JP6948293B2

JP6948293B2 - スプライン接続装置

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Publication number: JP6948293B2
Application number: JP2018139321A
Authority: JP
Inventors: 尚泰田和; 横山　和朗; 和朗横山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: JP2020016286A

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載された原動機と油圧ポンプとの間で回転力を伝達するスプライン接続装置に関する。

一般に、建設機械の代表例である油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、上部旋回体の前側に俯仰動可能に取付けられたフロント装置とにより構成されている。

上部旋回体は、支持構造体を形成する旋回フレームと、旋回フレームの前側に設けられオペレータが搭乗するキャブと、旋回フレームの後端側に設けられフロント装置との重量バランスをとるカウンタウエイトと、カウンタウエイトの前側に位置して旋回フレームに搭載され動力を出力する出力軸（例えば、クランク軸）を有する原動機（例えば、エンジン）と、原動機の出力軸により駆動される回転軸を有し作動油を圧油として吐出する油圧ポンプとにより構成されている。

原動機と油圧ポンプとの間には、原動機の出力軸と油圧ポンプの回転軸とを連結する弾性体軸継手が設けられている。ここで、油圧ポンプの回転軸は、弾性体軸継手を構成するハブとスプライン結合され、このハブと回転軸とによりスプライン接続装置が構成されている。即ち、スプライン接続装置は、内周側に雌スプライン部が設けられた円筒状のハブと、外周側に雌スプライン部とスプライン結合される雄スプライン部が設けられた回転軸とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６０−３４１２３号公報

ところで、特許文献１によるスプライン接続装置では、クランピングねじによりハブの雌スプライン部を回転軸の雄スプライン部に押付けて、雌スプライン部と雄スプライン部とを固定させている。しかし、このスプライン接続装置は、雌スプライン部を変形させるので、動力伝達時に各スプライン歯面にかかる面圧に偏りが発生してこの面圧に耐え得るようにハブおよび回転軸を大型化しなければならない虞がある。また、雌スプライン部と雄スプライン部とを固定する力は、クランピングねじを締付けるトルクにより決定される。従って、クランピングねじのトルク調整作業が必要となり、雌スプライン部と雄スプライン部とを固定させる作業の作業性が低下する虞がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、雌スプライン部と雄スプライン部との各スプライン歯面を密着して固定させることができるスプライン接続装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため本発明のスプライン接続装置は、内周側に雌スプライン部が設けられ、一方向に回転する円筒状のハブと、外周側に前記雌スプライン部とスプライン結合される雄スプライン部が設けられ、前記ハブと一緒に一方向に回転する回転軸とを備えている。

そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記雌スプライン部は、回転中心軸線に対してねじれたはす歯状の雌スプライン歯により構成されており、前記雄スプライン部は、回転中心軸線に対してねじれたはす歯状の雄スプライン歯により構成されており、前記雌スプライン歯および前記雄スプライン歯は、回転力の伝達時に歯面に加わる荷重の軸方向分力がスプライン結合の噛み合いが増す方向に加わるようにねじれており、前記回転軸の外周側で前記雄スプライン部から軸方向に外れた位置には、前記ハブの内周側で前記雌スプライン部から軸方向に外れた位置に締め代を持って嵌合する雄側圧入嵌合部が設けられており、前記ハブの内周側で前記雌スプライン部から軸方向に外れた位置には、前記回転軸の前記雄側圧入嵌合部に締め代を持って嵌合する雌側圧入嵌合部が設けられており、前記雌側圧入嵌合部および前記雄側圧入嵌合部は、前記雌スプライン部および前記雄スプライン部に近付く程径方向寸法が小さくなる方向に傾斜したテーパ面により構成されている。

本発明によれば、雌スプライン部と雄スプライン部との各スプライン歯面を密着して固定させることができる。

本発明の第１実施形態によるスプライン接続装置が適用された油圧ショベルを示す正面図である。油圧ショベルの上部旋回体を図１中の矢示II−II方向からみた拡大断面図である。エンジン、弾性体軸継手、油圧ポンプ等を図２と同方向からみた一部が断面の拡大図である。フライホイール、弾性体軸継手、油圧ポンプ等を示す分解斜視図である。ハブ、ポンプ側ブロック、回転軸をエンジン側からみた状態を示す正面図である。図５中のハブを矢示VI−VI方向からみた断面図である。図６中のハブから回転軸を取外した状態を示す断面図である。ハブと回転軸との回転によりハブに作用する力を説明する説明図である。本発明の第２実施形態によるスプライン接続装置を示す図７と同様の断面図である。本発明の第３実施形態によるスプライン接続装置を示す図７と同様の断面図である。

