JP2008133904A - 樹脂製スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】より確実な摩擦抵抗の低減を図ると共に、製作性が向上される樹脂製スラスト軸受を提供する。
【解決手段】軸の段差面と、軸が挿入されるハウジングの軸穴の段差面との間に装着され、軸を支える樹脂製スラスト軸受１であって、軸の段差面に摺接する摺動面と、軸の段差面との間に隙間を形成する凹部１２と、摺動面と凹部１２との間に設けられ、軸の段差面との間の隙間を軸の回転方向に摺動面に近づくにしたがって狭くするように傾斜して、軸の段差面との間に楔状隙間を形成する傾斜面１３と、を備え、軸とハウジングとの相対回転により、楔状隙間内に生じる潤滑油の流れによって、樹脂製スラスト軸受１が軸の段差面から離れる向きに作用する動圧が発生し、該動圧の発生により、軸の段差面と摺動面との間に潤滑油膜が形成される樹脂製スラスト軸受１において、軸荷重を受けたときに、傾斜面１３の傾斜角度が潤滑油膜の形成に適した角度となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸方向の荷重を受けて軸を支持するスラスト軸受に関し、特に、自動車用自動変速機のトルクコンバータやパワートレイン内部で使用される樹脂製のスラスト軸受に関するものである。

自動車用オートマチックトランスミッションの内部には、可動時の摺動抵抗を低減させるため、各種摺動板が使用されるが、最も広く用いられているものとして金属製ニードルベアリングが挙げられる。しかし、金属製ニードルベアリングは金属部材間の摺動抵抗を低減させる部品としては優れているものの、軸方向の省スペースを図るには限界がある。また、材料・製造コストが高いことから、低コストでの提供が困難である。

そこで、金属製ニードルベアリングの代替品として用いられているのが、材料費が安く、かつ、加工性に優れた樹脂製のスラスト軸受である。樹脂製スラスト軸受は、低コストはもちろん、軽量化を図ることも可能である。しかし、樹脂製スラスト軸受は、金属製ニードルベアリングと比べて摩擦抵抗が大きいため、低摩擦抵抗が要求される場合には、楔効果によって動圧を発生させる溝形状を摺動面に形成し、摺動面の面圧を低下させて軸受摺動面に適度な潤滑油膜を形成する必要がある。

動圧を効果的に生じさせる形状としては、例えば、図９及び図１０に示すような傾斜面を備えた段差形状が一般的に知られている。図９は、従来技術に係る樹脂製スラスト軸受の正面図であり、図１０は、図９のＣＣ断面図である。

従来技術に係る樹脂製スラスト軸受１００は、摺動相手との間に隙間を形成する溝１０１と、摺動相手との隙間を摺動相手である軸の回転方向に向かって徐々に小さくする傾斜面１０２と、摺動相手に摺接する摺動面１０３とが、摺動相手である軸の回転方向に順次繰り返し形成された構成となっている。

このような段差形状により、樹脂製スラスト軸受１００の端面と摺動相手との間に、軸の回転方向に向かって狭くなっていく楔状の空間が形成される。そして、軸の回転によって生じる楔状空間内の潤滑油の流れにより、樹脂製スラスト軸受１００が摺動相手から離れる向きに作用する動圧が発生する。

この動圧の発生により、摺動面１０３の面圧が低下し、摺動面１０３と摺動相手との間に適度な潤滑油膜を形成することが可能となる。その結果、摺動相手との摩擦抵抗を低減することができる。

なお、関連する技術としては、以下の文献に開示されたものがある。
実開平３−１２３１１８号公報 特開平１０−６８４１３号公報 特開平６−３０００２８号公報 実開平２−６６７１８号公報 特開２００１−２２１２３２号公報 ＷＯ２００２／０７７４７３ 特開２００４−２９３６８４号公報

