JP2000356225A - スプライン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スプライン嵌合領域における軸方向の接触面
圧を均一化でき、長寿命化を図れるスプライン装置を提
供する。 【解決手段】 このスプライン装置は、テーパ面６でも
って筒部材１を先細にして、図５に示すように、筒部材
１の断面係数を根元側から先端側に向かって減少させる
と共に、テーパ穴８でもって軸部材２の肉厚を先細に
し、軸部材２の断面係数を根元側から先端側に向かって
減少させた。これにより、軸部材２と筒部材１のねじり
剛性の和を軸方向に均等化して、トルク伝達時に、軸ス
プライン７の歯側面７Ｄ,穴スプライン５の歯側面５Ｄ
がボール３から受ける接触面圧を、軸方向に均一化し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、角スプライン,
インボリュートスプライン,ボールスプライン,セレーシ
ョン等のスプライン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のスプライン装置として
は、図６に示すように、軸部材１０１の軸スプライン１
０２間の溝１０３に配置したボール１０５を、筒部材１
０６の穴スプライン１０７間の溝１０８に嵌合させて、
軸部材１０１から筒部材１０６に回転力を伝達するもの
がある。

【０００３】上記軸スプライン１０２は、軸部材１０１
の外周部に周方向に所定間隔を隔てて配列されており、
上記穴スプライン１０７は、筒部材１０６の内周部に周
方向に所定間隔を隔てて配列されている。

【０００４】また、軸部材１０１および筒部材１０６
は、スプライン嵌合領域において、中心軸Ｍに直角な断
面で切断した軸直角断面が軸方向に略一定になってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
スプライン装置では、使用後の摩耗量を測定した結果、
図４(Ａ),(Ｂ)に示すように、軸部材１０１の軸スプラ
イン１０２の歯側面１０２Ａのボール１０５による摩耗
量が、軸部材１０１の根元に近い箇所ほど多くなってい
た。つまり、上記従来のスプライン装置では、スプライ
ン歯面１０２Ａとボール１０５との接触面圧が軸部材１
０１の根元に近くなるほど大きくなり、不均一な接触状
況が発生して、摺動抵抗の増大,歯側面カジリ,早期摩耗
を招くということが判明した。

【０００６】そこで、この発明の目的は、スプライン嵌
合領域における軸方向の接触面圧を均一化でき、長寿命
化を図れるスプライン装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明のスプライン装置は、軸部材の外周
に形成された軸スプラインと筒部材の内周に形成された
穴スプラインを嵌合させて、回転力を伝えるスプライン
装置において、軸方向における応力分布が均一になるよ
うにしたことを特徴としている。

【０００８】この請求項１の発明では、軸方向における
応力分布が均一になるようにしたから、スプライン嵌合
領域における軸方向の接触面圧を均一化でき、長寿命化
を図れる。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
のスプライン装置において、上記軸スプラインと穴スプ
ラインに沿って、複数のボールが軸方向に配列されてい
て、上記筒部材の外周をテーパ形状あるいは曲面形状と
して、軸方向の根元から先端に向かって断面係数を減少
させたことを特徴としている。

【００１０】この請求項２の発明では、上記筒部材の外
周をテーパ形状あるいは曲面形状として、軸方向の根元
から先端に向かって断面係数を減少させた。したがっ
て、筒部材の先端のねじり剛性を弱めて、トルク伝達時
に軸部材の根元付近において軸スプラインと穴スプライ
ンの接触面圧が過大になることを防止できる。

【００１１】すなわち、この請求項２の発明では、トル
ク伝達時に、軸スプラインと穴スプラインに加わる接触
面圧を、軸方向に均一に分布させることができるから、
摺動抵抗の増大,歯面カジリ,早期摩耗を防止でき、長寿
命化を図れる。

【００１２】また、請求項３の発明は、請求項１に記載
のスプライン装置において、上記軸スプラインと穴スプ
ラインに沿って、複数のボールが軸方向に配列されてい
て、上記ボール寸法を装着位置によって変化させて、各
ボールが負担する負荷を均一にしたことを特徴としてい
る。