以下、本発明に係るスプライン接続装置の実施形態を、油圧ショベルに搭載されたエンジンと油圧ポンプとの間のスプライン結合部に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図８は、本発明の第１実施形態を示している。図１において、油圧ショベル１は、自走可能な下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３の前，後方向の前側に俯仰動可能に取付けられ土砂の掘削作業等を行うフロント装置４とにより構成されている。

フロント装置４は、上部旋回体３の前側に取付けられたブーム４Ａと、ブーム４Ａの先端に取付けられたアーム４Ｂと、アーム４Ｂの先端に取付けられたバケット４Ｃと、ブーム４Ａを作動させるブームシリンダ４Ｄと、アーム４Ｂを作動させるアームシリンダ４Ｅと、バケット４Ｃを作動させるバケットシリンダ４Ｆとを含んで構成されている。これらのシリンダ４Ｄ，４Ｅ，４Ｆは、後述の油圧ポンプ１５から吐出する圧油により駆動される油圧アクチュエータを構成する。

旋回フレーム５は、上部旋回体３の支持構造体を形成する支持フレームであり、下部走行体２上に旋回可能に搭載されている。旋回フレーム５には、後述のキャブ６、カウンタウエイト７、エンジン９、油圧ポンプ１５、熱交換器３９等が搭載されている。

旋回フレーム５は、前，後方向に延びる厚肉な鋼板等からなる底板５Ａと、底板５Ａ上に立設され、左，右方向に所定の間隔をもって前，後方向に延びる左縦板５Ｂ，右縦板５Ｃと、各縦板５Ｂ，５Ｃの左，右の外側に間隔をもって配置され、前，後方向に延びる左サイドフレーム５Ｄ，右サイドフレーム５Ｅと、底板５Ａ、各縦板５Ｂ，５Ｃから左，右方向に張出し、その先端部に左，右のサイドフレーム５Ｄ，５Ｅを支持する複数本の張出しビーム５Ｆとを含んで構成されている。各縦板５Ｂ，５Ｃの前側には、フロント装置４のブーム４Ａが俯仰動可能に取付けられている。

図２に示すように、旋回フレーム５の後側には、左縦板５Ｂと右縦板５Ｃとの間に位置して上側に延びる取付台座５Ｇが前，後方向に間隔をもって設けられている。各取付台座５Ｇには、後述するエンジン９が制振状態で取付けられている。

キャブ６は、旋回フレーム５の左前側に搭載されている。このキャブ６は、オペレータが搭乗するもので、内部にはオペレータが着座する運転席、走行用の操作レバー、作業用の操作レバー等が配設されている。カウンタウエイト７は、旋回フレーム５を構成する左，右の縦板５Ｂ，５Ｃの後端部に取付けられている。カウンタウエイト７は、フロント装置４との重量バランスをとるもので、後端面が円弧状をした重量物として形成されている。

外装カバー８は、キャブ６とカウンタウエイト７との間に位置して旋回フレーム５上に配設されている。外装カバー８は、エンジンカバー８Ａ、左側面カバー８Ｂ、および右側面カバー８Ｃを含んで構成されている。外装カバー８は、後述するエンジン９、油圧ポンプ１５、熱交換器３９等の搭載機器を収容するものである。

原動機としてのエンジン９は、カウンタウエイト７の前側に位置して旋回フレーム５の後端側に設けられている。エンジン９は、例えばディーゼルエンジンからなり、後述する出力軸１１の中心軸線が左，右方向に延在する横置き状態で上部旋回体３に搭載されている。エンジン９は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０に設けられた複数（例えば６個）のシリンダ（図示せず）と、各シリンダ内を往復動する複数（例えば６個）のピストン（図示せず）と、各ピストンとコネクティングロッド（図示せず）を介して接続され各ピストンの往復動を回転力として出力する出力軸（クランク軸）１１とを含んで構成されている。

エンジン本体１０は、出力軸１１を収容する中空容器として形成されたクランクケース１０Ａと、クランクケース１０Ａの下側に設けられエンジンオイルを収容するオイルパン１０Ｂと、クランクケース１０Ａ上に搭載されシリンダが形成されたシリンダブロック１０Ｃと、シリンダブロック１０Ｃ上に搭載されたシリンダヘッド１０Ｄとを含んで構成されている。

図２に示すように、エンジン本体１０の一端側（図２の左側）には、後述する熱交換器３９に冷却風を供給するための冷却ファン１２が設けられている。エンジン本体１０のシリンダブロック１０Ｃおよびシリンダヘッド１０Ｄには、エンジン冷却水が循環するウォータジャケット（図示せず）が形成されている。ウォータジャケットは、冷却水の熱を放出する熱交換器３９に接続されている。

