JP5772418B2

JP5772418B2 - 摺動式スプライン軸装置およびその製造方法

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Publication number: JP5772418B2
Application number: JP2011196758A
Authority: JP
Inventors: 米山　展央; 展央米山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: JP2013057381A

Description

本発明は、摺動式スプライン軸装置およびその製造方法に関するものである。

製造機械や自動車などの種々の機械装置において、軸方向に相対移動可能となるように摺動式スプライン軸装置が用いられている。つまり、第一軸部材の雌スプラインと第二軸部材の雄スプラインとが嵌合することによって、第一軸部材と第二軸部材とが軸方向に相対移動可能としている。さらに、雄スプラインが雌スプラインに嵌合した状態で、雄スプラインが雌スプラインから離脱することを防止するために、雄スプラインの先端にストッパを取り付けることがある（例えば、特許文献１参照）。

例えば、第一軸部材を軸方向に二分割して、当該二部材のそれぞれのフランジ部をボルトにより締結する構造が採用されることがある。この場合、次のように組み付けられる。第一軸部材の雌スプラインの部分に第二軸部材を挿入させ、その後に第二軸部材の先端にストッパを取り付け、その後に第一軸部材の他方部分を雌スプラインの部分にボルトにより締結する。

実開昭60-15410号公報

しかし、従来の構造においては、第一軸部材を二部材に分割しなければならず、締結のためのフランジ部によって、外形が大型化するとともに質量が増加してしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第一軸部材にフランジ部を設けることなく、ストッパを取り付けることができる摺動式スプライン軸装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

（摺動式スプライン軸装置）
（請求項１）本発明に係る摺動式スプライン軸装置は、内周に雌スプラインを有する第一軸部材と、前記雌スプラインに対して軸方向に摺動可能かつ周方向に移動規制されるように嵌合する雄スプラインを外周に有する第二軸部材と、前記第二軸部材の軸方向一方端に取り付けられ、前記雌スプラインに対して軸方向に係合し、前記第二軸部材が前記第一軸部材に対して軸方向他方側へ抜けることを規制するストッパと、を備える摺動式スプライン軸装置であって、前記第一軸部材は、前記雌スプラインと、前記雌スプラインの前記軸方向他方側に形成され前記第二軸部材を挿入する第一開口部と、前記雌スプラインの前記軸方向一方側に形成され前記雌スプラインの溝底直径以上の内接円直径を有する空隙部と、を備え、前記ストッパの外接円直径は、前記雌スプラインの内接円直径より大きく形成され、前記ストッパは、前記第二軸部材より先に前記第一軸部材の前記第一開口部から挿入され前記雌スプラインの溝部を軸方向に通過して前記空隙部に配置され、かつ、前記空隙部において前記第一軸部材の中心軸に直交する軸回りに回転して前記雌スプラインに対して軸方向に係合する状態とされる。

（請求項２）また、前記第二軸部材に取り付けた状態における前記ストッパの軸方向長さは、前記雌スプラインのうち隣接する二つの丘部の間の第一溝部と、他の隣接する二つの丘部の間の第二溝部と、に入り込む仮想長方形の短辺以下に形成され、前記ストッパは、前記第一溝部と前記第二溝部とを通過させて前記空隙部に配置されるようにしてもよい。
（請求項３）また、前記ストッパは、前記雌スプラインの内接円直径より大きな外径の円板状に形成され、前記ストッパの円板厚さは、前記仮想長方形の短辺以下に形成されるようにしてもよい。
（請求項４）また、前記第一軸部材は、軸方向一方側に前記雄スプラインの外接円直径より小さな内接円直径の開口部であり、前記第二軸部材に前記ストッパを取り付けるために用いる第二開口部を有するようにしてもよい。

