JP2007025434A

JP2007025434A - Plain bearing

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Publication number: JP2007025434A
Application number: JP2005209684A
Authority: JP
Inventors: Tatsushi Kiyotomo; 達志清友
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: JP4687299B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plain bearing essentially consisting of a polyphenylene sulfide resin, having heat resistance and electric conductivity, and having satisfactory wear resistance. <P>SOLUTION: The plain bearing is formed with a polyphenylene sulfide resin of 100 pts.wt., flake natural graphite of 5 to 15 pts.wt., an ethylene tetrafluoride resin of 30 to 40 pts.wt., carbon black of 1 to 10 pts.wt. and an aramid fiber of 5 to 15 pts.wt. as indispensable components. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐熱、導電性滑り軸受に関する。特に、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真装置のトナー粉末が介在する部位に設置される摺動部材に用いられる軸受に関するものである。 The present invention relates to a heat-resistant, conductive sliding bearing. In particular, the present invention relates to a bearing used for a sliding member installed in a portion where toner powder is interposed in an electrophotographic apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile machine.

トナーを用いる電子写真装置の可動部の軸受として、耐熱性と導電性を備えた滑り軸受として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を主成分とする摺動軸受が用いられている。
例えば、特許文献１（特許第３２５２１９０号公報）には、射出成形が良好なポリアミド樹脂や非晶性熱可塑性樹脂に、粉末状高密度ポリエチレンを添加すると、機械的特性、熱変形温度及び良好な成形収縮率を良好にするのみならず、ＰＴＷ配合量が増加するに従い、動摩擦係数、摩耗量が低下し、相手材をカジらない軸受組成物として、ポリフェニレンサルファイド樹脂４０〜９２．５重量％、粘度平均分子量５００００〜３０００００であり平均粒子径２００μｍ以下の高密度ポリエチレン樹脂である粉末状ポリエチレン樹脂２〜１５重量％、チタン酸カリウム繊維、珪酸カルシウム繊維、ホウ酸マグネシウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、塩基性硫酸マグネシウム繊維、炭素繊維及び炭化珪素繊維等のウィスカ状強化繊維５〜４０重量％が配合された樹脂組成物において、更に酸無水物基含有モノマー、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、アクリロニトリル、スチレン又は酢酸ビニルで変性されたポリオレフィン０．５〜５．０重量％が配合されている射出成形用樹脂組成物が提案されている。
ポリフェニレンサルファイド樹脂は自己潤滑性が乏しいため、潤滑性を必要とする部分の材料として使用するに際しては、潤滑剤などを添加して別途潤滑性を付与しなければならず、たとえば黒鉛、四フッ化エチレン樹脂、潤滑油、金属酸化物、芳香族ポリアミド樹脂等を用いた複合材料が開発されてはいるものの、このような複合材料は、高温、高負荷条件のもとで良好な摩擦摩耗特性を発揮させるという点で決して充分であるとは言えず、一方、炭素繊維を配合した複合材料は初期においては良好な摩擦摩耗特性を示すが、相手材を損傷させ、その損傷にともない摩擦摩耗特性が急激に悪化する欠点を克服した提案として、ポリフェニレンサルファイド樹脂に黒鉛10〜30重量％と、四フッ化エチレン樹脂10〜35重量％と、カーボンブラック２〜10重量％とを必須成分として添加した滑り軸受用潤滑性樹脂組成物が特許文献２（特許第２８０４２９４号公報）に記載されている。
本発明者は、電子写真装置の加熱定着部用のアルミニウム合金を摺動相手とする滑り軸受としては、摩擦係数を下げるために多量の黒鉛添加すると摩擦摩耗性が悪化する問題があることを発見し、この耐摩耗性を改善する為に、強化繊維を添加すると摺動時にアルミニウム等の軟質金属である相手材の表面を荒らしてしまい、結果として軸受部材自体も荒れた相手材の表面と摺擦して損傷し、耐摩耗性が悪化するという問題があった。従来、充填されているガラス繊維、炭素繊維、ウィスカ繊維も相手材を傷つけてしまい耐摩耗性が劣化する原因となっている。 As a bearing for a movable part of an electrophotographic apparatus using toner, a sliding bearing mainly composed of polyphenylene sulfide resin is used as a sliding bearing having heat resistance and conductivity.