図３に示すように、出力軸１１の他端側（右端側）には、出力軸１１と共に一方向に回転する円板状のフライホイール１３が設けられている。フライホイール１３には、回転中心を中心とする円弧上の４箇所に、周方向に等間隔に離間してそれぞれ雌ねじ穴１３Ａが形成されている。これら各雌ねじ穴１３Ａには、後述する弾性体軸継手１７のエンジン側ブロック１８を取付けるためのボルト２２が螺合される。

図２および図３に示すように、エンジン本体１０の他端側（図２の右側）には、短尺な円筒状のフライホイールハウジング１４が設けられている。フライホイールハウジング１４内には、フライホイール１３と弾性体軸継手１７とが収納されている。フライホイールハウジング１４の開口端は、後述する油圧ポンプ１５のフランジ部１５Ａ１が取付けられるフランジ取付部１４Ａとなっている。

油圧ポンプ１５は、エンジン９によって回転駆動され、フライホイールハウジング１４を介してエンジン９に取付けられている。油圧ポンプ１５は、エンジン９によって駆動されることにより、油圧ショベル１に搭載された各種の油圧アクチュエータに向けて作動用の圧油を吐出する。ここで、油圧ポンプ１５は、例えば斜軸式油圧ポンプ、斜板式油圧ポンプにより構成されるポンプ機構（図示せず）と、ポンプ機構を収容するポンプケーシング１５Ａと、ポンプケーシング１５Ａの中央から突出して設けられポンプ機構に接続される後述の回転軸３５とを含んで構成されている。

一方、ポンプケーシング１５Ａの基端側（図２ないし図３の左側）は、拡径したフランジ部（環状鍔部）１５Ａ１となっている。このフランジ部１５Ａ１は、油圧ポンプ１５をエンジン９に取付けるための取付板となるもので、フライホイールハウジング１４のフランジ取付部１４Ａに対してボルト１６を用いて取付けられている。

次に、エンジン９の出力軸１１と油圧ポンプ１５の回転軸３５とを連結する弾性体軸継手１７について説明する。

弾性体軸継手１７は、エンジン９の出力軸１１（より具体的には、出力軸１１に設けられたフライホイール１３）と油圧ポンプ１５の回転軸３５との間に設けられている。この弾性体軸継手１７は、後述する弾性体２０の弾性変形により、エンジン９の出力軸１１（フライホイール１３）と油圧ポンプ１５の回転軸３５との間のトルク変動、回転中心軸線Ｏ−Ｏのずれ等を吸収する。

弾性体軸継手１７は、フライホイールハウジング１４の内部（弾性体軸継手室）に、フライホイール１３と軸方向に隣り合って配置（収容）されている。そして、弾性体軸継手１７は、複数（例えば、４個）のエンジン側ブロック（原動機側ブロック）１８、弾性体２０、複数（例えば、４個）のポンプ側ブロック２１、およびハブ３２により構成されている。

４個のエンジン側ブロック１８は、エンジン９の出力軸１１側に設けられたフライホイール１３に、周方向（回転方向）に間隔をもって取付けられている。各エンジン側ブロック１８は、扇形状のブロック体からなり、軸方向に延びるボルト挿通孔１８Ａを有している。各エンジン側ブロック１８は、ボルト挿通孔１８Ａに挿通したボルト１９をフライホイール１３の雌ねじ穴１３Ａにそれぞれ螺合することにより、フライホイール１３の側面に一体的に取付けられている。

エンジン側ブロック１８には、外径側に位置して周方向の両側に突出する鍔部１８Ｂが設けられている。これら各鍔部１８Ｂは、後述するポンプ側ブロック２１の鍔部２１Ｂと共に、弾性体２０の径方向の変位を規制する。即ち、エンジン側ブロック１８の鍔部１８Ｂとポンプ側ブロック２１の鍔部２１Ｂとは、弾性体２０の外周面と当接することにより、弾性体２０が径方向外側に変位するのを阻止する。

弾性体２０は、例えば弾性を有する樹脂材料およびゴム材料を用いて厚肉な円筒状に形成され、後述するハブ３２を取囲んで配置されている。弾性体２０には、その外周面２０Ａから径方向内側に向けて窪むエンジン側ブロック係合溝部２０Ｂとポンプ側ブロック係合溝部２０Ｃとが周方向に交互に形成されている。エンジン側ブロック係合溝部２０Ｂには、エンジン側ブロック１８が嵌込まれ、ポンプ側ブロック係合溝部２０Ｃには、後述のポンプ側ブロック２１が嵌込まれる。

即ち、弾性体２０は、中央にハブ３２が収容されるハブ収容部２０Ｄを有し、ハブ収容部２０Ｄの周囲には、４個のエンジン側ブロック係合溝部２０Ｂと４個のポンプ側ブロック係合溝部２０Ｃとが周方向に間隔をもって交互に配置されている。この場合、各エンジン側ブロック係合溝部２０Ｂと各ポンプ側ブロック係合溝部２０Ｃとの間は、それぞれエンジン側ブロック１８とポンプ側ブロック２１とにより周方向に圧縮（挟持）される圧縮部２０Ｅとなっている。

