JP2006010048A

JP2006010048A - スプライン継手

Info

Publication number: JP2006010048A
Application number: JP2004191983A
Authority: JP
Inventors: Koji Kitahata; 浩二北畑; Fumiaki Kasahara; 文明笠原; Yoshimasa Shirai; 良昌白井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12
Also published as: KR20070024625A; WO2006001426A1; US20070264077A1; CN1977114A; EP1770297A1; EP1770297A4

Abstract

【課題】被膜のように摩耗したりはく離したりすることなしに、より長期間に亘って安定して、ガタ音を低減することができると共に、摺動抵抗を低減することもできるスプライン継手を提供する。
【解決手段】スプライン継手１の、雄スプライン軸２と雌スプライン軸３との噛み合い部に、緩衝材粒子Ｂを含む潤滑剤組成物を充てんし、この緩衝材粒子Ｂによって、両スプライン軸２、３の噛み合いによる衝撃を干渉して、ガタ音を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸方向に伸縮可能で、かつ軸を中心とする回転方向に動力伝達可能に連結される雄スプライン軸と雌スプライン軸とを備え、例えば自動車のステアリング軸等に使用されるスプライン継手に関するものである。

スプライン継手は、雄スプライン軸の外周と雌スプライン軸の内周とにそれぞれ、両スプライン軸の軸方向への摺動を許容しつつ、回転方向に噛み合わせて動力を伝達するためのスプライン部を形成し、それぞれのスプライン部を互いに噛み合わせて構成される。
かかるスプライン継手においては、両スプライン軸の噛み合い時の衝撃により発生するガタ音を低減したり、摺動抵抗を低減したりするために、両スプライン軸のスプライン部のうち少なくとも一方の、他方への当接面を、例えば摩擦係数の小さい樹脂の被膜や、固体潤滑剤の膜等で被覆することが行われる。

例えば、特許文献１には、雄スプライン軸の外周に形成したスプライン部の表面に、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート等の樹脂の被膜を被覆すること、上記被膜中に、炭酸カルシウム等の充てん材と、固体潤滑剤とを含有させることが記載されている。
特開２００１−３３６５４３号公報（請求項１〜３、第０００５欄〜第００１０欄）

しかし、両スプライン軸は軸方向に摺動することから、スプライン継手を長期間に亘って使用すると、被膜が摩耗して厚みが小さくなったり、部分的にはく離したりすることがあり、その場合にはガタ音が大きくなったり、摺動時に引っかかりを生じたりするおそれがある。そして、例えば自動車のステアリング軸、特に電動パワーステアリング装置のステアリング軸に用いるスプライン軸おいて、自動車の操舵時にガタ音や引っ掛かりが生じると、運転者が違和感を覚えるという問題がある。

本発明の目的は、被膜のように摩耗したりはく離したりすることなしに、より長期間に亘って安定して、ガタ音を低減することができると共に、摺動抵抗を低減することもできるスプライン継手を提供することにある。

本発明のスプライン継手は、軸方向に伸縮可能で、かつ軸を中心とする回転方向に動力伝達可能に連結される雄スプライン軸と雌スプライン軸とを備えるスプライン継手であって、上記雄スプライン軸と雌スプライン軸との噛み合い部に、緩衝材粒子を含む潤滑剤組成物が充てんされることを特徴とするものである。
緩衝材粒子の平均粒径は、雄スプライン軸と雌スプライン軸の噛み合い部に設定されるクリアランスの８０〜１２０％であるのが好ましい。