（摺動式スプライン軸装置の製造方法）
（請求項５）本発明に係る摺動式スプライン軸装置の製造方法は、内周に雌スプラインを有する第一軸部材と、前記雌スプラインに対して軸方向に摺動可能かつ周方向に移動規制されるように嵌合する雄スプラインを外周に有する第二軸部材と、前記第二軸部材の軸方向一方端に取り付けられ、前記雌スプラインに対して軸方向に係合し、前記第二軸部材が前記第一軸部材に対して軸方向他方側へ抜けることを規制するストッパと、を備える摺動式スプライン軸装置の製造方法であって、前記第一軸部材は、前記雌スプラインと、前記雌スプラインの前記軸方向他方側に形成され前記第二軸部材を挿入する第一開口部と、前記雌スプラインの前記軸方向一方側に形成され前記雌スプラインの溝底直径以上の内接円直径を有する空隙部と、を備え、前記ストッパの外接円直径は、前記雌スプラインの内接円直径より大きく形成され、前記製造方法は、前記ストッパを、前記第一軸部材の前記第一開口部から挿入して、前記雌スプラインの溝部を軸方向に通過して前記空隙部に配置するストッパ挿入工程と、前記ストッパ挿入工程の後に、前記第二軸部材を前記第一開口部から挿入して、前記第一軸部材の前記雌スプラインと前記第二軸部材の前記雄スプラインとを嵌合させる第二軸部材挿入工程と、前記ストッパを前記空隙部において前記第一軸部材の中心軸に直交する軸回りに回転して前記雌スプラインに対して軸方向に係合する状態にして、前記ストッパを前記第二軸部材の軸方向一方端に取り付けるストッパ取付工程とを備える。

（請求項１）本発明によれば、ストッパは、第一軸部材の雌スプラインの軸方向他方側に位置する第一開口部から挿入されて、空隙部に配置されている。従って、第一軸部材の雌スプラインの軸方向一方側にストッパを配置するために、従来のように、第一軸部材を二分割する必要がない。そのため、従来において第一軸部材を二分割にするために必要であったフランジ部は、本発明における第一軸部材にとって不要なものとなる。従って、第一軸部材は、軸方向中央部においてフランジ部を有しないため、小型化および軽量化を図ることができる。

ここで、ストッパを第一軸部材の第一開口部側、すなわち第二軸部材が挿入される側から挿入し、雌スプラインを通過して空隙部に配置している。しかし、空隙部に配置されたストッパは、第一軸部材の中心軸に直交する軸周りに回転することで、雌スプラインに対して軸方向に係合する状態とされている。このように、ストッパは、第一軸部材の中心軸に直交する軸回りの位相によって、雌スプラインを通過可能な状態になったり、雌スプラインに対して軸方向に係合する状態になったりする。そこで、空隙部にてストッパを雌スプラインに対して軸方向に係合する位相にして、第二軸部材の軸方向一方端にストッパを取り付けることで、ストッパによって、第二軸部材が第一軸部材から軸方向他方側へ抜けることを確実に防止できる。

（請求項２）本発明のように、第二軸部材に取り付けた状態におけるストッパの軸方向長さを仮想長方形の短辺以下に形成することで、確実に、ストッパが雌スプラインを通過することができる。
（請求項３）本発明のように、円板状のストッパの円板厚さを仮想長方形の短辺以下に形成することで、確実に、ストッパは雌スプラインを通過できる。そして、空隙部において円板状のストッパを第一軸部材の中心軸に直交する軸回りに回転させることで、円板状のストッパは、雌スプラインの全ての丘部に対して軸方向に係合する状態となる。従って、ストッパによる係止力を大きくすることができる。

（請求項４）本発明によれば、空隙部において、ストッパを第二軸部材に取り付けている。そこで、第一軸部材の軸方向一方側に第二開口部を設けることで、当該第二開口部を利用してストッパを第二軸部材に取り付けることができる。

（請求項５）本発明によれば、上述した摺動式スプライン軸装置に係る発明と同様に、第一軸部材がフランジ部を有しないため、摺動式スプライン軸装置の小型化および軽量化を図ることができる。さらに、空隙部にてストッパを雌スプラインに対して軸方向に係合する位相にして、第二軸部材の軸方向一方端にストッパを取り付けることで、ストッパによって、第二軸部材が第一軸部材から軸方向他方側へ抜けることを確実に防止できる。

