JP2008101708A - スプライン結合構造及びスプライン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業効率がよく、低コストでありながら、ガタつきのないスプライン結合を実現する。
【解決手段】 スタビライザバー１０の先端にテーパ部１０ｂを形成し、リテーナ１４の端部１４ａの内面の一部にテーパ部１４ｄを形成し、ボルト１６で締め上げて固定する。スタビライザバー１０と筒部材１２の結合体をリテーナ１４の内筒面に押し付けるため、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａのはめあいを「しまりばめ」にしなくても、係合緊密度を容易に増大させることができる。機械加工が容易となるため、作業効率が向上し、コストを低下させることができるとともに、ガタつきのないスプライン結合を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はスプライン結合構造に関する。特に、がたつきが防止されたスプライン結合構造に関する。

スプライン結合は、第１の部材に形成されたスプライン溝と第２の部材に形成されたスプライン溝とをそれぞれ噛み合わせる結合である。このような結合構造は、互いに相反する方向へ回転しやすい２部材を、回転を抑制しながら結合する場合に適している。スプライン結合は、例えば、特許文献１に示されているような、車両に搭載されるスタビライザにおいて採用されている。スタビライザは旋回走行中の車両のロール運動を抑制するために搭載される。スタビライザの一例を以下に示す。

図３に示すように、特許文献１のスタビライザは、左右に分割されたスタビライザバー５０，５２を有している。スタビライザバー５０，５２はそれぞれ車体に保持されている。スタビライザバー５０，５２のそれぞれの一端は前側の左右の車輪にそれぞれ接続されており、それぞれの他端はアクチュエータ５４内において連結されている。
図４に示すように、アクチュエータ５４はブラシレスモータ５６と減速機構５８を有している。減速機構５８は不思議遊星歯車機構である。ブラシレスモータ５６のロータ６０にはサンギア６２がスプライン結合されている。サンギア６２は、初段プラネタリアギア６４に噛み合うように配置されている。初段プラネタリアギア６４はサンギア６６に回転可能に支持されているとともに、スタビライザバー５０の軸（サンギア６２，６６の軸でもある）を中心に回転可能に支持されている。初段プラネタリアギア６４は、リングギア７０にも噛み合うように配置されている。即ち、初段プラネタリアギア６４は、サンギア６２とリングギア７０との間で自転しつつ、スタビライザバー５０の軸を中心として公転するように支持されている。リングギア６８，７０は相互に歯数が異なる内歯歯車である。リングギア６８，７０に噛み合う共通の遊星歯車として２段目のプラネタリアギア７２を有している。プラネタリアギア７２はスタビライザバー５０の軸を中心として公転可能に支持されている。また、２段目のプラネタリアギア７２は、サンギア６６にも噛み合うように配置されている。即ち、２段目のプラネタリアギア７２は、サンギア６６とリングギア６８，７０との間で自転しつつ、スタビライザバー５０の軸を中心として公転するように支持されている。

スタビライザバー５０の一端はリングギア６８の軸受部６８ｂにスプライン結合されている。軸受部６８ｂは、リングギア６８を構成するエンドプレート６８ｅと一体成型されている。即ち、スタビライザバー５０の一端はリングギア６８に一体的に結合されている。リングギア６８は軸受５０ａを介してハウジング７４の内面に回転可能に支持されている。スタビライザバー５０の他端は、軸受５０ｂを介して蓋部材７８の内面に回転可能に支持されている。
また、スタビライザバー５２の一端はエンドプレート５２ｅに一体成型されている。エンドプレート５２ｅはハウジング７４にスプライン結合されている。ハウジング７４の内側にはリングギア７０が一体的に形成されている。即ち、スタビライザバー５２の一端はリングギア７０に一体的に接合されている。

