JP2754769B2 - 動圧みぞ付軸受の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、事務用機器，音響機器，測定機器等に使用
される合成樹脂製の動圧みぞ付軸受の製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の合成樹脂よりなる筒状のすべり軸受、特に内径
面に動圧発生用のみぞを設けた動圧みぞ付軸受は、弾性
のある熱可塑性合成樹脂にグラファイト，炭素繊維，二
硫化モリブデン，フッ素樹脂などの潤滑性物質を混合し
た複合材料を用いて成形型により射出成形し、樹脂の弾
性を利用して成形型から引き抜く方法で製造されてい
る。動圧発生用のみぞは上記成形時に同時に形成され
る。

その場合、用いられる熱可塑性合成樹脂のベースの樹
脂としてはPTFE（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）は
含まれない。これは、PTFEは加熱しても溶融せず粉末状
であり、330℃以上でゲル状となるのみで射出成形が不
能のためである。

一般に、PTFEの成形は粉末冶金に似た方法で行われ
る。すなわち、金型中にPTFEの粉末材料を入れ徐々に加
圧成形した後、金型から取出し、360〜380℃で焼成す
る。全体がゲル状になったとき取出し、直ちに別の金型
にいれて二次成形を行う。複雑な形状のものや寸法精度
を要するものは、成形後に機械加工で仕上げて製品とす
る。工程が複雑で手間がかかり、この成形法による動圧
みぞ付軸受の製造は実際問題として行われていない。

又、パイプやチューブ等の場合、PTFEの粉末に有機溶
媒を加えてペースト状にしたものを押圧機でパイプ等に
押し出し成形し、その後溶剤を発揮させてから加熱炉中
で焼成して製品とする成形法も行われる。しかし焼成に
は２日位かかるので生産性が悪く、また焼成による形状
の変形が大きく、この方法も動圧みぞ付軸受の製造には
適用されていない。

PTFE以外の熱可塑性樹脂材料を用いた動圧みぞ付軸受
については、製造は可能であるが、成形収縮が大きく寸
法精度が不十分であり、また摩擦特性も充分ではなく、
動圧みぞ付軸受としての性能が十分には発揮されていな
い。これに対して本出願人は、成形精度の良い熱硬化性
樹脂を用いた動圧みぞ付軸受とその製造方法を先に提案
した（特開昭63−203916号）。

これは、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，不飽和ポリ
エステル樹脂，ジアリルフタレート樹脂などの熱硬化樹
脂よりなり、内径面に動圧発生用のみぞが形成された薄
肉内筒体を、金属性の外筒体の内径面に固着した動圧み
ぞ付軸受である。

この動圧みぞ付軸受の製造に際しては、あらかじめ内
径面に多数条の凹みぞ或いは接着剤等の固着手段が施さ
れた外筒体を外型に嵌装し、動圧発生用のみぞの形状に
対応する凸条が外周面に配列された内型と前記外型に嵌
装された外筒体との間の細幅の環状空間に、熱硬化性樹
脂を加熱溶融した成形材料を供給し、この成形材料を硬
化させて内筒体を成形するとともに、これを外筒体に固
着手段を介して固着保持せしめて内筒外と外筒体とが一
体となった積層構造とし、しかる後、内筒体と外筒体と
の積層構造を外型および内型から軸方向に抜き出して離
型する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、熱硬化性樹脂は成形精度は良いが樹脂
自体の摩擦特性，摩耗特性が低く、たとえグラファイ
ト，炭素繊維，二硫化モリブデンなどの潤滑性物質を混
合しても、良好な摩擦特性，摩耗特性は得られないとい
う問題点があった。

また、単体の軸受を複数個組み込んでユニット化する
場合に、複数個の軸受の内径の同軸度をだすことが困難
であるという問題点があった。

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、摩擦特性がす
ぐれた熱可塑性樹脂であるPTFEを主成分とする樹脂を用
いて、摩擦特性，摩耗特性に優れ、しかも寸法精度にも
優れた動圧みぞ付軸受を製造する方法を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の動圧みぞ付軸受の製造方法は、PTFEを主成分
とする樹脂のシートの一方の面に動圧発生用のみぞを塑
性加工によって成形し、前記シートの他方の面と外筒の
内径面とが接着剤を介して対向するようにシートを外筒
内に挿入し、次いで前記シートの内面にロッドを挿入し
て当該シートを前記外筒に対し圧迫した後、前記接着材
の硬化後にシートの内面からロッドを取り出すというも
のである。

