JP6767349B2 - スラストワッシャ - Google Patents

Description

本発明は、スラストワッシャに関する。

スラスト面にテーパ／ランド構造が形成されたスラストワッシャが知られている。例えば、特許文献１には、テーパ深さが５０μｍ以下であり、ランド部に対するテーパ比が０．５以上０．９以下であるワッシャが記載されている。

特開２０１４−４０８９９号公報

特許文献１に記載のワッシャにおいては厳しい寸法精度が要求されることがあり、この要求を満足するためには加工コストが高くなってしまうという問題があった。

これに対し本発明は、テーパ部を有し、かつより低い加工コストで製造できるスラストワッシャを提供する。

本発明は、スラスト荷重を受ける第１スラスト面及び第２スラスト面を有する、環形状のワッシャ本体と、前記第１スラスト面及び前記第２スラスト面の少なくとも一方の面に形成されたテーパ部とを有し、前記ワッシャ本体は、前記第１スラスト面又は前記第２スラスト面に垂直な方向において、前記テーパ部の高低差よりも大きいうねりを有するスラストワッシャを提供する。

前記少なくとも一方の面は、前記環形状の周方向において前記テーパ部と隣り合うランド部を有してもよい。

前記ランド部の、前記周方向の両側に前記テーパ部が形成されてもよい。

本発明によれば、テーパ部を有するスラストワッシャをより低い加工コストで製造することができる。

一実施形態に係るスラストワッシャ１の外観を例示する図。 スラストワッシャ１をクランクワッシャとして用いる例を示す図。 スラスト面１２の表面構造を例示する模式図。 スラストワッシャ１の断面構造を例示する図。 変形例に係るスラストワッシャの表面構造を例示する図。

図１は、一実施形態に係るスラストワッシャ１の外観を例示する図である。スラストワッシャ１は、例えば、自動車のエンジンにおいて主軸受５とともに用いられるワッシャ（クランクワッシャ）である。スラストワッシャ１は、半環形状のワッシャ本体１１を有する。ワッシャ本体１１は、スラスト面１２（第１スラスト面の一例）及びスラスト面１３（第２スラスト面の一例）を有する。スラスト面１２及びスラスト面１３は、それぞれ、スラスト荷重を受ける面である。さらに、ワッシャ本体１１は、合せ面１４及び合せ面１５を有する。合せ面１４及び合せ面１５は、２つのスラストワッシャ１を組み合わせて用いる際に、他のスラストワッシャ１の合せ面と接触又は対向する面である。

ワッシャ本体１１は、スラストワッシャ１の想定される用途において要求される特性を満たすものであれば、単体金属、合金、又は樹脂、若しくはこれらの組み合わせのうち、いずれによって形成されてもよい。ワッシャ本体１１は、単層構造を有してもよく、複層構造を有してもよい。複層構造を有する場合、ワッシャ本体１１は、異なる材料又は組成の金属層が積層された構造を有してもよく（いわゆるバイメタル）、金属層の上に樹脂コーティング層が形成された構造を有してもよい。一例において、ワッシャ本体１１の厚さは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下である。

図２は、スラストワッシャ１をクランクワッシャとして用いる例を示す図である。図２は、クランクシャフトの軸方向に垂直な方向から見た図である。２つのスラストワッシャ１が、シリンダブロック（又はハウジング）９１及びキャップ９２に装着されるシリンダブロック９１及びキャップ９２は、ナット９３により固定されている。２つのスラストワッシャ１を互いに区別するときは、シリンダブロック９１側のものをスラストワッシャ１Ｕといい、キャップ９２側のものをスラストワッシャ１Ｌという。両者を区別しないときは単にスラストワッシャ１という。

スラスト面１２は、クランクシャフト（図２では図示略）からスラスト荷重を受け、クランクシャフトと摺動する面（図２の紙面側の面）である。スラスト面１３は、シリンダブロック９１又はキャップ９２と摺動する面（図２では隠れて見えない面）である。

