JP2008128318A - スラスト軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高度な加工技術を要することなく摺動摩耗の抑制を図ることのできるスラスト軸受構造を提供する。
【解決手段】回転軸５０のスラスト荷重を受ける樹脂製のスラストワッシャ１０と、スラストワッシャ１０が摺動する摺動面６１を有する部材６０と、を備え、スラストワッシャ１０と摺動面６１との間の部分を含む領域には潤滑油Ｏが存在するスラスト軸受構造において、スラストワッシャ１０における摺動面６１に対向する面は、内径側から外径側に向かうにつれて摺動面６１との距離が狭くなるテーパ面１１により構成されており、スラストワッシャ１０は、スラスト荷重が増加するにつれて、テーパ面１１における内径側の端部が摺動面６１に近づいていき、かつ、摺動面６１に対する摺動部分が外径側にずれていくように、撓み変形可能な状態で配置されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、スラストワッシャを備えたスラスト軸受構造に関するものである。

自動車用のオートマチックトランスミッションやＣＶＴなど、回転軸を備えた各種の装置においては、回転軸の摺動抵抗を低減させるために、各種スラスト軸受が用いられている。スラスト軸受で多く利用されているものとしては、金属製のニードルベアリングを挙げることができる。かかるニードルベアリングは、品質的には優れているものの、軸方向の省スペース化には限度があり、また、材料費や製造コストが高いという欠点がある。

そこで、ニードルベアリングの代替品として、材料費が安く、加工性に優れ、かつ軽量化も可能な樹脂製のスラストワッシャが用いられることがある。

しかし、樹脂製のスラストワッシャは、金属製のニードルベアリングに比べて、フリクションや摩耗に対する耐性が劣る。そのため、摺動面に潤滑膜（通常、油膜）を常に確保できるようにすることが重要な設計要素となっている。油膜を確保するために、へリングボーン溝を設けたり、テーパランドを設けたりすることが知られているが、これらは、特に小型の軸受において、高精度の加工技術を要するためコスト的な問題がある。

図１０〜図１２を参照して、従来例に係るテーパランドを設けたスラストワッシャの一例を説明する。図１０は従来例に係るスラストワッシャの平面図である。図１１は従来例に係るスラストワッシャの断面図である。なお、図１１は図１０のＢＢ断面図である。図１２は従来例に係るスラストワッシャのテーパランド部分の断面図である。なお、図１２は図１０のＣＣ断面図である。

この従来例に係るスラストワッシャ１００は、摺動側の面に、複数の溝１０１が設けられている。そして、各溝１０１の開口端縁部分に、傾斜面１０２が形成されている。この傾斜面１０２により、摺動面に対して油を積極的に供給することによって、摺動面に油膜を確保することを可能としている。

しかしながら、特にスラストワッシャ１００が小型の場合、傾斜面１０２は微小となり、傾斜面１０２を精度良く加工するために、高度な加工技術が必要となる。

なお、関連する技術としては、特許文献１及び２に開示されたものがある。
特開平１０−６８４１３号公報 特開２００３−２８７０５５号公報

本発明の目的は、高度な加工技術を要することなく摺動摩耗の抑制を図ることのできるスラスト軸受構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のスラスト軸受構造は、
回転軸のスラスト荷重を受ける樹脂製のスラストワッシャと、
該スラストワッシャが摺動する摺動面を有する部材と、
を備え、
前記スラストワッシャと前記摺動面との間の部分を含む領域には潤滑性を有する流体（例えば潤滑油）が存在するスラスト軸受構造において、
前記スラストワッシャにおける前記摺動面に対向する面は、内径側から外径側に向かうにつれて該摺動面との距離が狭くなる傾斜面（例えば、外径側に向かって拡径するテーパ面）により構成されており、
該スラストワッシャは、前記スラスト荷重が増加するにつれて、前記傾斜面における内径側の端部が前記摺動面に近づいていき、かつ、該摺動面に対する摺動部分が外径側にずれていくように、撓み変形可能な状態で配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、スラストワッシャにおける摺動面に対向する面は、内径側から外径側に向かうにつれて該摺動面との距離が狭くなる傾斜面により構成されている。そのため、スラストワッシャと前記摺動面との間の隙間に、潤滑性を有する流体が入り込み易い。

また、スラストワッシャは、スラスト荷重が増加するに伴って、傾斜面における内径側の端部が摺動面に近づいていき、かつ、摺動面に対する摺動部分が外径側にずれていくように撓む。そのため、スラスト荷重が増加して、スラストワッシャの摺動面に対する圧力が大きくなっても、スラストワッシャにおける前記傾斜面と摺動面との傾斜角度は小さくなっていく。これにより、スラスト荷重が大きいほど、スラストワッシャの摺動面に対する面圧の勾配（傾き）は小さくなり、潤滑性を有する流体は、より一層外径側に供給される。

