は該ブーツの大径筒部の要部拡大断面図である。
【００１０】
このブーツは、自動車の等速ジョイントに装着される熱可塑性エラストマー樹脂製ブーツであり、大径筒部１と、該大径筒部１と離間して同軸的に配置された小径筒部２と、これら大径筒部１と小径筒部２を一体に連結する蛇腹部３とからなる。
【００１１】
大径筒部１は、等速ジョイントのハウジング部４の外周面に締付クランプ５によって外嵌固定される短円筒状をなしており、外周側に締付クランプ５を受け入れる溝１３を備えるとともに内周側にシール用突条１４を備える固定部１２と、該固定部１２より軸方向内側に位置して固定部１２と蛇腹部３とを連結する肩部１１とからなる。
【００１２】
小径筒部２は、シャフト６の外周面に締付クランプ７によって外嵌固定される短円筒状をなしており、大径筒部１と同軸的に、即ち共通の中心線Ｌを持つように配置されている。小径筒部２にも、外周側には締付クランプ７を受け入れるための溝が設けられ、また内周側にシール用突条が設けられている。
【００１３】
蛇腹部３は、両端に口径差のある断面円形の蛇腹体であり、その内部にグリース封入空間８を形成する。蛇腹部３は、大径筒部１側から順に第１谷部３１、第１山部３２、第２谷部３３、第２山部３４、…と複数の谷部と山部が交互に連続してなり、山部及び谷部の径が大径筒部１から小径筒部２へと順次に小さくなるように設定されている。また、蛇腹を構成する斜面であって、大径筒部１及び小径筒部２に直接接続しないもの、即ち蛇腹の両端以外の斜面は、ブーツ軸方向の断面形状において、ブーツの外側に向かって凸の曲面状に形成されている。
【００１４】
以上よりなる基本構成において、本実施例では、図３に示すように、大径筒部１における蛇腹部３に連なる肩部１１の外形が小径筒部２側に向かってテーパ状に傾斜した形状とされている。すなわち、大径筒部１の肩部１１の外形は、蛇腹部３側ほど径が次第に小さくなるように、ブーツ中心線Ｌに対して傾斜している。詳細には、肩部１１は、固定部１２の上記溝の縁部から蛇腹部３に向かって延びて、ハウジング部４の開口端外周面を空間部をおいて取り囲む短円筒状部分であり、蛇腹部３における第１谷部３１に繋がる側壁３１ａの外端に接続されている。該空間部は、軸方向寸法が径方向寸法よりも大とされている。そして、この短円筒状部分がブーツ中心線Ｌに対して傾斜したテーパ状に形成されている。肩部１１のブーツ中心線Ｌに対する傾斜角度（以下、肩部テーパ角）αは、後述するＦＥＭ解析の結果より、６°以上であることが好ましく、より好ましくは６°〜１５°である。
【００１５】
また、本実施例では、上記蛇腹部３において、第１山部３２の外径が、大径筒部１の外径（大径筒部１の最大径部分の外径）よりも大きく設定されている。
【００１６】
以上よりなる実施例の樹脂製ジョイントブーツと、比較例として図４に示す従来の樹脂製ジョイントブーツとについて、広角度に屈曲変形させたときの蛇腹部３の折り重ね形状を調査するとともに、耐久性試験を行った。なお、この実施例では大径筒部１の肩部テーパ角αが８°のものを用いた。
【００１７】
すなわち、実施例及び比較例のジョイントブーツを、図２に示すように、等速ジョイントに組付け、ジョイント角（ハウジング部４の中心線とシャフト６の中心線のなす角度）を４６°にして、Ｘ線撮影により屈曲内側における蛇腹部３の折り重ね状態を調べた。その結果、比較例のジョイントブーツでは、図５（ｂ）に示したように、屈曲内側において大径筒部１の肩部１１が、蛇腹部３の山部とともに外側に張り出したように変形していた。これに対して、実施例のジョイントブーツでは、図５（ａ）に示したように、屈曲内側において大径筒部１の肩部１１が外側に張り出すこともなく、蛇腹部３が良好に折り重ねられていた。
【００１８】
また、このように等速ジョイントに組付けた実施例及び比較例のジョイントブーツについて、雰囲気温度＝１００℃、ジョイント角＝４０°、回転数＝４００r.p.m.にて耐久性試験を行った。その結果、比較例のジョイントブーツでは、試験開始後１０時間にて、大径筒部１の肩部１１の付け根部分で亀裂が発生するとともに、蛇腹部３の第２谷部で貫通亀裂が発生した。これに対し、実施例のジョイントブーツでは、４５時間経過後でもそのような亀裂が発生しておらず、耐屈曲疲労性と耐摩耗性が飛躍的に向上していた。
【００１９】
次に、有限要素法（Finite Element analysis Method）による解析（以下、ＦＥＭ解析という）を用いて、上記ジョイントブーツが広角度に変形した場合における変形形状と応力の分布についてシミュレーションを行った。同シミュレーションでは、大径筒部１の肩部テーパ角αを、０°（上記した比較例のジョイントブーツ）、５°、６°、８°（上記した実施例のジョイントブーツ）、１０°、１５°の６通りとし、いずれもジョイント角を４６°とした。
【００２０】