４個のポンプ側ブロック２１は、後述のハブ３２から径方向外側に突出した状態でハブ３２の周方向に間隔をもって取付けられている。各ポンプ側ブロック２１は、扇形状のブロック体からなり、径方向に延びるボルト挿通孔２１Ａを有している。各ポンプ側ブロック２１は、ボルト挿通孔２１Ａに挿通したボルト２２をハブ３２のねじ穴３２Ｂに螺合することにより、ハブ３２の外周側３２Ａに一体的に取付けられている。ポンプ側ブロック２１には、外径側に位置して周方向の両側に突出する鍔部２１Ｂが設けられている。これら各鍔部２１Ｂは、エンジン側ブロック１８の鍔部１８Ｂと同様に、弾性体２０の径方向の変位を規制している。

次に、油圧ポンプ１５の回転軸３５と弾性体軸継手１７のハブ３２とを含んで構成されるスプライン接続装置３１について説明する。

スプライン接続装置３１は、エンジン９と油圧ポンプ１５との間で回転力を伝達するものである。そして、スプライン接続装置３１は、弾性体軸継手１７のハブ３２と、油圧ポンプ１５の回転軸３５とにより構成されている。

弾性体軸継手１７を構成するハブ３２は、エンジン９の回転と共に一方向に回転する厚肉な円筒状に形成され、弾性体２０のハブ収容部２０Ｄに収容されている。このハブ３２は、エンジン９からの回転力により、油圧ポンプ１５の回転軸３５を回転駆動する駆動部材となるもので、エンジン９（駆動源）側に設けられている。図５に示すように、ハブ３２の外周側３２Ａには、ポンプ側ブロック２１を取付けるためのボルト２２が螺合するねじ穴３２Ｂが、周方向に離間した４箇所に設けられている。

図７に示すように、ハブ３２の内周側には、フライホイール側の左面３２Ｃから軸方向に向けて延びる雌スプライン部３３と、雌スプライン部３３から油圧ポンプ１５側の右面３２Ｄに向けて延びる雌側圧入嵌合部３４とが設けられている。雌スプライン部３３は、回転中心軸線Ｏ−Ｏに対してねじれたはす歯状の雌スプライン歯３３Ａにより構成されている。雌スプライン部３３は、後述の回転軸３５の雄スプライン部３６にスプライン結合されている。

雌側圧入嵌合部３４は、ハブ３２の内周側で雌スプライン部３３から軸方向の油圧ポンプ１５側に外れた位置に設けられている。雌側圧入嵌合部３４は、後述の回転軸３５の雄側圧入嵌合部３７に締め代を持って嵌合する。雌側圧入嵌合部３４は、右面３２Ｄから雌スプライン部３３に向けて近付くほど径方向寸法Ｌ１が小さくなる方向に傾斜したテーパ面３４Ａにより構成されている。即ち、雌側圧入嵌合部３４は、右面３２Ｄから雌スプライン部３３に向けて縮径している。

回転軸３５は、ハブ３２と一緒に一方向に回転するもので、ハブ３２と共にスプライン接続装置３１を構成している。この回転軸３５は、エンジン９によって駆動される油圧ポンプ１５の回転軸となっている。即ち、回転軸３５は、エンジン９からの回転力により弾性体軸継手１７のハブ３２を介して回転駆動される被駆動部材（被駆動軸）となっている。

図６、図７に示すように、回転軸３５の外周側には、弾性体軸継手１７のハブ３２の雌スプライン部３３とスプライン結合される雄スプライン部３６が設けられている。雄スプライン部３６は、回転中心軸線Ｏ−Ｏに対してねじれたはす歯状の雄スプライン歯３６Ａにより構成されている。

ここで、ハブ３２の雌スプライン歯３３Ａおよび回転軸３５の雄スプライン歯３６Ａは、回転力の伝達時に歯面に加わる荷重の軸方向分力がスプライン結合の噛み合いが増す方向にねじれている。即ち、ハブ３２と回転軸３５とが回転したときに、ハブ３２が油圧ポンプ１５側へ押込まれるように、ハブ３２の雌スプライン歯３３Ａと回転軸３５の雄スプライン歯３６Ａとがねじれている。

図８に示すように、ハブ３２の雌スプライン歯３３Ａおよび回転軸３５の雄スプライン歯３６Ａは、回転中心軸線Ｏ−Ｏに対して角度αだけねじれるように形成されている。この角度αは、ハブ３２と回転軸３５との回転力および雌スプライン歯３３Ａと雄スプライン歯３６Ａとの歯数等から実験、計算、シミュレーション等により設定される。また、図８中の紙面左側にエンジン９が配設され、紙面右側に油圧ポンプ１５が配設されている。