図３は、スラスト面１２の表面構造を例示する模式図である。図３（Ａ）はクランクシャフトの軸方向から見た正面図を、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の線Ｘ−Ｘに沿った断面の仮想的な展開図を、それぞれ示している。図３（Ｂ）の断面は、クランクシャフトの軸方向に平行な断面、すなわちスラストワッシャ１の厚さ方向に平行な断面である。線Ｘ−Ｘは、合せ面１４及び合せ面１５の中心を通り、かつ中心Ｃを中心とする円弧である。中心Ｃは、ワッシャ本体１１の外周を構成する円弧の中心である。

スラスト面１２は、ランド部１２１、テーパ部１２２、及び油溝１２３を有する。ランド部１２１は、高さがほぼ一定、すなわちほぼ平坦な領域をいう。なおここで高さとは、軸方向における位置が固定された基準面からの距離をいう。この例においてはスラスト面１３にはテーパ／ランド構造が形成されておらず平坦であるので、スラスト面１３が基準面である。テーパ部１２２は、ランド部１２１から油溝１２３に向かって高さが連続的に減少する領域をいう（なおここでの高さの定義は、スラスト面１２側が正、スラスト面１３側が負である）。油溝１２３は、潤滑油を保持するための溝である。この例において、ランド部１２１を基準とすると、その両側には対称にテーパ部１２２が形成される。図３においてランド部１２１の左隣に形成されるテーパ部をテーパ部１２２Ｌといい、ランド部１２１の右隣に形成されるテーパ部をテーパ部１２２Ｒという。

この例においては、テーパ部１２２Ｌ、ランド部１２１、及びテーパ部１２２Ｒの組からなる単位構造が、周方向において繰り返し（図の例では４回）出現する。油溝１２３は、２つの単位構造の間に（図の例では合計３本）形成される。ランド部１２１とテーパ部１２２との境界は、中心Ｃから放射状に延びる。なお、ワッシャ本体１１の内周を構成する円弧の中心も、中心Ｃと同一である。同様に、油溝１２３とテーパ部１２２との境界も、中心Ｃから放射状に延びる。これはすなわち、ランド部１２１とテーパ部１２２との境界が、摺動方向に対して垂直であることを意味する。テーパ部１２２は、スラスト面１２上に存在する潤滑油にいわゆるくさび膜圧力を発生させる効果（くさび効果）を生じる。しかし、ランド部１２１とテーパ部１２２との境界が摺動方向に対して垂直ではないと、潤滑油が圧力の低い方に流れてしまい、くさび効果が弱まってしまう。くさび効果を高める観点から、ランド部１２１とテーパ部１２２との境界は、中心Ｃから放射状に延びることが好ましい。

一例において、各単位構造におけるテーパ比は、０．４以上０．９以下であり、０．７以上であることがより好ましい。テーパ比とは、テーパ部１２２の長さ（図ではＬ１＋Ｌ３）を、ランド部１２１及びテーパ部１２２の合計長さ（図ではＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３）で除した比率をいう。また、一例において、テーパ部１２２の深さｄは、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上であることがより好ましい。テーパ部１２２の深さとは、Ｘ−Ｘ断面におけるテーパ部１２２の最大高さと最小高さの差をいう。適切なくさび効果を発生させ、相手材との焼付きを防止する観点から、テーパ比及びテーパ部１２２の深さは上記の範囲にあることが好ましい。

油溝１２３は、表面側（開口側）が広く、底部が狭い形状を有する。図３の例では、径方向（油溝１２３が延びる方向）に垂直な断面において、油溝１２３は円の一部の形状を有する。表面における油溝１２３の幅ｗは、一例において３ｍｍ以上７ｍｍ以下である。油溝１２３の深さｄ２は、一例において０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。なお、油溝１２３の断面形状は円に限定されない。油溝１２３の断面形状は、楕円、台形、長方形、正方形、又はこれらの組み合わせであってもよい。また、油溝１２３は省略されてもよい。

