1.スプラインの種類

スプラインは、外歯が切られた円筒軸と、内歯が切られた構造物とをかみ合わせることで動力伝達を行う締結要素です。

図1-1 スプラインの結合
図1-1 スプラインの結合

スプラインは、多数の歯面がかみ合うことで動力を伝達することから、ねじ、ピン、キー、メカロックなどの締結よりも負荷伝達能力や調心性に優れます。
また、スプラインの締結は、互いが固定された状態(固定)、軸方向に相対運動可能な状態(滑動)のどちらでも利用できます。

図1-2 スプラインの結合状態
図1-2 スプラインの結合状態

締結用のスプラインには次のような種類があります。

表1-1 スプラインの種類

角形スプライン
JIS B 1601(小径による中心合わせ)
角形スプライン 固定
滑動
角形スプラインは歯面が平行な歯形を持つスプラインです。 もともとは軸にキーを複数取り付けて高トルク伝達化を狙ったことから生まれたものです。 角形スプラインは製造や精度確保の困難さから現在ではあまり使用されることはなく、通常はインボリュートスプラインを用います。

インボリュートスプライン
JIS B 1603(歯面による中心合わせ)
JIS D 2001(廃止)
インボリュートスプライン 固定
滑動
インボリュートスプラインは、インボリュート曲線によって歯形が形成されているものです。 利点として、
  • 製造と精度確保が容易
  • トルク伝達時には自動調心されること
  • 歯元幅が太くなることから動力伝達能力が高いこと
などが挙げられます。

インボリュートセレーション
JIS B 1602(廃止)
インボリュートセレーション 固定
インボリュートセレーションは、圧力角が45°と歯形の曲率が小さいインボリュート曲線によって形成されています。 インボリュートスプラインに対して歯たけが小さいため、細軸や薄肉の軸に対して使いやすいのが特徴です。 ただし、歯面かみあいが小さいので歯面圧に対して注意が必要になります。

三角山セレーション
三角山セレーション 固定
三角山セレーションは、ハンドルやレバーを軸に取り付け、回転方向の遊びを抑えた上で高トルクを伝達するために、軸と穴に三角山の小さな歯を多数切られたものです。 簡単に言えば、インボリュートセレーションの曲線部を直線にしたものです。 通常はインボリュートセレーションを用います。

ボールスプライン
JIS B 1193
ボールスプライン 滑動
ボールスプラインは、軸とスリーブに半月円溝をそれぞれ切り、多数の鋼球を入れることでトルク伝達を行いながら、鋼球の転動によって高い軸方向滑動性を備えたものです。 リニアボールベアリングに用いられ、この選定方法はメーカーのカタログに記載されています。

本サイトでは、上記のうちインボリュートスプラインとインボリュートセレーションについて見ていきます。

2.スプラインの選定

スプラインにはそれぞれ特徴があるので、用途に応じて適切なものを選択する必要があります。 例えば、次のような選定方法が挙げられます。

図2-1 スプラインの選定方法(例)
図2-1 スプラインの選定方法(例)


参考文献

スプラインやセレーションは、ねじや接着と同じように締結の一手段ですが、専門の解説書というのはなかなかありません。 インボリュート外歯車と内歯車を組み合わせて締結に使う、という点から歯車の書籍が参考になります。