以下に、本発明の詳細を説明する。

本発明のPTFEを主成分とする樹脂は、PTFEに摩耗特性
向上物質を混合したものである。PTFEの含有量は50〜90
wt％のものが好ましい。50wt％より少ないとPTFEの特性
である摩擦特性が低下する。一方、90wt％より多いと摩
耗性向上物質の添加量が過少となり、耐摩耗性が向上し
ない。しかしながら、上記の範囲に必ずしも限定される
ものではなく、50wt％より少なくてもよく、また90wt％
を越えてもよい。

混合される摩耗特性向上物質としては、例えばグラフ
ァイト，炭素繊維，二硫化、モリブデン，ポリイミド，
エコノール，ガラス繊維等を用いることができる。

本発明のPTFEを主成分とする樹脂のシートは、上記PT
FE樹脂と摩擦特性向上物質との混合材料を用いて周知の
樹脂シート製造法により形成されたものでよく、例え
ば、ナフサなどの有機溶媒を加えてペースト状にし、カ
レンダでシート状にした後、溶剤を揮発させてから加熱
炉中で焼成したものとか、混合材料の分散液を金属面上
に流し出したのち焼成し、形成されたフィルムを剥離し
たものとか、成形した円柱ブロックから切削したもの等
が利用できる。シートの厚さは、0.1〜2.0mmものが好ま
しい。

このPTFEを主成分とする樹脂のシートを外筒の内径面
に接着する際には、シートの被接着面に、常法に従って
あらかじめ化学処理（脱フッ素処理）を施す。これは、
シートの接着性を改善するための処理であり、フッ素樹
脂専用のプライマを用いた表面処理とか、いわゆるナト
リウム処理法等が適用できる。

接着剤としては、ゴム系接着剤を溶剤で適正粘度に溶
かしたもの、あるいは熱硬化性接着剤等が使用できる。
これらの接着剤をPTFEを主成分とする樹脂シートの前記
化学処理を施した被接着面に均一に塗布したのち半乾燥
させる。または前記シートに塗布する代わりに、外筒の
内径面に接着剤を塗布するようにしてもよい。

なお、動圧みぞ付軸受の動圧発生用のみぞの深さは、
適正な動圧効果を得るためには50〜60μｍが好ましい。
しかし、PTFEを主成分とする樹脂のシートの内面に形成
された動圧発生用のみでの深さは、５〜60μｍより多少
深い方が好ましい。この動圧発生用のみぞは、PTFEを主
成分とする樹脂のシートの一方の面に塑性加工によって
予め成形される。例えば他方の面である被接着面に接着
のための化学処理を施した後、化学処理されない面に転
造機により動圧発生用のみぞを転造するとともに、シー
ト厚みを均一にする。この転造時の加熱温度は100〜200
℃が好ましい。もっとも、接着のための化学処理は、上
記の動圧発生用のみぞの塑性加工後に行ってもよい。

なお、転造ではなくてプレス加工でもよい。

被接着面に接着剤が塗布されるとともに（接着剤を外
筒側に塗布する場合は、被接着面に接着のための化学処
理を施しただけとなる）、他方の面に上記動圧発生用の
みぞが塑性加工されたPTFEを主成分とする樹脂シート
は、必要長さに切断され、被接着面を外側にし、丸めて
外筒内に挿入される。次いで、この丸めたシート内面に
金属製またはプラスチック製のロッドを軽く圧入して挿
入する。

接着剤として例えばゴム系接着剤を使用した場合は、
接着剤の硬化のために60〜150℃の温度に10〜60分間加
熱する。

なお、外筒よりロッドの線膨張係数を大きくしたり、
また外筒よりシートの線膨張係数を大きくしたり、更に
外筒よりロッドとシートとの線膨張係数をいずれも大き
くしたりして、加熱時にはシートの内面がロッドに圧迫
されて多少の塑性変形を伴うことが好ましい。

なお、このように外筒とロッドとシートとの線膨張係
数を選定すると、シートの内面にロッドをすきまを隔て
て挿入しても、加熱時にはシートの内面がロッド圧迫さ
れて多少の塑性変形を伴うようにすることができる。

また、アルミニウムは鋼より線膨張係数が大きいが、
合成樹脂よりは線膨張係数が小さい。そして、PTFEを主
成分とする樹脂は鋼やアルミニウムより線膨張係数が大
きい。ロッドと外筒との材質を適宜に選定してシートの
内面がロッドに圧迫されることが好ましい。

