JP2014196819A - スプライン嵌合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】スプライン硬度を維持しながらスプライン歯の歯当たりを向上させることが可能なスプライン嵌合構造を提供する。
【解決手段】このスプライン嵌合構造は、外周面にスプライン歯２５が形成されたスライディングシャフト２１と、内周面にスプライン歯２５に嵌合可能なスプライン歯３５が形成されたスライディングスリーブ３１とが軸方向に摺動可能に嵌合されている。スライディングシャフト２１の軸方向基端部には焼入部２１ｂが形成されるとともに、軸方向先端部には非焼入部２１ｃが形成されている。スライディングシャフト２１の非焼入部２１ｃは、軸方向に対してスライディングスリーブ３１のスプライン歯３５と重なるように配置され、スライディングシャフト２１の非焼入部２１ｃの凹部２６の外径Ｒ１１は、軸方向に重なるスライディングスリーブ３１のスプライン歯３５の歯先径Ｒ１２よりも小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は、スプライン嵌合構造に関し、特に、外周面にスプライン歯が形成された内軸と、内軸のスプライン歯に嵌合可能に内周面にスプライン歯が形成された筒軸とが軸方向に摺動可能に嵌合されたスプライン嵌合構造に関する。

従来、外周面に雄スプラインが形成された第１パイプ（内軸）と、第１パイプの雄スプライン歯に嵌合可能に内周面に雌スプラインが形成された第２パイプ（筒軸）とが軸方向に摺動可能なプロペラシャフト構造（スプライン嵌合構造）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されたプロペラシャフト構造では、第１パイプの雄スプライン及び第２パイプの雌スプラインに焼入れなどの熱処理を施すことによって、スプライン硬度（強度）を向上させている。

特開平１１−２１７０２６号公報

上記特許文献１に開示されたプロペラシャフト構造では、焼入れなどの熱処理を施すことによってスプライン硬度（強度）を向上させることが可能である。その一方で、スプラインの軸端部（先端部）にまで焼入れを施すと焼き割れが発生するおそれがあるため、軸端部（先端部）を焼入れせずに非焼入部とする場合がある。この場合、焼入部が収縮するのに対して非焼入部は収縮しないため、第１パイプの雄スプラインと第２パイプの雌スプラインとの歯当たりが低減（悪化）するという問題点がある。

このような事情に鑑み、本発明は、スプライン硬度を維持しながらスプライン歯の歯当たりを向上させることを目的としている。

上述の課題を解決するための手段として、本発明によるスプライン嵌合構造は、以下のように構成されている。

すなわち、本発明によるスプライン嵌合構造は、外周面に第１のスプライン歯が形成された内軸と、内周面に前記第１のスプライン歯に嵌合可能な第２のスプライン歯が形成された筒軸とが軸方向に摺動可能に嵌合された構成を前提とするものである。また、本発明によるスプライン嵌合構造では、前記内軸の軸方向基端部には、焼入部が形成され、前記内軸の軸方向先端部には、非焼入部が形成され、前記内軸の非焼入部は、軸方向に対して前記筒軸の第２のスプライン歯と重なるように配置され、前記内軸の非焼入部の外径は、軸方向に重なる前記筒軸の第２のスプライン歯の歯先径よりも小さいことを特徴としている。

かかる構成を備えるスプライン嵌合構造によれば、内軸の軸方向基端部に焼入部を形成するとともに内軸の軸方向先端部に非焼入部を形成することによって、内軸の軸方向先端部にまで焼入部を形成する（施す）場合と異なり焼き割れが発生するのを抑制することができるので、スプライン硬度（強度）を維持することができ、かつ、内軸の非焼入部の外径を軸方向に重なる筒軸の第２のスプライン歯の歯先径よりも小さくすることによって、内軸の非焼入部の表面と内軸の非焼入部に重なる筒軸の第２のスプライン歯との当接（接触）を避けることができる。これらの結果、スプライン硬度（強度）を維持しながら、内軸の第１のスプライン歯と筒軸の第２のスプライン歯との歯当たりを向上させることができる。

