スプライン嵌合構造
【課題】嵌入後に被嵌入部材から突出する軸部材の先端の長さを抑制しつつ、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業を容易とすること。
【解決手段】スプライン嵌合構造Ｓは、外周面に雄スプライン６が設けられたシャフト２と、内周面に雄スプライン６が嵌合可能な雌スプライン７が設けられた等速自在継手の内側継手部材４とを備える。シャフト２の雄スプライン６の嵌入開始端に第１面取り部１０が設けられ、内側継手部材４の雌スプライン７の被嵌入開始端に第２面取り部１１が設けられている。第１面取り部１０の面取り角度θ１を、第２面取り部１１の面取り角度θ２より１０°以上小さくした。また、第１面取り部１０の面取り角度θ１を１５〜２５°とすると共に、第２面取り部１１の面取り角度θ２を２５〜６０°とした。
【解決手段】スプライン嵌合構造Ｓは、外周面に雄スプライン６が設けられたシャフト２と、内周面に雄スプライン６が嵌合可能な雌スプライン７が設けられた等速自在継手の内側継手部材４とを備える。シャフト２の雄スプライン６の嵌入開始端に第１面取り部１０が設けられ、内側継手部材４の雌スプライン７の被嵌入開始端に第２面取り部１１が設けられている。第１面取り部１０の面取り角度θ１を、第２面取り部１１の面取り角度θ２より１０°以上小さくした。また、第１面取り部１０の面取り角度θ１を１５〜２５°とすると共に、第２面取り部１１の面取り角度θ２を２５〜６０°とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の動力伝達系で使用される等速自在継手の内側継手部材とシャフトのスプライン嵌合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達系において、駆動側と従動側の二軸間の角度変位を許容しながらトルク伝達を行うため、等速自在継手が広く使用されている。
【０００３】
等速自在継手は、外側継手部材と、この外側継手部材の内方に位置する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の間でトルクを伝達するトルク伝達部材とを主要な構成要素とする。
【０００４】
等速自在継手の外側継手部材には、上記の駆動側と従動側の二軸の一方が連結され、内側継手部材は、二軸の他方が連結される。
【０００５】
内側継手部材への軸の連結は、内側継手部材の軸孔の内周面に形成された雌スプラインに、軸の先端部の外周面に形成された雄スプラインを嵌合させることによって行なわれる。この連結作業の際の心合せを容易にするために、軸の雄スプラインの嵌入開始端と、内側継手部材の雌スプラインの被嵌入開始端とに面取りが設けられている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
これらの面取りによって雌スプラインと雄スプラインの心合せが容易となり、スプライン歯面同士が嵌合され易くなっているが、その効果は十分とは言えず、実際の連結作業では、雄スプラインと雌スプラインの歯面合せに手間取ることが多かった。
【０００７】
このような事態に対し、雄スプラインと雌スプラインの嵌合を容易とする方法として、例えば特許文献２では、軸部材の先端に、雄スプラインの面取り部から更に軸方向に沿って嵌入開始側に突出する突出軸部を設ける手法が開示されている。この手法では、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入時に、先行して突出軸部が雌スプラインに挿入されることによって、突出軸部に雄スプラインが案内される。これにより、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業が容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１８５８７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８１４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２の手法を等速自在継手の内側継手部材へ嵌入するシャフトに適用した場合には、突出軸部が、雄スプラインの嵌入開始端から突出しているために、内側継手部材等の嵌合後に、内側継手部材からシャフトの先端が、突出軸部の分突出する。そして、上述した突出軸部の雄スプラインの案内効果は、突出軸部の軸方向長さが増加するに伴い、増大する。従って、案内効果を増大させるために、突出軸部の軸方向長さを増加させる場合、内側継手部材から突出したシャフト先端の周囲に、スペースを広く取る必要があり、外側継手部材の内部空間の底を深くしなければならない。このため、外側継手部材、ひいては等速自在継手全体の体積および重量が増加する。これは、等速自在継手のコンパクト化や軽量化という市場の要望に反するものである。
【００１０】
同様の問題は、等速自在継手の内側継手部材の雌スプラインへシャフトの雄スプラインを嵌入させる作業だけでなく、一般に、軸部材の雄スプラインを被嵌入部材の雌スプラインへ嵌入させる作業について想定される。
【００１１】
以上の実情に鑑み、本発明は、嵌入後に被嵌入部材から突出する軸部材の先端の長さを抑制しつつ、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業を容易とすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明に係るスプライン嵌合構造は、外周面に雄スプラインが設けられた軸部材と、内周面に前記雄スプラインが嵌合可能な雌スプラインが設けられた被嵌入部材とを備え、前記軸部材の雄スプラインの嵌入開始端に第１面取り部を設けると共に前記被嵌入部材の雌スプラインの被嵌入開始端に第２面取り部を設けたスプライン嵌合構造において、前記第１面取り部の面取り角度を、前記第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さくし、前記第１面取り部の面取り角度を１５〜２５°とすると共に、前記第２面取り部の面取り角度を２５〜６０°としたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、スプラインには、雄スプラインの凸部や雌スプラインの凹部の横断面形状が、矩形状のものだけでなく、三角形状や台形状のものも含む（以下、同じ）。また、面取り部の面取り角度とは、面取り部の軸方向断面における直線部分が軸方向に対してなす角度である（以下、同じ）。