合せ面１４及び合せ面１５の近傍には、リリーフ１４１及びリリーフ１５１が形成される。リリーフ１４１及びリリーフ１５１は、他の部分よりも内径が広くなっている部分であり、シリンダブロック９１又はキャップ９２に組み付けたときの変形によりクランクシャフトと局部当たりが起こることを防止するための逃がしである。さらに、リリーフ１４１及びリリーフ１５１は、その厚さが合せ面１４及び合せ面１５に向かうにつれ薄くなる。リリーフ１４１及びリリーフ１５１の厚さの差は、一例において０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である。リリーフ１４１及びリリーフ１５１の周方向の長さは、一例において４ｍｍ以上６ｍｍ以下である。なお、リリーフ１４１及びリリーフ１５１は省略されてもよい。

図３の例においては図示を省略したものの、スラストワッシャ１は、シリンダブロック９１又はキャップ９２に対してスラストワッシャ１が回転してしまうことを防止するための回り止めとなる爪（凸部）を有してもよい。この場合において、回り止めの根元に、シリンダブロック９１又はキャップ９２の回り止め溝（図示略）と爪との干渉を防止するためのリリーフ（逃がし）が形成されてもよい。

図４は、スラストワッシャ１の断面構造を例示する図である。図３（Ｂ）においては図示を省略したものの、スラストワッシャ１は、シリンダブロック９１又はキャップ９２に組み付けない状態すなわち自由状態において、厚さ方向にうねりを有する。ここで、うねりとは、ワッシャ本体１１の基準線の、厚さ方向の位置が、周方向の位置に応じて波打つように変動することをいう。うねりの量は、例えば、平坦な台の上にスラスト面１３を下にしてスラストワッシャ１を置き、この状態で段差計によりスラスト面１２の表面の段差を計測することにより定量化できる。一例において、スラスト面１２の表面の段差は、ランド部１２１が平坦となるように規格化される。規格化された後において、スラスト面１２の表面の段差の最高位置と最低位置との差を「うねり量」という（うねり量は「平面度」ということもできる）。うねり量は、テーパ部の深さ（高低差）ｄよりも大きい（なおテーパ部の深さｄは、規格化後の値である）。うねり量は、深さｄの２倍以上であってもよい。一例において、うねり量は６０μｍ以上０．１ｍｍ以下である。なお図４では、表面構造およびうねりを誇張して図示している。

スラストワッシャ１は自由状態においてはうねりを有するものの、シリンダブロック９１又はキャップ９２に取り付けられ、スラスト荷重がかかると、ワッシャ１１本体がシリンダブロック９１又はキャップ９２にならって変形する。この変形によってスラスト荷重の一部を吸収することができる。変形後のスラストワッシャ１は、図３で示したような、うねりの無い（又は少ない）状態である。この状態において、スラスト面１２には設計どおりのテーパ／ランド構造が形成され、くさび効果によるフリクションの低減効果が発揮される。

このうねりは、後述するようにプレス加工を用いた製造工程に起因するものである。自由状態でうねりがあったとしても、ハウジングに組み付けて使用状態に置いたときにくさび効果を発揮できるのであれば、自由状態での寸法精度はそこまで要求されない（テーパ深さの設計値よりも平面度が悪くてもよい）。テーパ／ランド構造の寸法精度は、例えばランド部１２１におけるワッシャ本体１１の肉厚とテーパ部１２２におけるワッシャ本体１１の肉厚（の最小値）との差によって保証される。本実施形態によれば、切削加工ではなくプレス加工を用いることにより、より低い加工コストでスラストワッシャ１を製造することができる。

例えば本願発明者らの実験によれば、０．１ｍｍ程度のうねり量があるスラストワッシャ１でも、５００乃至２０００Ｎのスラスト荷重をかけた試験において、うねりの頂点部だけが局所的に摩耗するような現象は観測されず、スラスト面１２の全体にわたってくさび効果が生じていることが示された。

