JP2017180583A - ワッシャ - Google Patents

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祥宏 ▲濱▼本
祥宏 ▲濱▼本
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Abstract

【課題】摺動する相手部材の回転方向が正逆いずれであっても、配置を反転させる必要がないワッシャを提供する。
【解決手段】ワッシャ1は、環状に形成された板の第1面10aおよび第2面10bでそれぞれ他の部材と摺動するワッシャ本体を有する。第1面10aのランド部11aは、第1面10aに沿った部分であり、テーパ部12aは、ワッシャ1の周方向においてランド部11aの両側から厚みが減少するように傾斜した部分である。テーパ部12aは、ランド部11aよりも−z方向に凹んだ部位である。第2面10bのランド部11bおよびテーパ部12bは、周方向の長さとz軸方向の深さ、およびこれらの周方向における並び方、鏡像関係などがそれぞれ、ランド部11aおよびテーパ部12aと共通である。
【選択図】図3

Description

本発明は、表裏の両面で他の部材と摺動するワッシャに関する。
自動車のエンジンや光ディスクドライブなどで利用されるスラスト荷重を受ける摺動部材には、表裏の両面で他の部材(相手部材)と摺動するものがあり、さらに相手部材が正逆両方に回転し得るものもある。これらの摺動部材において摩擦抵抗を低減することが求められている。
例えば、特許文献1には、回転軸に保持されこの回転軸とともに回転するスラストカラーと、このスラストカラーの回転軸の軸方向における両側に配置され回転軸およびスラストカラーの移動を規制する一対のスラスト軸受と、を有し、スラストカラーのスラスト軸受と対峙する受圧面に、回転軸を垂線とする平面に対して傾斜したテーパ面と、このテーパ面に連なり平面に平行なランド面と、を回転軸の周方向に交互に複数配置したスラスト軸受構造が開示されている。また、特許文献1には、回転軸の回転方向に応じて、スラストカラーを反転させて回転軸に保持させることが記載されている。
特開2013−2466号公報
ところでこのような表裏両面が摺動する摺動部材には潤滑油を用いたワッシャがある。そして、ワッシャにおいても特許文献1のスラストカラーと同様に、摺動面にテーパ部を設けたものもある。テーパ部とは、相手部材との隙間が周方向に沿って狭くなるように、軸を垂線とする平面に対して傾斜している部分である。摺動する他の部材やワッシャ自体の回転に伴って、これらに付着した潤滑油をこの隙間の狭くなる方向に誘導することで、いわゆるくさび効果が生じ、摩擦抵抗が抑制される。
一方、特許文献1に記載された技術は、テーパ部の傾斜によって潤滑油を周方向に沿って狭くなる隙間に誘導し、摺動面におけるくさび効果を生じさせて摩擦抵抗を減らすものであるが、回転方向が変わる場合にスラストカラーを反転させる必要があった。
これに対し本発明は、摺動する相手部材の回転方向が正逆いずれであっても、配置を反転させる必要がないワッシャの技術に関する。
本発明は、環状に形成された板の第1面および第2面でそれぞれ他の部材と摺動するワッシャ本体と、前記第1面に設けられた第1ランド部と、前記第1面において前記第1ランド部の周方向における両側に隣接してそれぞれ設けられ該第1ランド部に対して該周方向において傾斜して該第1ランド部よりも軸方向に窪んだ領域を形成する2つの第1テーパ部と、前記第2面に設けられた第2ランド部と、前記第2面において前記第2ランド部の前記周方向における両側に隣接してそれぞれ設けられ該第2ランド部に対して該周方向において傾斜して該第2ランド部よりも軸方向に窪んだ領域を形成する2つの第2テーパ部と、を有することを特徴とするワッシャを提供する。
本発明において、前記第1ランド部の前記周方向における一方の側に設けられた第1テーパ部は、他方の側に設けられた第1テーパ部と該第1ランド部を介して対称であり、前記第2ランド部の前記周方向における一方の側に設けられた第2テーパ部は、他方の側に設けられた第2テーパ部と該第2ランド部を介して対称であることが望ましい。