このように、本発明によれば、スラストワッシャに溝などの特別な加工を施すことを必要とすることなく、摺動部分全体に潤滑性を有する流体を行き渡らせることができる。

以上説明したように、本発明によれば、高度な加工技術を要することなく摺動摩耗の抑制を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造について説明する。

＜スラストワッシャ＞
図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造に用いられるスラストワッシャについて説明する。図１は本発明の実施例１に係るスラストワッシャの平面図である。図２は本発明の実施例１に係るスラストワッシャの断面図である。なお、図２は図１のＡＡ断面図である。

本実施例に係るスラストワッシャ１０は、樹脂材料によって構成されている。図１に示すようにスラストワッシャ１０は、その平面形状が内周及び外周共に円形の環状の部材である。そして、図２から分かるように、スラストワッシャ１０は、図中上部に向かって先細りするテーパ形状をなしており、摺動面となる側の下面がテーパ面１１により構成されている。

＜スラスト軸受構造＞
図３を参照して、本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造について説明する。図３は本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造を示す模式的断面図である。なお、図３においては、スラスト荷重がかかっていない場合の状態を示している。

図示のように、スラストワッシャ１０は、回転軸５０の端面と、回転軸５０の軸心に対して略垂直な平面を有する部材６０との間に配置される。そして、スラストワッシャ１０は、回転軸５０のスラスト荷重を受けながら、回転軸５０と共に回転し、部材６０の上記平面に対して摺動するように構成されている。ここで、部材６０の上記平面は、スラストワッシャ１０が摺動する面であるので、以下、説明の便宜上、この平面を摺動面６１と称する。

そして、スラストワッシャ１０と摺動面６１との間の部分を含む、スラストワッシャ１０の辺りの領域には、潤滑性を有する流体である潤滑油Ｏが充満されている。

＜スラストワッシャの機能＞
図４及び図５を参照して、スラストワッシャ１０の機能について説明する。図４及び図５はいずれも本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造を示す模式的断面図である。ただし、図４においては小さなスラスト荷重Ｐ１がかかっている場合の状態を示し、図５においては大きなスラスト荷重Ｐ２がかかっている場合の状態を示している。

上記のように構成されるスラストワッシャ１０は、回転軸５０と摺動面６１との間に配置された状態において、スラストワッシャ１０における摺動面６１に対向する面（図中下面）は、内径側から外径側に向かうにつれて摺動面６１との距離が狭くなる傾斜面であるテーパ面１１により構成される。また、スラストワッシャ１０は、上記の通り、樹脂材料によって構成されており、弾性を有している。

これにより、回転軸５０によるスラスト荷重が増加するにつれて、スラストワッシャ１０は、テーパ面１１の内径側の端部が摺動面６１に近づいていくように撓む。そして、スラストワッシャ１０は、外径側端部の辺りの部分が摺動面６１に対して摺動するが、撓み変形に伴って、摺動部分は外径側にずれていき、摺動部分の面積も増えていく。また、摺動部付近におけるスラストワッシャ１０のテーパ面１１と摺動面６１との角度は、スラスト荷重が増加するにつれて小さくなっていく。そして、スラスト荷重が所定量を超えると、図５に示すように、スラストワッシャ１０の下面（変形前はテーパ面１１）の略全体が摺動面６１に摺動する状態となる。

また、スラストワッシャ１０の回転に伴って、スラストワッシャ１０と摺動面６１との間の辺りに存在している潤滑油Ｏには、回転軸５０の軸心を中心とするような遠心力が作用する。さらに、スラストワッシャ１０のテーパ面１１と摺動面６１との間の隙間は、スラストワッシャ１０の外径側に向かって徐々に狭くなっているため、スラストワッシャ１０の回転時に、潤滑油Ｏがスラストワッシャ１０の外径側に向かって、上記の隙間に吸い込まれる吸い込み現象も発生する。

＜本実施例に係るスラスト軸受構造の優れた点＞
上記のように、本実施例に係るスラスト軸受構造によれば、スラストワッシャ１０における摺動面６１に対向する面は、内径側から外径側に向かうにつれて摺動面６１との距離が狭くなるテーパ面１１により構成されている。そのため、スラストワッシャ１０と摺動面６１との間の隙間に、潤滑油Ｏが入り込み易い。

しかも、スラストワッシャ１０の回転によって、上記の通り、潤滑油Ｏには遠心力が作用すると共に、潤滑油Ｏがテーパ面１１と摺動面６１との間の隙間に吸い込まれる吸い込み現象が発生する。

