JP2017180592A - ワッシャ - Google Patents
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Abstract
【課題】両面摺動可能なワッシャにおいて油膜圧力を向上させる。
【解決手段】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。ワッシャ本体は平板であるため、表裏に互いに平行な端面を有する。ワッシャ本体16の一方の端面を第1面10aと呼ぶ。第1面10aは、油溝13aを有する。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。第1面10aのうち油溝13aを除く領域には被覆層15aがコーティングされている。被覆層15aは3箇所に分割されており、そのそれぞれにランド部11aと2つのステップ部12a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に沿った部分であって、ステップ部12aよりも+z方向に隆起した部位である。ステップ部12aは、ランド部11aの周方向に隣接し、このランド部11aから離れるほど軸方向の高さが階段状に減少する部分である。
【選択図】図2
【解決手段】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。ワッシャ本体は平板であるため、表裏に互いに平行な端面を有する。ワッシャ本体16の一方の端面を第1面10aと呼ぶ。第1面10aは、油溝13aを有する。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。第1面10aのうち油溝13aを除く領域には被覆層15aがコーティングされている。被覆層15aは3箇所に分割されており、そのそれぞれにランド部11aと2つのステップ部12a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に沿った部分であって、ステップ部12aよりも+z方向に隆起した部位である。ステップ部12aは、ランド部11aの周方向に隣接し、このランド部11aから離れるほど軸方向の高さが階段状に減少する部分である。
【選択図】図2
Description
本発明は、他の部材と摺動するワッシャに関する。
自動車のエンジンなどで利用される摺動部材には、他の部材(相手部材)と摺動する摺動面でスラスト荷重を受けるものがある。この摺動部材において低速回転時でも油膜圧力を向上させることが求められている。
例えば、特許文献1には、放射状に形成された給油溝によりスラスト受面が扇形の複数のスラストパッド面に分割されており、スラストパッド面には、周縁に沿って所定幅および一定の所定高さに突出し、前側の給油溝に向けて開口するコ字状の第1凸部が形成されたスラストすべり軸受が開示されている。
特許文献1に記載のスラストパッド面構造は、表裏両面で摺動する部材に適用されるものではなかった。
これに対し本発明は、両面摺動可能なワッシャにおいて油膜圧力を向上させる技術を提供する。
本発明は、環状に形成され、軸方向両側の端面でそれぞれ他の部材と摺動するワッシャ本体と、前記端面をそれぞれ被覆する、樹脂が含まれた被覆層と、を有し、前記被覆層は、前記軸方向に隆起したランド部と、該ランド部の周方向に隣接し該ランド部から離れるほど前記軸方向の高さが階段状に減少するステップ部と、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、前記被覆層は、前記ランド部と、該ランド部の周方向の両側にそれぞれ前記ステップ部とを有してもよい。
本発明において、前記ランド部の前記周方向における一方の側に設けられたステップ部は、該ランド部の該周方向における他方の側に設けられたステップ部と該ランド部を介して対称であってもよい。
本発明において、前記各端面のうち一方の端面に設けられた前記被覆層は、他方の端面に設けられた前記被覆層と、前記周方向における前記ランド部の位置が異なってもよい。
本発明において、前記端面には、前記ステップ部に向けて潤滑油を供給する油溝が設けられていてもよい。
本発明において、前記各端面のうち一方の端面に設けられた前記被覆層は、他方の端面に前記油溝が設けられた前記周方向の位置に前記ランド部を有してもよい。
本発明において、前記被覆層は、前記端面に対して複数の層を前記軸方向に積み重ねて構成され、該層は該端面から前記軸方向に離れるほど前記周方向に短くてもよい。
本発明によれば、両面摺動可能なワッシャにおいて油膜圧力を向上させることができる。
1.実施形態
図1は、本発明の実施形態に係るワッシャ1の一例を示す分解斜視図である。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16を有する。ワッシャ本体16は平板であるため、表裏に互いに平行な端面を有する。ワッシャ本体16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。
図1は、本発明の実施形態に係るワッシャ1の一例を示す分解斜視図である。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16を有する。ワッシャ本体16は平板であるため、表裏に互いに平行な端面を有する。ワッシャ本体16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16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16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。
また、図1に示す通り、ワッシャ本体16の第1面10aの一部は、樹脂を含む被覆層15aによって被覆されている。そして図1には示されていないが、ワッシャ本体16の第2面10bの一部も、第1面10aと同様に、樹脂を含む被覆層15bによってコーティング(被覆)されている。被覆層15aおよび被覆層15b(以下、これらを区別しない場合、単に「被覆層15」という)はワッシャ本体16の2つの端面に設けられているので、上述した通り、相手部材と摺動し、そのスラスト荷重を受ける。なお、被覆層15の材質には、摩擦係数の低いPTFE(polytetrafluoroethylene)、PAI(polyamide-imide)、PI(Polyimide)などの樹脂が好適に用いられる。また、被覆層15の材質には、硬質物や固体潤滑剤が含まれた複合部材を用いてもよい。
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16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16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16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16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、油溝13aを有する。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。第1面10aのうち油溝13aを除く領域には被覆層15aがコーティングされている。