なお、常温硬化型の接着剤を使用した場合は加熱しな
くても良く、シートの内面にロッド圧入後に硬化に必要
な時間常温放置すれば良い。

接着剤が硬化した後、シートの内面からロッドを抜き
取る。

上記の丸めたシートは、複数枚を外筒に軸方向に間隔
をおいて挿入し、それぞれ接着する構成としてもよい。

かくして、シートはロッドの圧迫を受けて多少の塑性
変形を伴って外筒内径面に接着され、優れた内径寸法精
度、同軸度が得られる。

なお、外筒は金属製でもプラスチック製でもよく、軸
受仕様に基づいて適宜に選択できる。また外筒形状も円
筒状に限らず、角型その他必要に応じて任意の形状にで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

動圧みぞ付軸受は、軸体と軸受とが相互のすべり面を
介して、一方向の回転運動，正逆回転運動，軸方向の直
線運動またはらせん運動を相対的に行う。したがって、
動圧発生用のみぞのパターンも、それらの相対運動の態
様に応じて定められる。

第１図（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の製造方法によ
り製造した動圧みぞ付き軸受の一例を示すもので、同図
（ａ）において、軸体10と円筒状の動圧みぞ付軸受20と
は相対的に軸方向の正逆の直線運動を行う。動圧みぞ付
軸受20は、金属製の外筒21の内径面に、PTFEを主成分と
する樹脂のシート22が軸方向に間隔をおいてそれぞれ接
着され、該シートの内面には、同図（ｂ），（ｃ）およ
び（ｄ）に示すようなやじり状の動圧発生用のみぞ60,7
0が、後述する製造方法により形成されている。

同図（ｂ）に示すみぞは、矢先方向が軸方向右向きの
みぞ60と、軸方向左向きのみぞ70とを軸方向にほぼ同一
の間隔で交互に配設するとともに、軸と直角方向に適宜
の間隔をおいて配列してある。

同図（ｃ）に示すみぞは、矢先方向が軸方向右向きの
みぞ60と、軸方向左向きのみぞ70とを菱形状に向い合わ
せに接続して、軸方向にほぼ同一の間隔で、軸と直角方
向に適宜の間隔をおいて配列してある。

同図（ｄ）に示すみぞは、矢先方向が軸方向右向きの
みぞ60と、軸方向左向きのみぞ70とを軸と直角方向に波
形状に接続して、軸方向にほぼ同一の間隔で配列してあ
る。

上記のみぞ60,70の深さは数μｍ〜数十μｍの範囲で
適宜に選定されている。

上記の軸受の潤滑剤としては、油，グリース，水およ
び空気等のうち何れかが使用される。

軸体10が矢符号Ａ方向に直線運動した場合、この運動
方向Ａに矢先が一致する軸方向右向きのみぞ60のポンピ
ング作用によって矢先部分の流体の圧力が高くなり、軸
受すきま23に流出した潤滑剤の流体膜によって軸体10を
支持する。軸体10が反対の矢符号Ｂ方向に直線運動した
場合は、矢先方向が運動方向Ｂに一致する軸方向左向き
のみぞ70のポンピング作用によってこのみぞ70の矢先部
分から軸受すきま23に流出した潤滑剤によって流体膜が
形成される。

上記の動圧みぞ付軸受20は以下のようにして製造した
ものである。

先ず、PTFEを主成分とし、これに摩耗特性向上物質と
しては、例えばガラス繊維を混合してなる樹脂シート22
の一方の面に、接着の前処理である脱フッ素処理を施
す。この実施例では、フッ素樹脂専用のプライマを用い
て常法通りに行った。その後、転造機にかけてシート22
を加圧加熱しつつ、脱フッ素処理しない他方の面に動圧
発生用のみぞ60,70を成形した。次にシート22の脱フッ
素処理した面に溶剤で適正粘度に調整したゴム系接着剤
を均一に塗布し、溶剤を揮発させて半乾燥させた後、シ
ート22を所要の寸法に切断した。全く同一の２枚のシー
ト22を、接着剤塗布面が外側になるように丸めて金属製
（又はプラスチック製）の外筒21内に、軸方向に間隔を
へだてて挿入し、第２図（ａ）に示す状態に取付けた。
その状態のシート内径をｄとする。その後、挿入した前
記シート22の内面に外径ＤのロッドＲを圧入する。この
ロッド外径Ｄはシート内径ｄより若干大きいが、シート
22は弾性変形可能であり、且つまた、この挿入時点でシ
ート22と外筒21の摩擦係数が大きくなっているから、ロ
ッドＲの挿入は可能である。その後所定温度に加熱する
と、シート22は外筒21より線膨張係数が大きいのでロッ
ドＲより受ける圧迫力はロッドＲのシート22の内面への
挿入時以上となる。