しかしながら、傾斜面１０２の傾斜角度βが大きいと、動圧を効果的に発生させることができず、摺動面１０３に潤滑油膜を形成することができなくなってしまう。したがって、傾斜面１０３の傾斜角度は、ある程度の微小な角度に設定することが望まれるが、そのような微小な角度設定は、その製作が非常に困難となり、高い精度が要求されることになる。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、より確実に潤滑状態を形成することができると共に、製作性が向上される樹脂製スラスト軸受を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における樹脂製スラスト軸受は、
軸に同心に形成された大径部と小径部との間の段差面と、前記軸が挿入されるハウジングの軸穴に同心に形成された大径部と小径部との間の段差面との間に装着され、前記軸を支える樹脂製スラスト軸受であって、
前記軸の段差面に摺接する摺動面と、
前記軸の段差面との間に隙間を形成する凹部と、
前記摺動面と前記凹部との間に設けられ、前記軸の段差面との間の隙間を前記軸の回転方向に前記摺動面に近づくにしたがって狭くするように傾斜して、前記軸の段差面との間に楔状隙間を形成する傾斜面と、を備え、
前記軸と前記ハウジングとの相対回転により、前記楔状隙間内に生じる潤滑油の流れによって、樹脂製スラスト軸受が前記軸の段差面から離れる向きに作用する動圧が発生し、
該動圧の発生により、前記軸の段差面と前記摺動面との間に潤滑油膜が形成される樹脂製スラスト軸受において、
軸荷重を受けたときに、前記傾斜面の傾斜角度が前記潤滑油膜の形成に適した角度となることを特徴とする。

このように、軸荷重を受けると傾斜面の傾斜角度が潤滑油膜の形成に適した角度となるため、使用時においてより確実に潤滑状態を形成することができる。また、使用時に傾斜面の傾斜角度が潤滑油膜の形成に適した角度となればよいので、製作時には潤滑油膜の形成に適した角度でなくてよい。したがって、製作時に潤滑油膜の形成に適した傾斜面の形成に必要な製作精度が要求されなくなり、製作が容易になる。

前記樹脂製スラスト軸受は、
軸方向に突出した凸部を備え、
該凸部と前記凹部とが周方向に交互に複数形成された周方向に波状にうねった形状を有しており、
軸荷重によって前記軸の段差面に押し付けられた前記凸部の先端面が前記摺動面を形成するとともに、
軸荷重によって軸方向に縮んでそのうねりが小さくなったときに、前記傾斜面の傾斜角度が前記潤滑油膜の形成に適した角度となるようにしてもよい。

このように、周方向に波状にうねった形状が軸荷重によって軸方向に縮んだときに傾斜面の傾斜角度が潤滑油膜の形成に適した角度となるので、使用時においてより確実な潤滑油膜の形成が図れる。また、傾斜面を軸方向に縮む前の傾斜角度で形成すればよいので、理想的な傾斜形状の形成に必要な製作精度が要求されなくなり、製作が容易となる。

前記摺動面に適度な潤滑油膜を形成するのに適した角度が、０°より大で５°以下であるのもよい。

以上説明したように、本発明により、より確実に潤滑状態を形成することができるとともに、製作性が向上される。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例に係る樹脂製スラスト軸受について説明する。図１は本実施例にかかる樹脂製スラスト軸受の構成を示す図であり、（ａ）は軸方向からみた正面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は側面図である。図２は、図１（ａ）のＡＡ断面図であり、（ａ）は本実施例に係る樹脂製スラスト軸受に軸荷重が作用していない状態、（ｂ）は軸荷重が作用した状態の断面図を示している。図３は、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の装着状態を示す模式的断面図である。図４は、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の具体的な使用態様を示す模試的断面図である。図５は、図３のＢＢ断面図であり、軸の回転により動圧が発生する様子を示している。

＜樹脂製スラスト軸受の構成及び概要＞
まず、図１を参照して、本発明の実施例に係る樹脂製スラスト軸受の構成について説明する。

図１に示すように、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１は、樹脂材からなる円環状部材であり、周方向に波打つようにうねった形状を呈している。

詳細には、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１は、軸方向に突出した凸部１１と、凸部１１とは逆方向に窪んだ凹部１２とが交互に形成された構成となっている。そして、凸部１１と凹部１２との間には、後述するように、樹脂製スラスト軸受１の使用時において動圧を発生させる傾斜面１３が形成されている。

本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１は、型成形によって製作され、その材料としては、例えば、ナイロン系樹脂、ＰＥＥＫ等が挙げられるが、弾性力を有する樹脂材であれば適宜採用することができる。