本発明において、前記第1面および前記第2面には、外周面から内周面にわたって潤滑油を通す油溝が設けられているとよい。
本発明において、前記ワッシャ本体の内周面に切欠部が設けられているとよい。
本発明によれば、摺動する相手部材の回転方向が正逆いずれであっても、配置を反転させる必要がないワッシャを提供することができる。
本発明の実施形態に係るワッシャ1の一例を示す概要図。 ワッシャ1を第1面10aの側から見た図。 軸Oを中心とした円に沿ってワッシャ1を切断した断面Sを示す図。 変形例におけるワッシャ1を説明するための図。 変形例においてワッシャ1を切断した断面Sを示す図。 表裏両面の構成に位相差がないワッシャ1の一例を示す概要図。 変形例のワッシャ1を第1面10aの側から見た図。 変形例における断面Sを示す図。
1.実施形態
図1は、本発明の実施形態に係るワッシャ1の一例を示す概要図である。ワッシャ1は、環状に形成された平板の部材であるワッシャ本体を有する。ワッシャ本体は表裏に互いに平行な端面を有する。ワッシャ本体の一方の端面を第1面10aと呼び、他方の端面を第2面10bと呼ぶ。ワッシャ1は、これら2つの端面で他の部材(相手部材という)と摺動し、その相手部材のスラスト荷重(軸方向に沿った荷重)を受ける。ワッシャ本体は、環の内側の面である内周面17と、外側の面である外周面18とを有する。なお、ワッシャ本体の材質には、スチールやブロンズ(例えばリン青銅)など様々な金属が好適に用いられる。
図2は、ワッシャ1を第1面10aの側から見た図である。図2において、ワッシャ1が配置される空間をxyz右手系座標空間として表し、座標記号のうち、円の中に点を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表す。空間においてx軸に沿う方向をx軸方向という。また、x軸方向のうち、x成分が増加する方向を+x方向といい、x成分が減少する方向を−x方向という。y、z成分についても、上記の定義に沿ってy軸方向、+y方向、−y方向、z軸方向、+z方向、−z方向を定義する。
図2に示す通り、ワッシャ本体の環の軸Oはz軸方向に沿って配置されている。第1面10aはワッシャ本体の+z方向の側であり、第2面10b(図2において図示せず)はワッシャ本体の−z方向の側である。内周面17は、軸Oから半径r0の距離にある面である。外周面18は、軸Oから半径r3の距離にある面である。
ワッシャ本体の内周面17には、複数の切欠部19が設けられている。図2に示すワッシャ1では、内周面17の6箇所に切欠部19が設けられている。切欠部19のうち最も軸Oから遠い部分は軸Oから距離r1だけ離れている。
第1面10aは、ランド部11a(第1ランド部)と、テーパ部12a(第1テーパ部)と、油溝13aとを有する。ランド部11aは、軸Oに垂直な面、すなわち、第1面10aに沿った部分である。テーパ部12aは、ランド部11aに対して周方向において傾斜している部分である。
図2に示す位相θは、xy平面上において軸Oを中心とした円周上の点の位置を示す値であり、軸Oからその点へ向いたベクトルと、+x方向のベクトルとが成す角度で表される。したがって、位相θは0度のときに+x方向を示し、90度のときに+y方向を示し、180度のときに−x方向を示し、270度のときに−y方向を示す。
ここで、ワッシャ1の断面によりランド部11a、テーパ部12a、および油溝13aのz軸方向の形状を説明する。
図3は、軸Oを中心としてxy平面上に描いた円に沿ってワッシャ1を切断した断面Sを示す図である。ワッシャ1を切断した断面Sはxy平面上において軸Oを中心とする半径r2の円に沿っている。ここで、半径r2の円とは、図1に示すように、軸Oを中心とする放射方向において「切欠部19のうち最も軸Oから遠い部分」と「外周面18」とを結ぶ線分の中間点を通る円である。したがって、半径r2は、以下の式(1)によって算出される。
r2=(r1+r3)/2 …(1)