For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3252190), when high-density polyethylene in powder form is added to a polyamide resin or an amorphous thermoplastic resin with good injection molding, mechanical properties, heat distortion temperature and good As a bearing composition in which not only the molding shrinkage ratio is improved but also the PTW blending amount is increased, the dynamic friction coefficient and the wear amount are reduced and the mating material is not damaged, polyphenylene sulfide resin 40 to 92.5% by weight, 2-15% by weight of a powdered polyethylene resin having a viscosity average molecular weight of 50,000 to 300,000 and an average particle diameter of 200 μm or less, potassium titanate fiber, calcium silicate fiber, magnesium borate fiber, aluminum borate fiber, base 5-40 whisker-like reinforcing fibers such as porous magnesium sulfate fiber, carbon fiber and silicon carbide fiber In the resin composition in which the amount is blended, 0.5 to 5.0% by weight of a polyolefin modified with an acid anhydride group-containing monomer, methyl methacrylate, ethyl acrylate, acrylonitrile, styrene or vinyl acetate is blended. A resin composition for injection molding has been proposed.
Since polyphenylene sulfide resin has poor self-lubricating properties, when used as a material for parts that require lubricity, a lubricant must be added to provide lubricity separately. For example, graphite, tetrafluoride, etc. Although composite materials using ethylene resins, lubricants, metal oxides, aromatic polyamide resins, etc. have been developed, such composite materials have good friction and wear characteristics under high temperature and high load conditions. On the other hand, composite materials containing carbon fiber show good friction and wear characteristics in the initial stage, but damage the mating material, and the friction and wear characteristics associated with the damage. As a proposal to overcome the suddenly worsening defects, polyphenylene sulfide resin is composed of 10-30% by weight graphite, 10-35% by weight tetrafluoroethylene resin, and carbon black. Lubricating resin composition for a sliding bearing with the addition of a 10% by weight as essential components is described in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 2804294).
The present inventor has discovered that a sliding bearing using an aluminum alloy for a heat fixing portion of an electrophotographic apparatus as a sliding partner has a problem that the frictional wear property is deteriorated when a large amount of graphite is added to reduce the friction coefficient. However, when reinforcing fibers are added to improve the wear resistance, the surface of the mating material, which is a soft metal such as aluminum, is roughened during sliding, and as a result, the bearing member itself also slides on the rough surface of the mating material. There was a problem that it was damaged by rubbing and the wear resistance deteriorated. Conventionally, filled glass fiber, carbon fiber, and whisker fiber also damage the mating material, causing deterioration of wear resistance.