＜樹脂製スラスト軸受の装着時＞
図２〜図４を参照して、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の使用時の様子について説明する。

図３に示すように、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１は、ハウジング２に設けられた軸穴２１の段差部２２と、該軸穴２１に挿入される軸３の段差部３２との間に装着され、軸３を支える。

詳細には、軸穴２１に同心に形成された大径部２１ａと小径部２１ｂとの間の段差面２２ａと、軸３に同心に形成された大径部３１ａと小径部３１ｂとの間の段差面３２ａとによって軸方向に挟まれ、軸３による軸方向の荷重を受けることになる。そして、樹脂製スラスト軸受１と段差部２２、３２との間の隙間には、摩擦抵抗を低減させるために潤滑油が充填されている。

ここで、図４を参照して、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１の具体的な使用態様について説明する。図４は、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１を、自動車用自動変速機のトルクコンバータ内部やパワートレイン内部に設けられるハウジング１２１とソレノイドバルブ１３０の組み付け機構に適用した例を示す。

ここで、このソレノイドバルブ１３０は、油圧経路中に配置されて油圧経路の導通制御を行うバルブである。ソレノイドバルブ１３０は、外筒１３１内に収納されるコイル１３２に所定の電流が流通されると、その際に発生する電磁力によってニードル１３３が軸方向に変位する。そして、その変位を利用して油圧通路１２２、１２３間を連通する作動油通路１３４が導通または遮断される。

例えば、油圧通路１２３側に高圧、油圧通路１２２に低圧の作動油が供給されている場合には、コイル１３２に所定電流を流通させて作動油通路１３４を導通させると、油圧通路１２３から油圧通路１２２へ向けて、その差圧とオリフィス１３５の径とに応じた流量の作動油が流通する。この際、ソレノイドバルブ１３０は、その軸方向に、作動油がオリフィス１３５を流通する際の流通抵抗に相当する応力を受けることになる。

一方、コイル１３２に流通する電流を適当に切り換えて作動油通路１３４を遮断すると、作動油の流通が阻止され、油圧通路１２３に発生している油圧が直接ボール弁１３６やニードル１３３を介してソレノイドバルブ１３０に伝達される。したがって、この場合ソレノイドバルブ１３０には、油圧通路１２３、１２２間の差圧がその軸方向に作用することになる。

つまり、本実施例のソレノイドバルブ１３０においては、作動油通路１３４を導通または遮断するたびに、その軸方向に加わる油圧が大きく変動することになる。このため、ソレノイドバルブ１３０とハウジング１２１との組み付け機構には、組み付け作業が容易であることと共に、かかる軸方向の応力変動に対して十分な安定性を確保し得る構成であることが要求される。

ここで、ハウジング１２１とソレノイドバルブ１３０との間には、作動油に対するシール性を確保すべくＯリング１３７、１３８を配置し、ソレノイドバルブ１３０の抜けを防止する機構としてはＣリング１３９を用いている。

この場合においてＣリング１３９は、図４に示すようにハウジング１２１に設けられた溝１２１ａとソレノイドバルブ１３０の外筒１３１に設けられたフランジ１３１ａとの間に挟持されており、ソレノイドバルブ１３０に作用する軸方向の応力を安定して受けとめることができる。この際、ハウジング１２１の段差部２２´と外筒１３１の段差部３２´との間に装着されている本実施例の樹脂製スラスト軸受１は、ソレノイドバルブ１３０を図４中上方へ付勢して、Ｃリング１３９の挟持力を確保すべく作用している。

また、この場合の使用環境としては、環境温度が−４０℃〜１４０℃（瞬間最大温度１６０℃）、潤滑油の供給油量が毎分３００ｃｃ以上、そして、最大軸受荷重が３０００Ｎ以下が想定される。

次に、図２を参照して、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１が軸荷重Ｌによって変形するときの様子について説明する。

軸方向の荷重（軸荷重）Ｌが作用していない状態（すなわち、樹脂製スラスト軸受１の製作時）においては、樹脂製スラスト軸受１のうねり高さ（軸方向の高さ）は、Ｈ１とな
っている。

