キー・スプライン・セレーションの使い分け｜トルク・摺動・軸径で選ぶ

軸とボス（歯車・プーリー・カップリング）を結合してトルクを伝えるとき、キー・スプライン・セレーションの3方式のどれを選ぶかで、加工コスト・組立性・伝達トルク・耐久性が大きく変わります。「とりあえず平行キー」で設計を進めてキー溝が壊れる、スプラインが必要な場面でキーを使って摺動できない——こうした判断ミスを防ぐための選定基準を整理します。

各方式の基本と規格

平行キー（JIS B 1301）

最もシンプルなトルク伝達手段で、軸とボス両方に加工したキー溝にキーを挿入します。規格ではA型（丸端）・B型（平端）・C型（片丸端）の3種類があり、A型はエンドミル加工、B型はスロッティング加工を前提とした形状です。平行キーは軸方向に力を受けないため、抜け止めが必要な場合は止めねじや軸端ナットと組み合わせます。

半月キー（ウッドラフキー）（JIS B 1304）

半円形のキーで、軸に深めの半円溝を切り込む形式です。組立時にキーが溝の中で首振りできるため、テーパー軸との組み合わせで自己調心性を発揮します。工作機械スピンドル・テーパーシャンクホルダーなどに多用されますが、深溝加工により軸の断面積が減るため、大トルク用途には不向きです。

スプライン

軸の外周に複数の歯（通常6〜20枚）を等配した形状で、大トルク伝達と軸方向摺動を両立できます。自動車のドライブシャフト・変速機シフトスリーブ・工作機械の摺動部など、高トルクまたは軸方向移動が必要な箇所が主用途です。加工にはブローチ加工またはホブ盤が必要で、コストは平行キーより高くなります。

セレーション

スプラインより歯数が多く（通常16〜72枚）、歯が細かいため小径軸でも高精度な角度位置決めができます。カムシャフトのスプロケット固定・ステアリングシャフト・サーボモータのカップリングなど、小径かつ位置精度が重要な箇所に使われます。摺動は基本的に想定しない固定用途向けです。

選定マトリクス：3軸で整理する

平行キーの「片当たり」が起きるメカニズム

平行キーは、軸側キー溝とボス側キー溝の両方にキーが接触してトルクを伝えます。しかし、組立時にキー溝の中心線がわずかにずれていると、キーの側面のうち一方にしか荷重がかかりません。これが「片当たり」です。

片当たりが起きると、接触している片側に応力が集中し、キー溝の角部から亀裂が進展します。キー溝の底から軸を横断する方向に割れが入ると軸折損、ボス側のキー溝が広がると歯車やプーリーの交換が必要になります。

スプラインとセレーションの加工・コストの現実

セレーションが活きる場面：角度位置決めの精度が必要なとき

カムシャフトのスプロケット・ステアリングホイール・サーボモータカップリングのように、「何度の位置で固定するか」が重要な箇所ではセレーションの細歯が有効です。例えばセレーション36枚（モジュール0.5）では360°÷36=10°ピッチで位置決めでき、これは平行キーの「1か所しか入らない」に比べて調整の自由度が格段に高くなります。