また、緩衝材粒子としては、熱硬化性ウレタン樹脂の硬化物からなる球状の粒子が好ましい。

本発明によれば、潤滑剤組成物中に含有させた緩衝材粒子が、雄スプライン軸と雌スプライン軸との噛み合い部に介在して、両者の噛み合いによる衝撃を緩衝するため、ガタ音を低減することができる。また、緩衝材粒子は、両スプライン軸を軸方向に摺動させる際にマイクロベアリングのように機能するため、潤滑剤組成物を充てんしていることと相まって、摺動抵抗を低減させることもできる。しかも、緩衝材粒子は、一定量の潤滑剤組成物を、雄スプライン軸と雌スプライン軸との噛み合い部に充てんしておくだけで、ガタ音を低減したり摺動抵抗を低減したりするのに必要な量を、常時、噛み合い部に供給することができる上、潤滑切れが発生しても同じ潤滑剤組成物を補給するだけで、再び、適量を噛み合い部に供給することができるため、一度、摩耗したりはく離したりすれば機能を失う被膜と違って、より長期間に亘って、ガタ音を低減し、かつ摺動抵抗を低減する機能を維持することができる。

したがって、本発明のスプライン継手によれば、上記緩衝材粒子の機能によって、被膜に比べてより長期間に亘って安定して、ガタ音を低減し、かつ摺動抵抗を低減することが可能となる。
緩衝材粒子の平均粒径は、当該緩衝材粒子を雄スプライン軸と雌スプライン軸との噛み合い部にできるだけ均一に充てんして、ガタ音をさらに良好に低減すると共に、摺動抵抗をより良好に低減することを考慮すると、雄スプライン軸と雌スプライン軸の噛み合い部に設定されるクリアランスの８０〜１２０％とするのが好ましい。

また、緩衝材粒子として、熱硬化性ウレタン樹脂の硬化物からなる球状の粒子を用いる場合には、当該硬化物が緩衝材として適度な硬さと柔軟性とを兼ね備えているため、ガタ音をさらに良好に低減することができる。また、上記粒子は球状に形成されるため、潤滑剤組成物の流動性を向上して、摺動抵抗をより良好に低減することもできる。

図１は、本発明の一実施形態にかかるスプライン継手の要部である、雄スプライン軸のスプライン部と雌スプライン軸のスプライン部とを連結して、両者の隙間に潤滑剤組成物を充てんした状態を示す拡大断面図である。また、図２は、上記例のスプライン継手のうち、雄スプライン軸のスプライン部を示す斜視図である。また、図３は、上記雄スプライン軸と連結される雌スプライン軸のスプライン部を一部切り欠いて示す斜視図である。さらに、図４は、上記両スプライン軸のスプライン部を連結した状態を示す断面図である。

上記各図を参照して、この例のスプライン継手１は、それ自体は従来同様に構成される。すなわち、図１、図２および図４を参照して、スプライン継手１は、雄スプライン軸２と雌スプライン軸３とを備えており、このうち雄スプライン軸２の、雌スプライン軸３と連結される端部の外周面には、当該外周面から径方向外方に向けて、多数のキー２１が、雄スプライン軸２の軸方向と平行で、かつ周方向に等間隔に突設されて、雄スプライン部２２が構成されている。

また、図１、図３および図４を参照して、雌スプライン軸３は、雄スプライン軸２と連結される端部３０が、雄スプライン部２２が挿入される筒状に形成されていると共に、筒の内周面には、当該内周面から径方向外方に向けて、上記雄スプライン部２２のキー２１と噛み合わされる多数のキー溝３１が、雌スプライン軸３の軸方向と平行で、かつ周方向に等間隔に凹入されて、雌スプライン部３２が構成されている。

そして、図１および図４を参照して、上記雄スプライン部２２を構成するキー２１を、雌スプライン部３２を構成するキー溝３１に噛み合わせながら、雄スプライン部２２を雌スプライン部３２に挿入することで、両スプライン軸２、３が、軸方向に伸縮可能で、かつ軸を中心とする回転方向に動力伝達可能に連結される。
図１を参照して、雄スプライン部２２のキー２１と、雌スプライン部３２のキー溝３１との噛み合い部には、クリアランスＣが設定されている。詳しくは、キー２１の両側面２１ａと、それと対向するキー溝３１の両側面３１ａとの間、キー２１の頂面２１ｂと、それと対向するキー溝３１の底面３１ｂとの間、および雄スプライン軸２の外周面に相当する、隣り合うキー２１間の底面２１ｃと、それと対向する、隣り合うキー溝３１間の凸条３３の頂面３１ｃとの間にそれぞれ、クリアランスＣが設定されている。そして、上記クリアランスＣによって、雄スプライン部２２と雌スプライン部３２とを連結する際に、両スプライン部２２、３２の間に形成される隙間Ｄに、多数の緩衝材粒子Ｂを含む潤滑剤組成物が充てんされる。