軸３から軸荷重Ｌを受けると、樹脂製スラスト軸受１は軸方向に弾性的に圧縮され、うねり高さがＨ１からＨ２に縮む。このとき傾斜面１３の傾斜角度α２は、使用時において軸３の段差面３２ａと樹脂製スラスト軸受１との間に動圧を発生させ、段差面３２ａとの摺動面に潤滑油膜を形成するのに適した角度（０°より大で５°以下）となる。

しがたって、軸荷重Ｌが作用していない状態における傾斜面１３の傾斜角度α１は、軸荷重Ｌ作用時の傾斜角度α２よりも当然大きくなるため、製作段階においては、高い製作精度が要求される微小な傾斜角度α２よりも角度の大きな傾斜角度α１で傾斜面１３を形成すればよいことになる。

なお、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１の製作時において、軸荷重が作用していない状態における傾斜面の角度等の寸法設定（樹脂製スラスト軸受１の軸方向の厚さｔ、うねり高さＨ１等）は、樹脂製スラスト軸受の仕様や使用環境、選定される材料の種類等によって適宜設定される。すなわち、軸荷重が作用して軸方向に圧縮されたときに、最終的に傾斜面１３の傾斜角度が微小角度α２となるように設定されればよい。

次に、図５を参照して、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１の傾斜面１３による動圧発生の様子について説明する。

図５に示すように、樹脂製スラスト軸受１は軸荷重によって軸方向に圧縮されることにより、凸部１１の先端部分が軸３の段差面３２ａに押し付けられ摺動面１１ａが形成される。そして、樹脂製スラスト軸受１の傾斜面１３は、軸３の段差面３２ａとの間に楔状の隙間を形成する。このときの傾斜面１３の傾斜角度は、段差面３２ａと摺動面１１ａとの間に潤滑油膜を形成するのに適した角度（０°より大で５°以下）となっている。

この楔状隙間は、樹脂製スラスト軸受１の傾斜面１３と、ハウジング２の大径部２１ａの内周面と、軸３の小径部３１ｂの外周面と、軸３の段差面３２ａとによって形成されており、軸３の回転方向（Ｒ方向）に向かうにしたがって軸方向の幅が狭くなる空間となっている。

軸３がハウジング２に対してＲ方向に回転すると、樹脂製スラスト軸受１と段差部２２、３２との間に充填された潤滑油の一部には、軸３の回転に引きずられてＲ方向に向かう流れＦが発生する。

傾斜面１３と段差面３２ａとの間の楔状隙間は、軸３の回転方向（Ｒ方向）に向かうにしたがって狭くなっているため、潤滑油はより狭い空間に向かって流れていくことになる。そうすると、楔状隙間の先端付近（摺動面１１ａとの境目付近）では、流入してくる潤滑油によって局所的に圧力が高くなり、その結果、樹脂製スラスト軸受１が軸３の段差面３２ａから離れる向きに作用する動圧Ｐが発生する（楔効果）。

この動圧Ｐにより、段差面３２ａと摺動面１１ａとの間の面圧が低下し、段差面３２ａと摺動面１１ａとの間に潤滑油が入り込み易くなる。その結果、段差面３２ａと摺動面１１ａとの間には潤滑油による油膜が形成され、段差面３２ａと摺動面１１ａとの間の摺動抵抗が低減されることになる。

＜傾斜角度を０°より大で５°以下とする理由＞
ここで、傾斜面の傾斜角度を０°より大で５°以下とした場合に適度な油膜の形成が可能となることを、図６〜図８に示した解析結果に基いて説明する。

図６は、この解析に用いた傾斜形状の概略構成を示す模式図である。図７は、傾斜面の周方向の長さを５ｍｍとしたときの、傾斜面の高さ（ｈｉ−ｈｏ）と傾斜面の傾き（ｍ）との関係を示す図表であり、図８は、傾斜面の周方向の長さ（Ｂ１）と潤滑油膜の厚さとの関係を示す図表である。

図８に示す結果から、ｍが１０までの場合には、ある程度の油膜厚さを確保することができているが、ｍが１００の場合には、急激に油膜厚さが低下していることがわかる。したがって、摺動面を適度な潤滑状態とするためには、傾斜角度を０°より大で５°以下に設定しなければならないことがわかる。