本実施形態における摺動式スプライン軸装置の軸方向断面図である。図１のＡ−Ａ切断部端面の拡大図である。図１のＢ−Ｂ切断部端面の拡大図である。図１の第一軸部材の軸方向断面図である。図４のＣ−Ｃ切断部端面図の拡大図である。二点鎖線は、雌スプラインのうち第一溝部と第二溝部とに入り込む仮想長方形を示す。ストッパを雌スプラインにて通過させる状態（図８のＳ１）を示す摺動式スプライン軸装置の軸方向断面図である。図７のＤ−Ｄ切断部端面の拡大図である。図１の摺動式スプライン軸装置の製造方法を示すフローチャートである。図８のＳ２の状態を示す摺動式スプライン軸装置の軸方向断面図である。図９のＥ−Ｅ断面図の拡大図である。

以下、本発明の摺動式スプライン軸装置およびその製造方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の摺動式スプライン軸装置について、図１〜図３を参照して説明する。

摺動式スプライン軸装置は、例えば、圧延機や自動車のプロペラシャフトなどに適用され、両端のヨークを軸方向に相対移動可能に構成されたユニバーサルジョイントを例にあげる。摺動式スプライン軸装置は、第一軸部材１０と、第二軸部材２０と、ストッパ３０と、蓋部材４０とを備えて構成される。

第一軸部材１０は、ヨーク部１１と、ヨーク部１１の軸方向他方側に一体的に形成された筒部１２とを備える。第一軸部材１０の詳細構成について説明するために、図４および図５を参照する。第一軸部材１０のヨーク部１１は、他部材（図示せず）に対して角度を付与した状態で連結されるユニバーサルジョイントの一部を構成する。このヨーク部１１は、軸方向一方側に開口するＵ字形状に形成されている。

第一軸部材１０の筒部１２は、ほぼ円筒形状に形成されている。この筒部１２の内周には、雌スプライン１２ａが形成されている。筒部１２の雌スプライン１２ａの軸方向他方側には、雌スプライン１２ａの溝底直径以上の内径を有する円形の第一開口部１２ｂが形成されている。そして、雌スプライン１２ａのうち、ストッパ３０の一端側を通過させる第一溝部６１（隣接する二つの丘部の間）と、ストッパ３０の他端側を通過させる第二溝部６２（隣接する二つの丘部の間）とに入り込む仮想長方形１００を設定する。この仮想長方形１００の短辺は、Ｗ１である。ここで、図５において、第一溝部６１と第二溝部６２とは、中心軸に対称の位置として示しているが、これに限られず、中心軸に対称でない位置とすることもできる。この仮想長方形１００は、ストッパ３０の形状を決定するために用いる。

また、筒部１２において、雌スプライン１２ａの軸方向一方側には、雌スプライン１２ａの溝底直径以上の内接円直径の円筒形状の空隙部１２ｃが形成されている。さらに、筒部１２の軸方向一方端、すなわち、ヨーク部１１の底部には、空隙部１２ｃと外部とを軸方向に貫通する第二開口部１２ｄが形成されている。第二開口部１２ｄの内径は、雌スプライン１２ａの内接円直径よりも小さい。この第二開口部１２ｄは、空隙部１２ｃにおいてストッパ３０を第二軸部材２０の軸方向一方端に取り付けるために、取り付け作業穴として用いる。なお、筒部１２は、雌スプライン１２ａの部分と、ヨーク部１１に一体形成された空隙部１２ｃの部分とを別体に形成した後に、溶接などにより結合されている。これは、雌スプライン１２ａの加工を容易に行うためである。

第二軸部材２０は、第一軸部材１０に対して軸方向に摺動可能であり、かつ、回転規制される。第二軸部材２０は、ヨーク部２１と、ヨーク部２１の軸方向一方側に一体的に形成された軸部２２とを備える。ヨーク部２１は、他部材（図示せず）に対して角度を付与した状態で連結されるユニバーサルジョイントの一部を構成する。このヨーク部２１は、軸方向他方側に開口するＵ字形状に形成されている。

第二軸部材２０の軸部２２は、ほぼ円柱形状に形成されている。この軸部２２の外周には、雄スプライン２２ａが形成されている。雄スプライン２２ａは、第一軸部材１０の雌スプライン１２ａに対して軸方向に摺動可能であり、かつ、周方向に移動規制されるようにスプライン嵌合する。従って、図２に示すように、第二軸部材２０の雄スプライン２２ａの丘部（径方向外側に突出する部位）が、第一軸部材１０の雌スプライン１２ａの溝部（隣接する二つの丘部の間）に嵌り込んでいる。

