JP2009168144A - スプライン構造及びこれを備える駆動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガタの発生を抑制してバランス性能を改善できると共に、温度変化にも対処できるスプライン構造を提案する。
【解決手段】軸方向ＡＸに延在する尾根部４を周方向ＣＤにおいて平行に複数形成してあるスプラインシャフト２と、前記尾根部を受入れて嵌合する谷部が内面に形成してあるスプラインスリーブ３とを含むスプライン構造であって、前記スプラインシャフトの外面と前記スプラインスリーブの内面とが径方向で互いに対向する領域内において、前記外面及び／又は前記内面上に樹脂で形成した突起部６ＰＲが設けてある。スプラインシャフト外面とスプラインスリーブ内面とが対向しており接触の可能性がある領域内に、樹脂で形成した突起部を設けてあるので、ガタの発生を確実に抑制してバランス性能を改善できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スプラインシャフトとスプラインスリーブとをスライド可能に嵌合してあるスプライン構造に関する。

スプライン構造は、車両のプロペラシャフト連結部やトランスミッションとドライブシャフトとの接続部、また車両の操舵装置などに広く採用されている。このようにスプライン構造は、トルク（回転力）を伝達する部分に採用される場合が多いので、ガタの少ない構造でバランス良く回転すること、また、温度に関係なくスプラインシャフトとスプラインスリーブとがスライド（摺動）することなどへの要求がある。

例えば、特許文献１はバランス性能がよく、スライド抵抗が少なくなるように形成したスプライン構造を開示する。このスプライン構造は、スプラインシャフト及びスプラインスリーブにおける大径面または小径面のいずれか一方で互いに摺動自在に接触するようにクリアランスの小さい金属接触面を設け、この金属接触面を除いて樹脂コーティングを施している。この構造により、摺動時におけるスライド抵抗を低減し、かつトルク伝達時にはガタの少ないバランス性能を備えたスプライン構造を実現するとある。
特開平９−１０５４１９号公報

特許文献１で提案している技術は、スプラインシャフトの外面及びスプラインスリーブの内面を高い寸法精度で加工することが前提になる。しかしながら、そのような加工は高い製造コストを要し、またガタ自体を完全に除くことはできない。また、特許文献１ではスプラインスリーブの内面全体に樹脂コーティングを施し、その後に切削加工などで大径部或いは小径部の樹脂コーティングを除去して金属面を露出させて上記の金属接触面としている。このように、一旦、全面に設けた樹脂コーティングを除去するので加工に無駄があって非効率である。また、樹脂コーティングが断続的に存在することになるので、剥がれ易くなるという問題もある。
更には、スプライン構造は車両のプロペラシャフトなどに採用されるが、使用環境によっては温度の変化が大きい。特許文献１によるプライン構造は温度変化によって、上記で指摘した課題が更に顕著となってしまう。

よって、本発明の目的は、ガタの発生を抑制してバランス性能を改善できると共に、温度変化にも対処できるスプライン構造を提案することである。

上記目的のため、本発明に係るスプライン構造は、
軸方向に延在する尾根部を周方向において平行に複数形成してあるスプラインシャフトと、前記尾根部を受入れて嵌合する谷部が内面に形成してあるスプラインスリーブとを含むスプライン構造であって、前記スプラインシャフトの外面と前記スプラインスリーブの内面とが径方向で互いに対向する領域内において、前記外面及び／又は前記内面上に樹脂で形成した突起部が設けてあることにより、特徴付けされるものである。

かかる本発明のスプライン構造によれば、スプラインシャフト外面とスプラインスリーブ内面とが対向しており接触の可能性がある領域内に、樹脂で形成した突起部を設けてあるので、ガタの発生を確実に抑制してバランス性能を改善できると共に、温度変化にも対処できるスプライン構造を提供できる。また、突起部の形状を工夫して、接触面積を小さくすることでスライド抵抗の軽減を図ることもできる。