図2に示す被覆層15aは3箇所に分割されており、そのそれぞれにランド部11aと2つのステップ部12a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。ステップ部12aは、ランド部11aの周方向に隣接し、このランド部11aから離れるほど軸方向の高さが階段状に減少する部分である。
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。
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Sc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)
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)
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Scを表した形状が示されている。ランド部11aは、z=0の平面F0から+z方向に厚みd1を有する。
ステップ部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。ステップ部12aは、周方向においてランド部11aの両側に配置される領域であり、ランド部11aから離れるほど厚み(軸方向の高さ)が階段状に減少するように形成された部分である。ステップ部12a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。なお、ステップ部12aの階段形状は、その段数が多いため巨視的には平面に見えるため、図3において斜面で表現する。また、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、ステップ部12aの最も薄い部分に隣接していて、その深さは深さd3である。深さd3は、深さd2よりも深い。ステップ部12aは油溝13aに隣接しているため、油溝13aから潤滑油を供給される。すなわち、油溝13aは、隣接するステップ部12aに向けて潤滑油を供給する。
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ステップ部12aは、他方の側に設けられたステップ部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の両側のステップ部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つのステップ部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。
ステップ部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はステップ部12aよりも+z方向に隆起した部位であり、ステップ部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。
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。
ステップ比とは、ランド部11aと、このランド部11aに隣接する1つのステップ部12aの周方向に沿った範囲のうち1つのステップ部12aが占める比率である。ステップ比kは、以下の式(3)で表される。
k=θ2/(θ2+θ1) …(3)
k=θ2/(θ2+θ1) …(3)
ステップ比は、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。最も望ましいステップ比は、0.7である。
ここで、被覆層15aの構成を説明する。図4は、1つの被覆層15aの構成を説明するための概略図である。被覆層15aは、ワッシャ本体16の第1面10aに対して、複数の層150aをz軸方向に積み重ねて構成されている。この層150aは第1面10aから+z方向に離れるほど周方向に短い形状となっている。これにより、複数の層150aが+z方向に積み重ねられるとそれぞれの周方向の端部が階段状になるためステップ部12aが形成される。そしてz=0の平面F0から+z方向に最も遠い位置に積層された層150aの+z方向の面がランド部11aとなる。
このように、複数の層150aを積層構造とすることによりランド部11aおよびステップ部12aが形成されるので、例えばステップ部12aに代えて階段形状を削りだしたり、傾斜面を削りだすことによりテーパ部を形成したりする場合に比べて、ステップ部12aが形成し易い。
図3に戻り、第2面10bの構成について説明する。第2面10bにも、ランド部11b、ステップ部12b、および油溝13bが設けられている。ランド部11b、ステップ部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、ステップ部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つのステップ部12a、およびこれら2つのステップ部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つのステップ部12b、およびこれら2つのステップ部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。
一方、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る。例えば、図3に示すランド部11aは、30度や150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。ステップ部12aとステップ部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。切欠部19は、ワッシャ1の内周面17において、3つのランド部11aおよび3つのランド部11b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。
この構成において、ワッシャ1に相手部材からz軸方向の荷重がかかると、上述した第1面10aの構成と第2面10bの構成との位相差により、ワッシャ1は弾性変形する。
特に、図3に示す被覆層15aは、第2面10bに油溝13bが設けられた周方向の位置にランド部11aを有し、被覆層15bは、第1面10aに油溝13aが設けられた周方向の位置にランド部11bを有する。+z方向で摺動する相手部材からスラスト荷重を受けるランド部11aの周方向の位置は、反対側の端面である第2面10bのうち−z方向で摺動する相手部材から最も遠い油溝13bのある位置であるから、ランド部11aが受ける−z方向のスラスト荷重は、正反対の抗力を第2面10bから受けておらず、ワッシャ1の弾性変形に寄与し易い。
ワッシャ1が弾性変形すると、ランド部11aおよびランド部11bの軸方向の高さが低くなり、ステップ部12aおよびステップ部12bの軸方向の高低差が縮まるので、相手部材とステップ部12aとの隙間が狭くなり、この隙間に潤滑油が誘導されることで生じる「くさび効果」が増大する。
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。
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、被覆層15aは油溝13a以外の領域の全部を覆っていたが、一部を覆っていてもよい。例えば、ワッシャ1は、油溝13aとステップ部12aとの間に被覆層15aが被覆されていない部分を有していてもよい。この構成であっても、ステップ部12aがランド部11aと隣接する領域において、ステップ部12aは巨視的にランド部11aに対して周方向に傾斜しているため、ステップ部12aとランド部11aとの成す角は比較的鋭角であり、ステップ部12aの表面を流れる潤滑油がこの傾斜に沿って相手部材との隙間が狭くなる方に誘導されて、くさび効果を奏する。