そして、雄スプライン２２ａの軸方向長さは、雌スプライン１２ａの軸方向長さより長く形成されている。そのため、雄スプライン２２ａの軸方向一方端は、雌スプライン１２ａの軸方向一方端位置を通過して空隙部１２ｃに到達している。

ストッパ３０は、図１、図３、図６、図７に示すように、円板状に形成されている。このストッパ３０の外径は、第一軸部材１０の雌スプライン１２ａの溝底径より僅かに小さく、かつ、雌スプライン１２ａの内接円直径より大きく形成されている。また、ストッパ３０の外周側の円板厚さ（円板の軸方向幅）Ｔ１（図７に示す）は、図５に示す仮想長方形１００の短辺Ｗ１以下に形成されている。なお、仮想長方形１００が入り込む第一溝部６１と第二溝部６２が軸対称である場合には、ストッパ３０の外周側の円板厚さＴ１は、雌スプライン１２ａの溝幅以下となる。そして、ストッパ３０の外周縁は、中心軸直交方向から見て、外方に突出する湾曲凸状に形成されている。

このストッパ３０の中心には、軸方向に貫通するボルト挿通穴３０ａが形成されている。また、ストッパ３０の径方向中央付近には、軸方向に貫通するボルト挿通穴３０ｂが、周方向に複数箇所形成されている。そして、ストッパ３０は、第一軸部材１０の空隙部１２ｃにおいて、第二軸部材２０の軸方向一方端に、複数の締結部材としてのボルト５１，５２により取り付けられている。そして、図３に示すように、ストッパ３０を第二軸部材２０に取り付けた状態において、ストッパ３０の外周側は、第一軸部材１０の雌スプライン１２ａのそれぞれの丘部に対して、軸方向に係合する。従って、ストッパ３０は、第二軸部材２０が第一軸部材１０に対して軸方向他方側へ抜けることを規制することができる。

蓋部材４０は、円板状に形成されており、軸方向に貫通する複数のボルト挿通穴が形成されている。この蓋部材４０は、第一軸部材１０の第二開口部１２ｄを閉塞するように、第二開口部１２ｄの軸方向一方側に取り付けられる。

（摺動式スプライン軸装置の製造方法）
上述した摺動式スプライン軸装置の製造方法（組立方法）について、図８のフローチャートを主として用い、適宜、図１〜図７、および図９〜図１０を参照しながら説明する。図８のＳ１に示すように、第二軸部材２０より先にストッパ３０を第一開口部１２ｂから挿入して、このストッパ３０を雌スプライン１２ａの溝部を軸方向に通過して空隙部１２ｃに配置する（ストッパ挿入工程）。このストッパ挿入工程において、ストッパ３０が雌スプライン１２ａを通過している状態は、図６および図７に示す。

図６および図７に示すように、ストッパ３０の中心軸を、第一軸部材１０の中心軸に対して直交する状態とする。そして、ストッパ３０の外周側が雌スプライン１２ａの第一溝部６１と第二溝部６２とを通過するように、ストッパ３０を挿入する。ここで、ストッパ３０の円板厚みＴ１（図７に示す）は、雌スプライン１２ａの第一溝部６１および第二溝部６２に入り込む仮想長方形１００（図５に示す）の短辺Ｗ１以下である。従って、ストッパ３０は、第一溝部６１および第二溝部６２を通過可能となる。

続いて、図８のＳ２に示すように、空隙部１２ｃにおいて、ストッパ３０を第一軸部材１０の中心軸に直交する軸回りに９０°回転して、ストッパ３０の中心軸と第一軸部材１０の中心軸とが一致する状態にする（Ｓ２、ストッパ回転工程）。ストッパ３０の回転は、作業者の手によって行ってもよいし、治具を用いて行ってもよいし、ストッパ３０の自重を利用してもよい。ここで、ストッパ３０の外周縁は、中心軸直交方向から見て外方に突出する湾曲凸状に形成されている。従って、ストッパ３０は、空隙部１２ｃの壁面に引っ掛かることなく回転できる。