このように、スラストワッシャ１０における摺動面６１に対向する面がテーパ面１１により構成されていることに加えて、上記のような遠心力と吸い込み作用が相俟って、スラストワッシャ１０の摺動面６１に対する摺動部分の全体に潤滑油による油膜を常に確保させることが可能となる。

また、一般的には、スラストワッシャの摺動面に対する圧力が大きくなればなるほど、摺動による摩耗が増加してしまうという問題がある。しかしながら、本実施例に係るスラスト軸受構造によれば、スラスト荷重が増加するほど油膜が形成され易くなることで、そのような問題を解消している。

すなわち、上記の通り、本実施例に係るスラストワッシャ１０は、スラスト荷重が増加するに伴って、テーパ面１１における内径側の端部が摺動面６１に近づいていくように撓む。これにより、スラストワッシャ１０の摺動面６１に対する面圧の勾配（傾き）は小さくなり、潤滑油Ｏは、より一層外径側に供給される。

この点について、図６を参照して更に詳しく説明する。図６は本発明の実施例に係るスラストワッシャの摺動面に対する面圧分布を示す図である。図６（ａ）（ｂ）はいずれもスラストワッシャ１０が摺動面６１に対して摺動している部分の面圧分布を示す図であるが、図６（ｂ）の場合の方が、図６（ａ）の場合よりもスラスト荷重が大きな場合を示している。

スラストワッシャ１０における摺動面６１に対向する面は、上記の通りテーパ面１１で構成されているので、このテーパ面１１の外径側の端部が、線接触的に摺動面６１に対して接触する。しかしながら、当然のごとく、物理的には線接触することはなく、摺動部分を拡大して示した図６に示すように、テーパ面１１の外径側の端部付近は、摺動面６１に対して面接触により接触する。

そして、回転軸５０によるスラスト荷重が増加するにつれて、スラストワッシャ１０は撓んでいき、摺動部分が外径側にずれていきながら、摺動部分の面積は増えていく。このとき、当然のごとく、スラストワッシャ１０による摺動面６１に対する圧力は増加する。つまり、図６において、面圧分布を示すグラフ部分の総面積は、（ａ）よりも（ｂ）の方が広くなる。

しかしながら、上記の通り、スラスト荷重が増加するにつれて、スラストワッシャ１０は撓んでいき、摺動部付近におけるスラストワッシャ１０のテーパ面１１と摺動面６１との角度は小さくなっていく。そのため、図６（ａ）と（ｂ）を比べると分かるように、スラスト荷重が大きくなるほど、面圧の勾配（傾き）は小さくなる。

このように、スラスト荷重が大きなほうが、面圧の勾配は小さくなるため、潤滑油Ｏは、より一層外径側に供給され易くなる。従って、スラストワッシャ１０の摺動面６１に対する圧力が大きくなっても、より確実に油膜が形成されるので、スラストワッシャ１０の摺動による摩耗を抑制することができる。

このように本実施例に係るスラスト軸受構造によれば、スラストワッシャ１０に溝などの特別な加工を施すことを必要とすることなく、摺動部分全体に潤滑油Ｏを行き渡らせることができる。これにより摺動面全体に油膜を常時確保することができる。

以上のように、スラストワッシャ１０を加工するにあたり高度な加工技術を必要とすることなく、スラストワッシャ１０の摺動面全体に油膜を常時確保できることから、摺動摩耗の抑制を図ることができる。

＜その他＞
スラスト荷重によるスラストワッシャ１０の撓み変形に伴う面圧分布の変化の仕方は、主として、スラスト荷重とスラストワッシャ１０の剛性率（横弾性係数）とスラストワッシャ１０の形状や大きさ（特に、テーパ面１１のテーパ角度）によって決まる。このうち、スラスト荷重やスラストワッシャ１０の外径および内径に関しては、仕様などにより制限され、自由度が少ない。しかし、スラストワッシャ１０の剛性率はスラストワッシャ１０の厚みにより簡単に調整できるので、スラストワッシャ１０の撓み変形に伴う面圧分布の変化の仕方を調整したい場合（つまり、油膜の厚みを調整したい場合）には、スラストワッシャ１０の厚みを調整すればよい。なお、スラストワッシャ１０に用いる樹脂材料の種類を変更したり、テーパ面１１のテーパ角度を調整したりすることによっても、面圧分布の変化の仕方を調整することが可能である。

（実施例２）
図７には、本発明の実施例２が示されている。本実施例では、スラストワッシャを回転軸に対して回り止めにて固定させた場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。図７は本発明の実施例２に係るスラスト軸受構造を示す模式的断面図である。なお、図７においては、スラスト荷重がかかっていない場合の状態を示している。