減速機構５８はブラシレスモータ５６と連結されている。ブラシレスモータ５６のロータ６０はスタビライザバー５０を中心として回動可能に支持されている。ブラシレスモータ５６のステータ７６はロータ６０の周囲を取り囲むようにハウジング７４の内面に固着されている。ロータ６０は円筒形状であり、両端は軸受６０ｂを介してハウジング７４と蓋部材７８の内面に回転可能に支持されている。
ブラシレスモータ５６が回転されると、リングギア６８，７０が相対的に駆動され、リングギア６８，７０にそれぞれ結合されているスタビライザバー５０，５２が駆動される。スタビライザバー５０の軸回転は、ハウジング７４内に配置されている回転センサ８０によって検出される。アクチュエータ５４によって、スタビライザバー５０，５２のねじり力は可変制御され、車体のロール運動が抑制される。

上述の特許文献１のスタビライザでは、スタビライザバー５０，５２をアクチュエータ５４に接続する手段としてスプライン結合が多く採用されている。分割された２本のスタビライザバー５０，５２は独自に回転可能であって、車体のロール方向に応じて、２本のスタビライザバー５０，５２の回転方向が変化する。このため、スプライン結合のはめあいが、結合後も軸方向に若干動くような、いわゆる「すきまばめ」であると、がたつきによって回転方向が変化する時に異音が発生してしまう。
ガタつきのないスプライン結合を実現するためには、通常、はめあいにしめしろを持たせた、いわゆる「しまりばめ」にすることが行われる。例えば、一方のスプライン溝にリード角を付けてリードスプラインとし、他方のスプライン溝に圧入して嵌合すれば、がたつきがなく、異音が発生しないスプライン結合を実現することができる。しかしながら、「しまりばめ」を行うためには高い機械加工精度が要求されるため、コストの増加と作業効率の低下は免れない。従って、「すきまばめ」でありながら、がたつきのないスプライン結合の実現が望まれていた。

特許文献１のスタビライザでは、スタビライザバー５０の一端に外側歯部を有する軸スプライン５０ｓが形成されている。リングギア６８の軸受部６８ｂの内側に、内側歯部を有する穴スプライン６８ｓが形成されている。穴スプライン６８ｓには軸スプライン５０ｓが嵌合されている。軸スプライン５０ｓの外面には、軸方向に伸びる所定長さの溝形状の切欠部５０ｃが形成されている。切欠部５０ｃには歯形弾性部材８２が装着されている。歯形弾性部材８２は、弾性を有する樹脂によって形成されている。歯形弾性部材８２は、穴スプライン６８ｓの内側歯部に噛み合う外側歯部を有しており、軸スプライン５０ｓの外側歯部の寸法より若干大きい寸法に設定されている。歯形弾性部材８２は左右対称断面を有しており、穴スプライン６８ｓの中心軸を通る直径上に歯の頂部が位置するように構成されている。スタビライザバー５０は、軸スプライン５０ｓの切欠部５０ｃに歯形弾性部材８２が圧入された状態で、穴スプライン６８ｓに挿入されている。このとき歯形弾性部材８２は、圧縮されながら穴スプライン６８ｓの内側歯部に噛み合っており、軸スプライン５０ｓは歯形弾性部材８２の弾性力によって半径方向に押圧されている。
上記の構成によれば、穴スプライン６８ｓと軸スプライン５０ｓのはめあいは「すきまばめ」であるため、人間の腕力程度の軽荷重で両者を結合することができる。しかも穴スプライン６８ｓに軸スプライン５０ｓを挿入した後は、歯形弾性部材８２の弾性力によって、軸スプライン５０ｓを穴スプライン６８ｓに密着させることができる。特許文献１のスタビライザでは、「すきまばめ」でありながら、ガタつきのないスプライン結合を実現することができる。

特開２００６−２７５２５号公報

特許文献１のスプライン結合では、軸スプライン５０ｓを穴スプライン６８ｓに密着させるための部材（歯形弾性部材８２）が不可欠となる。このため、軸スプライン５０ｓに切欠部５０ｃを形成しなければならず、また、組み付け時には軸スプライン５０ｓに切欠部５０ｃに歯形弾性部材８２を圧入する作業が必要となる。したがって、組み付け作業効率が低下するとともに、コストが増大してしまう。
本発明は上記の問題を鑑みて創作されたものであり、作業効率がよく、低コストでありながら、ガタつきのないスプライン結合を実現することができる技術を提供することを目的とする。