スラストワッシャ１は、例えば以下の方法で製造される。準備された板材からワッシャ本体１１となる半環が取り出される。この半環は例えば打ち抜き加工により形成される。ワッシャ本体１１に設けられるテーパ／ランド構造（ランド部１２１及びテーパ部１２２）および油溝１２３となる凹部は、プレス加工により形成される。これらのテーパ／ランド構造および凹部は、半環の打ち抜き加工の前後いずれのタイミングで形成されてもよい。

スラストワッシャ１の加工において、切削加工ではなくプレス加工を用いることにより、切削加工を用いる例と比較してより低コストでスラストワッシャ１を製造することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例を説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。

図５は、変形例に係るスラストワッシャ１の表面構造を例示する図である。実施形態においては、ランド部１２１の周方向の両側にテーパ部１２２が形成される例を説明した。しかし、この例においては、ランド部１２１の（潤滑油の流れの）上流側にのみテーパ部１２２Ｌが形成される。

実施形態においてはスラスト面１２にのみテーパ／ランド構造が形成され、スラスト面１３にはテーパ／ランド構造が形成されない例を説明した。しかし、スラスト面１２に加え、又は代えてスラスト面１３にテーパ／ランド構造が形成されてもよい。スラスト面１２及びスラスト面１３の双方にテーパ／ランド構造が形成される場合において、それぞれの面に形成されるテーパ／ランド構造は、厚さ方向の基準線に対して対称であってもよいし、非対称であってもよい。

スラストワッシャ１の具体的な表面構造は、実施形態において例示したものに限定されない。例えば、スラスト面１２に形成される単位構造の数は４個に限定されない。単位構造の数は、３個以下であってもよいし、５個以上であってもよい。スラスト面１２はランド部１２１を有していなくてもよい。また、テーパ部１２２Ｌ及びテーパ部１２２Ｒの深さが異なっていてもよい。

ワッシャ本体１１の形状は半環に限定されない。ワッシャ本体１１は、例えば環形状を有してもよい。

スラストワッシャ１はエンジンのクランクワッシャとして用いられるものに限定されない。潤滑油が供給される環境において用いられるものであれば、エンジン以外の装置においてスラストワッシャ１が用いられてもよい。

なお実施形態において例示した寸法の数値はあくまで例示であり、本願発明はこれに限定されるものではない。

１…スラストワッシャ
１１…ワッシャ本体
１２…スラスト面
１２１…ランド部
１２２…テーパ部
１２３…油溝
１３…スラスト面
１４…合せ面
１４１…リリーフ
１５…合せ面
１５１…リリーフ
９１…シリンダブロック
９２…キャップ
９３…ナット

Claims (5)

1. スラスト荷重を受ける第１スラスト面及び第２スラスト面を有する、環形状のワッシャ本体と、
   前記第１スラスト面及び前記第２スラスト面の少なくとも一方の面に形成されたテーパ部と
   を有し、
   前記ワッシャ本体は、うねりを有する
   前記うねりにおける油溝以外の部分のうねり量は、前記第１スラスト面又は前記第２スラスト面に垂直な方向において、前記テーパ部の高低差よりも大きい
   スラストワッシャ。
2. 前記少なくとも一方の面は、前記環形状の周方向において前記テーパ部と隣り合うランド部を有する
   請求項１に記載のスラストワッシャ。
3. 前記テーパ部及び前記ランド部が、前記第１スラスト面及び前記第２スラスト面の片方のみに形成される
   請求項２に記載のスラストワッシャ。
4. 前記ランド部の、前記周方向の両側に前記テーパ部が形成される
   請求項３に記載のスラストワッシャ。
5. 前記ランド部の、前記周方向の片側のみに前記テーパ部が形成される
   請求項３に記載のスラストワッシャ。

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