以下、本発明の一実施形態として好適な実施例を、図を参照して詳細に説明する。
図１は、実施例に係るスプライン構造を適用した駆動力伝達装置としてのプロペラシャフト１を示した図である。プロペラシャフト１は、スプラインシャフト２の一部をスプラインスリーブ３内に収納し、軸方向ＡＸへ摺動可能に嵌合した構造を有している。スプラインシャフト２の外面（外周面）には、軸方向へ延在する尾根部（長い凸部）４が周方向で平行に複数形成してある。一方、スプラインスリーブ３の内面（内周面）には上記尾根部４を受入れて嵌合する谷部５が形成してある。このようにスプラインシャフト２とスプラインスリーブ３とに設けた山谷構造によって、相対的にスライド（摺動）することを許容しながらトルク（回転力）を伝達する構造を実現している。

以下、更に図を参照してスプラインシャフト２及びスプラインスリーブ３によるスプライン構造を説明する。図２は、図1におけるＡ−Ａ矢視図で、スプラインシャフト２の構造の一部を拡大して示す斜視断面図である。スプラインシャフト２の外面２ＦＡには軸方向ＡＸへ延在するように尾根部４が形成されている。この尾根部４は、スプラインスリーブ３の周方向ＣＤにおいて平行に複数形成してある。そして、樹脂６が外面２ＦＡ全体を覆うようにコーティングしてある。このようにスプラインシャフトの外周全体を樹脂コーティングする構造は従来から知られているものであるが、本実施例に係るスプライン構造は次に説明する点で異なっている。

スプラインシャフト２の尾根部４上に、軸方向ＡＸに沿って長く形成した突起物６ＰＲが形成してある。より詳細には、スプラインスリーブ３の内面と径方向ＲＤで互いに対向する尾根部４の頂上面の領域内において、突起部として長い山状に形成した突起物６ＰＲが設けてある。この突起物６ＰＲは樹脂コーティングの一部として形成されている。このような樹脂コーティングに好適な樹脂としては例えばフッ素樹脂などを採用できる。そしてコーティング後に切削加工もしくは金型に装着して樹脂を圧入などの処理や加工法で図示のような構造を形成できる。

図３は、図２で示したスプラインシャフト２がスプラインスリーブ３に嵌合しているときの様子を模式的に示した図である。（ａ）は、周囲温度が低い時にスプラインシャフト２の突起物６ＰＲがスプラインスリーブ３の内面３ＦＡに当接する様子を示している。また、（ｂ）は、周囲温度が高い時にスプラインシャフト２の突起物６ＰＲがスプラインスリーブ３の内面３ＦＡに当接する様子を示している。

突起物６ＰＲは、表面をコーティングする樹脂の一部を利用して形成した構造物であり、その形状や高さ（径方向での長さ）は適宜に調整できる。よって、例えば、プロペラシャフト１の周囲温度が低温であることを想定し、部材が縮んだ状態でも突起物６ＰＲの先端がスプラインスリーブ３の内面３ＦＡに当接（接触）するように設計してある。この様子を図３（ａ）で例示している。これにより、低温時であっても、スプラインシャフト２とスプラインスリーブ３との間に隙間（ガタ）が発生しない構造を実現できる。よって、低温時におけるガタ発生を抑制してバランス性能の良いスプライン構造となる。

一方、プロペラシャフト１の周囲温度が高温となったときには、（ａ）で示す低温時よりも部材が延びた状態（熱膨張した状態）となるので、突起物６ＰＲの先端はスプラインスリーブ３の内面３ＦＡと強く当接することになる。この様子を図３（ｂ）で模式的に示している。突起物６ＰＲが（ａ）の場合よりも広く、また強く当接するので面圧が増加して、幾分か縮んだ状態になる。しかし、上記のように突起物６ＰＲは樹脂コーティングの一部であるので、その弾性率は低い。そのため、突起物６ＰＲとスプラインスリーブ３の内面３ＦＡとの面圧は小さく抑えることができる。これにより、高い温度になったときには、スライド抵抗が過度に増加することを抑制できる。