次に、エンジン９の回転力によりハブ３２に作用する力を図８により説明する。この場合、図８中の紙面左側にエンジン９が配設され、紙面右側に油圧ポンプ１５が配設されている。エンジン９の作動によりハブ３２および回転軸３５が矢示Ａ方向に回転する場合には、回転軸３５の雄スプライン歯３６Ａにハブ３２の雌スプライン歯３３Ａから歯面に対して垂直方向に押圧力Ｆａが作用する。この場合、回転軸３５の雄スプライン歯３６Ａには、周方向に反力Ｆｂが作用し、軸方向に反力（軸方向分力）Ｆｃが作用する。ハブ３２は、この軸方向の反力Ｆｃにより油圧ポンプ１５側に向けて押付けられている。

雄側圧入嵌合部３７は、回転軸３５の外周側で雄スプライン部３６から軸方向の油圧ポンプ１５側に外れた位置に設けられている。雄側圧入嵌合部３７は、ハブ３２の内周側で雌スプライン部３３から軸方向の油圧ポンプ１５側に外れた位置（即ち、雌側圧入嵌合部３４）に締め代を持って嵌合する。雄側圧入嵌合部３７は、油圧ポンプ１５に接続される円柱軸部３８から雄スプライン部３６に向けて近付くほど径方向寸法Ｌ２が小さくなる方向に傾斜したテーパ面３７Ａにより構成されている。即ち、雄側圧入嵌合部３７は、円柱軸部３８側から雄スプライン部３６に向けて縮径している。

ハブ３２の雌スプライン部３３に回転軸３５の雄スプライン部３６を挿入（嵌合）した場合には、ハブ３２の雌側圧入嵌合部３４のテーパ面３４Ａと回転軸３５の雄側圧入嵌合部３７のテーパ面３７Ａとが接触する。ハブ３２のテーパ面３４Ａと回転軸３５のテーパ面３７Ａとは、ハブ３２が油圧ポンプ１５側に押付けられたときに圧入される。

なお、図２に示す熱交換器３９は、冷却ファン１２に対面して、エンジン冷却水等を冷却するものである。また、排気ガス処理装置４０は、エンジン９と油圧ポンプ１５との間で上方に位置し、エンジン９の排気マニホールド（図示せず）に接続される排気マフラ等を示している。

第１実施形態による油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

油圧ショベル１のオペレータは、上部旋回体３のキャブ６に搭乗し、エンジン９を始動して油圧ポンプ１５を駆動する。これにより、油圧ポンプ１５から圧油が吐出され、この圧油はコントロールバルブ（図示せず）を介して、ブームシリンダ４Ｄ、アームシリンダ４Ｅ、およびバケットシリンダ４Ｆ等の油圧アクチュエータに供給される。

キャブ６に搭乗したオペレータが走行用の操作レバー（図示せず）を操作したときには、下部走行体２により車両を前進または後退させることができる。一方、オペレータが作業用の操作レバーを操作することにより、フロント装置４を俯仰動させて土砂の掘削作業等を行うことができる。油圧ショベル１の稼働時にエンジン９の出力軸１１から出力されたトルクは、弾性体軸継手１７を介して油圧ポンプ１５の回転軸３５に伝達される。

ところで、上述した従来技術に記載されたスプライン接続装置では、クランピングねじでハブの雌スプライン部を押圧することにより、ハブと回転軸とを一体的に固定している。しかし、このスプライン接続装置は、雌スプライン部を変形させているので、動力伝達時に各スプライン歯面にかかる面圧に偏りが発生して、ハブと回転軸との疲労強度の低下および寿命が低下する虞がある。

また、各スプライン歯面にかかる面圧に耐え得るように、ハブおよび回転軸を大型化しなければならない虞がある。さらに、雌スプライン部と雄スプライン部とを固定する力は、クランピングねじを締付けるトルクにより決定される。従って、クランピングねじのトルク調整作業が必要となり、雌スプライン部と雄スプライン部とを固定させる作業の作業性が低下する虞がある。

そこで、本実施形態では、ハブ３２の雌スプライン部３３と回転軸３５の雄スプライン部３６とを回転中心軸線Ｏ−Ｏに対してねじれたはす歯状に形成している。この場合、雌スプライン部３３の雌スプライン歯３３Ａと雄スプライン部３６の雄スプライン歯３６Ａとは、回転力の伝達時にハブ３２が回転軸３５に押込まれる方向に力が発生するようにねじれている。これにより、ハブ３２の雌スプライン部３３と回転軸３５の雄スプライン部３６とは、雌スプライン歯３３Ａと雄スプライン歯３６Ａとの歯面同士を密着させた状態で固定させることができるので、各スプライン歯面にかかる面圧の偏りを抑制することができる。