本発明の具体的な構成として、以下の複数のものが挙げられる。

本発明によるスプライン嵌合構造において、好ましくは、前記内軸の非焼入部の外径は、全周にわたって前記筒軸の第２のスプライン歯の歯先径よりも小さいことを特徴とする。このように構成すれば、内軸（筒軸）の全周にわたって内軸の非焼入部の外表面と筒軸の第２のスプライン歯の歯先との当接（接触）を避けることができるので、内軸の第１のスプライン歯と筒軸の第２のスプライン歯との歯当たりを効果的に向上させることができる。

また、本発明によるスプライン嵌合構造において、好ましくは、前記内軸の焼入部には、前記第１のスプライン歯が形成され、前記内軸の非焼入部には、断面視において凹形状を有する凹部が形成され、前記内軸の非焼入部の凹部の外径は、軸方向に重なる前記筒軸の第２のスプライン歯の歯先径よりも小さいことを特徴とする。このように構成すれば、筒軸の第２のスプライン歯が内軸の非焼入部の凹部の外周面に当接（接触）するのを抑制することができる。その一方で、焼入部の第１のスプライン歯には、筒軸の第２のスプライン歯を当接（嵌合）させることができる。その結果、効果的に内軸の第１のスプライン歯と筒軸の第２のスプライン歯との歯当たりを向上させることができる。

本発明に係るスプライン嵌合構造では、スプライン硬度を維持しながらスプライン歯の歯当たりを向上させることができる。

本発明の実施形態に係るプロペラシャフトを示す一部破断側面図である。 プロペラシャフトに備えられるシャフトヨーク等を示す斜視図である。 図１のＸ１で囲んだ部分の拡大図である。 図３のＸ２−Ｘ２線断面図である。 図３のＸ３−Ｘ３線断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下では、本発明のスプライン嵌合構造を自動車の動力伝達装置に備えられるプロペラシャフトに適用した場合について説明する。プロペラシャフトは、例えば、ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）形式の自動車の動力伝達装置や、四輪駆動車の動力伝達装置等に備えられる。

まず、本発明の実施形態に係るプロペラシャフトの概略構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプロペラシャフト１０を示す一部破断側面図である。図２は、プロペラシャフト１０に備えられるシャフトヨーク２０等を示す斜視図である。なお、図２では、カバー２２の図示を省略している。

プロペラシャフト１０は、図１に示すように、ユニバーサルジョイント部品５０ａ、６０ａと、ユニバーサルジョイント部品５０ａに接続されたシャフトヨーク２０と、シャフトヨーク２０にスライド可能に取り付けられた第１の筒状体３０と、第１の筒状体３０に接続された第２の筒状体４０と、第２の筒状体４０に接続されたユニバーサルジョイント部品５０ｂ、６０ｂとを備えている。

このプロペラシャフト１０は、回転軸Ｃ１を中心に回転可能であるとともに、軸方向に伸縮可能となっている。ユニバーサルジョイント部品５０ａ、６０ａは、ユニバーサルジョイントを構成している。これらのユニバーサルジョイント部品５０ａ、６０ａの回転軸は、さまざまな角度をなすことが可能となっている。

同様に、ユニバーサルジョイント部品５０ｂ、６０ｂもユニバーサルジョイントを構成している。これらのユニバーサルジョイント部品５０ｂ、６０ｂの回転軸は、さまざまな角度をなすことが可能となっている。

ユニバーサルジョイント部品５０ａとシャフトヨーク２０とは、例えば摩擦溶接により接続されており、その接続部分には、フランジ部５３、２３が形成されている。また、シャフトヨーク２０は、軸方向に延びるスライディングシャフト２１を有している。なお、スライディングシャフト２１は、本発明の「内軸」の一例である。

スライディングシャフト２１の外側（外周面）には、複数のスプライン歯（外歯スプライン）２５が周方向に等間隔で形成されている。スライディングシャフト２１の外周面には、潤滑剤が塗布されており、潤滑剤によってスライディングシャフト２１の摺動面が潤滑されている。シャフトヨーク２０には、カバー２２が取り付けられており、カバー２２によってスライディングシャフト２１の外周面が露出することが防止されている。なお、スプライン歯２５は、本発明の「第１のスプライン歯」の一例である。