以上の説明から明らかなように、実施例のスプライン構造では、スプラインシャフト２の外面に形成した樹脂製の突起物６ＰＲがスプラインスリーブ３の内面に適度な面圧もって接触する状態を形成できる。特に、温度変化による影響も抑えて、これを維持できるので両者間でのガタ発生を確実に抑制してバランス性能を改善できる。更に、突起物の接触面は適宜に調整して小さくできるのでスライド抵抗を抑制することもできる。このような優れた構造のスプライン構造を組込んだプロペラシャフトは、エンジントルクを安定的に車輪へ伝達できるので信頼性の高い製品となる。

上記では、樹脂による突起物６ＰＲをスプラインシャフト２の尾根部４の頂部（以下、大径部と称す）に形成した場合を一例として示したが、このような構造に限らない。図４は、突起物６ＰＲの配置例をまとめて示した図である。（ａ）は上記で説明したスプラインシャフト２の大径部に突起物６ＰＲを設けた場合、（ｂ）はスプラインシャフト２の尾根部４の間に形成される谷部（以下、小径部と称す）に突起物６ＰＲを設けた場合である。また、（ｃ）はスプラインシャフト２の大径部に対応する、スプラインスリーブ３の凹部に突起物６ＰＲを設けた場合、（ｄ）はスプラインシャフト２の小径部に対応する、スプラインスリーブ３の凸部に突起物６ＰＲを設けた場合である。なお、上記大径部と小径部は、スプラインシャフト２の外面とスプラインスリーブ３の内面とが径方向で互いに対向する領域となる。

図４で例示した構造のいずれかを採用すればよいが、例えばスプラインシャフト２については（ａ）の構造、スプラインスリーブ３については（ｄ）の構造のように組合せてもよい。また、上記では突起部としては軸方向ＡＸに沿って長く形成した突起物とする場合を例示したが、これに限らず突起物を分散点状に配置してもよい。すなわち、上記で説明している場合のように突起物を、長い山形状とするのではなく、小さい円形山状とし、これを点状に複数配備してもよい。このような構造を採用すると、当接面積を小さくできるのでスライド抵抗の軽減を更に図ることができる。

更に樹脂で形成する突起部を、上記とは異なる形状、配置とする場合の実施例を説明する。図５は、軸方向ＡＸでスプラインシャフト２の両端位置で、周方向ＣＤの全周に亘りリブ状の突起物を配置した構造例を示している。なお、この図５では、図２と同一の部位については同じ符号を付すことで重複する説明を省く。このスプラインシャフト２は、軸方向ＡＸの両端に樹脂コーティングの一部として形成したリブ状の突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２が形成されている。これら突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２も、ここでは図示しないスプラインスリーブ３の内面３ＦＡに当接しながら軸方向ＡＸへスライドする。

図５で示したスプラインシャフト２を採用する場合も、スプラインシャフト２の外面に形成したリブ状の突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２が、スプラインスリーブ３の内面に適度な面圧もって接触する状態を形成、維持できるので温度によらずバランス性能が良く、かつスライド抵抗も小さく抑えることができる。

なお、図５で示す実施例構造は、前述した場合とは異なり、突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２が延在する方向が周方向ＣＤで、スプラインシャフト２の移動方向（軸方向ＡＸ）と垂直である。よって、スプラインシャフト２が、スプラインスリーブ３に対してスライドした場合、上記突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２がこれらの間に存在する潤滑オイル（グリス）を内部に保持するように作用する。すなわち、突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２がシール機能を果たすことになる。よって、従来におけるオイルシールを廃止できるという付加的な効果を得ることもできる。
だだし、径方向でのガタの発生を抑制してバランス性能を向上させたスプライン構造を実現するとい観点からは、突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２を全周に亘って連続形成したリブ状の突起物とすることは必須でない。すなわち、リブが不連続（リブに切欠き部が存在）してもよい。この場合には、シール機能は低下するがスライド抵抗を軽減できるという新たな効果を得ることができる。

図６は、リブ状の突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２の配置例をまとめて示した図である。（ａ）は上記で説明したスプラインシャフト２の軸方向での端部に設けた場合、（ｂ）はスプラインスリーブ３の軸方向での端部に設けた場合である。このように、リブ状の突起物６ＲＢ−１、６ＲＢ−２はスプラインシャフト２、スプラインスリーブ３のいずれに形成してもよい。