次に、ハブ３２を回転軸３５にスプライン結合させて固定する場合について説明する。

まず、エンジン９とハブ３２とを接続させる前に、ハブ３２の雌スプライン部３３と回転軸３５の雄スプライン部３６とを噛合わせながらハブ３２を回転軸３５に挿入して、雌スプライン部３３と雄スプライン部３６とをスプライン結合させる。

この状態で、例えば油圧ポンプ１５の性能試験を行うときに、ハブ３２をエンジン９の仕様最大トルクよりも大きいトルク（例えば、１０％増加）で回転させる。その結果、ハブ３２は、回転軸３５に向けて圧入されるので、ハブ３２のテーパ面３４Ａと回転軸３５のテーパ面３７Ａとが圧入状態で接触する。

この場合、油圧ショベル１の作業時にエンジン９が最大トルクを発生させるように回転したとしても、ハブ３２が回転軸３５に向けてこれ以上圧入されることがない。また、エンジン９の回転方向は、一方向回転であるので、油圧ショベル１の作業中にはハブ３２が回転軸３５から抜けるような力は作用しない。従って、ハブ３２をエンジン９の仕様最大トルクよりも大きいトルクで回転させることで、回転軸３５に対して位置決め固定を行うことができる。

かくして、第１実施形態によるスプライン接続装置３１は、内周側に雌スプライン部３３が設けられ、一方向に回転する円筒状のハブ３２と、外周側に前記雌スプライン部３３とスプライン結合される雄スプライン部３６が設けられ、前記ハブ３２と一緒に一方向に回転する回転軸３５とを備えている。

そして、前記雌スプライン部３３は、回転中心軸線Ｏ−Ｏに対してねじれたはす歯状の雌スプライン歯３３Ａにより構成されており、前記雄スプライン部３６は、回転中心軸線Ｏ−Ｏに対してねじれたはす歯状の雄スプライン歯３６Ａにより構成されており、前記雌スプライン歯３３Ａおよび前記雄スプライン歯３６Ａは、回転力の伝達時に歯面に加わる荷重の軸方向分力がスプライン結合の噛み合いが増す方向に加わるようにねじれており、前記回転軸３５の外周側で前記雄スプライン部３６から軸方向に外れた位置には、前記ハブ３２の内周側で前記雌スプライン部３３から軸方向に外れた位置に締め代を持って嵌合する雄側圧入嵌合部３７が設けられており、前記ハブ３２の内周側で前記雌スプライン部３３から軸方向に外れた位置には、前記回転軸３５の前記雄側圧入嵌合部３７に締め代を持って嵌合する雌側圧入嵌合部３４が設けられている。

また、前記雌側圧入嵌合部３４および前記雄側圧入嵌合部３７は、前記雌スプライン部３３および前記雄スプライン部３６に近付く程径方向寸法が小さくなる方向に傾斜したテーパ面３４Ａ，３７Ａにより構成されている。また、前記ハブ３２は、建設機械（油圧ショベル１）の駆動源（エンジン９）側に設けられており、前記回転軸３５は、前記駆動源によって駆動される油圧ポンプ１５の回転軸である。

これにより、ハブ３２は、エンジン９の回転により回転軸３５に押込まれる方向にのみ力が作用するので、ハブ３２と回転軸３５とを安定した状態で固定させることができる。また、ハブ３２と回転軸３５とが位置決め固定された状態では、ハブ３２の雌スプライン歯３３Ａと回転軸３５の雄スプライン歯３６Ａとが互いに密着状態で嵌合している。従って、エンジン９および油圧ポンプ１５の振動、衝撃による各スプライン歯３３Ａ，３６Ａの摩耗を抑制させることができ、ハブ３２と回転軸３５との寿命を向上させることができる。

また、ハブ３２と回転軸３５とを固定する場合に、ハブ３２の雌スプライン部３３を変形させていないので、各スプライン歯３３Ａ，３６Ａの面圧の偏りを抑制することができる。即ち、各スプライン歯３３Ａ，３６Ａの面圧を均一にすることができるので、ハブ３２と回転軸３５との寿命を向上させることができる。さらに、ハブ３２には、クランピングねじを挿入するねじ穴を形成していないので、ハブ３２の強度を向上させることができる。

次に、図９は、本発明の第２実施形態を示している。第２実施形態の特徴は、ハブ３２の雌側圧入嵌合部４１と回転軸３５の雄側圧入嵌合部４２とを径方向寸法が一定の円弧状に形成したことにある。なお、第２実施形態では、上述した第１実施形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

雌側圧入嵌合部４１は、ハブ３２の内周側で雌スプライン部３３から軸方向の油圧ポンプ１５側に外れた位置に設けられている。雌側圧入嵌合部４１は、回転軸３５の雄側圧入嵌合部４２に締め代を持って嵌合する。雌側圧入嵌合部４１は、径方向寸法Ｌ３が一定の円周面４１Ａにより構成されている。

