JP2017180593A - ワッシャ - Google Patents

Abstract

【課題】摺動面が階段形状の被覆層で覆われたものに比べてワッシャの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り、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＋ｚ方向に突出した突出面１０１ａと、突出面１０１ａの周方向の両側に隣接しこの周方向に沿って突出面１０１ａから離れるほど＋ｚ方向の高さが減少するように傾斜する２つの傾斜面１０２ａとが設けられている。被覆層１５ａはランド部１１ａとテーパ部１２ａとを有する。ランド部１１ａは、突出面１０１ａを被覆する部位である。テーパ部１２ａは、傾斜面１０２ａを被覆する部位である。【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。

特開２０１３−１４８１３６号公報

特許文献１に記載のスラストパッド面構造は、多くても３段までの階段形状であり、傾斜した面を有する摺動部材に比べて潤滑油を滑らかに流動させることはできなかった。

これに対し本発明は、摺動面が階段形状の被覆層で覆われたものに比べて油膜圧力を向上させたワッシャを提供する。

本発明は、環状に形成され、軸方向の端面で他の部材と摺動するワッシャ本体と、前記ワッシャ本体よりも静止摩擦係数が低い材質によって前記端面を被覆する被覆層と、を有し、前記端面は、前記軸方向に突出した突出面と、該突出面の周方向の両側にそれぞれ隣接し該周方向に沿って該突出面から離れるほど前記軸方向の高さが減少するように傾斜する２つの傾斜面と、を含む複数の領域を有し、前記被覆層は、前記端面が有する前記突出面を被覆するランド部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、前記ワッシャ本体は、前記軸方向両側の端面でそれぞれ他の部材と摺動し、前記各端面は、前記軸方向に突出した突出面と、該突出面の周方向の両側にそれぞれ隣接し該周方向に沿って該突出面から離れるほど前記軸方向の高さが減少するように傾斜する２つの傾斜面と、を含む複数の領域をそれぞれ有してもよい。

本発明において、２つの前記傾斜面は、前記ワッシャ本体の軸を含む平面を鏡面として互いに鏡像対称であってもよい。

本発明において、前記被覆層は、前記端面が有する前記傾斜面をめっきにより被覆するテーパ部を有してもよい。

本発明において、一方の前記端面が有する前記領域と、他方の前記端面が有する前記領域とは、前記周方向における位置が異なってもよい。

本発明において、前記端面には、隣り合う２つの前記領域の間に、前記被覆層に向けて潤滑油を供給する油溝が設けられてもよい。

本発明において、前記各端面には、隣り合う２つの前記領域の間であって、反対側の前記端面において前記突出面が設けられた前記周方向の位置に、前記被覆層に向けて潤滑油を供給する油溝を有してもよい。

本発明によれば、摺動面が階段形状の被覆層で覆われたものに比べて油膜圧力を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るワッシャ１の一例を示す分解斜視図。 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Ｓｃ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は平板であり、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、ワッシャ本体１６よりも静止摩擦係数が低い材質が用いられ、例えばＰＡＩ（polyamide-imide）、ＰＩ（Polyimide）、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などの樹脂やＳｉ、Ｎｉなどの金属めっきなど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、３つの油溝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。また、第１面１０ａのうち油溝１３ａを除く３つの領域には、図１に示すように突出面１０１ａと、２つの傾斜面１０２ａとがそれぞれ設けられている。

突出面１０１ａは、＋ｚ方向に突出した、軸Ｏにほぼ垂直な面である。傾斜面１０２ａは、突出面１０１ａの周方向の両側にそれぞれ隣接し、この周方向に沿って突出面１０１ａから離れるほど＋ｚ方向の高さが減少するように傾斜する面である。突出面１０１ａおよび傾斜面１０２ａ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とテーパ部１２ａとを有する。ランド部１１ａは、突出面１０１ａを被覆する部位である。テーパ部１２ａは、傾斜面１０２ａを被覆する部位である。被覆層１５ａの厚みは、ｚ軸方向にほぼ均一であってもよい。

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Ｓｃ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Ｓｃの一部を表した形状が示されている。ランド部１１ａは、突出面１０１ａを被覆して形成されているため、周方向にわたって＋ｚ方向の高さがほぼ変わらない、すなわち、ｚ軸方向に対してほぼ垂直である。テーパ部１２ａは、傾斜面１０２ａを被覆して形成されているため、ランド部１１ａの周方向の両側に隣接し、周方向に沿ってこのランド部１１ａから離れるほど＋ｚ方向の高さが減少するように傾斜する。

ランド部１１ａは、＋ｚ方向の高さ、つまりｚ＝０の平面Ｆ０からの＋ｚ方向の高さが高さｄ１である。
テーパ部１２ａは、＋ｚ方向の高さが隣接しているランド部１１ａから離れるほど低くなり、最も低い部分においてその高さは、ランド部１１ａよりも高さｄ２だけ低くなっている（０＜高さｄ２≪高さｄ１）。なお、テーパ部１２ａはランド部１１ａより高さが減少した部位であるため、高さｄ２は正の値であり、０ｍｍおよび負の値にはならない。