潤滑剤組成物に含まれる緩衝材粒子Ｂは、その平均粒径が、雄スプライン部２２のキー２１と、雌スプライン部３２のキー溝３１との噛み合い部に設定されるクリアランスＣの８０〜１２０％であるのが好ましい。
緩衝材粒子Ｂの平均粒径がクリアランスＣの８０％未満では、全体の粒径が小さすぎるため、当該緩衝材粒子Ｂによる、雄スプライン軸２と雌スプライン軸３との噛み合い部に介在して、両者の噛み合いによる衝撃を緩衝することによってガタ音を低減する効果が十分に得られないおそれがある。また、緩衝材粒子Ｂの平均粒径がクリアランスＣの１２０％を超える場合には、全体の粒径が大きすぎて、隙間Ｄ内に入れない成分の割合が増加することから、必要な量の緩衝材粒子Ｂを隙間Ｄ内に充てんできないことが原因となって、却って、ガタ音を低減する効果が十分に得られないおそれがある。また、このいずれの場合においても、例えば外力が加わる等した際に、両スプライン軸２、３の軸線を一致させた状態を維持することが難しく、軸線にずれを生じやすくなる。そして、軸線がずれたままで摺動されると、キー２１とキー溝３１とがカジリ等を生じて破損するおそれもある。

また、粒径の大きい緩衝材粒子Ｂが隙間Ｄ内に無理に充てんされると、当該緩衝材粒子Ｂは、隙間Ｄを構成するキー２１の外面とキー溝３１の内面との間で押しつぶされた状態となって、両スプライン軸２、３を軸方向に摺動させる際にマイクロベアリングのように機能することができないだけでなく、逆に摺動を妨げる働きをするため、却って摺動抵抗が上昇するおそれもある。

これに対し、平均粒径が前記の範囲内にある緩衝材粒子Ｂは、隙間Ｄ内に、ほぼ均一に充てんされる。しかも、かかる緩衝材粒子Ｂは、上記の範囲を外れる、ガタ音を低減する効果の低い粒径の小さい成分や、逆に、摺動を妨げて摺動抵抗を上昇させるおそれのある粒径の大きい成分を全く含有しないか、あるいはごく少量しか含有しないため、ガタ音をさらに良好に低減すると共に、摺動抵抗をより良好に低減することができる。そして、摺動抵抗が低減されることから、摺動時の引張感を緩和することができる。

さらに、平均粒径が前記の範囲内にある緩衝材粒子Ｂが、隙間Ｄ内にほぼ均一に充てんされた状態では、例えば外力が加わる等しても、両スプライン軸２、３の軸線がずれるのを防止して、軸線が一致した状態を維持することができる。そのため、摺動された際に、キー２１とキー溝３１とがカジリ等を生じて破損するのを防止することもできる。
なお、軸線のずれ等を防止しつつ、ガタ音をより一層、良好に低減することを考慮すると、緩衝材粒子Ｂの平均粒径は、上記の範囲内でも特に、クリアランスＣの９０％以上であるのが好ましく、９５％以上であるのがさらに好ましい。また、ガタ音をより一層、良好に低減すると共に、摺動抵抗をより一層、良好に低減することを考慮すると、緩衝材粒子Ｂの平均粒径は、上記の範囲内でも特に、クリアランスＣの１１０％以下であるのが好ましく、１０５％以下であるのがさらに好ましい。また、緩衝材粒子Ｂの、具体的な平均粒径の範囲については特に限定されないが、クリアランスＣとの間で上記の割合を維持することを考慮すると、５〜２００μｍであるのが好ましく、１０〜５０μｍであるのがさらに好ましい。

