(57)【要約】【課題】コンパクトでありながら耐久性に優れる樹脂製ジョイントブーツを提供する。【解決手段】小径筒部１２と、大径筒部１４と、両者を一体に連結する蛇腹部１６とを備えてなる樹脂製ジョイントブーツにおいて、蛇腹部１６における小径筒部寄りの山群２８の各山の高さＨ１が大径筒部寄りの山群３０の各山の高さＨ２に比べて低く形成され、また、小径筒部寄りの山群２８では、各山２４ａ，２４ｂ，２４ｃが小径筒部１２側に寝かされて、かつ各山の大径筒部側斜面２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１が軸方向に沿った断面形状において互いに略平行に形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径筒部と、大径筒部と、両者を一体に連結する蛇腹部とを備えてなる樹脂製ジョイントブーツにおいて、
前記蛇腹部における小径筒部寄りの山群の各山の高さが大径筒部寄りの山群の各山の高さに比べて低く形成され、
また、該小径筒部寄りの山群では、各山が小径筒部側に寝かされて、かつ各山の大径筒部側斜面が軸方向に沿った断面形状において互いに略平行に形成された
ことを特徴とする樹脂製ジョイントブーツ。
【請求項２】
前記小径筒部寄りの山群において、各山の大径筒部側斜面の軸方向に対する傾斜角度が３０°以下に設定され、かつ、該傾斜角度の各山部間での差が１０°以下に設定された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】
前記小径筒部の外周面に固定用凹部を備え、該凹部の蛇腹部側肩部に周方向に延びる切欠部が設けられたことを特徴とする請求項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（以下、単にブーツということもある。）が装着されている。
【０００３】
図４は、従来の樹脂製ジョイントブーツ１００の一例を示したものであり、図５は、その車両への装着状態を示した図である。このブーツ１００は、等速ジョイントの円筒形ハウジング部１に嵌着される大径筒部１０２と、該大径筒部１０２と離間して同軸的に配置されてシャフト２に嵌着される小径筒部１０４と、両者を一体に連結する蛇腹部１０６とからなり、熱可塑性エラストマーの射出ブロー成形等により一体に成形されている。大径筒部１０２と小径筒部１０４の外周面には、それぞれ固定用凹部１０８，１１０が設けられており、各凹部１０８，１１０にリング状の締付クランプ３，４を装着して外側から締め付けることにより、大径筒部１０２及び小径筒部１０４は、それぞれハウジング部１及びシャフト２の外周面に固定されるようになっている。
【０００４】
この種の樹脂製ジョイントブーツに関し、実開平６−８７７７６号公報及び特開平９−８９１０８号公報には、蛇腹部の圧縮側における大径筒部寄りの山同士の接触圧を低減してブーツの耐久性を向上するために、蛇腹部における小径筒部寄りの山群の各山の高さを大径筒部寄りの山群の各山の高さに比べて低く形成することが記載されている。そして、この構成により、広角度に屈曲変形した状態で回転させたときに、ブーツの圧縮側における小径筒部寄りの山群の展開長を小さくして、大径筒部寄りの山群の圧縮を助長させる働きを低減させ、もって、大径筒部寄りの山同士の接触圧を低減することができるとある。
【０００５】
しかしながら、上記のように単に小径筒部寄りの山群の高さを小さくするというだけでは、特に樹脂製ブーツを従来にもましてコンパクトにしようとしたときに、必ずしも十分な耐久性が確保できない場合がある。
【０００６】
また、従来、この種の樹脂製ジョイントブーツにおいては、広角度に屈曲変形した状態で回転させたときに、小径筒部においてその固定用凹部に亀裂が発生してしまう場合がある。これは、図６に示すように、小径筒部１０４では、広角度に屈曲変形させて回転したときに、隣接する蛇腹部１０６の端部１１２が矢印Ｘ０で示す方向に繰り返し変形を受けるため、それによる応力が固定用凹部１１０の蛇腹部側端部１１４に作用することによる。