特許第３２５２１９０号公報Japanese Patent No. 3252190 特許第２８０４２９４号公報Japanese Patent No. 2804294

ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下「ＰＰＳ」と表記する場合もある）を主成分とする耐熱性、導電性を有する耐摩耗性が良好な滑り軸受を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a sliding bearing having a heat resistance and a conductivity having a good wear resistance, the main component of which is a polyphenylene sulfide resin (hereinafter sometimes referred to as “PPS”).

本発明者は、鋭意研究開発を続けた結果、黒鉛とアラミド繊維を併用することにより黒鉛の問題点である耐摩耗性の悪化を押さえることができるという機能を知見したことに基づき、本発明を完成したものである。
本発明の主な構成はつぎのとおりである。 As a result of continuous research and development, the inventor of the present invention based on the knowledge that the combined use of graphite and aramid fibers can suppress the deterioration of wear resistance, which is a problem of graphite. It has been completed.
The main configuration of the present invention is as follows.

（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂１００重量部に対して、鱗片状天然黒鉛５〜１５重量部、四フッ化エチレン樹脂３０〜４０重量部、カーボンブラック１〜１０重量部、アラミド繊維５〜１５重量部を必須成分として成形されたことを特徴とする滑り軸受。
（２）電子写真装置の加熱定着部用軸受であることを特徴とする（１）記載の滑り軸受。 (1) For 100 parts by weight of polyphenylene sulfide resin, 5-15 parts by weight of scaly natural graphite, 30-40 parts by weight of tetrafluoroethylene resin, 1-10 parts by weight of carbon black, and 5-15 parts by weight of aramid fibers. A plain bearing characterized by being molded as an essential component.
(2) The sliding bearing according to (1), which is a bearing for a heat fixing part of an electrophotographic apparatus.

アラミド繊維と黒鉛、特に、鱗片状天然黒鉛を併用することにより、黒鉛の量を減少させ、耐摩耗性を向上したポリフェニレンサルファイド樹脂を主成分とした滑り軸受を実現できた。
特に、耐熱性と導電性が求められる複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真装置の定着ユニットに設置されるヒートロールの支持に用いられる軸受に適している。
By using aramid fibers and graphite, especially scaly natural graphite in combination, it was possible to realize a sliding bearing mainly composed of polyphenylene sulfide resin with reduced amount of graphite and improved wear resistance.
In particular, it is suitable for a bearing used for supporting a heat roll installed in a fixing unit of an electrophotographic apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile machine that requires heat resistance and conductivity.

＜ポリフェニレンサルファイド樹脂＞
ポリフェニレンサルファイド樹脂は、以下に示す一般式で表わされる合成樹脂である。本発明に使用するPPS樹脂としては、架橋型のPPS樹脂でも、直鎖型（リニア（Liner）型）のPPS樹脂でも良い。
<Polyphenylene sulfide resin>
The polyphenylene sulfide resin is a synthetic resin represented by the following general formula. The PPS resin used in the present invention may be a cross-linked PPS resin or a linear (Liner) PPS resin.

＜黒鉛＞
本発明で使用する黒鉛は、鱗片状天然黒鉛である。配合量は、PPS100に対し、５〜１５重量部が望ましい。黒鉛は、炭素から構成され、潤滑性、導電性、耐熱性、耐酸耐アルカリ性に優れた性質を持つ。黒鉛には、天然黒鉛と人造黒鉛がある。天然黒鉛には主に中国産の土状黒鉛、主に中国、ブラジル、ウクライナから算出される鱗片状黒鉛、主にスリランカから産出する塊状黒鉛等がある。人造黒鉛は、石炭コークス系、石油コークス系、ピッチ系などがある。従来、これらが区別無く使用されていたが、本発明では、比較試験の結果、鱗片状天然黒鉛が適していることが確認され、これに特定して用いる。
配合量は、５重量部以下では、潤滑性が不十分であり、１５重量部以上では、摩耗性が改善されない。
従来、黒鉛の量は、特許第２８０４２９４号公報等に開示されるように10〜30重量％程度使用されているが、本発明では、PPSに対し１５重量部以下に押さえることができた。黒鉛量が多くなると摩耗量が多くなるが、本発明では、少なくすることができた。 <Graphite>
The graphite used in the present invention is scaly natural graphite. The blending amount is desirably 5 to 15 parts by weight with respect to PPS100. Graphite is composed of carbon and has excellent properties such as lubricity, conductivity, heat resistance, and acid / alkali resistance. Graphite includes natural graphite and artificial graphite. Natural graphite mainly includes earthy graphite produced in China, flake graphite calculated mainly from China, Brazil, and Ukraine, and massive graphite produced mainly from Sri Lanka. Artificial graphite includes coal coke, petroleum coke, pitch and the like. Conventionally, these have been used without distinction, but in the present invention, as a result of a comparative test, it has been confirmed that scaly natural graphite is suitable, and this is specifically used.
If the blending amount is 5 parts by weight or less, the lubricity is insufficient, and if it is 15 parts by weight or more, the wear resistance is not improved.
Conventionally, the amount of graphite is about 10 to 30% by weight as disclosed in Japanese Patent No. 2804294 and the like, but in the present invention, it was able to be suppressed to 15 parts by weight or less with respect to PPS. As the amount of graphite increases, the amount of wear increases, but in the present invention, it can be reduced.