続いて、図８のＳ３に示すように、ストッパ３０の次に、第二軸部材２０を、第一軸部材１０の第一開口部１２ｂ側から挿入する。そして、第二軸部材２０の雄スプライン２２ａが第一軸部材１０の雌スプライン１２ａに嵌合される（第二軸部材挿入工程）。ここで、この時点においては、第二軸部材２０の軸方向一方端が空隙部１２ｃに位置する状態となるまで、第二軸部材２０を第一軸部材１０の軸方向一方側に挿入しておく。

続いて、図１および図３に示すように、第二開口部１２ｄを利用して、ボルト５１，５２を締結する。このようにして、図８のＳ４に示すように、空隙部１２ｃにおいて、第二軸部材２０の軸方向一方端にストッパ３０を取り付けることができる（ストッパ取付工程）。ここで、ストッパ３０は、円板状であるため、ストッパ３０の外周側が雌スプライン１２ａの丘部に対して軸方向に係合する。従って、第二軸部材２０は、第一軸部材１０に対して軸方向他方側へ抜けることを規制されている。続いて、図８のＳ５に示すように、第一軸部材１０の第二開口部１２ｄに蓋部材４０を取り付けて、完成する（蓋部材取付工程）。

（効果）
本実施形態によれば、ストッパ３０は、第一軸部材１０の第一開口部１２ｂから挿入されて、空隙部１２ｃに配置されている。従って、第一軸部材１０の雌スプライン１２ａの軸方向一方側にストッパ３０を配置するために、従来のように、第一軸部材１０を二分割する必要がない。そのため、従来において第一軸部材１０を二分割にするために必要であったフランジ部は、第一軸部材１０にとって不要なものとなる。従って、第一軸部材１０は、軸方向中央部においてフランジ部を有しないため、小型化および軽量化を図ることができる。

ここで、ストッパ３０を第一軸部材１０の第一開口部１２ｂ側、すなわち第二軸部材２０が挿入される側から挿入し、雌スプライン１２ａを通過して空隙部１２ｃに配置している。しかし、空隙部１２ｃに配置されたストッパ３０は、第一軸部材１０の中心軸に直交する軸周りに回転することで、雌スプライン１２ａに対して軸方向に係合する状態とされている。このように、ストッパ３０は、第一軸部材１０の中心軸に直交する軸回りの位相によって、雌スプライン１２ａを通過可能な状態になったり、雌スプライン１２ａに対して軸方向に係合する状態になったりする。そこで、空隙部１２ｃにてストッパ３０を雌スプライン１２ａに対して軸方向に係合する位相にして、第二軸部材２０の軸方向一方端にストッパ３０を取り付けることで、ストッパ３０によって、第二軸部材２０が第一軸部材１０から軸方向他方側へ抜けることを確実に防止できる。

また、円板状のストッパ３０の円板厚さＴ１を仮想長方形１００の短辺Ｗ１以下に形成することで、確実に、ストッパ３０は雌スプライン１２ａを通過できる。そして、空隙部１２ｃにおいて円板状のストッパ３０を第一軸部材１０の中心軸に直交する軸回りに回転させることで、円板状のストッパ３０は、雌スプライン１２ａの全ての丘部に対して軸方向に係合する状態となる。従って、ストッパ３０による係止力を大きくすることができる。

ここで、空隙部１２ｃにおいて、ストッパ３０を第二軸部材２０に取り付けている。そこで、第一軸部材１０の軸方向一方側に第二開口部１２ｄを設けることで、当該第二開口部１２ｄを利用してストッパ３０を第二軸部材２０に容易に取り付けることができる。

＜その他＞
上記実施形態において、ストッパ３０は円板状としたがこれに限られるものではない。ストッパ３０が雌スプライン１２ａを通過可能な形状であると共に、空隙部１２ｃにてストッパ３０を第一軸部材１０の中心軸に直交する軸回りに回転させた状態で、ストッパ３０が雌スプライン１２ａの丘部に対して係合する形状であればよい。例えば、円板状の一部を切り欠いた形状、例えば小判型などとすることもできる。