緩衝材粒子Ｂの形状は、潤滑剤組成物の流動性を向上して隙間Ｄ内に充てんされやすくすることと、隙間Ｄに充てんされた状態で、マイクロベアリングのように機能させて、両スプライン軸２、３の摺動抵抗を低減することとを考慮すると、球状、粒状、円柱状、樽状等であるのが好ましく、特に球状が好ましい。
また、緩衝材粒子Ｂは、弾性率を規定するヤング率が０．１〜１０００ＭＰａであるのが好ましい。ヤング率が０．１ＭＰａ未満では、緩衝材粒子Ｂが軟らかすぎるため、例え隙間Ｄ内に、図１の状態でほぼ均一に充てんされていたとしても、雄スプライン軸２と雌スプライン軸３との噛み合いによる衝撃を緩衝してガタ音を低減する効果が十分に得られないおそれがある。また、外力が加わる等した際に、両スプライン軸２、３の軸線がずれるのを防止して、軸線が一致した状態を維持する効果が十分に得られず、軸線がずれた状態で摺動されて、キー２１とキー溝３１とがカジリ等を生じて破損するおそれもある。一方、ヤング率が１０００ＭＰａを超える場合には、緩衝材粒子Ｂが硬すぎるため、却って、ガタ音を低減する効果が不十分になるおそれがある。

なお、緩衝材粒子Ｂを硬くして、軸線のずれ等を防止しつつ、ガタ音をより一層、良好に低減することを考慮すると、当該緩衝材粒子Ｂのヤング率は、上記の範囲内でも特に、１０ＭＰａ以上であるのが好ましく、２０ＭＰａ以上であるのがさらに好ましい。また、緩衝材粒子Ｂを軟らかくして、ガタ音をより一層、良好に低減することを考慮すると、当該緩衝材粒子Ｂのヤング率は、１００ＭＰａ以下であるのが好ましく、７０ＭＰａ以下であるのがさらに好ましい。

緩衝材粒子Ｂのその他の特性については特に限定されないが、当該緩衝材粒子Ｂを形成する緩衝材の引張強さは１〜５０ＭＰａであるのが好ましい。また、緩衝材の硬さは、ショアーＤ硬さで表して１０以上で、かつロックウェル硬さ（Ｒスケール）で表して１１０以下であるのが好ましい。
緩衝材粒子Ｂとしては、ゴム弾性を有する種々の、ゴムまたは軟質樹脂からなるものがいずれも使用可能である。このうち軟質樹脂としては、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性または熱硬化性のウレタン樹脂等を挙げることができる。また、例えばオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの耐油性の熱可塑性エラストマーを用いることもできる。一方、ゴムとしては、例えばエチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム（Ｕ）等をあげることができる。

中でも、緩衝材粒子Ｂとしては、熱硬化性ウレタン樹脂の硬化物からなる球状の粒子を使用するのが好ましい。かかる緩衝材粒子Ｂは、耐熱性、耐久性等に優れている上、ウレタン樹脂の架橋度等を調整することによってヤング率、引張り強さ、および硬さを任意に設定できるという利点がある。
緩衝材粒子Ｂは、潤滑剤１００重量部に対して２０〜３００重量部の割合で配合するのが好ましい。緩衝材粒子Ｂの配合割合が２０重量部未満では、当該緩衝材粒子Ｂが少なすぎるため、両スプライン軸２、３間の噛み合い部分に介在して衝撃を吸収し、それによってガタ音を低減させる効果が不十分になるおそれがある。また、外力が加わる等した際に、両スプライン軸２、３の軸線がずれるのを防止して、軸線が一致した状態を維持する効果が十分に得られず、軸線がずれた状態で摺動されて、キー２１とキー溝３１とがカジリ等を生じて破損するおそれもある。一方、３００重量部を超える場合には、緩衝材粒子Ｂが多すぎて、潤滑剤組成物の流動性が低下するため、両スプライン軸２、３の摺動抵抗が上昇するおそれがある。