本発明のスプライン結合は、第１の部材と第２の部材とを結合するスプライン結合構造である。第１の部材は一方の端部に形成されたテーパ面とスプライン溝を有している。第２の部材は、第１の部材のテーパ面と当接するテーパ面と、第１の部材のスプライン溝に係合するスプライン溝を有している。そして、第１の部材を第２の部材に向かって移動させて両部材を結合させた状態では、第１の部材と第２の部材の両スプライン溝が係合するとともに、第１の部材と第２の部材の両テーパ面が当接して第１の部材が第２の部材のテーパ面に案内されて移動することで両スプライン溝が押し付けあっている。
このスプライン結合では、第１の部材と第２の部材とが結合される際に、第１の部材のテーパ面と第２の部材のテーパ面とが当接する。第１の部材のテーパ面と第２の部材のテーパ面とが当接すると、第１の部材が第２の部材のテーパ面に沿ってスライドするため、第１の部材は、第２の部材のテーパ面が形成されている側と反対側へ移動する。この移動によって、第１の部材は第２の部材に押し付けられるため、スプライン溝同士が緊密に係合する（すなわち、緊密に噛み合う）。従って、ガタつきのないスプライン結合を実現することができる。
また、第１の部材と第２の部材にテーパ面を形成するだけなので、従来技術のようにスプライン溝の一部に切欠部を設ける必要はなく、また、歯形弾性部材も必要がない。このため、両者の組み付け作業を効率的に行うことができ、また、低コストで製造することができる。

上記のスプライン結合構造では、第１の部材は棒状の部材であり、第２の部材は第１の部材の一方の端部を受け入れる穴を備えた部材であってもよい。これによれば、スプライン溝を形成する領域を広く確保することができるため、より強固な結合構造を実現することができる。

上記のスプライン結合構造は、スタビライザバーとアクチュエータとの結合に用いることができる。すなわち、第１の部材は、車両に搭載されて車輪にねじりトルク（ねじり力）を伝達するスタビライザバーであり、第２の部材はスタビライザバーのねじりトルクを制御するアクチュエータのロータとすることができる。
車両のロール方向が変化するとスタビライザバー（ロータ）の回転方向が変化するため、スプライン結合のはめあいが「すきまばめ」であると、互いに形成されたスプライン溝の歯がぶつかり合って異音を発生させる。このスプライン結合に上記のスプライン結合構造を採用することによって、たとえはめあいを「すきまばめ」としても、がたつきを防止し、異音の発生を回避することができる。

また、本発明は、スプライン溝同士のがたつきが防止された新規なスプライン装置を提供する。すなわち、本発明のスプライン装置は、スプライン軸と、そのスプライン軸の一端を受け入れる穴が形成された被結合部材とを備えたスプライン装置である。スプライン軸は、前記一端の端面に形成されたテーパ面と、前記一端の近傍の外周面に形成されたスプライン溝とを有している。被結合部材は、穴の底部に形成されたテーパ面と、穴の内周面に形成されたスプライン溝とを有している。スプライン軸のテーパ面は周方向の少なくとも一部に形成される一方で、被結合部材のテーパ面は周方向の一部にのみ形成されておいる。そして、スプライン軸の一端が被結合部材の穴に受け入れられて両部材が結合した状態では、スプライン軸と被結合部材の両スプライン溝が係合し、かつ、スプライン軸と被結合部材の両テーパ面が当接してスプライン軸が軸直角方向に移動することで両スプライン溝の周方向の一部同士が押し付けあっている。
このスプライン装置でも、上述したスプライン結合構造を利用している。このため、上述したスプライン結合構造により得られる作用効果を奏することができる。

なお、上記のスプライン装置においては、スプライン軸のテーパ面が周方向に一巡するように形成されていることが好ましい。スプライン軸のテーパ面を周方向の全ての方向に形成することで、スプライン軸と被結合部材との周方向の位置関係を調整することなく、両者を結合することができる。