【０００７】
【特許文献１】実開平６−８７７７６号公報
【０００８】
【特許文献２】特開平９−８９１０８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、コンパクトでありながら耐久性に優れる樹脂製ジョイントブーツを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の樹脂製ジョイントブーツは、小径筒部と、大径筒部と、両者を一体に連結する蛇腹部とを備えてなる樹脂製ジョイントブーツにおいて、前記蛇腹部における小径筒部寄りの山群の各山の高さが大径筒部寄りの山群の各山の高さに比べて低く形成され、また、該小径筒部寄りの山群では、各山が小径筒部側に寝かされて、かつ各山の大径筒部側斜面が軸方向に沿った断面形状において互いに略平行に形成されたものである。
【００１１】
本発明のブーツでは、広角度に屈曲変形させたときに大きな応力が作用しやすい蛇腹部の大径筒部寄りの山群では各山の高さを確保して耐久性を維持しながら、小径筒部寄りの山群で各山の高さを低くしてコンパクト化を図ることができる。そして、特に、小径筒部寄りの山群において、各山を互いに略平行に小径筒部側に寝かせたことにより、ブーツ全体をコンパクト化した場合であっても、十分な耐久性を確保することが可能となる。
【００１２】
本発明のブーツにおいて、上記小径筒部寄りの山群の各山を小径筒部側に寝かせる際、各山の大径筒部側斜面の軸方向に対する傾斜角度は３０°以下であることが好ましく、より好ましくは１５°〜２５°の範囲内に設定することである。また、各山の大径筒部側斜面の断面形状を互いに略平行にする際、各山間での上記傾斜角度の差は１０°以下に設定されることが好ましく、より好ましくは５°以下である。
【００１３】
ところで、上記のように小径筒部寄りの山群において各山を互いに略平行に小径筒部側に寝かせた場合、これら小径筒部寄りの山群は圧縮方向に曲がりにくくなる。そのため、広角度に屈曲変形した状態で回転させたときに、小径筒部において固定用凹部の蛇腹部側端部に作用する応力が大きくなり、その部分の耐久性が悪化することが懸念される。そこで、小径筒部の外周面に設けた固定用凹部の蛇腹部側肩部に周方向に延びる切欠部を設けることにより、当該肩部のボリュームを低減して、該凹部の蛇腹部側の端部にかかる応力を緩和することができ、この部分での耐久性も確保することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る樹脂製ジョイントブーツ１０について図面に基づいて説明する。
【００１５】
本実施形態の樹脂製ジョイントブーツ１０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、図１に示すように、小径筒部１２と、該小径筒部１２と離間して同軸的に配置された大径筒部１４と、これら小径筒部１２と大径筒部１４を一体に連結する蛇腹部１６とからなる。
【００１６】
このブーツ１０のジョイントへの取付構造は、上記した図５に示す従来の構造と同様であり、従って、大径筒部１４は、等速ジョイントのハウジング部外周面に締付クランプによって外嵌固定される短円筒状をなしており、外周側にリング状の締付クランプを受け入れるための周方向に延びる固定用凹部１８を備える。また、小径筒部１２は、シャフトの外周面に締付クランプによって外嵌固定される短円筒状をなしており、外周側にはリング状の締付クランプを受け入れるための周方向に延びる固定用凹部２０を備える。なお、小径筒部１２は、大径筒部１４と同軸的に、即ち共通の中心線Ｏを持つように配置されている。
【００１７】