１０：第一軸部材、１２ａ：雌スプライン、１２ｂ：第一開口部、１２ｃ：空隙部、１２ｄ：第二開口部、２０：第二軸部材、２２ａ：雄スプライン、３０：ストッパ、６１：第一溝部、６２：第二溝部、１００：仮想長方形、Ｗ１：仮想長方形の短辺、Ｔ１：ストッパの円板厚さ

Claims

内周に雌スプラインを有する第一軸部材と、
前記雌スプラインに対して軸方向に摺動可能かつ周方向に移動規制されるように嵌合する雄スプラインを外周に有する第二軸部材と、
前記第二軸部材の軸方向一方端に取り付けられ、前記雌スプラインに対して軸方向に係合し、前記第二軸部材が前記第一軸部材に対して軸方向他方側へ抜けることを規制するストッパと、
を備える摺動式スプライン軸装置であって、
前記第一軸部材は、前記雌スプラインと、前記雌スプラインの前記軸方向他方側に形成され前記第二軸部材を挿入する第一開口部と、前記雌スプラインの前記軸方向一方側に形成され前記雌スプラインの溝底直径以上の内接円直径を有する空隙部と、を備え、
前記ストッパの外接円直径は、前記雌スプラインの内接円直径より大きく形成され、
前記ストッパは、前記第二軸部材より先に前記第一軸部材の前記第一開口部から挿入され前記雌スプラインの溝部を軸方向に通過して前記空隙部に配置され、かつ、前記空隙部において前記第一軸部材の中心軸に直交する軸回りに回転して前記雌スプラインに対して軸方向に係合する状態とされる摺動式スプライン軸装置。
請求項１において、
前記第二軸部材に取り付けた状態における前記ストッパの軸方向長さは、前記雌スプラインのうち隣接する二つの丘部の間の第一溝部と、他の隣接する二つの丘部の間の第二溝部と、に入り込む仮想長方形の短辺以下に形成され、
前記ストッパは、前記第一溝部と前記第二溝部とを通過させて前記空隙部に配置される摺動式スプライン軸装置。
請求項２において、
前記ストッパは、前記雌スプラインの内接円直径より大きな外径の円板状に形成され、
前記ストッパの円板厚さは、前記仮想長方形の短辺以下に形成される摺動式スプライン軸装置。
請求項１〜３の何れか一項において、
前記第一軸部材は、軸方向一方側に前記雄スプラインの外接円直径より小さな内接円直径の開口部であり、前記第二軸部材に前記ストッパを取り付けるために用いる第二開口部を有する摺動式スプライン軸装置。
内周に雌スプラインを有する第一軸部材と、
前記雌スプラインに対して軸方向に摺動可能かつ周方向に移動規制されるように嵌合する雄スプラインを外周に有する第二軸部材と、
前記第二軸部材の軸方向一方端に取り付けられ、前記雌スプラインに対して軸方向に係合し、前記第二軸部材が前記第一軸部材に対して軸方向他方側へ抜けることを規制するストッパと、
を備える摺動式スプライン軸装置の製造方法であって、
前記第一軸部材は、前記雌スプラインと、前記雌スプラインの前記軸方向他方側に形成され前記第二軸部材を挿入する第一開口部と、前記雌スプラインの前記軸方向一方側に形成され前記雌スプラインの溝底直径以上の内接円直径を有する空隙部と、を備え、
前記ストッパの外接円直径は、前記雌スプラインの内接円直径より大きく形成され、
前記製造方法は、
前記ストッパを、前記第一軸部材の前記第一開口部から挿入して、前記雌スプラインの溝部を軸方向に通過して前記空隙部に配置するストッパ挿入工程と、
前記ストッパ挿入工程の後に、前記第二軸部材を前記第一開口部から挿入して、前記第一軸部材の前記雌スプラインと前記第二軸部材の前記雄スプラインとを嵌合させる第二軸部材挿入工程と、
前記ストッパを前記空隙部において前記第一軸部材の中心軸に直交する軸回りに回転して前記雌スプラインに対して軸方向に係合する状態にして、前記ストッパを前記第二軸部材の軸方向一方端に取り付けるストッパ取付工程と、
を備える摺動式スプライン軸装置の製造方法。