JP2007285474A - スプライン連結構造 - Google Patents

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/10Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D2001/103Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via splined connections

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Abstract

【課題】筒軸(デファレンシャル1のサイドギア10,11)と回転軸(ドライブシャフト2,3)とをスプライン嵌合により連結する構造において、比較的簡単に着脱できるようにしたうえで、前記スプライン嵌合部分における回転方向のガタを無くす。
【解決手段】回転軸(2,3)のオススプライン2a,3aにおける円周等間隔の少なくとも二つの歯2a1・・・,3a1・・・について、所定のリード角θを付与して捩れた形状としている。筒軸(10,11)のメススプライン10b,11bは、すべての歯10b1,11b1および溝10b2,11b2が軸方向Oに沿う直線形状とされている。捩れ歯2a・・・,3a1・・・のみが、圧入嵌め合いとされている。
【選択図】図5

Description

本発明は、筒軸と回転軸とをトルク伝達可能に連結するためのスプライン連結構造に関する。なお、スプライン連結構造を適用する場所としては、例えば自動車等の車両に搭載されるデファレンシャルのサイドギア(筒軸)と車輪に連結されるドライブシャフト(回転軸)との連結部分や、前記ドライブシャフトを構成する中間軸とその両端に設けられる各等速自在継手の内輪との連結部分等、その他いろいろな場所に適用できる。
一般的に、例えばデファレンシャルのサイドギアとドライブシャフトとはスプライン嵌合により連結されるようになっている(例えば特許文献1参照。)。
サイドギアに設けられるメススプラインとドライブシャフトに設けられるオススプラインとを自由嵌め合い、つまりルーズフィット状態で嵌合させるようにしていれば、そのスプライン嵌合作業を簡単かつ素早く行えるものの、前記スプライン嵌合部分に回転方向の隙間が生ずることになる。
その場合、例えばエンジンからデファレンシャルに入力された回転動力をドライブシャフトに伝達する際に、サイドギアとドライブシャフトとの間で回転方向にガタが発生することになり、車両走行時に振動、騒音ならびに加速ショック等が発生する等、走行性能が低下することが懸念される。
これに対する第1の従来例として、回転軸のオススプラインにおけるすべての歯にリード角を付与し、筒軸のメススプラインにおけるすべての溝を軸方向に沿う直線形状とすることにより、オススプラインとメススプラインとを圧入嵌め合いとすることで、スプライン嵌合部分における回転方向の隙間を無くすようにすることが知られている(例えば特許文献2参照。)。
また、第2の従来例として、例えば回転軸のオススプラインの歯を軸方向で二分割とし、この二分割にした一方のオススプライン歯と他方のオススプライン歯とを円周方向にオフセットすることにより、これら両オススプライン歯を筒軸のメススプラインの溝に対して円周方向に圧接させる圧入嵌め合いにさせることで、スプライン嵌合部分における回転方向の隙間を無くすようにする技術が知られている(例えば特許文献3参照。)。
これらの従来例の回転軸を上記ドライブシャフトに、また、従来例の筒軸をデファレンシャルのサイドギアにそれぞれ置き換えれば、上記デファレンシャルのサイドギアとドライブシャフトとにおける回転方向のガタを無くすことが可能になると考えられる。
特開平7−54959号公報 実公平6−33220号公報 特開2001−3947号公報
上記いずれの従来例においても、筒軸(サイドギアに相当)のメススプラインのすべての歯と回転軸(ドライブシャフトに相当)のオススプラインのすべての歯とを圧入嵌め合いとする必要があるために、ドライブシャフトの着脱時に例えばスライディングハンマー等の工具を使用する必要があり、作業が面倒で手間がかかることが指摘される。