【００１３】この請求項３の発明では、軸方向位置にお
いて、軸部材のねじり剛性と筒部材のねじり剛性の和が
比較的大きくなる領域に装着されるボールの寸法を比較
的小さくし、上記ねじり剛性の和が比較的小さくなる領
域に装着されるボールの寸法を比較的大きくする。これ
により、トルク伝達時に、ねじり剛性の和が比較的大き
くなる領域での軸スプラインと穴スプラインの荷重分担
と、ねじり剛性の和が比較的小さくなる領域での軸スプ
ラインと穴スプラインの荷重分担とを均一化できる。し
たがって、トルク伝達時に、軸スプラインと穴スプライ
ンに加わる接触面圧を軸方向に均一に分布させることが
できるから、摺動抵抗の増大,歯面カジリ,早期摩耗を防
止でき、長寿命化を図れる。

【００１４】また、請求項４の発明は、請求項１に記載
のスプライン装置において、上記軸部材の断面係数が軸
方向の根元から先端に向かって減少するように、上記軸
部材の中心にテーパ形状あるいは曲面形状の穴を形成し
たことを特徴としている。

【００１５】この請求項４の発明では、上記軸部材の中
心にテーパ形状あるいは曲面形状の穴を形成して、軸方
向の根元から先端に向かって断面係数を減少させた。し
たがって、軸部材の先端のねじり剛性を弱めて、トルク
伝達時に筒部材の根元付近において軸スプラインと穴ス
プラインの接触面圧が過大になることを防止できる。

【００１６】すなわち、この請求項４の発明では、トル
ク伝達時に、軸スプラインと穴スプラインに加わる接触
面圧を、軸方向に均一に分布させ、軸方向に均等な荷重
分担を実現して、摺動抵抗の増大,歯側面カジリ,早期摩
耗を防止でき、長寿命化を図れる。

【００１７】また、請求項５の発明は、請求項１に記載
のスプライン装置において、上記軸スプラインと穴スプ
ラインを直接接触させて、回転力を伝えるスプライン装
置であって、上記筒部材の外周をテーパ形状あるいは曲
面形状として、軸方向の根元から先端に向かって断面係
数を減少させたことを特徴としている。

【００１８】この請求項５の発明では、請求項２の発明
と同じく、筒部材の外周をテーパ形状あるいは曲面形状
として、軸方向の根元から先端に向かって断面係数を減
少させたから、筒部材の先端のねじり剛性を弱めて、ト
ルク伝達時に軸部材の根元付近において軸スプラインと
穴スプラインの接触面圧が過大になることを防止でき
る。

【００１９】すなわち、この請求項５の発明では、トル
ク伝達時に、軸スプラインと穴スプラインに加わる接触
面圧を、軸方向に均一に分布させることができるから、
摺動抵抗の増大,歯面カジリ,早期摩耗を防止でき、長寿
命化を図れる。

【００２０】また、請求項６の発明は、請求項１に記載
のスプライン装置において、上記筒部材の径方向肉厚を
薄肉にして、ねじり剛性を所定値以下にして上記軸方向
の応力分布を均一にしたことを特徴としている。

【００２１】この請求項６の発明では、筒部材の径方向
肉厚を薄肉にすることによって、軸方向の略全域にわた
って、筒部材のねじり剛性を低下させるから、特に、軸
部材の根元付近における穴スプラインと軸スプラインと
の接触面圧を低減できる。したがって、軸部材の根元付
近における穴スプラインと軸スプラインとの摺動抵抗の
増大,歯側面カジリ,早期摩耗を防止でき、長寿命化を図
れる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。

【００２３】〔第１の実施の形態〕図１に、この発明の
スプライン装置の第１の実施の形態としてのボールスプ
ライン装置の要部断面を示す。このボールスプライン装
置は、筒部材１と、この筒部材１の内側に挿入した軸部
材２と、軸部材２と筒部材１の間に配置した複数のボー
ル３,３,３…を備える。