スライディングシャフト２１の一端２１ａ側は、第１の筒状体３０の内部に挿入されている。具体的には、第１の筒状体３０は、軸方向に延びる筒状のスライディングスリーブ３１を有しており、スライディングシャフト２１の一端２１ａ側がスライディングスリーブ３１の開口端３１ａから奥へ嵌め入れられている。なお、スライディングスリーブ３１は、本発明の「筒軸」の一例である。

スライディングスリーブ３１の内側（内周面）には、複数のスプライン歯（内歯スプライン）３５が周方向に等間隔で形成されている。スライディングシャフト２１のスプライン歯２５と、スライディングスリーブ３１のスプライン歯３５とは、スプライン嵌合されている。これにより、スライディングシャフト２１とスライディングスリーブ３１とは、軸方向に摺動可能となっている。なお、スプライン歯３５は、本発明の「第２のスプライン歯」の一例である。

また、スライディングシャフト２１の回転は、両スプライン歯２５、３５を介してスライディングスリーブ３１に伝達可能に構成されている。なお、スライディングシャフト２１のスプライン歯２５と、スライディングスリーブ３１のスプライン歯３５とのスプライン嵌合構造については、詳しくは後述する。

第１の筒状体３０及び第２の筒状体４０は、例えば摩擦溶接により接続されており、その接続部分には、フランジ部３３、４３が形成されている。第１の筒状体３０のフランジ部３３には、内部空間を封止する封止部材としてのダストカバー６０が取り付けられている。

第２の筒状体４０とユニバーサルジョイント部品５０ｂとは、例えば摩擦溶接により接続されており、その接続部分にはフランジ部４４、５３が形成されている。なお、ユニバーサルジョイント部品５０ａとシャフトヨーク２０との接続や、第１の筒状体３０と第２の筒状体４０との接続や、第２の筒状体４０とユニバーサルジョイント部品５０ｂとの接続は、摩擦溶接に限らず、電気溶接やガス溶接等の溶接手段や、ボルトやリベットなどの締結手段によって行うことも可能である。

上記構成のプロペラシャフト１０においては、変速機（トランスミッション）によって変速されたエンジン等の動力源の動力（トルク）がユニバーサルジョイント部品６０ａに入力された後に、ユニバーサルジョイント部品６０ｂから車輪側に動力が出力される。この際、スライディングシャフト２１とスライディングスリーブ３１とが互いに摺動することによって、プロペラシャフト１０が軸方向に伸縮可能となっている。なお、上記の場合とは逆に、ユニバーサルジョイント部品６０ｂに動力が入力され、ユニバーサルジョイント部品６０ａから動力が出力される構成であってもよい。

次に、図２〜図５を参照して、上記構成のプロペラシャフト１０に適用される本発明のスプライン嵌合構造、詳細には、スライディングシャフト２１のスプライン歯２５と、スライディングスリーブ３１のスプライン歯３５とのスプライン嵌合構造について説明する。なお、図３は、図１のＸ１で囲んだ部分の拡大図であり、スライディングシャフト２１の軸方向一端２１ａ側におけるスプライン嵌合構造を示している。図４は、図３のＸ２−Ｘ２線断面図である。図５は、図３のＸ３−Ｘ３線断面図である。

上述したように、内軸としてのスライディングシャフト２１の外周面に形成されたスプライン歯２５と筒軸としてのスライディングスリーブ３１の内周面に形成されたスプライン歯３５とは嵌合配置されており、スライディングシャフト２１はスライディングスリーブ３１に対して相対回転不能かつ軸方向に摺動可能となっている。

図２に示すように、スライディングシャフト２１の外周面に形成されたスプライン歯２５の軸方向先端部には、周方向に延びる凹部２６が形成されている。つまり、スライディングシャフト２１の先端部にはスプライン歯２５が形成されておらず、スライディングシャフト２１の先端部は円筒状に形成されている。言い換えると、凹部２６は、図３に示すように、スライディングシャフト２１の先端部（図３では右側）のスプライン歯２５が取り除かれる（切り欠かれる）ことによって、断面視において凹形状を有するように形成されている。また、凹部２６は、スライディングスリーブ３１のスプライン歯３５と接触しない（離間した）形状（逃げ形状）を有している。また、凹部２６の外周面（凹部底面）２６ａと、スプライン歯２５間のスプライン溝の底面とは、段差のない状態で接続（連通）されている。