なお、切欠部19のうち最も軸Oから遠い部分と外周面18との距離は、(r3−r1)であり、上述した円はこの中間点を通るので、この距離の半分を距離r4とすると半径r2は、以下の式(2)によっても表される。
r2=r1+r4 …(2)
半径r0,r2,r3、および距離r1は、ワッシャ1が支える相手部材の大きさなどに応じて決められるが、例えば、r0=24.5mm、r1=26.5mm、r2=29.5mm、r3=32.5mm、r4=3.0mmなどである(この例は図2のワッシャ1の寸法を示すものではない)。
図3には、z軸方向の位置を示す「z」と、位相θを示す「θ」とで構成されるzθ座標でこの断面Sを表した形状が示されている。ランド部11aは、z=0の平面から+z方向に厚みd1を有する。テーパ部12aは、ワッシャ1の周方向においてランド部11aの両側に隣接してそれぞれ設けられている。テーパ部12aは、周方向においてランド部11aの両側から厚みが減少するように傾斜した部分であり、その最も薄い部分はランド部11aを基準として、深さd2の窪みとなっている。つまり、テーパ部12aは、傾斜によりランド部11aよりもz軸方向に窪んだ領域を形成する。なお、深さd2は正の値であり、0mmおよび負の値にはならない。
油溝13aは、内周面17から外周面18にわたって潤滑油を通す溝である。油溝13aは、テーパ部12aの周方向においてランド部11aが隣接する側の反対側の端部に隣接していて、その深さは深さd3である。深さd3は、深さd2よりも深い。
なお、図3において示される位置は相対的であり、実際には厚みd1>深さd3≫深さd2である。例えば、厚みd1=1.0mm(ミリメートル)、深さd3=0.2mm、深さd2=0.025mmである。
また、ランド部11aの周方向における一方の側に設けられたテーパ部12aは、他方の側に設けられたテーパ部12aと、ランド部11aを介して対称である。ここでいう「対称」とは、軸Oに沿ったベクトルと、この軸Oを中心とする一つの放射方向に沿ったベクトルとで表される平面のうち、ランド部11aの周方向における中間点を通る平面を鏡映面としたときに、このランド部11aの両側のテーパ部12aが互いに鏡像となる「鏡像対称」をいう。ワッシャ1と摺動する相手部材の回転方向が正逆いずれもあり得る場合であっても、ランド部11aの周方向における両側に設けられた2つのテーパ部12aがランド部11aを介して互いに鏡像対称であることにより、摺動によって潤滑油が誘導される隙間の形状は同じになる。
テーパ部12aおよび油溝13aは、ランド部11aよりも−z方向に凹んだ部位である。したがって、ランド部11aはテーパ部12aよりも+z方向に突出した部位であり、テーパ部12aよりも第1面10aと摺動する相手部材に近い部位である。油溝13aと、この油溝13aの周方向における両側のテーパ部12aとは、第1凹部Uaに含まれる。
深さd2は、0.04mm以下であることが望ましく、0.01mm程度(例えば0.005mm以上0.015mm未満)であることが最も望ましい。
またこの断面において、ランド部11aは、周方向に沿って角度θ1にわたって存在し、テーパ部12aは、周方向に沿って角度θ2にわたって存在している。そして、この断面において油溝13aは、周方向に沿って角度θ3にわたって存在している。図3に示す例では、角度θ3は角度θ1よりも小さい。
テーパ比とは、ランド部11aと、このランド部11aに隣接する1つのテーパ部12aの周方向に沿った範囲のうち1つのテーパ部12aが占める比率である。テーパ比kは、以下の式(3)で表される。
k=θ2/(θ2+θ1) …(3)
テーパ比は、0.5以上0.9以下であることが望ましく、0.6以上0.8以下であることがより望ましい。最も望ましいテーパ比は、0.7である。
第2面10bにも、ランド部11b、テーパ部12b、および油溝13bが設けられている。ランド部11b、テーパ部12b、および油溝13bは、大きさ、すなわち、周方向の長さとz軸方向の深さ、およびこれらの周方向における並び方、鏡像関係などがそれぞれ、ランド部11a、テーパ部12a、および油溝13aと共通である。