【００２４】上記筒部材１の内周面には、周方向に所定
間隔を隔てて複数の穴スプライン５が形成されており、
筒部材１の外周面６はテーパ面になっていて、筒部材１
は根元側から先端側に向かって先細形状になっている。
また、軸部材２の外周面には、周方向に所定間隔を隔て
て複数の軸スプライン７が形成されており、軸部材２の
中心軸Ｗを中心軸とするテーパ孔８が軸部材２に形成さ
れている。このテーパ孔８は、軸部材２の根元側から先
端側に向かって直径が増大している。

【００２５】そして、上記軸部材２の隣接する２つの軸
スプライン７の間の溝１０に、複数のボール３,３,３…
が軸方向に配列されている。このボール３,３,３…は、
筒部材１の隣接する穴スプライン５の間の溝１１に嵌合
している。

【００２６】上記構成のボールスプライン装置は、テー
パ面６でもって筒部材１を先細にして、図５に示すよう
に、筒部材１の断面係数を根元側から先端側に向かって
減少させると共に、テーパ穴８でもって軸部材２の肉厚
を先細にし、軸部材２の断面係数を根元側から先端側に
向かって減少させた。

【００２７】これにより、剛性小の筒部材先端部１Ａに
形成された穴スプライン５の先部５Ａを、剛性大の軸部
材根元部２Ｂに形成された軸スプライン７の根元部７Ｂ
に対向させている。また、剛性大の筒部材根元部１Ｂに
形成された穴スプライン５の根元部５Ｂを、剛性小の軸
部材先端部２Ａに形成された軸スプライン７の先端部７
Ａに対向させている。さらに、剛性中の筒部材中間部１
Ｃに形成された穴スプライン５の中間部５Ｃを、剛性中
の軸部材中間部２Ｃに形成された軸スプライン７の中間
部７Ｃに対向させている。

【００２８】このように、このボールスプライン装置で
は、トルク伝達部１２において、軸部材２と筒部材１の
ねじり剛性の和を軸方向に均等化することによって、ト
ルク伝達時に、軸スプライン７の歯側面７Ｄ,穴スプラ
イン５の歯側面５Ｄがボール３から受ける接触面圧を、
軸方向に均一化した。これにより、摺動抵抗の増大,歯
側面カジリ,早期摩耗を防止でき、長寿命化を図ること
ができる。

【００２９】〔第２の実施の形態〕次に、図２に、この
発明のスプライン装置の第２実施形態の要部断面を示
す。この第２実施形態は、第１実施形態と異なり、ボー
ルを備えず、軸部材２１と筒部材２２とが直接に接触す
るスプライン装置である。

【００３０】このスプライン装置は、軸部材２１と筒部
材２２とからなる。軸部材２１の外周面に周方向に所定
の間隔を隔てて複数の軸スプライン２３が形成されてお
り、筒部材２２の内周面に周方向に所定の間隔を隔てて
複数の穴スプライン２５が形成されている。この穴スプ
ライン２５と軸スプライン２３とは周方向に係合するよ
うになっている。

【００３１】一方、上記軸部材２１は、その中心軸Ｚを
中心軸とする軸方向テーパ孔２６を有し、このテーパ孔
２６は根元から開口端に向かって、略直線的に直径が増
加している。また、上記筒部材２２は、外周面２７がテ
ーパ状になっており、根元部２２Ｂから先端部２２Ａに
向かって肉厚が薄くなっている。

【００３２】上記構成のボールスプライン装置は、テー
パ面２７でもって筒部材２２を先細にして、図５に示す
ように、筒部材２２の断面係数を根元側から先端側に向
かって減少させると共に、テーパ孔２６でもって軸部材
２１の肉厚を先細にし、軸部材２１の断面係数を根元側
から先端側に向かって減少させた。

