November 21, 2025
スプラインシャフトは、シャフトとハブ（またはギア）の間でトルクを伝達し、相対的な軸方向の動きを可能にしたり、正確な角度位置を確保したりするために使用される基本的な機械部品です。基本的には、キー溝とキーを進化させたものであり、ハブの対応する内スプラインとかみ合う複数のインテグラル機械加工されたキー（スプライン）により、大幅に高い強度、優れたアライメント、よりバランスの取れた負荷分散を提供します。スプラインシャフトのさまざまな種類、標準化された寸法、適切な材料を理解することは、自動車、重機、航空宇宙、工作機械などの業界全体で、堅牢で効率的な動力伝達システムを設計するために不可欠です。
スプラインプロファイルの形状は、その耐荷重能力、アライメント特性、およびさまざまな用途への適合性を決定する決定的な特徴です。スプラインシャフトプロファイルの主な種類は次のとおりです。
1. 平行キー溝スプライン（ストレートサイドスプライン）：
これらは最も古く、最も単純なタイプです。スプラインはシャフトの外周に等間隔に配置され、シャフトの軸に平行な直線的な側面を持っています。キーの側面を通してトルクを伝達します。
利点： 製造が容易（多くの場合、フライス加工またはホブ加工による）で、ゲージ測定も比較的簡単です。負荷がかかった状態での軸方向の動きを可能にします。
欠点： 負荷分散が不均一になりやすく、角にストレスが集中します。バックラッシュ（緩み）が発生する可能性があり、正確なセンタリングが必要な非常に高いトルク用途には理想的ではありません。
2. セレーションスプライン：
セレーションは平行キー溝スプラインに似ていますが、通常、より浅く、より細かい歯ピッチを持ち、負荷がかかった状態での軸方向の動きを目的としていません。主に、半永久的なジョイントや、ハブをシャフトに剛性的に固定する必要がある場合に使用されます。多くの場合、多数の歯によって定義されます。
利点： 非常に正確なセンタリング効果と、静的ジョイントに対する優れた剛性を提供します。
3. インボリュートスプライン：
これは最も一般的で堅牢なタイプのスプラインであり、ギア歯に使用されるのと同じプロファイルであるインボリュート曲線を使用しています。インボリュートプロファイルは、はるかに優れた負荷分散を可能にし、自己センタリング作用を提供します。トルクは、インボリュート歯の側面を介して伝達されます。
利点： 良好な応力分布による高い強度と耐久性。優れたセンタリング効果を提供し、ラジアル荷重と振動を最小限に抑えます。製造プロセス（ホブ加工、シェーピング、またはローリング）は、ギア製造との類似性により高度に標準化されています。スライド（軸方向の動き）または固定状態用に製造できます。
欠点： ストレートサイドスプラインよりも製造とゲージ測定が複雑です。
互換性と一貫した性能を確保するために、スプラインシャフトの寸法は、いくつかの主要な国際規格および国内規格によって管理されています。これらの規格は、重要な寸法、許容差、および適合要件を定義しています。
1. ANSI B92.1（米国規格協会）：
これは、インボリュートスプラインの北米における主要な規格です。フラットルートとフィレットルートスプライン（歯の根元の半径）の両方の形状をカバーしています。ピッチ径、圧力角（通常は$30^{circ}$、$37.5^{circ}$、または$45^{circ}$）、および歯の数の関係を指定します。この規格では、許容差に基づいて、4つの異なる適合クラス（クラス1、2、3、および4）も定義されており、密着スライドから圧入まであります。
2. DIN 5480（ドイツ工業規格）：
インボリュートスプラインの主要な欧州規格であるDIN 5480は、非常に包括的であり、世界中で広く使用されており、その詳細な仕様と厳しい許容差が好まれることがよくあります。モジュールシステム（メートルギアと同様）を使用してサイズを定義し、バックラッシュと適合品質に直接影響する側面許容差の定義に特に厳格です。
3. ISO 4156（国際標準化機構）：
この規格は、ストレートサイドスプラインとインボリュートスプラインのさまざまな国内規格を調和させることを目的としており、特にインボリュートスプラインの円筒形適合に焦点を当て、互換性のために世界的に認められた一連の仕様を提供しています。
4. SAE J499（自動車技術会）：
この規格は、平行サイドスプラインに特に焦点を当てており、シンプルさと堅牢性が優先される自動車および重機用途でよく使用される寸法と許容差を定義しています。
これらの規格は、適切なホブまたはシェーパーカッターの選択から、品質管理で使用される合否ゲージの定義まで、製造プロセス全体の青写真を提供します。適合性は、バックラッシュ許容値と、スプラインシャフトがスムーズにスライドする必要があるか、剛性的に固定されたままであるかに関わらず、意図したとおりに動作することを全体的に保証する、主要径と小径の適合によって決定されます。
スプラインシャフトの材料の選択は、強度、硬度、耐摩耗性、および場合によっては耐食性に対する用途の要求によって決定されます。スプラインシャフトはトルク伝達装置であるため、高いねじり応力、曲げ応力、および側面接触圧力にさらされます。
1. 低炭素鋼（例：AISI 1018、8620）：
これらは、シャフトが機械加工後に浸炭（浸炭焼入れ）される場合によく使用されます。浸炭は、タフで衝撃吸収性のコア（低コア硬度）を維持しながら、硬く耐摩耗性の表面（高ケース硬度）を作成します。これは、大量生産の自動車トランスミッションシャフトの標準的な選択肢です。
2. 中炭素鋼（例：AIS 4140、4340）：
これらの鋼は高いコア強度を提供し、全体的な靭性と高い疲労強度を必要とするシャフトに最適です。通常、所望の硬度と延性のバランスを達成するために、焼入れ焼き戻し（熱処理）されます。4140は一般的で汎用性の高い選択肢であり、4340は、その優れた焼入れ性と強度により、非常に高い応力用途に限定されています。
3. ステンレス鋼（例：AISI 300および400シリーズ）：
海洋または食品加工設備など、腐食性環境で使用されます。400シリーズ（416など）は、耐食性と適度な強度の両方が必要な場合によく使用され、硬度を高めるために熱処理できます。
4. 工具鋼（例：D2、H13）：
これらは、シャフト自体にはめったに使用されませんが、極端な耐摩耗性と寸法安定性が最重要視される特殊機械の非常に応力の高いコンポーネント、多くの場合、冷間加工または高温環境で選択される場合があります。
製造シーケンスは非常に重要です。シャフト材料は通常、ほぼ最終的な寸法に機械加工され、スプラインが切断（ホブ加工、シェーピング、またはローリング）され、次にコンポーネントが熱処理されて、最終的な必要な硬度と強度プロファイルが実現されます。精密研削は、熱処理後に、歪みを修正し、最終的で正確な寸法許容差、特に適切なスプライン機能にとって最も重要な寸法であるピッチ径を達成するために行われる場合があります。材料と熱処理の選択は、最終的に動力伝達アセンブリ全体の耐用年数と信頼性を決定します。