つまり、ワッシャ1の第1面10aには、1つのランド部11a、このランド部11aの両側に隣接した2つのテーパ部12a、およびこれら2つのテーパ部12aのいずれか一方に隣接した1つの油溝13aからなる組が、第1面10aにおいて120度ごとに3つ設けられている。そして、ワッシャ1の第2面10bには、1つのランド部11b、このランド部11bの両側に隣接した2つのテーパ部12b、およびこれら2つのテーパ部12bのいずれか一方に隣接した1つの油溝13bからなる組が、第2面10bにおいて120度ごとに3つ設けられている。
ランド部11aとランド部11bとは周方向において異なる位相で設けられていてもよい。例えば、図3に示すランド部11aは、30度を中心に設けられているが、ランド部11bは、90度を中心に設けられている。したがって、ランド部11aとランド部11bとは周方向において60度の位相差がある。テーパ部12aとテーパ部12b、および油溝13aと油溝13bも同様に、周方向において60度の位相差がある。
なお、テーパ部12bおよび油溝13bは、ランド部11bよりも+z方向に凹んだ部位である。油溝13bと、この油溝13bの周方向における両側のテーパ部12bとは、第2凹部Ubに含まれる。上述した通り、図3に示すランド部11aとランド部11bとは周方向においてそれぞれ異なる位置に設けられているので、第2凹部Ubは、周方向において第1凹部Uaと異なる位置に設けられている。切欠部19は、ワッシャ1の内周面17において、3つの油溝13aおよび3つの油溝13bに相当する合計6箇所にそれぞれ重ねて設けられている。
上述した通り、ワッシャ1の第1面10aには複数のランド部11aの両側にそれぞれ隣接した2つのテーパ部12aが設けられており、第2面10bには複数のランド部11bの両側にそれぞれ隣接した2つのテーパ部12bが設けられているため、ワッシャ1と摺動する相手部材が正逆いずれの方向に回転したとしても、ワッシャ1と相手部材との間に流通する潤滑油が回転方向の下流側のテーパ部12aまたはテーパ部12bに沿ってランド部11aまたはランド部11bに向かう鋭角な隙間に誘導されて「くさび効果」が発生する。
特に、本実施形態では、ランド部11aおよびランド部11bの周方向における両側に設けられた2つのテーパ部12a、テーパ部12bが互いに鏡像対称であって潤滑油が誘導される隙間の形状が同じであるため、「くさび効果」の程度は回転方向に影響されにくい。
2.変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
2−1.変形例1
上述した実施形態において、油溝13aは、テーパ部12aの周方向においてランド部11aが隣接する側の反対側の端部に隣接していたが、テーパ部12aに隣接していなくてもよい。例えば、ワッシャ1は、油溝13aとテーパ部12aとの間にテーパ部12aと異なる部分を有していてもよい。
図4は、この変形例におけるワッシャ1を説明するための図である。図4には、この変形例におけるワッシャ1を+z方向から見た形状が描かれている。図4に示すように、この変形例におけるワッシャ1の第1面10aには、油溝13aとテーパ部12aとの間には、ボトム部14aが設けられている。
図5は、この変形例において、軸Oを中心としてxy平面上に描いた円に沿ってワッシャ1を切断した断面Sを示す図である。ボトム部14aは、テーパ部12aの周方向においてランド部11aが隣接する側の反対側の端部に隣接した面であり、軸Oに垂直な面、すなわち、第1面10aに沿った部分である。図5に示す通り、ボトム部14aのランド部11aを基準とした深さは、テーパ部12aに隣接した部分の深さと同じ「深さd2」である。この構成であっても、テーパ部12aとランド部11aとの成す角は比較的鋭角であり、周方向に沿って傾斜しているため、潤滑油がこの傾斜によって狭くなる方の隙間に誘導されて、くさび効果を奏する。
なお、上述した実施形態において、油溝13aの周方向の大きさを示す角度θ3は、ランド部11aの周方向の大きさを示す角度θ1よりも小さかったが、角度θ1以上であってもよい。また、油溝13aの2つの稜線は、軸Oを中心としてxy平面上に放射状に広がっておらず、幅が同じになるように平行となっていたが、放射状に沿った形状であってもよい。