【００３３】これにより、剛性小の筒部材先端部２２Ａ
に形成された穴スプライン２５の先端部２５Ａを、剛性
大の軸部材根元部２１Ｂに形成された軸スプライン２３
の根元部２３Ｂに噛合させている。また、剛性大の筒部
材根元部２２Ｂに形成された穴スプライン２５の根元部
２５Ｂを、剛性小の軸部材先端部２１Ａに形成された軸
スプライン２３の先端部２３Ａに噛合させている。さら
に、剛性中の筒部材中間部２２Ｃに形成された穴スプラ
イン２５の中間部２５Ｃを、剛性中の軸部材中間部２１
Ｃに形成された軸スプライン２３の中間部２３Ｃに噛合
させている。

【００３４】このように、このスプライン装置では、ト
ルク伝達部の軸方向の各部において、軸部材２１と筒部
材２２のねじり剛性の和を、軸方向に均等に分布させる
ことによって、トルク伝達時に、軸スプライン２３の歯
側面２３Ｄと穴スプライン２５の歯側面２５Ｄとの接触
面圧を軸方向に均一化した。これにより、トルク伝達部
の軸方向の各部における荷重負担を均等化でき、摺動抵
抗の増大,歯側面カジリ,早期摩耗を防止できて、長寿命
化を図ることができる。

【００３５】〔第３の実施の形態〕次に、図３に、この
発明のスプライン装置の第３の実施の形態としてのボー
ルスプライン装置の要部断面を示す。

【００３６】このボールスプライン装置は、筒部材３１
と、この筒部材３１の内側に挿入した軸部材３２と、軸
部材３２と筒部材３１の間に配置した６個のボール３
３,３４,３５,３６,３７,３８を備える。

【００３７】上記筒部材３１の内周面には、周方向に所
定間隔を隔てて複数の穴スプライン４０が形成されてお
り、筒部材３１の外周面４１は軸方向に同径の円筒面に
なっていて、筒部材３１は根元側から先端側に向かって
肉厚が略等しくなっている。

【００３８】また、軸部材３２の外周面には、周方向に
所定間隔を隔てて複数の軸スプライン４２が形成されて
おり、この軸部材３２は、スプライン嵌合領域において
略同径で中実の円筒形状である。そして、上記軸部材３
２の隣接する２つの軸スプライン４２の間の溝４５に、
６個のボール３３,３４,３５,３６,３７,３８が軸方向
に配列されている。この６個のボール３３〜３８は、筒
部材３１の隣接する穴スプライン４０の間の溝４６に嵌
合している。

【００３９】そして、軸部材３２の根元側に配置された
ボール３３の直径Ｄ１を最も小さくし、このボール３３
に隣接するボール３４の直径Ｄ２を２番目に小さくし、
以下、軸部材３２の先端側に向かって、ボール３５,３
６,３７,３８の直径Ｄ３,Ｄ４,Ｄ５,Ｄ６を順に所定寸
法だけ大きく設定した。

【００４０】この実施形態では、軸部材３２の最も根元
側に配置されたボール３３の直径Ｄ１を最も小さくし
た。また、このボール３３から軸部材３２の先端側に向
かって、ボール３４,３５,３６,３７,３８の順に、直径
Ｄ３,Ｄ４,Ｄ５,Ｄ６を増加させた。

【００４１】これにより、トルク伝達時に、軸スプライ
ン４２の根元側部分４２Ｂでのボール接触面圧を小さく
して、軸方向の各部における加重負担を均等化でき、軸
スプライン４２と穴スプライン４０に加わる接触面圧を
軸方向に均一に分布させることができるから、摺動抵抗
の増大,歯面カジリ,早期摩耗を防止でき、長寿命化を図
れる。