上記実施例１で説明した通り、スラストワッシャ１０は、回転軸５０と共に回転し、摺動面６１に対して摺動する。このとき、スラストワッシャ１０は、回転軸５０に対しては摺動しないのが望ましい。

そこで、本実施例においては、スラストワッシャ１０に複数の回り止め２０を設けて、これら複数の回り止め２０を、回転軸５０の端部に固定させている。なお、回り止め２０の形状や個数は適宜設定すればよい。本実施例では、円柱形状の周り止め２０を、円周方向に等間隔に複数配置させている。

以上のように、本実施例によれば、複数の回り止め２０を設けたことにより、スラストワッシャ１０が回転軸５０に対して摺動してしまうことを確実に防止することができ、かつ、回転軸５０の軸心に対して垂直な方向にスライドしてしまうことも防止できる。その他の機能や効果については、上記実施例１の場合と同一であることは言うまでもない。

＜その他＞
図８及び図９は本発明のその他の実施例を示すスラストワッシャの断面図である。上記実施例においては、スラストワッシャ１０における摺動面６１に対向する面の全体がテーパ面１１により構成される場合について説明した。この場合には、スラストワッシャ１０における摺動面６１に対向する面における最も外径側の辺りが摺動する部分となる。しかしながら、摺動する部分を最も外径側にする必要はない。

そこで、例えば、図８に示すスラストワッシャ１０ａや図９に示すスラストワッシャ１０ｂのように、テーパ面１１ａ，１１ｂよりも外径側にＲ面１２ａ，１２ｂを設けるようにしても良い。このように、外径側にＲ面１２ａ，１２ｂを設ければ、エッジの部分が摺動面６１に当たらないので、スラストワッシャ１０ａ，１０ｂ側及び摺動面６１側の双方において、より一層摺動による摩耗を抑制できる効果がある。

なお、図９に示すスラストワッシャ１０ｂのように、テーパ面１１ｂよりも内径側にもＲ面１３ｂを形成しても良いことは言うまでもない。

また、上記実施例においては、スラストワッシャにおける摺動面６１に対向する面がテーパ面によって構成される場合について説明したが、当該対向する面は、内径側から外径側に向かうにつれて摺動面６１との距離が狭くなる傾斜面により構成されていれば、所望の効果を得ることができる。従って、テーパ面に限らず、例えば、ラッパの内面の形状のように湾曲した面により構成しても良い。

なお、上記各実施例におけるスラストワッシャは、回転軸を備えた各種装置に適用することができる。例えば、特開２００２−１２２２０８号公報に開示されているトルクコンバータのステータ部や、特開２００２−３２３１１０号公報に開示されているトルクコンバータカバーにおけるスラスト軸受構造の部分などに適用できる。

図１は本発明の実施例１に係るスラストワッシャの平面図である。 図２は本発明の実施例１に係るスラストワッシャの断面図である。 図３は本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造を示す模式的断面図（スラスト荷重がかかっていない場合）である。 図４は本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造を示す模式的断面図（小さなスラスト荷重Ｐ１がかかっている場合）である。 図５は本発明の実施例１に係るスラスト軸受構造を示す模式的断面図（大きなスラスト荷重Ｐ２がかかっている場合）である。 図６は本発明の実施例に係るスラストワッシャの摺動面に対する面圧分布を示す図である。 図７は本発明の実施例２に係るスラスト軸受構造を示す模式的断面図である。 図８は本発明のその他の実施例を示すスラストワッシャの断面図である。 図９は本発明のその他の実施例を示すスラストワッシャの断面図である。 図１０は従来例に係るスラストワッシャの平面図である。 図１１は従来例に係るスラストワッシャの断面図である。 図１２は従来例に係るスラストワッシャのテーパランド部分の断面図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ スラストワッシャ
１１，１１ａ，１１ｂ テーパ面
１２ａ，１２ｂ，１３ｂ Ｒ面
５０ 回転軸
６０ 部材
６１ 摺動面
Ｏ 潤滑油

Claims (1)

1. 回転軸のスラスト荷重を受ける樹脂製のスラストワッシャと、
   該スラストワッシャが摺動する摺動面を有する部材と、
   を備え、
   前記スラストワッシャと前記摺動面との間の部分を含む領域には潤滑性を有する流体が存在するスラスト軸受構造において、
   前記スラストワッシャにおける前記摺動面に対向する面は、内径側から外径側に向かうにつれて該摺動面との距離が狭くなる傾斜面により構成されており、
   該スラストワッシャは、前記スラスト荷重が増加するにつれて、前記傾斜面における内径側の端部が前記摺動面に近づいていき、かつ、該摺動面に対する摺動部分が外径側にずれていくように、撓み変形可能な状態で配置されていることを特徴とするスラスト軸受構造。

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