蛇腹部１６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２２を形成する。蛇腹部１６は、小径筒部１２側から順に第１山２４ａ、第１谷２６ａ、第２山２４ｂ、第２谷２６ｂ……というように、山と谷が交互に連続して形成された複数の山部及び谷部からなり、山部及び谷部の外径はそれぞれ、小径筒部１２から大径筒部１４へと順次に大きくなるように設定されている。山の数は５つ以上であることが好ましく、この実施形態では６つの山を備える６山６谷で構成されている。
【００１８】
蛇腹部１６は、大きく分けて小径筒部１２寄りの山群２８と大径筒部寄りの山群３０との２つの山群に形成されている。小径筒部１２寄りの山群２８には、小径筒部１２側から３山、即ち第１山２４ａ、第２山２４ｂ、第３山２４ｃが属する。また、大径筒部１４寄りの山群３０には、大径筒部１４側から３山、即ち第４山２４ｄ、第５山２４ｅ、第６山２４ｆが属する。なお、小径筒部寄りの山群２８は、蛇腹部が５山からなる場合には２山であることが好ましく、６山ないし７山からなる場合には３山であることが好ましい。
【００１９】
小径筒部寄りの山群２８では、各山２４ａ、２４ｂ、２４ｃの高さＨ１がいずれも大径筒部寄りの山群３０における各山２４ｄ、２４ｅ、２４ｆの高さＨ２に比べて低く形成されている。ここで、山の高さＨ１、Ｈ２とは、山の頂点とその両側の谷部の外周面側底点同士を結ぶ直線との距離をいう。
【００２０】
また、小径筒部寄りの山群２８では、各山２４ａ、２４ｂ、２４ｃが小径筒部１２側に寝かされ、かつ各山２４ａ、２４ｂ、２４ｃの大径筒部１４側斜面２４ａ１、２４ｂ１、２４ｃ１が軸方向に沿った断面形状（ブーツ中心線Ｏを通る断面形状）において互いに略平行に形成されている。すなわち、各山の大径筒部側斜面２４ａ１、２４ｂ１、２４ｃ１の軸方向に対する傾斜角度θ１、θ２、θ３がいずれも３０°以下、好ましくは１５°〜２５°に設定され、かつ、これら傾斜角度θ１、θ２、θ３の差（θ１〜θ３のうち最大の角度と最大の角度の差）が１０°以下、好ましくは５°以下に設定されている。具体的には、図１の実施形態では、θ１＝１９°、θ２＝２２°、θ３＝２０°に設定されている。
【００２１】
更に、上記山群２８における各山の小径筒部１２側斜面２４ａ２、２４ｂ２、２４ｃ２も、上記の大径筒部側斜面２４ａ１、２４ｂ１、２４ｃ１と同様、互いに略平行に形成されている。但し、これら小径筒部側斜面２４ａ２、２４ｂ２、２４ｃ２の傾斜角度は、大径筒部寄りの山群３０における各山２４ｄ、２４ｅ、２４ｆの小径筒部側斜面の傾斜角度と同程度か又はわずかに小さい程度に設定されており、従って、上記大径筒部側斜面の傾斜角度θ１、θ２、θ３よりも十分大きい。
【００２２】
小径筒部１２は、図２にその断面形状（ブーツ中心線Ｏを通る断面形状）が示されるように、外周面に締付クランプ４を受け入れるための固定用凹部２０を備えるとともに、内周面にシール用凸条３２を備える。
【００２３】
固定用凹部２０の軸方向両側の隅部２０ａ，２０ｂは湾曲面状に形成されている。また、固定用凹部２０の蛇腹部側隅部２０ａから上方、即ち半径方向外方に立ち上がった部分である蛇腹部側肩部２０ｃは全周にわたって切り欠かれており、これにより当該肩部２０ｃには周方向に延びる環状の切欠部３４が形成されている。
【００２４】
この切欠部３４は、小径筒部１２の外周面から半径方向内方に落ち込む縦面部３６と、該縦面部３６の内方端から固定用凹部２０の蛇腹部側壁面２０ｄに至る傾斜面部３８とからなる。傾斜面部３８は、縦面部３６の下端、即ち半径方向内方端から小径筒部１２の開口縁１２ａに向かって半径方向内方に傾斜しており、この実施形態では上記断面形状においてブーツ内側に向かって凸の湾曲面状に形成されている。
【００２５】