なお、外筒21としてアルミニウムを使用し、ロッドＲ
として鋼を使用すると、外筒21とロッドＲとの線膨張係
数の差が小さく、またシート22は外筒21より線膨張係数
が数倍大きいので、加熱時にシート22がロードＲより受
ける圧迫力はロッドＲのシート22の内面への圧入時以上
となる。

このロッドＲの圧迫による塑性変形を利用して、シー
ト22を外筒21の内面およびロッドＲの外径面になじませ
る。所定時間経過して接着剤が硬化したら、ロッドＲを
シート22の内径面から抜き取る。

このようにして、軸方向に間隔をおいて接着された２
枚のシート22を、１本のロッドＲで共通に圧して塑性変
形せしめることにより、優れた内径寸法精度と、軸方向
両端部の同軸度が保証された動圧みぞ付軸受20が得られ
る。

第３図，第４図は、本発明の製造方法により形成した
動圧発生のみぞの変形例を示している。第３図のもの
は、軸体10と動圧みぞ付軸受20とが、相対的に正逆のら
せん運動を行う場合のみぞパターンである。同図（ａ）
は、矢先方向が軸体10のリード角θ方向に位置する下向
きみぞ60と上向きのみぞ70とを、交互にリード角θ方向
に平行に配列している。同図（ｂ）は、矢先方向がリー
ド角θ方向に位置する下向きのみぞ60と上向きのみぞ70
とを菱形状に接続し、軸方向に４列となるようにしてリ
ード角θ方向に配列している。

第４図のものは、軸体10と動圧みぞ付軸受20とが、相
対的に正逆回転するラジアル動圧みぞ付軸受の場合のみ
ぞパターンである。同図（ａ）は、矢先方向が下向きの
ぞ60と上向きのみぞ70とを円周方向にほぼ同一の間隔で
交互に配設し、軸方向に適宜の間隔をおいて配列してい
る。同図（ｂ）は、矢先方向が下向きのみぞ60と上向き
のみぞ70とが菱形状に向かい合わせに接続して、円周方
向にほぼ同一の間隔で、軸方向に適宜の間隔をおいて配
列している。その菱形状の動圧発生用のみぞ60,70の内
側に潤滑剤保持用のみぞ80が設けられている。

第５図に、本発明の製造方法により製造した動圧みぞ
付き軸受の他の実施例を示す。

この実施例は、外面が非円筒状の外筒30の内径面に、
動圧発生用のみぞを有し、そしてPTFEを主成分として摩
耗特性向上物質を混合してなる樹脂のシート22を組み込
んだものである。この軸受のみぞの形成方法及び動圧み
ぞ付軸受としての作用・効果は上記第１実施例と異なる
点はない。このように、外筒体については円筒状に限ら
ず任意の形状のものを用いることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の動圧みぞ付軸受の製造
方法によれば、樹脂のシートの一方の面に、あらかじめ
動圧発生用のみぞを塑性加工によって成形するため、み
ぞ深さ，みぞ形状，シート厚みを所望の寸法で均一に形
成でき、且つシートの内面に挿入したロッドによりシー
ト内面が圧迫されて、シート内面は高精度であるという
効果を奏する。

また、単体の軸受を軸方向に間隔をおいて複数個組み
込んでユニット化する場合にも、複数個の軸受の内径の
同軸度をだすことが容易であり、摩擦特性、摩耗特性に
優れ、しかも寸法精度にも優れた高品質の動圧みぞ付軸
受の製造が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の動圧みぞ付軸受の
縦断面図、第１図（ｂ），（ｃ），（ｄ）、第３図
（ａ），（ｂ）、第４図（ａ），（ｂ）はそれぞれ動圧
発生用のみぞのパターンを表した平面図、第２図
（ａ），（ｂ）は本発明の動圧みぞ付軸受の製造工程を
説明する縦断面図、第５図は第２実施例の動圧みぞ付軸
受の縦断面図である。 図中、21は外筒、22はシート、60,70は動圧発生用のみ
ぞ、Ｒはロッド。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】PTFEを主成分とする樹脂のシートの一方の
   面に動圧発生のみぞを塑性加工によって成形し、前記シ
   ートの他方の面と外筒の内径面とが接着剤を介して対向
   するようにシートを外筒内に挿入し、次いで前記シート
   の内面にロッドを挿入して当該シートを前記外筒に対し
   圧迫した後、前記接着材の硬化後にシートの内面からロ
   ッドを取り出す動圧みぞ付軸受の製造方法。