しかも、上記第2の従来例では、前記二分割した一方のオススプライン歯と他方のオススプライン歯とにおける円周方向のオフセット量について、サイドギアとドライブシャフトとのスプライン嵌合部分における比較的微小な回転方向隙間を無くすのに必要な寸法とする必要があって、きわめて高精度な加工が要求されることが指摘される。
本発明は、筒軸に回転軸をスプライン嵌合により連結する構造において、比較的簡単に着脱できるようにしたうえで、スプライン嵌合部分における回転方向のガタを無くすことを目的としている。
本発明は、筒軸に回転軸をスプライン嵌合して連結した構造であって、前記回転軸外周のオススプラインまたは筒軸内周のメススプラインのいずれか一方に、所定のリード角の付与された捩れ歯が円周等間隔の少なくとも二箇所に設けられ、他方スプラインの歯および溝が軸方向に沿う直線形状とされ、前記捩れ歯のみが圧入嵌め合いとされていることを特徴としている。
なお、捩れ歯以外の歯は、滑動嵌め合い、または自由嵌め合いとすることができる。前記圧入嵌め合い、滑動嵌め合い、自由嵌め合いは、JIS規格にて定義される嵌め合いの状態を示す用語である。
この構成によれば、一方スプラインにおける捩れ歯と相手スプラインの歯とが円周方向に隙間無く当接する状態になるから、筒軸と回転軸とにおける円周方向でのガタを無くすことが可能になる。
要するに、筒軸と回転軸とのスプライン嵌合部分について、大半を滑動嵌め合いまたは自由嵌め合いとしながら、一部分のみを圧入嵌め合いとしているから、回転軸の着脱時における押し込み荷重あるいは引き抜き荷重を、すべての歯を自由嵌め合いとする場合に比べて僅かに強くする必要があるものの、従来例のようにすべての歯を圧入嵌め合いとする場合に比べて弱くすることが可能になり、着脱作業を簡単かつ迅速に行うことが可能となる。
仮に、捩れ歯を円周等間隔の三箇所に設けるようにすれば、それらによる調心作用でもって筒軸と回転軸とを嵌め合わせるだけでそれらが自動的に芯合わせされることになるから、回転軸の回転振れを低減するうえで有利となる。
好ましくは、前記捩れ歯以外の歯が、滑動嵌め合いとされる。
この構成によれば、筒軸(サイドギア)から回転軸(ドライブシャフト)へのトルク伝達時に、滑動嵌め合いによる小さな隙間分だけ捩れ歯が弾性変形することで両スプラインがすべての歯で噛み合って一体化されるようになる。これにより、筒軸(サイドギア)に対する回転軸(ドライブシャフト)の着脱作業の容易性を維持したうえで、捩れ歯以外の歯を自由嵌め合いとする場合に比べて、捩れ歯に対する負荷荷重を軽減できるようになり、耐久性向上に貢献できる。
好ましくは、前記捩れ歯の片側隣に配置される歯の厚みは、当該歯において前記捩れ歯と対向する歯面が遠ざかる方向に後退されることで、それら以外の歯の厚みより小さくされる。また、前記捩れ歯の片側隣は、欠歯とされる。
このように構成すれば、捩れ歯の片側隣に配置される歯を、相手スプラインに対し自由嵌め合いとすることが可能になる。
好ましくは、前記筒軸は、デファレンシャルに備えるサイドギアとされ、前記回転軸は、前記サイドギアに連結されるドライブシャフトとされる。
なお、ドライブシャフトは、アクスルシャフトと呼ばれるものであってもかまわない。というのは、ドライブシャフトもアクスルシャフトも、要するに、デファレンシャルに入力される回転動力を車輪に伝達するものであるからである。参考までに、当業者間では、ドライブシャフトは、その途中に継手が設けられるものであり、また、アクスルシャフトは、その途中に継手が設けられていないものである、と認識されている。
この構成によれば、サイドギアとドライブシャフトとのスプライン嵌合部分における円周方向でのガタを無くした状態で連結することが可能になるから、デファレンシャルを搭載する車両等の走行時に振動、騒音ならびに加速ショック等を低減することが可能になる等、走行性能の向上に貢献できる。
好ましくは、前記回転軸側に前記捩れ歯が設けられ、前記筒軸側のメススプラインの歯および溝が軸方向に沿う直線形状とされる。
この構成によれば、回転軸の外周に設けられるオススプラインに細工を施すほうが、筒軸の内周に設けられるメススプラインに細工を施す場合に比べて、例えば転造加工等で簡単に製造できるようになると言え、製造効率が向上し、安価に提供できるようになる。