【００１４】
本構成では、第１面取り部の面取り角度を、第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さくし、第１面取り部の面取り角度を１５〜２５°とすると共に、第２面取り部の面取り角度を２５〜６０°としている。これにより、嵌入開始時に雄スプラインの中心軸が雌スプラインの中心軸に対して僅かに傾いていても、雌スプラインの第２面取り部における内周側角部が、雄スプラインに当接（あるいは対向）する。従って、位相合せをするために、被嵌入部材と軸部材を相対回転させた場合に、被嵌入部材の雌スプラインと軸部材の雄スプラインとの歯面が噛み合い易い。従って、軸部材の雄スプラインを被嵌入部材の雌スプラインへ嵌入する作業を容易とすることができる。
【００１５】
また、従来のスプライン嵌合構造でも、本発明のように面取り角度は規定されていないが、一般的に、第１面取り部や第２面取り部の相当する面取り部が設けられている。従って、本発明のスプライン嵌合構造は、従来のスプライン嵌合構造における面取り部の面取り角度を変更することによって実施することができる。このため、嵌入後に被嵌入部材から突出する軸部材の先端の長さを、従来とほぼ同等とすることが可能であり、また、この軸部材の先端の長さが増大したとしても、その増大量を抑制することができる。
【００１６】
上記構成において、前記第２面取り部における内周側角部、換言すれば雌スプラインの内周側角部をアール状とすることが好ましい。この構成であれば、嵌入開始時に雄スプラインの中心軸が雌スプラインの中心軸に対して僅かに傾いていると、雌スプラインの内周側角部が角ばっている場合と比較して、この内周側角部の周辺部が雄スプラインに当接（あるいは対向）し易くなる。従って、位相合せをするために、被嵌入部材と軸部材を相対回転させた場合に、雌スプラインと雄スプラインとの歯面が更に噛み合い易くなる。このため、軸部材の雄スプラインを被嵌入部材の雌スプラインへ嵌入する作業が更に容易となる。
【００１７】
上記の何れかの構成において、前記被嵌入部材を等速自在継手の内側継手部材とし、前記軸部材を該内側継手部材に嵌入されるシャフトとすることができる。この構成であれば、上述の作用および効果が、等速自在継手の内側継手部材とシャフトのスプライン嵌合において享受できる。
【００１８】
この構成において、前記シャフトの肩部と前記シャフトに外嵌された止め輪とによって、前記シャフトに対する前記内側継手部材の軸方向の変位を規制するようにしてもよい。また、前記等速自在継手を固定式等速自在継手としてもよく、前記等速自在継手を摺動式等速自在継手としてもよい。更に、これらの構成において、前記等速自在継手をドライブシャフト用等速自在継手としても、前記等速自在継手をプロペラシャフト用等速自在継手としてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のような本発明によれば、嵌入後に被嵌入部材から突出する軸部材の先端の長さを抑制しつつ、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業を容易とすることができる。これにより、嵌入作業の作業時間を短縮できるので、生産性を向上することができる。更には、無人設備におけるロボットによる組立でもトラブル無く嵌入作業が可能となるために、人手による作業の工程数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る等速自在継手とシャフトが連結された状態を示す断面図である。
【図２】図１の等速自在継手の内側継手部材とシャフトとが連結されていない状態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る等速自在継手とシャフトが連結された状態を示す断面図である。
【図４】図３の等速自在継手の内側継手部材とシャフトとが連結されていない状態を示す断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る等速自在継手とシャフトが連結された状態を示す断面図である。
【図６】図５の等速自在継手の内側継手部材とシャフトとが連結されていない状態を示す断面図である。
【図７】等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図８】（Ｂ）が図７のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図７のＢ部の拡大図である。
【図９】等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図１０】（Ａ）は図９のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図９のＢ部の拡大図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図１２】（Ａ）は図１１のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図１１のＢ部の拡大図である。
【図１３】本発明の実施形態の変形例に係る等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図１４】（Ａ）は図１３のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図１３のＢ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１，３，５は、本発明の実施形態に係るスプライン嵌合構造Ｓによって連結された等速自在継手１とシャフト２を示す。図１は、等速自在継手１がダブルオフセット型の摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）の場合、図３は、等速自在継手１がツェッパ型の固定式等速自在継手（ＢＪ）の場合、図５は、等速自在継手１がトリポード型の摺動式等速自在継手（ＴＪ）の場合を示す。そして、図２，４，６は、それぞれ、ＤＯＪ，ＢＪ，ＴＪの内側継手部材４とシャフト２の嵌合前の状態を示す。