ＦＥＭ解析によるシミュレーションにて得られた広角度変形時の形状を図６〜１１に示す。図６に示すように、肩部テーパ角αが０°では、上記した現物でのＸ線撮影結果と同様、屈曲内側において大径筒部１の肩部１１が外側に張り出していた。肩部テーパ角αが５°の場合でも、図７に示すように、屈曲内側において大径筒部１の肩部１１が外側に張り出していた。これに対して、図８〜１１に示すように、肩部テーパ角αが６°以上の場合には、屈曲内側において大径筒部１の肩部１１が外側に張り出しておらず、肩部テーパ角αが８°の場合にも上記した現物でのＸ線撮影結果と同様の結果が得られた。このシミュレーション結果より、大径筒部１の肩部テーパ角αとしては、６°以上であることが肩部１１の外側への張り出し変形を抑制する上で好ましく、より好ましくは６°〜１５°であり、最適値は約８°である。
【００２１】
図１２には、上記実施例のジョイントブーツ（肩部テーパ角α＝８°）と上記比較例のジョイントブーツ（肩部テーパ角α＝０°）とについて、広角度変形時における応力と接触圧のＦＥＭ解析結果を示している。
【００２２】
図１２（ａ）は、ジョイント角θに対する応力（蛇腹谷部に作用する応力）σのグラフである。ここで、θmaxとはジョイント最大角（４６°）であり、０．５θmaxおよび０．８θmaxは、それぞれジョイント最大角の０．５倍、０．８倍の角度である。結果は、実施例のジョイントブーツでは、比較例に対して、ジョイント最大角θmaxでの応力σが５％低減されていた。
【００２３】
図１２（ｂ）は、ジョイント角θに対する蛇腹間接触圧（図１における第１山部３２から第２谷部３３に至る斜面と第２谷部３３から第２山部３４に至る斜面との接触面圧）Ｐ１のグラフである。結果は、実施例のジョイントブーツでは、比較例に対して、ジョイント最大角θmaxでの蛇腹間接触圧Ｐ１が８％低減されていた。
【００２４】
図１２（ｃ）は、ジョイント角θに対するシャフトと蛇腹部との接触圧Ｐ２のグラフである。結果は、実施例のジョイントブーツでは、比較例に対して、ジョイント最大角θmaxでのシャフト−蛇腹間接触圧Ｐ２が２０％低減されていた。
【００２５】
以上より、実施例のジョイントブーツが比較例のジョイントブーツに対して優れた耐久性を有していることがシミュレーションによっても確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の樹脂製ジョイントブーツであると、大径筒部の肩部外形を小径筒部側に向かってテーパ状に傾斜させたことにより、広角度に屈曲変形させたときにおける上記肩部の張り出し変形を抑制して耐久性を飛躍的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る樹脂製ジョイントブーツの半断面半側面図である。
【図２】同ジョイントブーツの等速ジョイントへの組付け状態を示す断面図である。
【図３】同ジョイントブーツの大径筒部の要部拡大断面図である。
【図４】従来の樹脂製ジョイントブーツの半断面半側面図である。
【図５】（ａ）は実施例のジョイントブーツの広角度変形時における要部断面図、（ｂ）は比較例のジョイントブーツの広角度変形時における要部断面図である。
【図６】肩部テーパ角＝０°のジョイントブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図７】肩部テーパ角＝５°のジョイントブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図８】肩部テーパ角＝６°のジョイントブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図９】肩部テーパ角＝８°のジョイントブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図１０】肩部テーパ角＝１０°のジョイントブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図１１】肩部テーパ角＝１５°のジョイントブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図である。
【図１２】ＦＥＭ解析結果を示すグラフであり、（ａ）はジョイント角θ−応力σ線図、（ｂ）はジョイント角θ−蛇腹間接触圧Ｐ１線図、（ｃ）はジョイント角θ−シャフト蛇腹間接触圧Ｐ２線図である。
【符号の説明】
１……大径筒部
２……小径筒部
３……蛇腹部
１１……肩部
１２……固定部
３１……第１谷部
３２……第１山部
３３……第２谷部
３４……第２山部
α……肩部テーパ
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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