2−2.変形例2
上述した実施形態において、ランド部11aとランド部11b、テーパ部12aとテーパ部12b、および油溝13aと油溝13bにはそれぞれ周方向において60度の位相差があったが、これらの位相差は60度に限られない。また、位相差はなくてもよい。
図6は、表裏両面の構成に位相差がないワッシャ1の一例を示す概要図である。また、図7は、この変形例のワッシャ1を第1面10aの側から見た図である。図7に示す通り、この変形例において切欠部19は、ワッシャ1の内周面17において、3つの油溝13aに相当する3箇所にそれぞれ設けられている。
図8は、この変形例における断面Sを示す図である。この図8には、z軸方向の位置を示す「z」と、位相θを示す「θ」とで構成されるzθ座標でこの断面Sを表した形状が示されている。
図8に示す通り、ワッシャ1の第1面10aには、ランド部11a、テーパ部12a、および油溝13aが設けられている。そして、第2面10bには、ランド部11b、テーパ部12b、および油溝13bが設けられている。ランド部11a、テーパ部12a、および油溝13aは、上述した実施形態におけるこれらと同じ構成である。
そして、ランド部11b、テーパ部12b、および油溝13bは、大きさ、すなわち、周方向の長さとz軸方向の深さ、およびこれらの周方向における並び方、鏡像関係などがそれぞれ、ランド部11a、テーパ部12a、および油溝13aと共通である。
つまり、ワッシャ1の第1面10aには、1つのランド部11a、このランド部11aの両側に隣接した2つのテーパ部12a、およびこれら2つのテーパ部12aのいずれか一方に隣接した1つの油溝13aからなる組が、第1面10aにおいて120度ごとに3つ設けられている。そして、ワッシャ1の第2面10bには、1つのランド部11b、このランド部11bの両側に隣接した2つのテーパ部12b、およびこれら2つのテーパ部12bのいずれか一方に隣接した1つの油溝13bからなる組が、第2面10bにおいて120度ごとに3つ設けられている。
さらに、この変形例において、ランド部11aとランド部11bとは周方向において同じ位相で設けられている。例えば、図8に示すランド部11aおよびランド部11bは、いずれも30度と150度を中心に設けられている。なお、図7に示す通りランド部11aは、30度、150度に加えて270度、つまり120度ごとに3箇所、第1面10aに設けられており、ランド部11bはランド部11aと第2面10bにおいて同じ位相で設けられている。したがって、ランド部11aとランド部11bとは周方向において位相差がない。テーパ部12aとテーパ部12b、および油溝13aと油溝13bも同様に、周方向において位相差がない。
ランド部11aとランド部11b、テーパ部12aとテーパ部12b、および油溝13aと油溝13bが、それぞれ周方向において位相差がないように形成されていることにより、この構成でない場合に比べてワッシャ1は製造し易い。例えば、ワッシャ1は、材料となる金属の融解液を2つの鋳型でz軸方向に沿って挟み、圧力をかけることで鋳造される。このとき、ワッシャ1の形状はz軸に垂直な或る平面を鏡映面としたときに、第1面10aと第2面10bとが鏡像対称になっている。この構造は、鋳型によってかけられる圧力が周方向のどの位相でも釣り合い易い構造であるため、歪や破損が生じ難い。
そして、この変形例においても、ワッシャ1の第1面10aには複数のランド部11aの両側にそれぞれ隣接した2つのテーパ部12aが設けられており、第2面10bには複数のランド部11bの両側にそれぞれ隣接した2つのテーパ部12bが設けられているため、ワッシャ1と摺動する相手部材が正逆いずれの方向に回転したとしても、ワッシャ1と相手部材との間に流通する潤滑油が回転方向の下流側のテーパ部12aまたはテーパ部12bに沿ってランド部11aまたはランド部11bに向かう鋭角な隙間に誘導されて「くさび効果」が発生する。
2−3.変形例3