【００２３】
これらの等速自在継手１は、例えば自動車等の動力伝達系であるドライブシャフトやプロペラシャフトで使用されるものである。等速自在継手１は、外側継手部材３と、外側継手部材３の内方に位置する内側継手部材４と、外側継手部材３と内側継手部材４との間でトルクを伝達するトルク伝達部材５とを主要な構成要素とする。トルク伝達部材５として、ＤＯＪとＢＪではボールが使用され、ＴＪではローラが使用される。本実施形態のスプライン嵌合構造Ｓでは、シャフト２が軸部材で、内側継手部材４が被嵌入部材である。
【００２４】
外側継手部材３には駆動側と従動側の二軸の一方（図示省略）が連結され、内側継手部材４には、この二軸の他方であるシャフト２が連結される。シャフト２の軸端２ａの外周面には、雄スプライン６が形成されている。内側継手部材４は、シャフト２が嵌入される軸孔４ａを有し、軸孔４ａの内周面には、雌スプライン７が形成されている。そして、内側継手部材４の軸孔４ａに、シャフト２の軸端２ａを嵌入させると、雄スプライン６と雌スプライン７が嵌合し、これによって内側継手部材４とシャフト２が連結される。
【００２５】
シャフト２の軸端２ａには、環状溝８が設けられており、この環状溝８に止め輪９が外嵌されている。また、シャフト２における雄スプライン６の近傍の軸方向中央寄りには、肩部２ｂが形成されている。これらの止め輪９と肩部２ｂが内側継手部材４に当接することによって、シャフト２に対する内側継手部材４の軸方向変位が規制される。止め輪９として、ＤＯＪとＴＪではスナップリングが使用され、ＢＪではサークリップが使用される。スナップリングの断面形状は矩形で、サークリップの断面形状は円形である。これに対応して、スナップリングが外嵌する環状溝８の断面形状はコ字状で、サークリップが外嵌する環状溝８の断面形状はＵ字状である。また、ＤＯＪとＢＪでは、環状溝８は雄スプライン６における軸方向中央と軸方向端部（軸端面２ｃの側）の間に設けられているが、ＴＪでは、環状溝８は雄スプライン６に隣接して軸端面２ｃの側に設けられている。
【００２６】
シャフト２の雄スプライン６の嵌入開始端には、第１面取り部１０が設けられている。第１面取り部１０は、ＤＯＪとＢＪでは、雄スプライン６から軸端面２ｃまで形成されたテーパ面で構成されるが、ＴＪでは、雄スプライン６に形成されたテーパ面で構成される。内側継手部材４の雌スプライン７の被嵌入開始端には、第２面取り部１１が設けられている。第２面取り部１１は、雌スプライン７から端面４ｂまで形成されたテーパ面で構成される。
【００２７】
第１面取り部１０の面取り角度θ１は、前記第２面取り部１１の面取り角度θ２より１０°以上小さい。第１面取り部１０の面取り角度θ１は１５〜２５°で、第２面取り部１１の面取り角度θ２は２５〜６０°である。この効果を、図面を参照しながら以下に説明する。
【００２８】
まず、比較として、面取り角度θ１＝面取り角度θ２の場合について、ＤＯＪの内側継手部材４とシャフト２を例にして説明する。この場合には、嵌入開始時に、図７に示すように、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いていると、次のような状態となる。すなわち、図７のＡ部とＢ部共に、図８（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、内側継手部材４の雌スプライン７の第２面取り部１１における内周側端の角部Ｃ２（第２面取り部と雌スプライン７小径部でなす角部）が、シャフト２の一部としか当接（あるいは対向）しない。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させても、内側継手部材４の雌スプライン７とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合う機会が少ない。特に、Ｂ部では、シャフト２の雄スプライン６の歯面でない部分に、内側継手部材４の雌スプライン７における角部Ｃ２の歯面が当接しており、噛み合うことが難しい。このため、面取り角度θ１＝面取り角度θ２のスプライン嵌合構造では、嵌入作業が十分には容易ではない。
【００２９】
次に、面取り角度θ１＞面取り角度θ２の場合について、ＢＪの内側継手部材４とシャフト２を例にして説明する。この場合には、上述のＤＯＪの場合に対して、シャフト２と内側継手部材４との関係が逆となる。すなわち、嵌入開始時に、図９に示すように、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いていると、次のような状態となる。図９のＡ部とＢ部共に、図１０（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、シャフト２の雄スプライン６の第１面取り部１０における外周側端の角部Ｃ１（第１面取り部と雄スプライン６大径部でなす角部）が、内側継手部材４の一部としか当接（あるいは対向）しない。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させても、内側継手部材４の雌スプライン７とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合う機会が少ない。特に、Ｂ部では、内側継手部材４の雌スプライン７の歯面でない部分に、シャフト２の雄スプライン６の角部Ｃ１における歯面が当接しており、噛み合うことが難しい。このため、面取り角度θ１＞面取り角度θ２のスプライン嵌合構造では、嵌入作業が十分には容易ではない。
【００３０】