以上で説明した実施例のスプライン構造によれば、スプラインシャフト外面とスプラインスリーブ内面とが対向しており接触の可能性がある領域内に、樹脂で形成した突起部を設けてあるので、ガタの発生を確実に抑制してバランス性能を改善できると共に、温度変化にも対処できるスプライン構造を提供できる。また、突起部の形状を工夫して、接触面積を小さくすることでスライド抵抗の軽減を図ることもできる。また、突起部は樹脂コーティングの一部として形成することで、製造コストを増加させずに簡単に形成できる。また、従来の技術のように、樹脂コーティングの一部を剥離するような無駄をしないので、製造コストを抑えて形成したコーティングを確保できる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上記説明では実施例に係るスプライン構造を適用する駆動力伝達装置をプロペラシャフトとしたが、これに限らない。駆動力伝達装置となる車両の操舵装置やトランスミッション、また各種装置のドライブシャフト部に本発明のスプライン構造を同様に適用できる。

前本発明によれば、ガタの発生を抑制してバランス性能を改善できると共に、温度変化にも対処できるスプライン構造を提供できる。

そして、前記スプラインシャフトの外面及びスプラインスリーブの内面の少なくとも一方に樹脂コーティングが施されており、前記突起部は軸方向に沿って長く形成した突起物又は分散点状に形成した突起物であって、前記樹脂コーティングの一部として当該突起部が形成されているスプライン構造としてもよい。

また、前記スプラインシャフトの外面及びスプラインスリーブの内面の少なくとも一方に樹脂コーティングが施されており、前記突起部は軸方向両端位置で全周に設けたリブ状の突起物であって、前記樹脂コーティングの一部として当該突起部が形成されているスプライン構造としてもよい。

実施例に係るスプライン構造を適用したプロペラシャフトについて示している図である。 図1におけるＡ−Ａ矢視図で、スプラインシャフトの構造の一部を拡大して示す斜視断面図である。 図２で示したスプラインシャフトがスプラインスリーブに嵌合しているときの様子を模式的に示した図であり、（ａ）周囲温度が低い時、（ｂ）周囲温度が高い時である。 突起物の配置例をまとめて示した図である。 軸方向でスプラインシャフトの両端位置で、周方向の全周に亘りリブ状の突起物を配置した構造例を示している図である。 リブ状の突起物の配置例をまとめて示した図である。

符号の説明

１ プロペラシャフト（駆動力伝達装置）
２ スプラインシャフト
２ＦＡ スプラインシャフトの外面
３ スプラインスリーブ
３ＦＡ スプラインシャフトの内面
４ 尾根部
５ 谷部
６ 樹脂
６ＰＲ 長く形成した突起物（突起部）
６ＲＢ リブ状の突起物（突起部）
ＡＸ 軸方向
ＣＤ 周方向
ＲＤ 径方向

Claims (4)

1. 軸方向に延在する尾根部を周方向において平行に複数形成してあるスプラインシャフトと、前記尾根部を受入れて嵌合する谷部が内面に形成してあるスプラインスリーブとを含むスプライン構造であって、
   前記スプラインシャフトの外面と前記スプラインスリーブの内面とが径方向で互いに対向する領域内において、前記外面及び／又は前記内面上に樹脂で形成した突起部が設けてある、ことを特徴とするスプライン構造。
2. 前記スプラインシャフトの外面及びスプラインスリーブの内面の少なくとも一方に樹脂コーティングが施されており、前記突起部は軸方向に沿って長く形成した突起物又は分散点状に形成した突起物であって、前記樹脂コーティングの一部として当該突起部が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライン構造。
3. 前記スプラインシャフトの外面及びスプラインスリーブの内面の少なくとも一方に樹脂コーティングが施されており、前記突起部は軸方向両端位置で全周に設けたリブ状の突起物であって、前記樹脂コーティングの一部として当該突起部が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスプライン構造。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のスプライン構造を備えている、ことを特徴とする駆動力伝達装置。

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