【００４２】尚、上記第１,第２の実施形態では、軸部
材２,２１と筒部材１,２２の両方を先端に向かって肉厚
を薄くしたが、いずれか一方を先端に向かって薄肉にし
てもよい。また、上記第１,第２の実施形態では、テー
パ形状により筒部材１,２２および軸部材２,２１を先端
に向かって先細り形状にしたが、湾曲形状によって先細
り形状にしてもよい。また、筒部材を軸方向の全域にわ
たって薄肉にして、筒部材の軸方向の断面係数分布を、
軸部材の軸方向の断面係数分布に近づけるようにしても
よい。この場合にも、トルク伝達時の荷重分担を軸方向
に略均一にすることができ、摺動抵抗の増大,歯面かじ
り,早期摩耗を防止でき、長寿命化を図れる。

【００４３】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明のスプライン装置は、軸部材の外周に形成された軸ス
プラインと筒部材の内周に形成された穴スプラインを嵌
合させて、回転力を伝えるスプライン装置において、軸
方向における応力分布が均一になるようにした。したが
って、スプライン嵌合領域における軸方向の接触面圧を
均一化でき、長寿命化を図れる。

【００４４】また、請求項２の発明は、上記筒部材の外
周をテーパ形状あるいは曲面形状として、軸方向の根元
から先端に向かって断面係数を減少させた。したがっ
て、筒部材の先端のねじり剛性を弱めて、トルク伝達時
に軸部材の根元付近において軸スプラインと穴スプライ
ンの接触面圧が過大になることを防止できる。したがっ
て、トルク伝達時に、軸スプラインと穴スプラインに加
わる接触面圧を、軸方向に均一に分布させることがで
き、摺動抵抗の増大,歯面カジリ,早期摩耗を防止でき、
長寿命化を図れる。

【００４５】また、請求項３の発明は、軸方向位置にお
いて、軸部材のねじり剛性と筒部材のねじり剛性の和が
比較的大きくなる領域に装着されるボールの寸法を比較
的小さくし、上記ねじり剛性の和が比較的小さくなる領
域に装着されるボールの寸法を比較的大きくする。これ
により、トルク伝達時に、ねじり剛性の和が比較的大き
くなる領域での軸スプラインと穴スプラインの荷重分担
と、ねじり剛性の和が比較的小さくなる領域での軸スプ
ラインと穴スプラインの荷重分担とを均一化できる。し
たがって、トルク伝達時に、軸スプラインと穴スプライ
ンに加わる接触面圧を軸方向に均一に分布させることが
できるから、摺動抵抗の増大,歯面カジリ,早期摩耗を防
止でき、長寿命化を図れる。

【００４６】また、請求項４の発明は、請求項１に記載
のスプライン装置において、上記軸部材の断面係数が軸
方向の根元から先端に向かって減少するように、上記軸
部材の中心にテーパ形状あるいは曲面形状の穴を形成し
たことを特徴としている。

【００４７】この請求項４の発明では、上記軸部材の中
心にテーパ形状あるいは曲面形状の穴を形成して、軸方
向の根元から先端に向かって断面係数を減少させた。し
たがって、軸部材の先端のねじり剛性を弱めて、トルク
伝達時に筒部材の根元付近において軸スプラインと穴ス
プラインの接触面圧が過大になることを防止できる。し
たがって、トルク伝達時に、軸スプラインと穴スプライ
ンに加わる接触面圧を、軸方向に均一に分布させ、軸方
向に均等な荷重分担を実現して、摺動抵抗の増大,歯側
面カジリ,早期摩耗を防止でき、長寿命化を図れる。

【００４８】また、請求項５の発明は、軸スプラインと
穴スプラインを直接接触させて、ねじり力を伝えるスプ
ライン装置であって、請求項２の発明と同じく、筒部材
の外周をテーパ形状あるいは曲面形状として、軸方向の
根元から先端に向かって断面係数を減少させたから、筒
部材の先端のねじり剛性を弱めて、トルク伝達時に軸部
材の根元付近において軸スプラインと穴スプラインの接
触面圧が過大になることを防止できる。したがって、ト
ルク伝達時に、軸スプラインと穴スプラインに加わる接
触面圧を軸方向に均一に分布させることができ、摺動抵
抗の増大,歯面カジリ,早期摩耗を防止でき、長寿命化を
図れる。