＜本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の優れた点＞
本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１によれば、軸方向の圧縮されたときに傾斜面１３の傾斜角度が摺動面１１ａに潤滑油膜を形成するのに適した微小な傾斜角度（０°より大で５°以下）となるように構成されているので、樹脂製スラスト軸受１の製作段階において、傾斜面１３の傾斜角度を高度な製作精度が要求される微小な傾斜角度に形成する必要がなくなり、製作性が向上される。

すなわち、製作時（軸荷重非作用時）の傾斜面１３の傾斜角度α１は、使用時（軸荷重作用時）の傾斜角度α２よりも大きく設定できるので、製作が容易となる。

また、型成形によって製作される樹脂製スラスト軸受においては、予め型成形によって、傾斜面１３を摺動面１１ａに潤滑油膜を形成するのに適した微小な傾斜角度である０°より大で５°以下の角度に成形することは非常に困難であるが、本実施例に係る樹脂製スラスト軸受１によれば、係る微小な傾斜角度の傾斜面１３を（軸荷重作用時において）備える樹脂製スラスト軸受１を型成形によって容易に製作することが可能となる。

また、使用時において樹脂製スラスト軸受１が軸方向に圧縮されたときに、傾斜面１３の傾斜角度が摺動面１１ａに潤滑油膜を形成するのに適した傾斜角度となるので、摺動面１１ａにより確実に潤滑油膜を形成することができ、より確実な摩擦抵抗の低減を図ることができる。

本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の構成図。 本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の軸荷重の作用・非作用時の様子を示す図。 本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の装着状態を示す断面図。 本実施例に係る樹脂製スラスト軸受の具体的な使用態様を示す模試的断面図。 動圧の発生の様子を示す図。 解析に用いた傾斜形状の模式図。 傾斜面の高さと傾きとの関係を示す図表。 傾斜角度と潤滑油膜の厚さとの関係を示す図表。 従来技術に係る樹脂製スラスト軸受の正面図。 従来技術に係る樹脂製スラスト軸受の断面図。

符号の説明

１ 樹脂製スラスト軸受
１１ 凸部
１１ａ 摺動面
１２ 凹部
１３ 傾斜面
２ ハウジング
２１ 軸穴
２２ 段差部
２２ａ 段差面
３ 軸
３２ 段差部
３２ａ 段差面

Claims (3)

1. 軸に同心に形成された大径部と小径部との間の段差面と、前記軸が挿入されるハウジングの軸穴に同心に形成された大径部と小径部との間の段差面との間に装着され、前記軸を支える樹脂製スラスト軸受であって、
   前記軸の段差面に摺接する摺動面と、
   前記軸の段差面との間に隙間を形成する凹部と、
   前記摺動面と前記凹部との間に設けられ、前記軸の段差面との間の隙間を前記軸の回転方向に前記摺動面に近づくにしたがって狭くするように傾斜して、前記軸の段差面との間に楔状隙間を形成する傾斜面と、を備え、
   前記軸と前記ハウジングとの相対回転により、前記楔状隙間内に生じる潤滑油の流れによって、樹脂製スラスト軸受が前記軸の段差面から離れる向きに作用する動圧が発生し、
   該動圧の発生により、前記軸の段差面と前記摺動面との間に潤滑油膜が形成される樹脂製スラスト軸受において、
   軸荷重を受けたときに、前記傾斜面の傾斜角度が前記潤滑油膜の形成に適した角度となることを特徴とする樹脂製スラスト軸受。
2. 前記樹脂製スラスト軸受は、
   軸方向に突出した凸部を備え、
   該凸部と前記凹部とが周方向に交互に複数形成された周方向に波状にうねった形状を有しており、
   軸荷重によって前記軸の段差面に押し付けられた前記凸部の先端面が前記摺動面を形成するとともに、
   軸荷重によって軸方向に縮んでそのうねりが小さくなったときに、前記傾斜面の傾斜角度が前記潤滑油膜の形成に適した角度となることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製スラスト軸受。
3. 前記摺動面に適度な潤滑油膜を形成するのに適した角度が、０°より大で５°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂製スラスト軸受。

Images