これらのスプライン嵌合構造に対して、本発明のスプライン嵌合構造Ｓでは、面取り角度θ１＜面取り角度θ２である。本発明のスプライン嵌合構造Ｓについて、ＤＯＪを例にして説明する。嵌入開始時に、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いた状態を図１１に示す。図１１のＡ部とＢ部共に、図１２（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、内側継手部材４の雌スプライン７の第２面取り部１１における内周側端の角部Ｃ２が、シャフト２の雄スプライン６に当接（あるいは対向）している。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させた場合に、内側継手部材４の雌スプライン７における角部Ｃ２の歯面とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合い易い。このため、上述のスプライン嵌合構造と比較して、本発明のスプライン嵌合構造Ｓでは、嵌入作業が容易となる。
【００３１】
また、等速自在継手とシャフトのスプライン嵌合構造では、本発明のスプライン嵌合構造Ｓのような面取り角度の設定はなされていないが、一般的に、本発明の第１面取り部１０や第２面取り部１１に相当する面取り部が設けられている。そこで、本発明品は、既存の等速自在継手とシャフトの面取り部の面取り角度を変更することによって実施することができる。このため、嵌入後に内側継手部材４から突出するシャフト２の先端の長さを、従来とほぼ同等とすることが可能であり、また、このシャフト２の先端の長さが増大したとしても、その増大量を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態のスプライン嵌合構造Ｓの変形例を、ＤＯＪの場合について、図１３に示す。図１３は、嵌入開始時に、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いていた状態を示す。この変形例では、図１４（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、内側継手部材４の第２面取り部１１の内周側角部Ｃ２、すなわち雌スプライン７の内周側角部Ｃ２がアール状となっている。このように雌スプライン７の内周側角部Ｃ２がアール状であると、雌スプライン７の内周側角部Ｃ２が角ばっている場合と比較して、この内周側角部Ｃ２の周辺部がシャフト２の雄スプラインに当接（あるいは対向）し易くなる。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させた場合に、内側継手部材４の雌スプライン７における内周側角部Ｃ２の周辺部の歯面とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合い易い。従って、この変形例のスプライン嵌合構造Ｓでは、嵌入作業が更に容易となる。
【００３３】
なお、上述のアール状をなす角部Ｃ２の曲率半径としては、例えば１〜３ｍｍ程度とする。曲率半径が１ｍｍ未満では、曲率半径が小さすぎるために、嵌入作業の容易化の効果が十分に発揮できない。一方、曲率半径が大きくなると、歯面の噛み合いのきっかけが次第に難しくなるため、曲率半径は３ｍｍを超えないことが望ましい。
【実施例１】
【００３４】
本発明者らは、本発明に係るスプライン嵌合構造を評価するために、様々な面取り角度の第１面取り部１０と第２面取り部１１を有するスプライン嵌合構造について、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業の容易さを調査した。その調査結果を表１に示す。なお、表１の評価で、符号○は非常に容易、符号△はやや容易、符号×は非容易を意味している。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１において、符号○の領域は、第１面取り部１０の面取り角度が１５〜２５°で、第２面取り部１１の面取り角度が２５〜６０°であることが把握できる。また、この領域では、第１面取り部１０の面取り角度が、第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さいことが理解できる。これらの条件は、本発明のスプライン嵌合構造の構成に合致している。すなわち、この表１の調査結果から、本発明のスプライン嵌合構造の構成によれば、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業が非常に容易であると言うことができる。
【００３７】
上記実施形態では、等速自在継手１として、ツェッパ型の固定式等速自在継手、ダブルオフセット型、トリポード型の摺動式等速自在継手を使用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、アンダーカットフリー型等の固定式等速自在継手を使用してもよく、また、クロスグルーブ型等の摺動式等速自在継手を使用してもよい。
【００３８】
更に、上記実施形態では、自動車の動力伝達系のシャフト２と、等速自在継手１の内側継手部材４を、それぞれ軸部材、被嵌入部材として使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スプライン嵌合が行なわれるものであればよい。例えば、産業機械等の動力伝達系のシャフトと自在継手を、それぞれ軸部材、被嵌入部材としてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 等速自在継手
２ シャフト（軸部材）
２ｂ 肩部
４ 内側継手部材（被嵌入部材）
６ 雄スプライン
７ 雌スプライン
９ 止め輪
１０ 第１面取り部
１１ 第２面取り部
Ｓ スプライン嵌合構造
θ１ 第１面取り部の面取り角度
θ２ 第２面取り部の面取り角度
Ｃ１ 第１面取り部の外周側角部
Ｃ２ 第２面取り部の内周側角部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の動力伝達系で使用される等速自在継手の内側継手部材とシャフトのスプライン嵌合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達系において、駆動側と従動側の二軸間の角度変位を許容しながらトルク伝達を行うため、等速自在継手が広く使用されている。
【０００３】
等速自在継手は、外側継手部材と、この外側継手部材の内方に位置する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の間でトルクを伝達するトルク伝達部材とを主要な構成要素とする。
【０００４】