本発明によれば、比較的簡単に着脱できるようにしたうえで、筒軸(サイドギア)と回転軸(ドライブシャフト)とのスプライン嵌合部分における回転方向のガタを無くすことが可能となる。したがって、トルク伝達時に振動、騒音ならびにショック等を低減することが可能になる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1から図5に本発明の一実施形態を示している。図中、1はデファレンシャル、2,3はドライブシャフトである。
この実施形態でのデファレンシャル1は、図示していないが後輪駆動タイプの自動車等の後輪側に配置されるもので、トランスミッションから出力される回転動力を、左右一対のドライブシャフト2,3を介して左右の後輪に伝達するものである。
そして、デファレンシャル1は、一般的に公知のツーピニオンタイプとされており、主として、入力軸5、デフケース6、リングギア7、二つ一対のピニオンギア8,9、二つ一対のサイドギア10,11、デフキャリア12等を含む構成である。
一対のドライブシャフト2,3は、その外周面において軸方向内端側の所定長さ範囲のみにオススプライン2a,3aが設けられ、それよりも軸方向外端側領域が円形とされている。
入力軸5は、その外端にトランスミッションの出力軸となるプロペラシャフト(図示省略)等が連結され、また、その内端にドライブピニオン5aが一体的に設けられている。この入力軸5は、デフキャリア12内に転がり軸受13・・・を介して回転自在に支持されている。
デフケース6は、デフキャリア12の左右二つの貫通孔12a,12bにそれぞれ転がり軸受14・・・を介して相対回転可能に支持されている。
このデフケース6は、有底円筒形のケース本体6Aと、このケース本体6Aの開口に取り付けられる蓋状プレート6Bとを組み合わせて構成される。ケース本体6Aの底部には、ボス部6aが、また、蓋状プレート6Bの中央には、ボス部6bがそれぞれ設けられており、これら各ボス部6a,6bの外周面と、デフキャリア12の貫通孔12a,12bの内周面との間に転がり軸受14・・・が介装されている。
リングギア7は、デフケース6の蓋状プレート6Bの外周部分にボルト等により一体に固定されており、入力軸5のドライブピニオン5aに噛合されている。
一対のピニオンギア8,9は、デフケース6の内側にピニオンシャフト15を介して回転自在に支持されている。ピニオンシャフト15は、デフケース6のケース本体6Aにおける周壁部分に径方向に沿うように取り付けられている。
一対のサイドギア10,11は、中空軸部10a,11aの外周の軸方向中間にかさ歯車を設けた構成である。この一対のサイドギア10,11は、そのかさ歯車がデフケース6の内側に配置されて一対のピニオンギア8,9に噛合されている。中空軸部10a,11aの軸方向外端側はデフケース6のボス部6a,6bの内径側に微小隙間を介して回転可能に挿入されている。
一対のサイドギア10,11の中空軸部10a,11aの内周面には、メススプライン10b,11bが設けられている。この中空軸部10a,11a内に、一対のドライブシャフト2,3の内端側がスプライン嵌合され、一対のドライブシャフト2,3の円形外周面が、デフケース6の一対のボス部6a,6bの内周面に対し相対回転可能にすきま嵌めされるようになっている。
なお、オススプライン2a,3aやメススプライン10b,11bは、角形スプラインとされるが、インボリュートスプラインであってもよい。
このような構成のデファレンシャル1の動作については基本的に公知のとおりであるので、ここでは簡単に説明する。
まず、車両が直進している場合には、入力軸5に回転動力が入力されると、ドライブピニオン5aとリングギア7との噛合部分を通じてデフケース6が回転し、このデフケース6と一体的に一対のピニオンギア8,9が公転することにより、一対のサイドギア10,11および一対のドライブシャフト2,3が回転駆動されるので、左右の後輪が同一回転数で駆動される。
一方、車両のカーブ走行等によって、左右の後輪間に回転抵抗差が生じたときに、一対のピニオンギア8,9が自転することになって、両サイドギア10,11が差動回転することになるので、入力軸5から入力される回転動力が左右のドライブシャフト2,3を介して左右の後輪に差動分配されるようになる。