雄側圧入嵌合部４２は、回転軸３５の外周側で雄スプライン部３６から軸方向の油圧ポンプ１５側に外れた位置に設けられている。雄側圧入嵌合部４２は、ハブ３２の雌側圧入嵌合部４１に締め代を持って嵌合する。雄側圧入嵌合部４２は、径方向寸法Ｌ４が一定の円周面４２Ａにより構成されている。この円周面４２Ａは、油圧ポンプ１５に接続される円柱軸部３８と同じ径方向寸法となっている。

かくして、第２実施形態によるスプライン接続装置３１は、前記雌側圧入嵌合部４１および前記雄側圧入嵌合部４２は、径方向寸法Ｌ３，Ｌ４が一定の円周面４１Ａ，４２Ａにより構成されている。そして、第２実施形態においても、その基本的作用については、上述した第１実施形態によるものと格別差異はない。また、第２実施形態においても第１実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

次に、図１０は、本発明の第３実施形態を示している。第３実施形態の特徴は、ハブ３２の雌側圧入嵌合部５１と回転軸３５の雄側圧入嵌合部５２に第１の圧入部５１Ａ，５２Ａと第２の圧入部５１Ｂ，５２Ｂとをそれぞれ設けたことにある。なお、第３実施形態では、上述した第１実施形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

雌側圧入嵌合部５１は、ハブ３２の内周側で雌スプライン部３３から軸方向の油圧ポンプ１５側に外れた位置に設けられている。雌側圧入嵌合部５１は、回転軸３５の雄側圧入嵌合部５２に締め代を持って嵌合する。この場合、雌側圧入嵌合部５１は、雌スプライン部３３側に位置する第１の圧入部５１Ａと、第１の圧入部５１Ａからハブ３２の右面３２Ｄに向けて延びる第２の圧入部５１Ｂとにより段付状に形成されている。第１の圧入部５１Ａは、第２の圧入部５１Ｂから雌スプライン部３３側に向けて縮径するテーパ面となっている。一方、第２の圧入部５１Ｂは、ハブ３２の右面３２Ｄから第１の圧入部５１Ａに向けて縮径するテーパ面となっている。

雄側圧入嵌合部５２は、回転軸３５の外周側で雄スプライン部３６から軸方向の油圧ポンプ１５側に外れた位置に設けられている。雄側圧入嵌合部５２は、ハブ３２の雌側圧入嵌合部５１に締め代を持って嵌合する。この場合、雄側圧入嵌合部５２は、雄スプライン部３６側に位置する第１の圧入部５２Ａと、第１の圧入部５２Ａから回転軸３５の円柱軸部３８に向けて延びる第２の圧入部５２Ｂとにより段付状に形成されている。第１の圧入部５２Ａは、第２の圧入部５２Ｂから雄スプライン部３６側に向けて縮径するテーパ面となっている。一方、第２の圧入部５２Ｂは、円柱軸部３８から第１の圧入部５２Ａに向けて縮径するテーパ面となっている。

ハブ３２の雌側圧入嵌合部５１と回転軸３５の雄側圧入嵌合部５２とは、締め代の大きさが異なる２段に形成されている。具体的には、雌側圧入嵌合部５１の第２の圧入部５１Ｂと雄側圧入嵌合部５２の第２の圧入部５２Ｂの締め代は、雌側圧入嵌合部５１の第１の圧入部５１Ａと雄側圧入嵌合部５２の第１の圧入部５２Ａの締め代よりも大きく形成されている。

これにより、ハブ３２の雌側圧入嵌合部５１の第１の圧入部５１Ａと回転軸３５の雄側圧入嵌合部５２の第１の圧入部５２Ａとを圧入状態で接触させて、ハブ３２を回転軸３５に仮止め状態とすることができる。この場合、雌側圧入嵌合部５１の第１の圧入部５１Ａと雄側圧入嵌合部５２の第１の圧入部５２Ａとの締め代は、作業者が手作業でハブ３２にトルクをかけて仮止め状態を行うことができる大きさに設定されている。具体的には、雌側圧入嵌合部５１の第１の圧入部５１Ａと雄側圧入嵌合部５２の第１の圧入部５２Ａとの締め代は、ハブ３２を回転軸３５に仮止めした状態で油圧ポンプ１５を吊り上げたときに、ハブ３２が回転軸３５から抜け落ちない大きさに設定されている。

そして、油圧ポンプ１５の性能試験を行うときに、ハブ３２を作業者が手作業でかけたトルクよりも大きく、またエンジン９の仕様最大トルクよりも大きいトルク（例えば、１０％増加）で回転させる。これにより、ハブ３２は、仮止め状態から回転軸３５に向けて圧入され、ハブ３２の雌側圧入嵌合部５１の第２の圧入部５１Ｂと回転軸３５の雄側圧入嵌合部５２の第２の圧入部５２Ｂとが圧入状態で接触する。