【００４９】また、請求項６の発明は、筒部材の径方向
肉厚を薄肉にして、ねじり剛性を所定値以下にして、上
記軸方向の応力分布を均一にしたことによって、軸方向
の略全域にわたって、筒部材のねじり剛性を、軸部材の
ねじり剛性に近づける。これにより、特に、軸部材の根
元付近における穴スプラインと軸スプラインとの接触面
圧を低減できる。したがって、トルク伝達時に、軸スプ
ラインと穴スプラインに加わる接触面圧を軸方向に均一
に分布させることができ、摺動抵抗の増大,歯側面カジ
リ,早期摩耗を防止でき、長寿命化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のスプライン装置の第１の実施の形
態の要部半断面図である。

【図２】 この発明のスプライン装置の第２の実施の形
態の要部半断面図である。

【図３】 この発明のスプライン装置の第３の実施の形
態の要部半断面図である。

【図４】 図４(Ａ)は従来例の軸部材のスプライン歯側
面の摩耗量測定領域を示す模式図であり、図４(Ｂ)は軸
スプライン歯側面の摩耗量を示す特性図である。

【図５】 本発明の第１,第２実施形態における軸部材
と筒部材の断面係数の軸方向分布を示す特性図である。

【図６】 従来のスプライン装置の要部半断面図であ
る。

【符号の説明】

１,２２,３１…筒部材、１Ａ,２２Ａ…筒部材先端部、
１Ｂ,２２Ｂ…根元部、１Ｃ,２２Ｃ…中間部、２,２１,
３２…軸部材、２Ａ,２１Ａ…先端部、２Ｂ,２１Ｂ…根
元部、２Ｃ,２１Ｃ…中間部、３,３３,３４,３５,３６,
３７,３８…ボール、５,２５,４０…穴スプライン、５
Ａ,２５Ａ…先端部、５Ｂ,２５Ｂ…根元部、５Ｃ,２５
Ｃ…中間部、５Ｄ,２５Ｄ…歯側面、６…外周面、７,２
３…軸スプライン、７Ａ,２３Ａ…先端部、７Ｂ,２３Ｂ
…根元部、７Ｃ,２３Ｃ…中間部、７Ｄ,２３Ｄ…歯側
面、８,２６…テーパ孔、１０,１１,４５,４６…溝。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部材の外周に形成された軸スプライン
   と筒部材の内周に形成された穴スプラインを嵌合させ
   て、回転力を伝えるスプライン装置において、軸方向に
   おける応力分布が均一になるようにしたことを特徴とす
   るスプライン装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスプライン装置におい
   て、 上記軸スプラインと穴スプラインに沿って、複数のボー
   ルが軸方向に配列されていて、 上記筒部材の外周をテーパ形状あるいは曲面形状とし
   て、軸方向の根元から先端に向かって断面係数を減少さ
   せたことを特徴とするスプライン装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のスプライン装置におい
   て、 上記軸スプラインと穴スプラインに沿って、複数のボー
   ルが軸方向に配列されていて、 上記ボール寸法を装着位置によって変化させて、各ボー
   ルが負担する負荷を均一にしたことを特徴とするスプラ
   イン装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のスプライン装置におい
   て、 上記軸部材の断面係数が軸方向の根元から先端に向かっ
   て減少するように、上記軸部材の中心にテーパ形状ある
   いは曲面形状の穴を形成したことを特徴とするスプライ
   ン装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のスプライン装置におい
   て、 上記軸スプラインと穴スプラインを直接接触させて、ね
   じり力を伝えるスプライン装置であって、 上記筒部材の外周をテーパ形状あるいは曲面形状とし
   て、軸方向の根元から先端に向かって断面係数を減少さ
   せたことを特徴とするスプライン装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のスプライン装置におい
   て、 上記筒部材の径方向肉厚を薄肉にして、ねじり剛性を所
   定値以下にして上記軸方向の応力分布を均一にしたこと
   を特徴とするスプライン装置。