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スプラインの種類

スプラインには、インボリュート、平行キー、ヘリカル、ボールの4種類があります。それぞれの特性について学びましょう。また、どれを選べば良いか分からない場合は、いつでもお見積もりをご依頼ください。これらのスプラインは、特殊機械の製造、修理作業、その他の用途で一般的に使用されています。CZPT Manufacturing Companyはこれらのシャフトを製造しています。当社は専門メーカーであり、皆様からのご依頼をお待ちしております。

インボリュートスプライン

インボリュートスプラインは、より剛性が高く耐久性に優れた構造で、様々な直径とスプライン数で入手可能です。一般的に、原材料には鋼、炭素鋼、またはチタンが使用されます。炭素繊維などの他の材料も適している場合があります。ただし、チタンは製造が難しいため、一部のメーカーは他の材料を使用してスプラインを製造しています。
シャフトにスプラインを使用すると、動作中に部品が分離するのを防ぎます。これらの特性により、スプラインは機械部品の固定に理想的な選択肢となります。内側に湾曲した溝を持つスプラインは鋭角な角がないため、動作中に破損したり分離したりする可能性が低くなります。これらの特性により、ブレーキ、加速、逆転などの高速動作にも耐えることができます。
雄スプラインは外向きの面を備え、雌スプラインはその中心に挿入されます。雄スプラインの歯の先端は通常、移行部とのクリアランスを確保するために面取りされています。雄スプラインの歯の半径と幅は、通常、雌スプラインのそれらよりも大きくなっています。これらの仕様は、ANSIまたはDINの設計マニュアルに規定されています。
スプラインの実効歯厚は、インボリュート形状誤差とリード誤差によって決まります。また、スプライン歯とキー溝の間隔も実効歯厚に影響を与える可能性があります。スプライン付きシャフトのインボリュートスプラインは、カップリング時にスプライン歯の少なくとも25%が噛み合うように設計されており、これによりスプラインにかかる荷重と摩耗が均一に分散されます。

平行キースプライン

平行スプラインシャフトは、円周上に等間隔の溝が螺旋状に刻まれています。これらの溝は一般的に平行またはインボリュート形状です。スプラインは、固定ジョイントにおける応力集中を最小限に抑え、直線運動と回転運動を可能にします。スプラインは切削加工または冷間圧延加工で製造されます。冷間圧延スプラインは切削加工スプラインよりも強度が高く、高い強度、精度、滑らかな表面が求められる用途でよく使用されます。
平行キー付きスプラインシャフトは、シャフトの軸に平行な溝とキーを備えています。この設計は、耐荷重性が最重要視され、滑らかな動作が求められる用途に最適です。平行キー付きスプラインシャフトは、合金鋼で製造できます。合金鋼は鉄を主成分とする合金で、クロム、ニッケル、モリブデン、銅、その他の合金元素を含む場合があります。
スプラインシャフトは、リニアガイドとして動作する際に、トルクを伝達し、回転を抑制するために使用できます。これらのシャフトは、相手側の溝に嵌合する正方形の断面形状を持ち、トルクと回転を伝達します。また、長さの変更も容易で、航空宇宙分野で広く使用されています。その信頼性と疲労寿命の高さから、多くの用途において優れた選択肢となります。
平行キー付きスプラインシャフトとキー付きシャフトの主な違いは、前者のほうが柔軟性が高い点です。前者は溝がないため、トルク伝達能力が低下しません。スプラインは歯全体に均等に荷重を分散させるため、シャフトの疲労寿命が長くなります。農業用途では、シャフトの寿命は非常に重要です。例えば、農業機械は長時間にわたって高速で動作することが求められます。