ここで、本発明の特徴を適用している部分について詳細に説明する。
要するに、図4および図5に示すように、一対のドライブシャフト2,3のオススプライン2a,3aにおける円周等間隔(120度おき)の三箇所の歯2a1・・・,3a1・・・を、中心軸線Oに対し所定のリード角θを付与した捩れ歯とすることによって、一対のドライブシャフト2,3を一対のサイドギア10,11に回転方向にガタなく連結するようにしている。
一対のドライブシャフト2,3のオススプライン2a,3aにおける円周等間隔の三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・以外の歯2a3・・・,3a3・・・は、軸方向に沿う直線形状とされている。
一対のサイドギア10,11の中空軸部10a,11aのメススプライン10b,11bは、そのすべての歯10b1・・・,11b1・・・および溝10b2・・・,11b2・・・が軸方向に沿う直線形状とされている。
この実施形態では、オススプライン2a,3aおよびメススプライン10b,11bにおけるすべての歯先とすべての溝底との径方向対向部分に、正の隙間が設けられるように設定されている。
そして、オススプライン2a,3aにおける三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・のみが、メススプライン10b,11bに圧入嵌め合いとされている。
このような圧入嵌め合いとすれば、三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・と、それに当接するメススプライン10b,11bの歯10b1・・・,11b1・・・とにおける円周方向対向隙間は、負の隙間とされる。
また、オススプライン2a,3aにおいて三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・以外の歯2a3・・・,3a3・・・は、メススプライン10b,11bに滑動嵌め合いとされている。
このように滑動嵌め合いとすれば、JIS規格で定義されているようにオススプライン2a,3aの歯面とメススプライン10b,11bの歯面との間に小さい隙間が存在する状態になる。この隙間は、オススプライン2a,3aにおいて三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・以外の歯2a3・・・,3a3・・・が、メススプライン10b,11bの溝10b2・・・,11b2・・・内を軸方向に滑動する程度の隙間とされる。換言すれば、ジャストフィットに近いルーズフィットであると言える。
さらに、図4に示すように、捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の傾斜の形態について、その先端側をメススプライン10b,11bの溝10b2・・・,11b2・・・と円周方向で一致させるように配置して、奥側を円周方向一方へ所定量αだけ張り出すような姿勢とされている。
この三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の幅W1は、それ以外のオススプライン10b,11bの歯2a3・・・,3a3・・・の幅と同じとされており、これらのすべての歯の幅W1に対し、メススプライン10b,11bの溝10b2・・・,11b2・・・の幅W2は上述したような滑動嵌め合いとなるように設定される。
なお、メススプライン10b,11bの歯10b1・・・,11b1・・・の幅とオススプライン2a,3aの溝2a4・・・,3a4・・・の幅との関係についても、前記同様に設定される。
但し、オススプライン2a,3aにおける三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の片側隣に配置される歯2a2・・・,3a2・・・の厚みW3については、当該歯2a2・・・,3a2・・・において捩れ歯2a1・・・,3a1・・・と対向する側の歯面を遠ざかる方向に所定量β後退させることで、それら以外の歯2a3・・・,3a3・・・の厚みW4より小さくされている。
この後退量βは、前記張り出し量αと同じに設定されるが、適宜、β>α、β<αとすることも可能である。