かくして、第３実施形態によるスプライン接続装置３１は、前記雌側圧入嵌合部５１および前記雄側圧入嵌合部５２は、締め代を持って嵌合する第１の圧入部５１Ａ，５２Ａと前記第１の圧入部５１Ａ，５２Ａよりも大きな締め代を持って嵌合する第２の圧入部５１Ｂ，５２Ｂとの２つの圧入部を有している。

そして、第３実施形態においても、その基本的作用については、上述した第１実施形態によるものと格別差異はない。また、第３実施形態においても第１実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。さらに、第３実施形態では、ハブ３２を回転軸３５に固定する前に、ハブ３２を回転軸３５に仮止め状態とすることができるので、ハブ３２と回転軸３５との組付作業の作業性を向上することができる。

なお、上述した第３実施形態では、ハブ３２の第１の圧入部５１Ａと回転軸３５の第１の圧入部５２Ａとによりハブ３２を回転軸３５に対して仮止め状態とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばハブ３２を回転軸３５に対して位置決め固定するときに影響がない程度の粘着力をもつ接着剤等により、ハブ３２を回転軸３５に仮止めしてもよい。このことは、第１，第２実施形態についても同様である。

また、上述した実施形態では、油圧ショベル１の原動機としてエンジン９を用いる構成とし、このエンジン９と油圧ポンプ１５との間（より具体的には、弾性体軸継手１７と油圧ポンプ１５との間）で回転力を伝達するスプライン接続装置３１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば原動機として電動モータ、発電モータ（アシスト発電モータ）等の電動機を用い、これら電動機と油圧ポンプとの間で動力を伝達するスプライン接続装置等、ハブと回転軸との間で一方向に回転する各種の機器のスプライン接続装置として広く適用することができる。

１油圧ショベル（建設機械）
９エンジン（駆動源）
１５油圧ポンプ
３１スプライン接続装置
３２ハブ
３３雌スプライン部
３３Ａ雌スプライン歯
３４，４１，５１雌側圧入嵌合部
３４Ａテーパ面
３５回転軸
３６雄スプライン部
３６Ａ雄スプライン歯
３７，４２，５２雄側圧入嵌合部
３７Ａテーパ面
４１Ａ，４２Ａ円周面
５１Ａ，５２Ａ第１の圧入部
５１Ｂ，５２Ｂ第２の圧入部
Ｏ−Ｏ回転中心軸線

Claims

内周側に雌スプライン部が設けられ、一方向に回転する円筒状のハブと、
外周側に前記雌スプライン部とスプライン結合される雄スプライン部が設けられ、前記ハブと一緒に一方向に回転する回転軸とを備えてなるスプライン接続装置において、
前記雌スプライン部は、回転中心軸線に対してねじれたはす歯状の雌スプライン歯により構成されており、
前記雄スプライン部は、回転中心軸線に対してねじれたはす歯状の雄スプライン歯により構成されており、
前記雌スプライン歯および前記雄スプライン歯は、回転力の伝達時に歯面に加わる荷重の軸方向分力がスプライン結合の噛み合いが増す方向に加わるようにねじれており、
前記回転軸の外周側で前記雄スプライン部から軸方向に外れた位置には、前記ハブの内周側で前記雌スプライン部から軸方向に外れた位置に締め代を持って嵌合する雄側圧入嵌合部が設けられており、
前記ハブの内周側で前記雌スプライン部から軸方向に外れた位置には、前記回転軸の前記雄側圧入嵌合部に締め代を持って嵌合する雌側圧入嵌合部が設けられており、
前記雌側圧入嵌合部および前記雄側圧入嵌合部は、前記雌スプライン部および前記雄スプライン部に近付く程径方向寸法が小さくなる方向に傾斜したテーパ面により構成されていることを特徴とするスプライン接続装置。
請求項１に記載のスプライン接続装置において、
前記雌側圧入嵌合部および前記雄側圧入嵌合部は、径方向寸法が一定の円周面により構成されていることを特徴とするスプライン接続装置。
請求項１に記載のスプライン接続装置において、
前記雌側圧入嵌合部および前記雄側圧入嵌合部は、締め代を持って嵌合する第１の圧入部と前記第１の圧入部よりも大きな締め代を持って嵌合する第２の圧入部との２つの圧入部を有することを特徴とするスプライン接続装置。
請求項１に記載のスプライン接続装置において、
前記ハブは、建設機械の駆動源側に設けられており、
前記回転軸は、前記駆動源によって駆動される油圧ポンプの回転軸であることを特徴とするスプライン接続装置。