油溝１３ａの深さはランド部１１ａを基準として深さｄ３である。深さｄ３は、高さｄ２よりも大きい（高さｄ２≪深さｄ３）。テーパ部１２ａは油溝１３ａに隣接しているため、ワッシャ１の回転方向に応じて、油溝１３ａからテーパ部１２ａ、そしてランド部１１ａに向けて潤滑油が供給される。すなわち、油溝１３ａは、被覆層１５に向けて潤滑油を供給する。

テーパ部１２ａは、傾斜面１０２ａを被覆しているため、相手部材との間でくさび状の隙間を作る。油溝１３ａから供給された潤滑油は、この隙間に流入し、更にランド部１１ａと相手部材との隙間に流入するため、くさび効果が発生し、摺動面における油膜圧力が上昇する。

なお、図３において示される位置は相対的である。実際には高さｄ１＞深さｄ３≫高さｄ２である。例えば、高さｄ１＝１．０ｍｍ（ミリメートル）、深さｄ３＝０．２ｍｍ、高さｄ２＝０．０２５ｍｍである。

また、突出面１０１ａの周方向における両側に隣接した２つの傾斜面１０２ａは互いに鏡像対称である。そのため、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。

高さｄ２は、０．０４ｍｍ以下であることが望ましく、０．０１ｍｍ程度であることが最も望ましい。

また、図３に示す通り第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、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、＋ｚ方向に突出した突出面１０１ａを被覆するランド部１１ａと、周方向の一方側に沿って進むほど＋ｚ方向の高さが減少するように傾斜する傾斜面１０２ａを被覆するテーパ部１２ａと、このテーパ部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つ設けられている。

そして、ワッシャ１の第２面１０ｂには、−ｚ方向に突出した突出面１０１ｂを被覆するランド部１１ｂと、周方向の一方側に沿って進むほど−ｚ方向の高さが減少するように傾斜する傾斜面１０２ｂを被覆するテーパ部１２ｂと、このテーパ部１２ｂに隣接した油溝１３ｂとからなる組が、第２面１０ｂにおいて１２０度ごとに３つ設けられている。

テーパ部１２ｂにおいても相手部材との間にくさび状の隙間が生じるため、潤滑油が流入することによりいわゆるくさび効果が生じ、油膜圧力が上昇する。

なお、図３に示す例で、被覆層１５ａと被覆層１５ｂとの周方向の位置は異なっている。すなわち、ランド部１１ａとランド部１１ｂ（以下、これらを区別しない場合、単に「ランド部１１」という）とは、それぞれの被覆層１５で周方向における異なる位相に設けられており、テーパ部１２ａとテーパ部１２ｂ（以下、これらを区別しない場合、単に「テーパ部１２」という）とは、それぞれの被覆層１５で周方向における異なる位相に設けられている。

また、油溝１３ａと油溝１３ｂ（以下、これらを区別しない場合、単に「油溝１３」という）とは、それぞれの端面で周方向における異なる位相に設けられている。

特にこの実施形態において、第２面１０ｂで突出面１０１ｂが設けられた周方向の位置に、第１面１０ａでは油溝１３ｂが設けられている。また、第１面１０ａで突出面１０１ａが設けられた周方向の位置に、第２面１０ｂでは油溝１３ａが設けられている。

突出面１０１にはランド部１１が被覆されているから、この構成はすなわち、相手部材との摺動面においてその相手部材からのｚ軸方向の距離が最も近いランド部１１の反対側に、油溝１３が設けられているというものである。この構成では、油溝１３が相手部材のスラスト荷重を直接受けないので、それぞれの端面でランド部１１がスラスト荷重を受ける作用点が周方向にズレている。そのため、ワッシャ本体は両端面で受けるスラスト荷重によりせん断力を受け易く、弾性変形する可能性が高くなり、その結果、例えば傾斜面１０２ａおよびこの傾斜面１０２ａを被覆するテーパ部１２ａの傾斜角度がランド部１１ａに近くなる。つまり、テーパ部１２ａと相手部材との隙間のくさび形状が弾性変形によってより鋭角になるから、くさび効果が向上する。

この例で被覆層１５は、いずれも均一の厚みであるから、被覆層１５と相手部材との間に生じるくさび状の隙間は被覆層１５がなくても、傾斜面１０２ａと相手部材との間にも生じ得る。しかし、傾斜面１０２ａや突出面１０１ａは、被覆層１５よりも静止摩擦係数が高い。したがって、被覆層１５がないと、例えばエンジンが起動された直後で相手部材との摺動が開始されたときなどに相手部材とワッシャ本体１６との間で被覆層１５がある場合に比べて大きい摩擦が生じ、ワッシャ１が摩耗したり破損したりする場合も考えられる。また、相手部材を回転させるエネルギーが摩擦熱に消費され、効率を損なうことも考えられる。