具体的に、β=αとした場合には、三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の最大張り出し部と、その片側隣の歯2a2・・・,3a2・・・との間の溝の幅W5は、オススプライン2a,3aの他の溝2a4・・・,3a4・・・の幅と同じとなる。
この特定により、例えば図5に示すように、三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・がメススプライン10b,11bの対応する溝に圧入嵌合したときに、そこの締め代(張り出し量α)によってメススプライン10b,11bの歯10b1・・・,11b1・・・が円周方向外側へ弾性変形されたとしても、この弾性変形したメススプライン10b,11bの歯10b1・・・,11b1・・・がオススプライン2a,3aにおける三つの捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の片側隣の歯2a2・・・,3a2・・・に当接しないようになる。
なお、上記説明において、各スプラインの歯の厚みや溝の幅については、基準ピッチ円の位置で測定されるものとする。
以上説明したように、本発明を適用した実施形態は、サイドギア10,11とドライブシャフト2,3とのスプライン嵌合部分を、大半を滑動嵌め合いまたは自由嵌め合い状態として、一部のみを圧入嵌め合い状態とすることにより、サイドギア10,11とドライブシャフト2,3との回転方向のガタを無くしている。これにより、デファレンシャル1を搭載する車両等の走行時に振動、騒音ならびに加速ショック等を低減することが可能になる等、走行性能の向上に貢献できるようになる。
しかも、ドライブシャフト2,3の着脱時の押し込み荷重や抜き出し荷重が、従来例のようにオススプラインすべての歯とメススプラインすべての歯とを圧入嵌め合いとする場合に比べて、遥かに軽減することができる。ちなみに、従来では、ドライブシャフトの着脱時にスライディングハンマー等の工具を使用する必要があったが、本発明を適用した上記実施形態では、手作業で行えるようになる等、ドライブシャフト2,3の着脱作業が簡単かつ迅速に行えるようになる。
さらに、この実施形態では、捩れ歯2a1・・・,3a1・・・を円周等間隔の三箇所に設けているから、それらによる調心作用でもってサイドギア10,11とドライブシャフト2,3とを嵌め合わせるだけで、それらが自動的に芯合わせされることになる。これにより、ドライブシャフト2,3の回転振れを可及的に低減することが可能になり、好ましい。
以下、本発明の他の実施形態を説明する。
(1)上記実施形態では、後輪駆動タイプの車両に搭載されるリア側のデファレンシャル1とドライブシャフト2,3との連結構造を例に挙げているが、前輪駆動タイプの車両に搭載されるフロント側のデファレンシャルや、四輪駆動タイプの車両におけるフロント側のデファレンシャルおよびリア側のデファレンシャルと車軸との連結構造にも、本発明を適用することが可能である。
(2)上記実施形態では、デファレンシャル1をツーピニオンタイプとした例を挙げているが、フォーピニオンタイプのデファレンシャルや、その他の形式のデファレンシャルであっても、本発明を適用することが可能である。
(3)上記実施形態でのドライブシャフト2,3のオススプライン2a,3aにおける捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の数や配置については、例えば180度対向の二箇所としたり、また、90度おきの四箇所としたりすることも可能である。
この捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の数を多くする程、捩れ歯2a1・・・,3a1・・・に対する負荷荷重を軽減できて耐久性が有利になるものの、ドライブシャフト2,3の着脱時の作業性が低下する傾向となる。逆に、上記捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の数を少なくする程、ドライブシャフト2,3の着脱時の作業性が良好となるものの、捩れ歯2a1・・・,3a1・・・に対する負荷荷重が増大して耐久性が低下する傾向となる。