本発明のスプライン結合構造では、スプライン溝のはめあいを「しまりばめ」としなくても、がたつきを防止することができる。本発明によれば、スプライン結合のはめあいを「すきまばめ」とすることが可能となるため、機械加工が容易となる。作業効率がよく、低コストでありながら、ガタつきのないスプライン結合を実現することができる。

本発明の好ましい実施形態を列記する。
（形態１） 第２の部材は、第１の部材のスプライン溝と係合するスプライン溝を有する部材と、第１の部材のテーパ面と当接するテーパ面を有する部材とを備えている。
（形態２） 第１の部材は略円柱形状であり、先端を面取りするようにテーパ面が形成されている。第２の部材は、一端が閉じられた略円筒形状であり、その閉じられた側の内面には第１の部材のテーパ面とテーパ角の等しいテーパ面が形成されている。第１の部材のテーパ面は軸を中心として一巡するように形成されているが、第２の部材のテーパ面は周方向の一部にのみ形成されている。

本発明を具現化した一実施例を図を参照して説明する。本実施例のスプライン結合構造は、車両に搭載されるスタビライザにおいて、スタビライザバーとアクチュエータのロータとの結合に採用されている。ここでは、本発明に係るスプライン結合構造についてのみ説明することとし、スタビライザのその他の部分の構造の説明については先述の従来技術（図３及び図４参照）の説明を以って省略する。

図１に示すように、スタビライザバー１０の一端にはスプライン溝が形成されている（以降、スタビライザバー１０のスプライン溝が形成されている部分を軸スプライン部１０ａということがある）。軸スプライン部１０ａの各スプライン溝は、スタビライザバー１０の軸方向に平行に形成されている。軸スプライン部１０ａの先端にはテーパ形状のテーパ部１０ｂが形成されている。テーパ部１０ｂは、スタビライザバー１０の軸回りに一巡している。スタビライザバー１０の軸スプライン部１０ａ側の端面の中心にはボルト１６用の雌ねじ部１０ｃが形成されている。
軸スプライン部１０ａには、両端が開放された略円筒形状の筒部材１２が外嵌されている。筒部材１２は、スタビライザバー１０の軸方向に平行に伸びる内筒面と外筒面を有している。筒部材１２の内筒面にはスプライン溝が形成されている（以降、筒部材１２のスプライン溝が形成されている部分を穴スプライン部１２ａということがある）。穴スプライン部１２ａの各スプライン溝は、筒部材１２の軸方向（すなわち、スタビライザバー１０の軸方向）に平行に形成されている。穴スプライン部１２ａと軸スプライン部１０ａはスプライン結合しており、はめあいが「すきまばめ」となるように設定されている。スタビライザバー１０と筒部材１２が結合した状態では、スタビライザバー１０のテーパ部１０ｂが筒部材１２の端部より外側へ突出している。筒部材１２の一端（図１の左端）には、その外周面にねじ部１２ｂが形成されている。なお、筒部材１２には、減速機構を介してアクチュエータのロータが接続されるようになっている（図３，４参照）。

筒部材１２の反スタビライザバー側には、一端が開放された略円筒形状のリテーナ１４が外嵌されている。リテーナ１４は、スタビライザバー１０の軸方向に平行に伸びる内筒面を有している。リテーナ１４の内筒の径は筒部材１２の外径に等しい。リテーナ１４の内筒面には雌ねじ部１４ｆが形成されている。リテーナ１４の雌ねじ部１４ｆと筒部材１２のねじ部１２ｂは螺合しており、これによって、筒部材１２とリテーナ１４が一体化されている。
図１と図２に示すように、リテーナ１４の端部１４ａの内面には、スタビライザバー１０の軸と同心円の略ドーナツ形状の２つの平面１４ｂ，１４ｃが２段に形成されている。中心側の平面１４ｂと外周側の平面１４ｃとの間の段部の一部にテーパ部１４ｄが形成されている（すなわち、図２に示すように、テーパ部１４ｄは周方向の一部に形成されている）。テーパ部１４ｄのテーパ角は、スタビライザバー１０のテーパ部１０ｂのテーパ角に等しい。端部１４ａの中心にはボルト１６を挿入するための貫通穴１４ｅが形成されている。