上述したワッシャ１には被覆層１５が被覆されており、この被覆層１５は、ワッシャ本体１６よりも静止摩擦係数が低い材質で構成されているため、起動時などに生じる摩擦が抑制される。

また、上述した通り、ワッシャ本体１６の傾斜面１０２ａは、突出面１０１ａの周方向の両側にそれぞれ隣接し、この周方向に沿って突出面１０１ａから離れるほど＋ｚ方向の高さが減少するように傾斜する面である。

この構成を有するため、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、これに伴って流動する潤滑油は傾斜面１０２ａを被覆するテーパ部１２ａにより相手部材との間に形成されるくさび状の隙間の狭くなる方向に誘導されるため、ワッシャ１にはくさび効果が生じる。

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以外の領域には、突出面１０１ａおよび傾斜面１０２ａがあったが、これ以外の構成があってもよい。例えば、傾斜面１０２ａは周方向で突出面１０１ａと隣接する側とは反対側において油溝１３ａとの間に軸Ｏに対してほぼ垂直な面を有してもよい。

この構成であっても、傾斜面１０２ａは突出面１０１ａと隣接し、突出面１０１ａに対して周方向に傾斜しているため、テーパ部１２ａと相手部材との成す角は比較的鋭角であり、テーパ部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、テーパ部１２ａと、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１３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１３は、いずれの端面にも設けられなくてよい。

また、被覆層１５は、いずれか一方の端面だけを被覆してもよい。この場合、被覆層１５は、少なくともその端面が有する突出面１０１ａまたは突出面１０１ｂを被覆すればよい。傾斜面１０２ａおよび傾斜面１０２ｂは突出面１０１ａまたは突出面１０１ｂと比べて相手部材と接触する可能性が低く、起動時に相手部材と摩擦を生じる可能性が低いからである。また、被覆層１５は、油溝１３も含めて端面の全体を覆ってもよい。

２−４．変形例４
上述した実施形態において、１つの突出面１０１ａに隣接する２つの傾斜面１０２ａは、突出面１０１ａを通り、軸Ｏを含む平面を鏡面として互いに鏡像対称であったが、鏡像対称でなくてもよい。この場合であっても、２つの傾斜面１０２ａがいずれも隣接した突出面１０１ａから周方向に離れるほど＋ｚ方向の高さが減少するように傾斜していれば、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、これに伴って流動する潤滑油は隙間の狭くなる方向に誘導されるため、くさび効果が生じる。

２−５．変形例５
上述した実施形態において、ランド部１１とテーパ部１２とは同じ材質で形成されていたが、テーパ部１２を形成する被覆層１５の材質はランド部１１を形成する材質と異なっていてもよい。例えば、テーパ部１２ａはめっきにより傾斜面１０２ａを被覆することによって形成されてもよい。

２−６．変形例６
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。

２−７．変形例７
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
１０１ａ、１０１ｂ…突出面
１０２ａ、１０２ｂ…傾斜面
１１ａ、１１ｂ…ランド部
１２ａ、１２ｂ…テーパ部
１３ａ、１３ｂ…油溝
１５ａ、１５ｂ…被覆層
１６…ワッシャ本体
１７…内周面
１８…外周面
１９…切欠部
Ｏ…軸

Claims (7)

1. 環状に形成され、軸方向の端面で他の部材と摺動するワッシャ本体と、
   前記ワッシャ本体よりも静止摩擦係数が低い材質によって前記端面を被覆する被覆層と、を有し、
   前記端面は、前記軸方向に突出した突出面と、該突出面の周方向の両側にそれぞれ隣接し該周方向に沿って該突出面から離れるほど前記軸方向の高さが減少するように傾斜する２つの傾斜面と、を含む複数の領域を有し、
   前記被覆層は、前記端面が有する前記突出面を被覆するランド部を有する
   ことを特徴とするワッシャ。
2. 前記ワッシャ本体は、前記軸方向両側の端面でそれぞれ他の部材と摺動し、
   前記各端面は、前記軸方向に突出した突出面と、該突出面の周方向の両側にそれぞれ隣接し該周方向に沿って該突出面から離れるほど前記軸方向の高さが減少するように傾斜する２つの傾斜面と、を含む複数の領域をそれぞれ有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のワッシャ。
3. ２つの前記傾斜面は、前記ワッシャ本体の軸を含む平面を鏡面として互いに鏡像対称である
   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. 前記被覆層は、前記端面が有する前記傾斜面をめっきにより被覆するテーパ部を有する
   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。
5. 一方の前記端面が有する前記領域と、他方の前記端面が有する前記領域とは、前記周方向における位置が異なる
   ことを特徴とする請求項２に記載のワッシャ。
6. 前記端面には、隣り合う２つの前記領域の間に、前記被覆層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５のいずれか１項に記載のワッシャ。
7. 前記各端面には、隣り合う２つの前記領域の間であって、反対側の前記端面において前記突出面が設けられた前記周方向の位置に、前記被覆層に向けて潤滑油を供給する油溝を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載のワッシャ。

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