なお緩衝材粒子Ｂの、潤滑剤１００重量部に対する配合割合は、軸線のずれ等を防止しつつ、ガタ音をより一層、良好に低減することを考慮すると、上記の範囲内でも特に、２５重量部以上であるのが好ましい。また、摺動抵抗を低減することを考慮すると、１００重量部以下であるのが好ましい。
上記緩衝材粒子Ｂを分散させる潤滑剤としては、液状の潤滑油と半固体状のグリースのうち、特にグリースが好ましい。また、グリースとしては、緩衝材粒子Ｂを添加した潤滑剤組成物としてのちょう度が、ＮＬＧＩ（National Lubricating Grease Institute）番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．０００、特にＮｏ．２〜Ｎｏ．０となるものを用いるのが好ましい。

この範囲よりちょう度が大きい潤滑剤組成物は流動性が低下するため、両スプライン軸２、３の摺動抵抗が上昇するおそれがある。また、上記の範囲よりちょう度が小さい潤滑剤組成物は、両スプライン軸２、３を摺動させた際に、噛み合い部から押し出されやすく、それに伴って緩衝材粒子Ｂも、噛み合い部から早期に押し出されてしまうため、当該緩衝材粒子Ｂによる、軸線のずれ等を防止しつつ、ガタ音を低減する効果が早期に失われてしまうおそれがある。その場合は、先に述べたように同じ潤滑剤組成物を噛み合い部に補給すればよいのであるが、できるだけ補給の手間を省いて、１回の充てんで長期に亘って良好な効果を得ることを考慮すると、潤滑剤組成物のちょう度は上記の範囲内であるのが好ましい。

グリースは、従来同様に潤滑基油に、増ちょう剤を添加して形成される。潤滑基油としては合成炭化水素油（例えばポリαオレフィン油）が好ましいが、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や鉱油などを用いることもできる。潤滑基油はそれぞれ単独で使用できる他、２種以上を併用しても良い。潤滑基油の動粘度は５〜２００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）、特に２０〜１００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であるのが好ましい。また、増ちょう剤としては、従来公知の種々の増ちょう剤（石けん系、非石けん系）が使用できる。

さらにグリースには、必要に応じて固体潤滑剤（二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥ等）、リン系や硫黄系の極圧添加剤、トリブチルフェノール、メチルフェノール等の酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、油性剤などを添加してもよい。

本発明の一実施形態にかかるスプライン継手の要部である、雄スプライン軸のスプライン部と雌スプライン軸のスプライン部とを連結して、両者の隙間に潤滑剤組成物を充てんした状態を示す拡大断面図である。上記例のスプライン継手のうち、雄スプライン軸のスプライン部を示す斜視図である。上記雄スプライン軸と連結される雌スプライン軸のスプライン部を一部切り欠いて示す斜視図である。上記両スプライン軸のスプライン部を連結した状態を示す断面図である。

符号の説明

１スプライン継手
２雄スプライン軸
３雌スプライン軸
Ｂ緩衝材粒子
Ｃクリアランス

Claims

軸方向に伸縮可能で、かつ軸を中心とする回転方向に動力伝達可能に連結される雄スプライン軸と雌スプライン軸とを備えるスプライン継手であって、上記雄スプライン軸と雌スプライン軸との噛み合い部に、緩衝材粒子を含む潤滑剤組成物が充てんされることを特徴とするスプライン継手。
緩衝材粒子の平均粒径が、雄スプライン軸と雌スプライン軸の噛み合い部に設定されるクリアランスの８０〜１２０％である請求項１記載のスプライン継手。
緩衝材粒子が、熱硬化性ウレタン樹脂の硬化物からなる球状の粒子である請求項１記載のスプライン継手。