スタビライザバー１０と筒部材１２の結合体の一端にリテーナ１４が外嵌された状態で、リテーナ１４の貫通穴１４ｅにボルト１６が挿入されると、それに続いてボルト１６はスタビライザバー１０の雌ねじ部１０ｃに螺入される。ボルト１６を締め上げることによって、リテーナ１４とスタビライザバー１０および筒部材１２の結合体とが軸方向に接近し、やがてスタビライザバー１０のテーパ部１０ｂとリテーナ１４のテーパ部１４ｄとが接触する。さらにボルト１６が締め上げられると、スタビライザバー１０はテーパ部１４ｄに沿ってスライドし、テーパ部１４ｄが形成されている側の反対側（図１と図２では下側）へ軸直角方向に移動する。これによって、テーパ部１４ｄが形成されている側の反対側において、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａの係合緊密度は増大する。すなわち、軸スプライン部１０ａが穴スプライン部１２ａに押し付けられ、両者が緊密に係合する。

ここで、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａのはめあいを「しまりばめ」とすると、スプライン部１０ａ，１２ａに高い機械加工精度が要求される。例えば、スタビライザバーにリードスプライン溝を形成するためには、まず、素材を機械加工によっておおまかに切削（素材の荒削り）して一次成形体を成形する。次に、熱処理を行って一次成形体を硬化させる。硬化した一次成形体を再度機械加工（精密切削）によってスプライン溝を成形する。硬化した素材の切削は容易ではないが、熱処理前にリードスプライン溝を成形すれば、熱処理によってリードスプライン溝が変形してしまう。このため、高い加工精度を出すためには、熱処理後に切削せざるを得ない。また、高い切削技術を以ってしても、高い加工精度を出すことは容易ではないため、実際には、機械加工後の組付けにあたって、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａとを選択的に嵌合しなければならない。これではコストの増大と作業効率の低下は免れない。
本実施例では、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａのはめあいが「すきまばめ」に設定されているため、高い機械加工精度が要求されず、スタビライザバー１０と筒部材１２は、スプライン溝を成形した後に熱処理を行うことができる。例えば、スタビライザバー１０は、素材を機械加工（切削）によって荒加工し、次いで、荒加工後の成形体を転造することによってスプライン溝を成形し、最後に熱処理をすることによって製作することができる。したがって、熱処理前の金属（機械加工の容易な金属）に対して機械加工を行うため、機械加工を容易に行うことができる。また、スプライン溝を転造によって成形できるため、効率的（短時間）に成形することができる。これによって、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａのはめあいを「しまりばめ」とする場合と比較して、飛躍的に製造コストを抑えることができる。

また、本実施例では、スタビライザバー１０の先端にテーパ部１０ｂを形成し、リテーナ１４の端部１４ａの内面の一部にテーパ部１４ｄを形成し、テーパ部１０ｂがテーパ部１４ｄに押付けられるようにボルト１６を締め上げることで、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａの係合緊密度を増大させることができる。このため、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａのはめあいを「すきまばめ」としても、軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａのがたつきが防止され、「すきまばめ」した際に軸スプライン部１０ａと穴スプライン部１２ａ間のバックラッシュによって生ずる異音の発生を抑えることができる。