凹部２６の軸方向先端部側には、径方向外側に突出する環状の壁部２７が一体的に形成されている。壁部２７の外周面２７ａは、図４に示すように、円筒状に形成されている。

凹部２６の外周面２６ａと壁部２７の外周面２７ａとの間には、段差が生じており、壁部２７の軸方向基端部側の端面（段差面）２７ｂが軸方向に垂直な方向に延びている。なお、段差面２７ｂは、軸方向に傾斜する方向に延びていてもよい。壁部２７の外周面２７ａと、スライディングスリーブ３１のスプライン歯３５の歯先面３５ａとは、クリアランスΔＲ（図４及び図５参照）を隔てて径方向に対向するように配置されている。

ここで、本実施形態では、図３に示すように、スライディングシャフト２１のうち凹部２６の軸方向中央部近傍から基端部側（図３では左側）の部分は、高周波焼入れなどの熱処理（焼入れ）が施された焼入部２１ｂとなっている。その一方で、スライディングシャフト２１のうち凹部２６の軸方向中央部近傍から先端部側（図３では右側）の部分は、高周波焼入れなどの熱処理（焼入れ）を施さないことにより焼き割れの発生を抑制する非焼入部２１ｃとなっている。

具体的には、スライディングシャフト２１のスプライン歯２５及び凹部２６の基端部側の部分が焼入部２１ｂとなっているとともに、スライディングシャフト２１の凹部２６の先端部側の部分及び壁部２７が非焼入部２１ｃとなっている。

凹部２６（非焼入部２１ｃ）の外径Ｒ１１は、スライディングスリーブ３１のスプライン歯３５の歯先径（歯先円の径）Ｒ１２よりも小さく形成されている（Ｒ１１＜Ｒ１２）。また、凹部２６の外径Ｒ１１は、スライディングシャフト２１のスプライン歯２５の歯元径Ｒ１３と略同じ径となっている（Ｒ１１≒Ｒ１３）。凹部２６の外径Ｒ１１は、スプライン歯２５の歯元径Ｒ１３と異なる径であってもよい。

凹部２６の外径Ｒ１１は、壁部２７の外径Ｒ１４よりも小さく形成されている（Ｒ１１＜Ｒ１４）。また、凹部２６の外径Ｒ１１は、スプライン歯２５の歯先径Ｒ１５よりも小さく形成されている（Ｒ１１＜Ｒ１５）。なお、凹部２６の外径Ｒ１１は、公差を考慮して焼き割れが発生しないような長さ（寸法）に設定（確保）されている。また、スプライン歯２５の軸方向の端面（スプライン歯２５の歯先面と凹部２６の外周面２６ａとを接続する面）は、軸方向に対して傾斜する方向に延びている。

壁部２７の外径Ｒ１４は、スライディングスリーブ３１のスプライン歯３５の歯先径（歯先円の径）Ｒ１２よりも僅かに小さくなっており（Ｒ１４＜Ｒ１２）、このクリアランスΔＲ（図４及び図５参照）は僅かな大きさに設定されている。また、壁部２７の外径Ｒ１４は、スプライン歯２５の歯先径Ｒ１５よりも小さく形成されている（Ｒ１４＜Ｒ１５）。