等速自在継手の外側継手部材には、上記の駆動側と従動側の二軸の一方が連結され、内側継手部材は、二軸の他方が連結される。
【０００５】
内側継手部材への軸の連結は、内側継手部材の軸孔の内周面に形成された雌スプラインに、軸の先端部の外周面に形成された雄スプラインを嵌合させることによって行なわれる。この連結作業の際の心合せを容易にするために、軸の雄スプラインの嵌入開始端と、内側継手部材の雌スプラインの被嵌入開始端とに面取りが設けられている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
これらの面取りによって雌スプラインと雄スプラインの心合せが容易となり、スプライン歯面同士が嵌合され易くなっているが、その効果は十分とは言えず、実際の連結作業では、雄スプラインと雌スプラインの歯面合せに手間取ることが多かった。
【０００７】
このような事態に対し、雄スプラインと雌スプラインの嵌合を容易とする方法として、例えば特許文献２では、軸部材の先端に、雄スプラインの面取り部から更に軸方向に沿って嵌入開始側に突出する突出軸部を設ける手法が開示されている。この手法では、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入時に、先行して突出軸部が雌スプラインに挿入されることによって、突出軸部に雄スプラインが案内される。これにより、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業が容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１８５８７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８１４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２の手法を等速自在継手の内側継手部材へ嵌入するシャフトに適用した場合には、突出軸部が、雄スプラインの嵌入開始端から突出しているために、内側継手部材等の嵌合後に、内側継手部材からシャフトの先端が、突出軸部の分突出する。そして、上述した突出軸部の雄スプラインの案内効果は、突出軸部の軸方向長さが増加するに伴い、増大する。従って、案内効果を増大させるために、突出軸部の軸方向長さを増加させる場合、内側継手部材から突出したシャフト先端の周囲に、スペースを広く取る必要があり、外側継手部材の内部空間の底を深くしなければならない。このため、外側継手部材、ひいては等速自在継手全体の体積および重量が増加する。これは、等速自在継手のコンパクト化や軽量化という市場の要望に反するものである。
【００１０】
同様の問題は、等速自在継手の内側継手部材の雌スプラインへシャフトの雄スプラインを嵌入させる作業だけでなく、一般に、軸部材の雄スプラインを被嵌入部材の雌スプラインへ嵌入させる作業について想定される。
【００１１】
以上の実情に鑑み、本発明は、嵌入後に被嵌入部材から突出する軸部材の先端の長さを抑制しつつ、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業を容易とすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明に係るスプライン嵌合構造は、外周面に雄スプラインが設けられた軸部材と、内周面に前記雄スプラインが嵌合可能な雌スプラインが設けられた被嵌入部材とを備え、前記軸部材の雄スプラインの嵌入開始端に第１面取り部を設けると共に前記被嵌入部材の雌スプラインの被嵌入開始端に第２面取り部を設けたスプライン嵌合構造において、前記第１面取り部の面取り角度を、前記第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さくし、前記第１面取り部の面取り角度を１５〜２５°とすると共に、前記第２面取り部の面取り角度を２５〜６０°としたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、スプラインには、雄スプラインの凸部や雌スプラインの凹部の横断面形状が、矩形状のものだけでなく、三角形状や台形状のものも含む（以下、同じ）。また、面取り部の面取り角度とは、面取り部の軸方向断面における直線部分が軸方向に対してなす角度である（以下、同じ）。
【００１４】
本構成では、第１面取り部の面取り角度を、第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さくし、第１面取り部の面取り角度を１５〜２５°とすると共に、第２面取り部の面取り角度を２５〜６０°としている。これにより、嵌入開始時に雄スプラインの中心軸が雌スプラインの中心軸に対して僅かに傾いていても、雌スプラインの第２面取り部における内周側角部が、雄スプラインに当接（あるいは対向）する。従って、位相合せをするために、被嵌入部材と軸部材を相対回転させた場合に、被嵌入部材の雌スプラインと軸部材の雄スプラインとの歯面が噛み合い易い。従って、軸部材の雄スプラインを被嵌入部材の雌スプラインへ嵌入する作業を容易とすることができる。
【００１５】
また、従来のスプライン嵌合構造でも、本発明のように面取り角度は規定されていないが、一般的に、第１面取り部や第２面取り部の相当する面取り部が設けられている。従って、本発明のスプライン嵌合構造は、従来のスプライン嵌合構造における面取り部の面取り角度を変更することによって実施することができる。このため、嵌入後に被嵌入部材から突出する軸部材の先端の長さを、従来とほぼ同等とすることが可能であり、また、この軸部材の先端の長さが増大したとしても、その増大量を抑制することができる。
【００１６】
上記構成において、前記第２面取り部における内周側角部、換言すれば雌スプラインの内周側角部をアール状とすることが好ましい。この構成であれば、嵌入開始時に雄スプラインの中心軸が雌スプラインの中心軸に対して僅かに傾いていると、雌スプラインの内周側角部が角ばっている場合と比較して、この内周側角部の周辺部が雄スプラインに当接（あるいは対向）し易くなる。従って、位相合せをするために、被嵌入部材と軸部材を相対回転させた場合に、雌スプラインと雄スプラインとの歯面が更に噛み合い易くなる。このため、軸部材の雄スプラインを被嵌入部材の雌スプラインへ嵌入する作業が更に容易となる。