なお、上述した実施例では、スタビライザバー１０の軸回りに一巡するテーパ面を形成したが、このような例に限られず、スタビライザバー１０の周方向の一部にテーパ面を形成するようにしてもよい。この場合は、スタビライザバー１０とリテーナ１４の両テーパ面が当接するように、両者の周方向の位置関係を調整して嵌合する必要がある（すなわち、本実施例では、スタビライザバー１０の軸回りに一巡するテーパ面を形成することで、スタビライザバー１０とリテーナ１４の周方向の位置関係を調整する必要がない。）。
また、上述した実施例では、スタビライザバー１０（軸スプライン）と結合する穴スプライン側の部材を、筒部材１２とリテーナ１４の２部材で構成したが、本発明はこのような形態に限られず、筒部材１２とリテーナ１４を一体（一部品）として穴スプライン側の部材を製作するようにしてもよい。
また、上述した実施例では、本発明のスプライン結合構造をスタビライザに適用した例であったが、本発明はこのような実施例に限られず、例えば、減速機付きモータの出力を伝達する伝達部に本発明のスプライン結合構造を適用することもできる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本実施例のスプライン結合構造を説明するための要部断面図。 リテーナのＡ視。 従来のスタビライザの斜視図。 従来のスタビライザのアクチュエータの断面図。

符号の説明

１０：スタビライザバー、１０ａ：軸スプライン部、１０ｂ：テーパ部、１０ｃ雌ねじ部、１０ｄ：端面
１２：筒部材、１２ａ：穴スプライン部
１４：リテーナ、１４ａ：端部、１４ｂ：平面、１４ｃ：平面、１４ｄ：テーパ部、１４ｅ：貫通穴
１６：ボルト
５０：スタビライザバー、５０ａ：軸受、５０ｂ：軸受、５０ｃ：切欠部、５０ｓ：軸スプライン
５２：スタビライザバー、５０ｅ：エンドプレート
５４：アクチュエータ
５６：ブラシレスモータ
５８：減速機構
６０：ロータ、６０ｂ：軸受
６２：サンギア
６４：プラネタリアギア
６６：サンギア
６８：リングギア、６８ｂ：軸受部、６８ｅ：エンドプレート、６８ｓ：穴スプライン
７０：リングギア
７２：プラネタリアギア
７４：ハウジング
７６：ステータ
７８：蓋部材
８０：回転センサ
８２：歯形弾性部材

Claims (5)

1. 第１の部材と第２の部材とを結合するスプライン結合構造であって、
   第１の部材は一方の端部に形成されたテーパ面とスプライン溝を有しており、
   第２の部材は、第１の部材のテーパ面と当接するテーパ面と、第１の部材のスプライン溝に係合するスプライン溝を有しており、
   第１の部材を第２の部材に向かって移動させて両部材を結合させた状態では、第１の部材と第２の部材の両スプライン溝が係合するとともに、第１の部材と第２の部材の両テーパ面が当接して第１の部材が第２の部材のテーパ面に案内されて移動することで両スプライン溝が押し付けあっていることを特徴とするスプライン結合構造。
2. 第１の部材は棒状の部材であり、第２の部材は第１の部材の一方の端部を受け入れる穴を備えた部材であることを特徴とする請求項１に記載のスプライン結合構造。
3. 第１の部材は車両に搭載されて車輪にねじりトルクを伝達するスタビライザバーであり、第２の部材はスタビライザバーのねじりトルクを制御するアクチュエータのロータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスプライン結合構造。
4. スプライン軸と、そのスプライン軸の一端を受け入れる穴が形成された被結合部材とを備えたスプライン装置であり、
   スプライン軸は、前記一端の端面に形成されたテーパ面と、前記一端の近傍の外周面に形成されたスプライン溝とを有しており、
   被結合部材は、穴の底部に形成されたテーパ面と、穴の内周面に形成されたスプライン溝とを有しており、
   スプライン軸のテーパ面は周方向の少なくとも一部に形成される一方で、被結合部材のテーパ面は周方向の一部にのみ形成されており、
   スプライン軸の一端が被結合部材の穴に受け入れられて両部材が結合した状態では、スプライン軸と被結合部材の両スプライン溝が係合し、かつ、スプライン軸と被結合部材の両テーパ面が当接してスプライン軸が軸直角方向に移動することで両スプライン溝の周方向の一部同士が押し付けあっていることを特徴とするスプライン装置。
5. スプライン軸のテーパ面が周方向に一巡するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスプライン装置。

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