上述した実施形態において、ワッシャ1の第1面10aには、ランド部11aと、このランド部11aの両側に隣接した2つのテーパ部12aと、いずれか一方のテーパ部12aに隣接した油溝13aとからなる組が、第1面10aにおいて120度ごとに3つ設けられ、第2面10bにおいても、これらに相当する構成が3つ設けられていたが、これらの組が端面に設けられる数は3つに限られない。これらの組は複数であれば、2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。
2−4.変形例4
上述した実施形態において、ワッシャ1の第1面10aには油溝13aが、第2面10bには油溝13bがそれぞれ設けられていたが、油溝はいずれか一方の端面にだけ設けられていてもよい。また、油溝は、いずれの端面にも設けられなくてよい。油溝13aが設けられていない場合、2つのテーパ部12aが第1凹部Uaを構成し、2つのテーパ部12bが第2凹部Ubを構成していればよい。この場合、例えばテーパ部12aやテーパ部12bは、ランド部11aまたはランド部11bと隣接していない側の端部同士で隣接する。
2−5.変形例5
上述した実施形態において、ランド部11aの周方向における一方の側に設けられたテーパ部12aは、他方の側に設けられたテーパ部12aと、ランド部11aを介して対称であったが、非対称であってもよい。このようにランド部11aの周方向の両側にそれぞれ互いに非対称な形状のテーパ部12aが設けられていても、潤滑油が狭くなる方の隙間に誘導されるように、いずれも周方向に沿って傾斜していればよい。
2−6.変形例6
上述した実施形態において、切欠部19は、油溝13aまたは油溝13bに重ねて設けられていたが、これ以外の場所に設けられていてもよい。また、ワッシャ1は切欠部19を有していなくてもよい。例えば、内周面17に収容される軸との隙間を通って潤滑油が第1面10aと第2面10bとを行き来するように構成されていてもよい。また、油溝13aやテーパ部12aなどに、軸Oに沿った方向の孔が設けられていてもよい。これらの孔は、潤滑油を通す孔であるため、潤滑油は第1面10aと第2面10bとを行き来する。
1…ワッシャ
10a…第1面
10b…第2面
11a,11b…ランド部
12a,12b…テーパ部
13a,13b…油溝
14a,14b…ボトム部
17…内周面
18…外周面
19…切欠部

Claims (4)

  1. 環状に形成された板の第1面および第2面でそれぞれ他の部材と摺動するワッシャ本体と、
    前記第1面に設けられた第1ランド部と、
    前記第1面において前記第1ランド部の周方向における両側に隣接してそれぞれ設けられ該第1ランド部に対して該周方向において傾斜して該第1ランド部よりも軸方向に窪んだ領域を形成する2つの第1テーパ部と、
    前記第2面に設けられた第2ランド部と、
    前記第2面において前記第2ランド部の前記周方向における両側に隣接してそれぞれ設けられ該第2ランド部に対して該周方向において傾斜して該第2ランド部よりも軸方向に窪んだ領域を形成する2つの第2テーパ部と、
    を有することを特徴とするワッシャ。
  2. 前記第1ランド部の前記周方向における一方の側に設けられた第1テーパ部は、他方の側に設けられた第1テーパ部と該第1ランド部を介して対称であり、
    前記第2ランド部の前記周方向における一方の側に設けられた第2テーパ部は、他方の側に設けられた第2テーパ部と該第2ランド部を介して対称である
    ことを特徴とする請求項1に記載のワッシャ。
  3. 前記第1面および前記第2面には、外周面から内周面にわたって潤滑油を通す油溝が設けられている
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のワッシャ。
  4. 前記ワッシャ本体の内周面に切欠部が設けられている
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のワッシャ。
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