したがって、捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の数および配置は、着脱作業性と捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の耐久性との関係を考慮すると、上記実施形態で説明したように円周等間隔の三箇所とするのが最も好ましいと考えられる。
(4)上記実施形態では、車両のデファレンシャル1とドライブシャフト2,3との連結構造を例に挙げたが、その他、筒軸と回転軸とをスプライン嵌合して連結する構造であれば、そのすべてに本発明を適用することができる。
(5)上記実施形態では、ドライブシャフト2,3(回転軸)のオススプライン2a,3a側に捩れ歯2a1・・・,3a1・・・を設けた例を挙げたが、サイドギア10,11(筒軸)のメススプライン10b,11b側に前記同様の捩れ歯を設けることも可能である。
(6)上記実施形態では、ドライブシャフト2,3のオススプライン2a,3aにおける捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の片側隣に配置される歯2a2・・・,3a2・・・の厚みW3を、当該歯2a2・・・,3a2・・・において捩れ歯2a1・・・,3a1・・・と対向する側の歯面を遠ざかる方向に所定量β後退させることで、相手スプライン10b,11bの歯10b1・・・,11b1・・・を前記片側隣に配置される歯2a2・・・,3a2・・・に当接させないようにしているが、捩れ歯2a1・・・,3a1・・・の片側隣に配置される歯2a2・・・,3a2・・・を無くした状態、つまり欠歯とすることも可能である。
本発明に係るスプライン連結構造を適用した一実施形態の構成を示す横断面図である。 図1の(2)−(2)線断面の矢視図である。 図2の(3)−(3)線断面の矢視図である。 図1から図3に示す片方のサイドギアと片方のドライブシャフトとを分離した状態を平面展開して示す図である。 図1から図3に示す片方のサイドギアと片方のドライブシャフトとのスプライン嵌合部分を平面展開して示す図である。
符号の説明
1 デファレンシャル
2,3 ドライブシャフト
2a,3a ドライブシャフトのオススプライン
2a1,3a1 オススプラインにおける捩れ歯
2a2,3a2 捩れ歯の片側隣の歯
2a3,3a3 オススプラインにおいて捩れ歯以外の歯
2a4,3a4 オススプラインの溝
5 入力軸
5a ドライブピニオン
6 デフケース
6a,6b デフケースのボス部
7 リングギア
8,9 ピニオンギア
10,11 サイドギア
10a,11a サイドギアの中空軸部
10b,11b サイドギアのメススプライン
10b1,11b1 メススプラインの歯
10b2,11b2 メススプラインの溝
12 デフキャリア

Claims (6)

  1. 筒軸に回転軸をスプライン嵌合して連結した構造であって、
    前記回転軸外周のオススプラインまたは筒軸内周のメススプラインのいずれか一方に、所定のリード角の付与された捩れ歯が円周等間隔の少なくとも二箇所に設けられ、他方スプラインの歯および溝が軸方向に沿う直線形状とされ、前記捩れ歯のみが圧入嵌め合いとされていることを特徴とするスプライン連結構造。
  2. 請求項1において、前記捩れ歯以外の歯が、滑動嵌め合いとされることを特徴とするスプライン連結構造。
  3. 請求項1または2において、前記捩れ歯の片側隣に配置される歯の厚みは、当該歯において前記捩れ歯と対向する歯面が遠ざかる方向に後退されることで、それら以外の歯の厚みより小さくされることを特徴とするスプライン連結構造。
  4. 請求項1または2において、前記捩れ歯の片側隣は、欠歯とされることを特徴とするスプライン連結構造。
  5. 請求項1から4のいずれかにおいて、前記筒軸は、デファレンシャルに備えるサイドギアとされ、前記回転軸は、前記サイドギアに連結されるドライブシャフトとされることを特徴とするスプライン連結構造。
  6. 請求項1から5のいずれかにおいて、前記回転軸側に前記捩れ歯が設けられ、前記筒軸側のメススプラインの歯および溝が軸方向に沿う直線形状とされることを特徴とするスプライン連結構造。
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