【００１７】
上記の何れかの構成において、前記被嵌入部材を等速自在継手の内側継手部材とし、前記軸部材を該内側継手部材に嵌入されるシャフトとすることができる。この構成であれば、上述の作用および効果が、等速自在継手の内側継手部材とシャフトのスプライン嵌合において享受できる。
【００１８】
この構成において、前記シャフトの肩部と前記シャフトに外嵌された止め輪とによって、前記シャフトに対する前記内側継手部材の軸方向の変位を規制するようにしてもよい。また、前記等速自在継手を固定式等速自在継手としてもよく、前記等速自在継手を摺動式等速自在継手としてもよい。更に、これらの構成において、前記等速自在継手をドライブシャフト用等速自在継手としても、前記等速自在継手をプロペラシャフト用等速自在継手としてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のような本発明によれば、嵌入後に被嵌入部材から突出する軸部材の先端の長さを抑制しつつ、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業を容易とすることができる。これにより、嵌入作業の作業時間を短縮できるので、生産性を向上することができる。更には、無人設備におけるロボットによる組立でもトラブル無く嵌入作業が可能となるために、人手による作業の工程数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る等速自在継手とシャフトが連結された状態を示す断面図である。
【図２】図１の等速自在継手の内側継手部材とシャフトとが連結されていない状態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る等速自在継手とシャフトが連結された状態を示す断面図である。
【図４】図３の等速自在継手の内側継手部材とシャフトとが連結されていない状態を示す断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る等速自在継手とシャフトが連結された状態を示す断面図である。
【図６】図５の等速自在継手の内側継手部材とシャフトとが連結されていない状態を示す断面図である。
【図７】等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図８】（Ｂ）が図７のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図７のＢ部の拡大図である。
【図９】等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図１０】（Ａ）は図９のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図９のＢ部の拡大図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図１２】（Ａ）は図１１のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図１１のＢ部の拡大図である。
【図１３】本発明の実施形態の変形例に係る等速自在継手の内側継手部材へのシャフトの嵌入開始時の状態を示す断面図である。
【図１４】（Ａ）は図１３のＡ部の拡大図、（Ｂ）は図１３のＢ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１，３，５は、本発明の実施形態に係るスプライン嵌合構造Ｓによって連結された等速自在継手１とシャフト２を示す。図１は、等速自在継手１がダブルオフセット型の摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）の場合、図３は、等速自在継手１がツェッパ型の固定式等速自在継手（ＢＪ）の場合、図５は、等速自在継手１がトリポード型の摺動式等速自在継手（ＴＪ）の場合を示す。そして、図２，４，６は、それぞれ、ＤＯＪ，ＢＪ，ＴＪの内側継手部材４とシャフト２の嵌合前の状態を示す。
【００２３】
これらの等速自在継手１は、例えば自動車等の動力伝達系であるドライブシャフトやプロペラシャフトで使用されるものである。等速自在継手１は、外側継手部材３と、外側継手部材３の内方に位置する内側継手部材４と、外側継手部材３と内側継手部材４との間でトルクを伝達するトルク伝達部材５とを主要な構成要素とする。トルク伝達部材５として、ＤＯＪとＢＪではボールが使用され、ＴＪではローラが使用される。本実施形態のスプライン嵌合構造Ｓでは、シャフト２が軸部材で、内側継手部材４が被嵌入部材である。
【００２４】
外側継手部材３には駆動側と従動側の二軸の一方（図示省略）が連結され、内側継手部材４には、この二軸の他方であるシャフト２が連結される。シャフト２の軸端２ａの外周面には、雄スプライン６が形成されている。内側継手部材４は、シャフト２が嵌入される軸孔４ａを有し、軸孔４ａの内周面には、雌スプライン７が形成されている。そして、内側継手部材４の軸孔４ａに、シャフト２の軸端２ａを嵌入させると、雄スプライン６と雌スプライン７が嵌合し、これによって内側継手部材４とシャフト２が連結される。
【００２５】
シャフト２の軸端２ａには、環状溝８が設けられており、この環状溝８に止め輪９が外嵌されている。また、シャフト２における雄スプライン６の近傍の軸方向中央寄りには、肩部２ｂが形成されている。これらの止め輪９と肩部２ｂが内側継手部材４に当接することによって、シャフト２に対する内側継手部材４の軸方向変位が規制される。止め輪９として、ＤＯＪとＴＪではスナップリングが使用され、ＢＪではサークリップが使用される。スナップリングの断面形状は矩形で、サークリップの断面形状は円形である。これに対応して、スナップリングが外嵌する環状溝８の断面形状はコ字状で、サークリップが外嵌する環状溝８の断面形状はＵ字状である。また、ＤＯＪとＢＪでは、環状溝８は雄スプライン６における軸方向中央と軸方向端部（軸端面２ｃの側）の間に設けられているが、ＴＪでは、環状溝８は雄スプライン６に隣接して軸端面２ｃの側に設けられている。
【００２６】