なお、この実施形態では切欠部３４に縦面部３６を設けているが、このような縦面部を設けることなく、小径筒部１２の外周面から固定用凹部２０の蛇腹部側壁面２０ｄにかけて単にテーパ面状又は湾曲面状に切り欠くことにより、切欠部３４を形成することもできる。
【００２６】
以上よりなる本実施形態のブーツ１０では、蛇腹部１６の大径筒部寄りの山群３０において各山２４ｄ、２４ｅ、２４ｆの高さを確保して耐久性を維持しながら、小径筒部寄りの山群２８で各山２４ａ、２４ｂ、２４ｃの高さを低くするとともに、これら各山２４ａ、２４ｂ、２４ｃを互いに略平行に小径筒部１２側に寝かせたことにより、ブーツ全体をコンパクト化した場合であっても、十分な耐久性を確保することが可能となる。
【００２７】
この点について詳述すると、図４に示すような従来のブーツ１００で、単に山谷の外径を小さくしてコンパクトを図った場合、蛇腹間の摩擦（蛇腹部の斜面同士の摩擦）やシャフトと谷部との摩擦などに起因する摩耗寿命が短くなって耐久性に劣ることになる。その原因は次のように考えられる。すなわち、図４に示す従来のブーツ１００では、蛇腹部１０６の５つの山がほぼ同形状であるため、これをブーツ単体で矢印Ｙで示す方向に屈曲変形させた場合、蛇腹部１０６の各山はほぼ均等に圧縮変形される。しかし、実際にジョイントに装着して屈曲変形させた場合には、図７に示すように、大径筒部寄りの山群１０６ａを中心に圧縮変形されることになる。このように従来のブーツ１００では、ジョイント装着時の屈曲形状がブーツ単体での屈曲形状と大きく異なるため、実際の使用時に大径筒部寄りの山群に不所望な応力が作用して、特にブーツをコンパクト化した場合に耐久性が劣ることになる。これに対し、本実施形態のブーツ１０では、小径筒部１２寄りの山群２８を上記のように形成したことにより、この部分が撓み変形しにくく、そのためブーツ単体で屈曲変形させた場合でも大径筒部寄りの山群３０を中心に圧縮変形される。従って、ブーツ単体での屈曲形状を、図３に示すジョイント装着時における屈曲形状に近づけることができるので、実際の使用時に大径筒部寄りの山群３０に作用する不所望な応力を抑制することができ、ブーツをコンパクトにした場合でも耐久性を確保することが可能となる。
【００２８】
以上の効果を確認するために、図１に示す実施形態のブーツ、図４に示す従来のブーツ、及び、図８に示す比較例のブーツ（従来のブーツで単に山谷の外径を小さくしてコンパクト化したブーツ）について比較実験を行った。
【００２９】
実験では、実施形態のブーツについては、最大外径Ｄ１を８７．１ｍｍ、第１山２４ａの外径Ｄ２を５０．１ｍｍ、軸方向寸法Ｌを１０６．９ｍｍとした。また、従来のブーツについては、最大外径Ｄ１を９１．４ｍｍ、第１山の外径Ｄ２を５７．１ｍｍ、軸方向寸法Ｌを１１５．９ｍｍとした。更に、比較例のブーツについては、最大外径Ｄ１を８８．０ｍｍ、第１山の外径Ｄ２を５３．０ｍｍ、軸方向寸法Ｌを１０８．０ｍｍとした。そして、ブーツ成形材料として熱可塑性エラストマーを用いて、各ブーツを成形し、得られたブーツについて耐久性を評価した。耐久性の評価は、各ブーツを等速ジョイントに組付け、雰囲気温度＝１００℃、ジョイント角＝４０°、回転数＝６００ｒ．ｐ．ｍ．として、高温雰囲気中での角度固定回転耐久試験により行った。結果を表１に示す。また、表１には、ブーツの重量及び内容積についても、従来のブーツを１００とした値を示した（値が小さいほど重量及び内容積が小さいことを示す）。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１に示すように、従来のブーツを単にコンパクト化した比較例のブーツでは、耐久試験開始後２０時間にて蛇腹部の大径筒部寄りの谷部で疲労により破損した。これに対し、実施形態のブーツは、従来のブーツに比べて大幅にコンパクト化されたものでありながら、従来のブーツと同様、耐久試験開始後３０時間においても破損は見られず、耐久性の目標値を達成するものであった。