インボリュートらせんスプライン

インボリュートスプラインは、スプラインシャフトの一般的な設計です。最も一般的に使用されているスプラインシャフトの種類であり、歯の間隔が均等です。この設計の歯は、平行スプラインシャフトの歯よりも短いため、応力集中が軽減されます。これらのスプラインは、浮動ギアまたは固定ギアに動力を伝達し、固定ジョイントの応力集中を軽減するために使用できます。インボリュートスプラインは最も一般的なスプラインシャフトの種類であり、自動車、工作機械など、さまざまな用途で広く使用されています。
インボリュートヘリカルスプラインシャフトは、軸方向の動きと回転を伴う用途に最適です。面結合による係合と解除が可能です。この設計により、平行スプラインシャフトよりも大きな直径を実現できます。その結果、非常に効率的なギアボックスが実現します。耐久性に加えて、スプラインはトルクやエネルギー伝達を伴う他の用途にも使用できます。
新しい統計モデルを用いることで、所定の荷重に対して噛み合う歯の数を決定できます。これらのスプラインは、主径部で密着嵌合する構造となっており、軸から雌スプラインへ同心度を伝達します。雄スプラインは、移行部とのクリアランスを確保するために先端が面取りされています。ANSIおよびDINの設計マニュアルでは、嵌合の等級が規定されています。
インボリュートヘリカルスプラインの設計は歯車に似ており、その稜線（歯）は相手部品の対応する溝と嵌合します。これにより、2つの部品の位置合わせを維持しながら、トルクと回転を相手部品に伝達することができます。用途に応じて異なる種類のスプラインが使用され、歯の高さもスプラインによって異なります。

インボリュートボールスプライン

スプラインを使用すると、シャフトとハブがシャフトの全周にわたって均等に噛み合うようになります。歯の間隔が均等であるため、伝達できる荷重は均一で、シャフトの長さに関係なく歯の位置は常に同じです。シャフトがトルク伝達用であれ動力伝達用であれ、スプラインは最適な選択肢です。スプラインは最大の強度を提供し、直線運動と回転運動の両方を可能にします。
スプラインには、ヘリカルスプライン、クラウンスプライン、ボールスプラインの3つの基本タイプがあります。クラウンスプラインは、等間隔の溝が特徴です。クラウンスプラインは、インボリュート形状の側面と平行な側面を備えています。ヘリカルスプラインはインボリュート歯を使用し、小径のシャフトによく使用されます。ボールスプラインは、回転運動を容易にし、固定ジョイントにおける応力集中を最小限に抑えるために、スプライン付きシャフト内部にボールベアリングを備えています。
2種類のスプラインは、ANSI規格の嵌合等級に基づいて分類されます。フィレットルートスプラインは、回転軸に沿って噛み合う歯を備えています。フラットルートスプラインも同様の歯を備えていますが、短期使用における強度を最適化することを目的としています。どちらのタイプのスプラインも、シャフトが適切に位置合わせされ、ずれが生じないようにするために重要です。
ハブの摩擦係数は複雑なプロセスです。ハブが中心からずれている場合、中心は予測可能ではあるものの不規則な動きをします。さらに、シャフトが中心にある場合でも、中心は中心位置とずれ位置の間で振動する可能性があります。これを補償するために、あらゆる回転角度においてシャフトを軸内に維持するのに十分なトルクが必要です。ストレートサイドのスプラインは同様のセンタリングを提供しますが、ミスアライメント荷重係数は低くなります。

キー付きシャフト

スプラインシャフトは、基本的に、トルクを伝達するために噛み合う歯または突起を備えています。スプラインはインボリュート歯車ほど高くないため、均一なトルク伝達を実現します。さらに、トルクと回転方向の変化に対応でき、耐摩耗性も向上します。耐久性に加えて、スプラインシャフトは航空宇宙産業で広く使用されており、信頼性と疲労寿命の向上に貢献します。
キー付きシャフトは、さまざまな材質、長さ、直径で入手可能です。高出力駆動用途で使用すると、より高いトルクと回転速度が得られます。発生するトルクが大きいため、ギアボックスへの動力伝達が容易になります。ただし、耐久性はスプライン付きシャフトほど高くないため、これらの用途では通常スプライン付きシャフトが好まれます。また、キー付きシャフトは高価ですが、トルク伝達に関しては同等の効果を発揮します。
平行キー付きシャフトは、個別のプロファイルとリッジを備えており、精度と精密さが求められる用途に使用されます。転造スプライン付きキー付きシャフトは、切削スプラインよりも強度が高く、精度が不可欠な用途に使用されます。これらのスプラインは表面が滑らかであるため、精密用途に適しています。また、ギアやその他の機械システムなど、正確なトルク伝達が必要な用途にも適しています。
炭素鋼は、スプラインシャフトに使用されるもう一つの材料です。炭素鋼は展延性に優れ、炭素含有量が少ないため、安定した動作を実現します。しかし、より耐久性の高いものを求めるなら、鉄鋼を検討してみてください。鉄鋼には、ニッケル、クロム、モリブデンなどの金属が含まれています。また、炭素鋼だけが検討すべき材料ではないことを覚えておくことが重要です。

編集者：CX 2023-05-17