JP2017180589A - ワッシャ - Google Patents

Abstract

【課題】加工・成形が容易で、かつ、摺動する相手部材が正逆いずれに回転しても潤滑油によるくさび効果が得られる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。ランド部１１ａは、第１面１０ａに沿った部分である。テーパ部１２ａは、ワッシャ１の周方向においてランド部１１ａの両側から厚みが減少するように傾斜した部分である。油溝１３ａは、テーパ部１２ａの最も薄い部分に面した溝である。油溝１３ａと、この周方向における両側のテーパ部１２ａとは、ランド部１１ａよりも−ｚ方向に凹んだ部位であり、第１凹部Ｕａに含まれる。第２面１０ｂには、第２凹部Ｕｂが周方向において第１凹部Ｕａと同じ位置に設けられている。ワッシャ１の内周面１７には切欠部が設けられている。【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、回転軸に取り付けられ回転軸に対して垂直でかつ互いに平行な一対の円形部材を有するスラストランナと、一対の円形部材の間に設置され回転軸の回転時に円形部材が接触するとともに、両面に周方向に沿ってテーパ部およびランド部が連続して形成されたスラスト軸受板と、スラスト軸受板の両面に形成された給油口と、スラスト軸受板の内部に形成され外部潤滑油供給装置からの潤滑油を給油口に導く給油流路とを備え、給油口の周縁の一部がランド部の終端に接して設けられているスラスト軸受装置が開示されている。
また、特許文献２には、軸受面が一定間隔で形成された凹部によって分割された複数個のテーパランドの形で構成され、軸受面と反対側の背面に凹部を形成して複数個のテーパランドを形成し、かつ軸受面側の凹部と背面側凹部と互い違いになるように配設し、両側凹部間における軸受部材の厚さを薄くしたスラスト動圧ガス軸受が開示されている。

特開２００２−３４９５５１号公報 特開２００４−３６７９０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り、この潤滑油の量を抑制しつつ、摩擦抵抗を減じるために、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２に記載された技術は、動圧ガス軸受であって潤滑油を用いたものではない。そして、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スラストランナの一方向の回転に対して流体潤滑効果が得られるようになっているものであるが、反対方向に回転した場合には流体潤滑効果が得られなかった。

これに対し本発明は、加工・成形が容易で、かつ、摺動する相手部材が正逆いずれに回転しても潤滑油によるくさび効果が得られる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肉薄な領域を形成する２つの第１テーパ部と、前記第２面の前記周方向において前記第１ランド部とほぼ同じ位置に設けられた第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肉薄な領域を形成する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ってもよい。

本発明において、前記第１テーパ部は、前記第２テーパ部とほぼ同じ大きさであってもよい。

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てもよい。

本発明によれば、加工・成形が容易で、かつ、摺動する相手部材が正逆いずれに回転しても潤滑油によるくさび効果が得られる。

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。 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。

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３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軸方向に肉薄な領域を形成する。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。

さらに、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３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２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。

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、ランド部１１ａとランド部１１ｂとは周方向においてそれぞれ同じ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およびこれらと周方向において同じ位置にある３つの油溝１３ｂに相当する３箇所にそれぞれ設けられている。

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、プレスによって成形される。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、プレス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、第１面１０ａと第２面１０ｂで肉の流動をより均一的に制御して製造することができる。すなわち、このワッシャ１は歪や破損が生じ難く、テーパランドなどの形状に成形し易く、不良品率を低減することができる。

また、上述した通り、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り、２つのテーパ部１２ｂがランド部１１ｂを介して互いに鏡像対称である。この構造により、第１面１０ａおよび第２面１０ｂのそれぞれにおいて、摺動する相手部材の回転方向が正逆いずれであっても、潤滑油が誘導される方向に沿って徐々に狭くなる隙間が存在するので「くさび効果」が発生し、摩擦抵抗が低減する。

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の最も薄い部分に隣接していたが、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の最も薄い部分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の最も薄い部分の深さと同じ「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、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。

２−３．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、例えばテーパ部１２ａやテーパ部１２ｂは、それらの最も薄い部分同士で隣接してもよい。

２−４．変形例４
上述した実施形態において、ランド部１１ａおよびランド部１１ｂの周方向における一方の側に設けられたテーパ部１２ａおよびテーパ部１２ｂは、それぞれ他方の側に設けられたテーパ部１２ａ、テーパ部１２ｂと、ランド部１１ａ、ランド部１１ｂを介して対称であったが、非対称であってもよい。この場合であっても、ランド部１１ａおよびランド部１１ｂの周方向の両側にテーパ部１２ａ、テーパ部１２ｂがそれぞれ設けられていれば、相手部材がワッシャ１に対して正逆いずれ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狭い側に誘導されるため、「くさび効果」が発生する。

２−５．変形例５
上述した実施形態において、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、油溝１３ｂに相当する３箇所にそれぞれ重ねて設けられていたが、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肉薄な領域を形成する２つの第１テーパ部と、
   前記第２面の前記周方向において前記第１ランド部とほぼ同じ位置に設けられた第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肉薄な領域を形成する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テーパ部は、前記第２テーパ部とほぼ同じ大きさである
   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から３のいずれか一項に記載のワッシャ。

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