以上説明したように、本実施形態によるスプライン嵌合構造によれば、以下に列記するような効果が得られる。

本実施形態では、上記のように、スライディングシャフト２１の軸方向基端部に焼入部２１ｂを形成するとともにスライディングシャフト２１の軸方向先端部に非焼入部２１ｃを形成することによって、スライディングシャフト２１の軸方向先端部にまで焼入部２１ｂを形成する（施す）場合と異なり焼き割れが発生するのを抑制することができるので、スプライン硬度（強度）を維持することができる。また、スライディングシャフト２１の非焼入部２１ｃの凹部２６の外径Ｒ１１を軸方向に重なるスライディングスリーブ３１の歯先径Ｒ１２よりも小さくする。これにより、スライディングシャフト２１の非焼入部２１ｃの凹部２６の外周面２６ａと、スライディングシャフト２１の非焼入部２１ｃに重なるスライディングスリーブ３１のスプライン歯３５との当接（接触）を避けることができる。これらの結果、スプライン硬度（強度）を維持しながら、スライディングシャフト２１のスプライン歯２５とスライディングスリーブ３１のスプライン歯３５との歯当たりを向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、スライディングシャフト２１の非焼入部２１ｃの凹部２６の外径Ｒ１１を全周にわたってスライディングスリーブ３１のスプライン歯３５の歯先径Ｒ１２よりも小さくする。これにより、スライディングシャフト２１（スライディングスリーブ３１）の全周にわたってスライディングシャフト２１の非焼入部２１ｃの凹部２６の外周面２６ａとスライディングスリーブ３１のスプライン歯３５の歯先との当接（接触）を避けることができるので、スライディングシャフト２１のスプライン歯２５とスライディングスリーブ３１のスプライン歯３５との歯当たりを効果的に向上させることができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、凹部の基端部側の部分を焼入部にするとともに、凹部の先端部側の部分を非焼入部にする例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、凹部全体を非焼入部にしてもよい。

また、上記実施形態では、スライディングスリーブのスプライン歯をスライディングシャフトの凹部と部分的に重なるように配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、スライディングスリーブのスプライン歯をスライディングシャフトの凹部全体と重なるように配置してもよい。

また、上記実施形態では、スライディングシャフトの先端部（非焼入部）に凹部を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、スライディングシャフトの先端部（非焼入部）の外径が軸方向に重なるスライディングスリーブのスプライン歯の歯先径よりも小さければ、スライディングシャフトの先端部（非焼入部）に凹部以外の形状が形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、凹部の外径が壁部の外径よりも小さく形成されている例（Ｒ１１＜Ｒ１４）を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、凹部の外径と壁部の外径とを略同一（Ｒ１１≒Ｒ１４）としてもよい。

本発明は、スプライン嵌合構造に好適に利用することができ、詳しくは、外周面にスプライン歯が形成された内軸と、内軸のスプライン歯に嵌合可能に内周面にスプライン歯が形成された筒軸とが軸方向に摺動可能に嵌合されたスプライン嵌合構造に利用することが可能である。

１０ プロペラシャフト
２１ スライディングシャフト（内軸）
２１ｂ 焼入部
２１ｃ 非焼入部
２５ スプライン歯（第１のスプライン歯）
２６ 凹部
２６ａ 外周面
２７ 壁部
２７ａ 外周面
２８ スプライン歯
３１ スライディングスリーブ（筒軸）
３５ スプライン歯（第２のスプライン歯）
Ｒ１１ 外径
Ｒ１２ 歯先径
Ｒ１３ 歯元径
Ｒ１４ 外径
Ｒ１５ 歯先径

Claims (3)

1. 外周面に第１のスプライン歯が形成された内軸と、内周面に前記第１のスプライン歯に嵌合可能な第２のスプライン歯が形成された筒軸とが軸方向に摺動可能に嵌合されたスプライン嵌合構造において、
   前記内軸の軸方向基端部には、焼入部が形成され、
   前記内軸の軸方向先端部には、非焼入部が形成され、
   前記内軸の非焼入部は、軸方向に対して前記筒軸の第２のスプライン歯と重なるように配置され、
   前記内軸の非焼入部の外径は、軸方向に重なる前記筒軸の第２のスプライン歯の歯先径よりも小さいことを特徴とするスプライン嵌合構造。
2. 請求項１に記載のスプライン嵌合構造において、
   前記内軸の非焼入部の外径は、全周にわたって前記筒軸の第２のスプライン歯の歯先径よりも小さいことを特徴とするスプライン嵌合構造。
3. 請求項１又は２に記載のスプライン嵌合構造において、
   前記内軸の焼入部には、前記第１のスプライン歯が形成され、
   前記内軸の非焼入部には、断面視において凹形状を有する凹部が形成され、
   前記内軸の非焼入部の凹部の外径は、軸方向に重なる前記筒軸の第２のスプライン歯の歯先径よりも小さいことを特徴とするスプライン嵌合構造。

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