【００３２】
このようにジョイントブーツをコンパクトにすることは、ブーツ自体の軽量化だけでなく、内容積を減らして充填するグリース量を減らすことができ、そのためコスト削減とグリース重量に基づく軽量化にも寄与することができる。
【００３３】
また、上記した本実施形態のジョイントブーツ１０では、切欠部３４を設けたことにより、固定用凹部２０における蛇腹部側肩部２０ｃのボリュームが低減されている。そのため、図２に示すように蛇腹部１６の第１山２４ａに矢印Ｘで示す方向に繰り返し変形を付与した場合であっても、固定用凹部２０の蛇腹部側隅部２０ａにかかる応力が緩和される。従って、広角度に屈曲変形した状態で回転させたとしても、小径筒部１２においてその固定用凹部２０に亀裂が発生しにくく、よって、この部分の耐久性にも優れる。
【００３４】
この点を確認するために、図１に示す切欠部３４を設けたブーツと、切欠部３４を設けていないブーツとについて、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、ジョイント角（ハウジング部の中心線とシャフトの中心線のなす角度）＝４０°に変形した場合における応力の分布についてシミュレーションを行った。結果は、切欠部３４のない場合、小径筒部における固定用凹部の蛇腹部側端部にかかる最大応力振幅値（蛇腹部側端部の断面Ｒに沿った方向に作用する主応力の振幅値）が１．１３３ｋｇ／ｍｍ２であるのに対し、切欠部３４を設けた場合、該最大応力振幅値０．７４５ｋｇ／ｍｍ２であり、低減されていた。
【００３５】
また、切欠部３４有りと無しのそれぞれについて、熱可塑性エラストマーを用いてブーツを成形し、得られた各ブーツについて、小径筒部での耐久性を評価する試験を行った。試験は、各ブーツを等速ジョイントに組付け、雰囲気温度＝１００℃、ジョイント角＝４０°、回転数＝６００ｒ．ｐ．ｍ．として行った。その結果、切欠部３４無しの場合、試験開始後２０時間にて小径筒部における固定用凹部の蛇腹部側隅部から破損したのに対し、切欠部３４有りの場合、試験開始後３０時間においても固定用凹部において破損が発生しなかった。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンパクトでありながら耐久性に優れた樹脂製ジョイントブーツが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態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】図１のＡ部拡大図である。
【図３】実施形態のブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図（ジョイント角＝４０°）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】従来のブーツの等速ジョイントへの装着状態を示す断面図である。
【図６】従来のブーツにおける小径筒部の拡大断面図である。
【図７】従来のブーツのＦＥＭ解析によるシミュレーション図（ジョイント角＝４０°）である。
【図８】比較例のブーツの半断面半側面図である。
【符号の説明】
１０……樹脂製ジョイントブーツ
１２……小径筒部
１４……大径筒部
１６……蛇腹部
２０……固定用凹部
２４ａ１、２４ｂ１、２４ｃ１……小径筒部寄りの山群の大径筒部側斜面
２８……小径筒部寄りの山群
３０……大径筒部寄りの山群
３４……切欠部
Ｈ１……小径筒部寄りの山群の各山の高さ
Ｈ２……大径筒部寄りの山群の各山の高さ
θ１、θ２、θ３……大径筒部側斜面の傾斜角度
【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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