上述した実施形態において、被覆層15aは油溝13a以外の領域の全部を覆っていたが、一部を覆っていてもよい。例えば、ワッシャ1は、油溝13aとステップ部12aとの間に被覆層15aが被覆されていない部分を有していてもよい。この構成であっても、ステップ部12aがランド部11aと隣接する領域において、ステップ部12aは巨視的にランド部11aに対して周方向に傾斜しているため、ステップ部12aとランド部11aとの成す角は比較的鋭角であり、ステップ部12aの表面を流れる潤滑油がこの傾斜に沿って相手部材との隙間が狭くなる方に誘導されて、くさび効果を奏する。
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つのステップ部12aと、いずれか一方のステップ部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。
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つのステップ部12aと、いずれか一方のステップ部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、例えばステップ部12aやステップ部12bは、それらの最も薄い部分同士で隣接する。
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、例えばステップ部12aやステップ部12bは、それらの最も薄い部分同士で隣接する。
2−4.変形例4
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ステップ部12aは、他方の側に設けられたステップ部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。例えば相手部材の回転方向が一方向に限定されている場合、潤滑油が誘導される方のステップ部12aが、誘導されない側のステップ部12aに比べて、軸Oに垂直な面に対する角度が浅いように設計されていればよい。
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ステップ部12aは、他方の側に設けられたステップ部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。例えば相手部材の回転方向が一方向に限定されている場合、潤滑油が誘導される方のステップ部12aが、誘導されない側のステップ部12aに比べて、軸Oに垂直な面に対する角度が浅いように設計されていればよい。
また、ランド部11aの周方向における一方の側にステップ部12aが設けられている場合に、他方の側にステップ部12aが設けられていなくてもよい。
2−5.変形例5
上述した実施形態において、第1面10aに設けられた被覆層15aは、第2面10bに設けられた被覆層15bと、周方向におけるランド部11a、ランド部11bの位置が異なっていたが、これらの位置が同じであってもよい。
上述した実施形態において、第1面10aに設けられた被覆層15aは、第2面10bに設けられた被覆層15bと、周方向におけるランド部11a、ランド部11bの位置が異なっていたが、これらの位置が同じであってもよい。
2−6.変形例6
上述した実施形態において、切欠部19は、ワッシャ1の内周面17において、3つのランド部11aおよび3つのランド部11bに相当する合計6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やステップ部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。
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つのランド部11aおよび3つのランド部11bに相当する合計6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やステップ部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…ステップ部
13a、13b…油溝
15、15a、15b…被覆層
150a…層
16…ワッシャ本体
17…内周面
18…外周面
19…切欠部
10a…第1面
10b…第2面
11a、11b…ランド部
12a、12b…ステップ部
13a、13b…油溝
15、15a、15b…被覆層
150a…層
16…ワッシャ本体
17…内周面
18…外周面
19…切欠部
Claims (7)
- 環状に形成され、軸方向両側の端面でそれぞれ他の部材と摺動するワッシャ本体と、
前記端面をそれぞれ被覆する、樹脂が含まれた被覆層と、を有し、
前記被覆層は、前記軸方向に隆起したランド部と、該ランド部の周方向に隣接し該ランド部から離れるほど前記軸方向の高さが階段状に減少するステップ部と、を有する
ことを特徴とするワッシャ。 - 前記被覆層は、前記ランド部と、該ランド部の周方向の両側にそれぞれ前記ステップ部とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載のワッシャ。 - 前記ランド部の前記周方向における一方の側に設けられたステップ部は、該ランド部の該周方向における他方の側に設けられたステップ部と該ランド部を介して対称である
ことを特徴とする請求項2に記載のワッシャ。 - 前記各端面のうち一方の端面に設けられた前記被覆層は、他方の端面に設けられた前記被覆層と、前記周方向における前記ランド部の位置が異なる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のワッシャ。 - 前記端面には、前記ステップ部に向けて潤滑油を供給する油溝が設けられている
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のワッシャ。 - 前記各端面のうち一方の端面に設けられた前記被覆層は、他方の端面に前記油溝が設けられた前記周方向の位置に前記ランド部を有する
ことを特徴とする請求項5に記載のワッシャ。 - 前記被覆層は、前記端面に対して複数の層を前記軸方向に積み重ねて構成され、該層は該端面から前記軸方向に離れるほど前記周方向に短い
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のワッシャ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2022065375A1 (ja) * | 2020-09-24 | 2022-03-31 | ||
WO2023181577A1 (ja) * | 2022-03-23 | 2023-09-28 | 株式会社Ihi | スラストフォイル軸受 |
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2016
- 2016-03-29 JP JP2016066169A patent/JP2017180592A/ja active Pending
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