シャフト２の雄スプライン６の嵌入開始端には、第１面取り部１０が設けられている。第１面取り部１０は、ＤＯＪとＢＪでは、雄スプライン６から軸端面２ｃまで形成されたテーパ面で構成されるが、ＴＪでは、雄スプライン６に形成されたテーパ面で構成される。内側継手部材４の雌スプライン７の被嵌入開始端には、第２面取り部１１が設けられている。第２面取り部１１は、雌スプライン７から端面４ｂまで形成されたテーパ面で構成される。
【００２７】
第１面取り部１０の面取り角度θ１は、前記第２面取り部１１の面取り角度θ２より１０°以上小さい。第１面取り部１０の面取り角度θ１は１５〜２５°で、第２面取り部１１の面取り角度θ２は２５〜６０°である。この効果を、図面を参照しながら以下に説明する。
【００２８】
まず、比較として、面取り角度θ１＝面取り角度θ２の場合について、ＤＯＪの内側継手部材４とシャフト２を例にして説明する。この場合には、嵌入開始時に、図７に示すように、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いていると、次のような状態となる。すなわち、図７のＡ部とＢ部共に、図８（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、内側継手部材４の雌スプライン７の第２面取り部１１における内周側端の角部Ｃ２（第２面取り部と雌スプライン７小径部でなす角部）が、シャフト２の一部としか当接（あるいは対向）しない。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させても、内側継手部材４の雌スプライン７とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合う機会が少ない。特に、Ｂ部では、シャフト２の雄スプライン６の歯面でない部分に、内側継手部材４の雌スプライン７における角部Ｃ２の歯面が当接しており、噛み合うことが難しい。このため、面取り角度θ１＝面取り角度θ２のスプライン嵌合構造では、嵌入作業が十分には容易ではない。
【００２９】
次に、面取り角度θ１＞面取り角度θ２の場合について、ＢＪの内側継手部材４とシャフト２を例にして説明する。この場合には、上述のＤＯＪの場合に対して、シャフト２と内側継手部材４との関係が逆となる。すなわち、嵌入開始時に、図９に示すように、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いていると、次のような状態となる。図９のＡ部とＢ部共に、図１０（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、シャフト２の雄スプライン６の第１面取り部１０における外周側端の角部Ｃ１（第１面取り部と雄スプライン６大径部でなす角部）が、内側継手部材４の一部としか当接（あるいは対向）しない。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させても、内側継手部材４の雌スプライン７とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合う機会が少ない。特に、Ｂ部では、内側継手部材４の雌スプライン７の歯面でない部分に、シャフト２の雄スプライン６の角部Ｃ１における歯面が当接しており、噛み合うことが難しい。このため、面取り角度θ１＞面取り角度θ２のスプライン嵌合構造では、嵌入作業が十分には容易ではない。
【００３０】
これらのスプライン嵌合構造に対して、本発明のスプライン嵌合構造Ｓでは、面取り角度θ１＜面取り角度θ２である。本発明のスプライン嵌合構造Ｓについて、ＤＯＪを例にして説明する。嵌入開始時に、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いた状態を図１１に示す。図１１のＡ部とＢ部共に、図１２（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、内側継手部材４の雌スプライン７の第２面取り部１１における内周側端の角部Ｃ２が、シャフト２の雄スプライン６に当接（あるいは対向）している。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させた場合に、内側継手部材４の雌スプライン７における角部Ｃ２の歯面とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合い易い。このため、上述のスプライン嵌合構造と比較して、本発明のスプライン嵌合構造Ｓでは、嵌入作業が容易となる。
【００３１】
また、等速自在継手とシャフトのスプライン嵌合構造では、本発明のスプライン嵌合構造Ｓのような面取り角度の設定はなされていないが、一般的に、本発明の第１面取り部１０や第２面取り部１１に相当する面取り部が設けられている。そこで、本発明品は、既存の等速自在継手とシャフトの面取り部の面取り角度を変更することによって実施することができる。このため、嵌入後に内側継手部材４から突出するシャフト２の先端の長さを、従来とほぼ同等とすることが可能であり、また、このシャフト２の先端の長さが増大したとしても、その増大量を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態のスプライン嵌合構造Ｓの変形例を、ＤＯＪの場合について、図１３に示す。図１３は、嵌入開始時に、雄スプライン６の中心軸が雌スプライン７の中心軸に対して僅かに傾いていた状態を示す。この変形例では、図１４（Ａ），（Ｂ）に拡大して示すように、内側継手部材４の第２面取り部１１の内周側角部Ｃ２、すなわち雌スプライン７の内周側角部Ｃ２がアール状となっている。このように雌スプライン７の内周側角部Ｃ２がアール状であると、雌スプライン７の内周側角部Ｃ２が角ばっている場合と比較して、この内周側角部Ｃ２の周辺部がシャフト２の雄スプラインに当接（あるいは対向）し易くなる。従って、位相合せをするために、内側継手部材４とシャフト２を相対回転させた場合に、内側継手部材４の雌スプライン７における内周側角部Ｃ２の周辺部の歯面とシャフト２の雄スプライン６との歯面が噛み合い易い。従って、この変形例のスプライン嵌合構造Ｓでは、嵌入作業が更に容易となる。
【００３３】
なお、上述のアール状をなす角部Ｃ２の曲率半径としては、例えば１〜３ｍｍ程度とする。曲率半径が１ｍｍ未満では、曲率半径が小さすぎるために、嵌入作業の容易化の効果が十分に発揮できない。一方、曲率半径が大きくなると、歯面の噛み合いのきっかけが次第に難しくなるため、曲率半径は３ｍｍを超えないことが望ましい。
【実施例１】
【００３４】
本発明者らは、本発明に係るスプライン嵌合構造を評価するために、様々な面取り角度の第１面取り部１０と第２面取り部１１を有するスプライン嵌合構造について、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業の容易さを調査した。その調査結果を表１に示す。なお、表１の評価で、符号○は非常に容易、符号△はやや容易、符号×は非容易を意味している。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１において、符号○の領域は、第１面取り部１０の面取り角度が１５〜２５°で、第２面取り部１１の面取り角度が２５〜６０°であることが把握できる。また、この領域では、第１面取り部１０の面取り角度が、第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さいことが理解できる。これらの条件は、本発明のスプライン嵌合構造の構成に合致している。すなわち、この表１の調査結果から、本発明のスプライン嵌合構造の構成によれば、雄スプラインの雌スプラインへの嵌入作業が非常に容易であると言うことができる。
【００３７】
上記実施形態では、等速自在継手１として、ツェッパ型の固定式等速自在継手、ダブルオフセット型、トリポード型の摺動式等速自在継手を使用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、アンダーカットフリー型等の固定式等速自在継手を使用してもよく、また、クロスグルーブ型等の摺動式等速自在継手を使用してもよい。
【００３８】
更に、上記実施形態では、自動車の動力伝達系のシャフト２と、等速自在継手１の内側継手部材４を、それぞれ軸部材、被嵌入部材として使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スプライン嵌合が行なわれるものであればよい。例えば、産業機械等の動力伝達系のシャフトと自在継手を、それぞれ軸部材、被嵌入部材としてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 等速自在継手
２ シャフト（軸部材）
２ｂ 肩部
４ 内側継手部材（被嵌入部材）
６ 雄スプライン
７ 雌スプライン
９ 止め輪
１０ 第１面取り部
１１ 第２面取り部
Ｓ スプライン嵌合構造
θ１ 第１面取り部の面取り角度
θ２ 第２面取り部の面取り角度
Ｃ１ 第１面取り部の外周側角部
Ｃ２ 第２面取り部の内周側角部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に雄スプラインが設けられた軸部材と、内周面に前記雄スプラインが嵌合可能な雌スプラインが設けられた被嵌入部材とを備え、前記軸部材の雄スプラインの嵌入開始端に第１面取り部を設けると共に前記被嵌入部材の雌スプラインの被嵌入開始端に第２面取り部を設けたスプライン嵌合構造において、
前記第１面取り部の面取り角度を、前記第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さくし、
前記第１面取り部の面取り角度を１５〜２５°とすると共に、前記第２面取り部の面取り角度を２５〜６０°としたことを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項２】
前記第２面取り部における内周側角部をアール状とした請求項１に記載のスプライン嵌合構造。
【請求項３】
前記被嵌入部材を等速自在継手の内側継手部材とし、前記軸部材を該内側継手部材に嵌入されるシャフトとした請求項１又は２に記載のスプライン嵌合構造を有する等速自在継手。
【請求項４】
前記シャフトの肩部と前記シャフトに外嵌された止め輪とによって、前記シャフトに対する前記内側継手部材の軸方向の変位を規制する請求項３に記載のスプライン嵌合構造を有する等速自在継手。
【請求項５】
前記等速自在継手を固定式等速自在継手とした請求項３に記載の等速自在継手。
【請求項６】
前記等速自在継手を摺動式等速自在継手とした請求項３に記載の等速自在継手。
【請求項１】
外周面に雄スプラインが設けられた軸部材と、内周面に前記雄スプラインが嵌合可能な雌スプラインが設けられた被嵌入部材とを備え、前記軸部材の雄スプラインの嵌入開始端に第１面取り部を設けると共に前記被嵌入部材の雌スプラインの被嵌入開始端に第２面取り部を設けたスプライン嵌合構造において、
前記第１面取り部の面取り角度を、前記第２面取り部の面取り角度より１０°以上小さくし、
前記第１面取り部の面取り角度を１５〜２５°とすると共に、前記第２面取り部の面取り角度を２５〜６０°としたことを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項２】
前記第２面取り部における内周側角部をアール状とした請求項１に記載のスプライン嵌合構造。
【請求項３】
前記被嵌入部材を等速自在継手の内側継手部材とし、前記軸部材を該内側継手部材に嵌入されるシャフトとした請求項１又は２に記載のスプライン嵌合構造を有する等速自在継手。
【請求項４】
前記シャフトの肩部と前記シャフトに外嵌された止め輪とによって、前記シャフトに対する前記内側継手部材の軸方向の変位を規制する請求項３に記載のスプライン嵌合構造を有する等速自在継手。
【請求項５】
前記等速自在継手を固定式等速自在継手とした請求項３に記載の等速自在継手。
【請求項６】
前記等速自在継手を摺動式等速自在継手とした請求項３に記載の等速自在継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１１３３３１（Ｐ２０１３−１１３３３１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７６７２（Ｐ２０１１−２５７６７２）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
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