＜四フッ化エチレン樹脂＞
四フッ化エチレン樹脂は、四フッ化エチレンの重合体であり、成形用の粉末であっても、また、いわゆる固体潤滑剤用の微粉末であってもよく、たとえば三井デュポンフロロケミカル社製：テフロン（登録商標）7J、TLP−10、旭硝子社製：フルオンG163、ダイキン工業社製：ポリフロンM15、ルブロンL5などを例示することができる。
四フッ化エチレン樹脂の配合量は３０〜４０重量部が望ましい。３０重量部以下では潤滑性が不充分で、４０重量部以上では成形性が著しく悪化する。 <Tetrafluoroethylene resin>
The tetrafluoroethylene resin is a polymer of ethylene tetrafluoride, and may be a powder for molding or a fine powder for a so-called solid lubricant, for example, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd .: Examples include Teflon (registered trademark) 7J, TLP-10, Asahi Glass Co., Ltd .: Fullon G163, Daikin Industries, Ltd .: Polyflon M15, Lubron L5, and the like.
As for the compounding quantity of a tetrafluoroethylene resin, 30-40 weight part is desirable. If it is 30 parts by weight or less, the lubricity is insufficient, and if it is 40 parts by weight or more, the moldability is remarkably deteriorated.

＜カーボンブラック＞
カーボンブラックは、軸受に導電性を付与する目的で使用される。
種類は従来から用いられているケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ロールブラック、ディスクブラック等用いることができる。
その配合量は、１〜１０重量部が望ましい。 <Carbon black>
Carbon black is used for the purpose of imparting electrical conductivity to the bearing.
As the types, conventionally used ketjen black, acetylene black, furnace black, lamp black, thermal black, channel black, roll black, disc black and the like can be used.
The blending amount is desirably 1 to 10 parts by weight.

＜アラミド繊維重量部＞
本発明で用いるアラミド繊維は、高温域での耐摩耗性向上材として寄与している。
その配合量は、５〜１５重量部が望ましい。
従来は、炭素繊維（特開平７−２６８１２６号公報参照）やウィスカー繊維（特許文献１参照）用いた例がある。アラミド繊維を用いる例は、特許第３５０８３７号公報には、アセチレンブラックは粒子の二次構造が鎖状構造を呈するものであり、またケッチェンブラック（アクゾ社製）のものは特殊な粒子形態のものであって、両者はポリフェニレンサルファイド樹脂脂組成物の添加物の一つである芳香族ポリアミド繊維に絡み付いた状態となり、このようなカーボンブラックが芳香族ポリアミド繊維に絡んだ材料を有するポリフェニレンサルファイド樹脂系の樹脂組成物では、摺動相手となるアルミニウム合金製のローラの軸などを損傷するという問題点が生ずるとして、欠点材料として評価されている。 <Aramid fiber parts by weight>
The aramid fiber used in the present invention contributes as a wear resistance improving material in a high temperature range.
The blending amount is desirably 5 to 15 parts by weight.
Conventionally, there are examples using carbon fibers (see JP-A-7-268126) and whisker fibers (see Patent Document 1). An example using an aramid fiber is disclosed in Japanese Patent No. 350837, in which acetylene black has a chain structure of secondary particles, and Ketjen Black (manufactured by Akzo) has a special particle form. Both of which are in a state of being entangled with an aromatic polyamide fiber which is one of the additives of the polyphenylene sulfide resin fat composition, and such a polyphenylene sulfide resin having a material in which such carbon black is entangled with the aromatic polyamide fiber This type of resin composition has been evaluated as a defect material because it has a problem of damaging the shaft of an aluminum alloy roller that is a sliding partner.

＜製造工程＞
本発明に採用する製造方法は、通常に工程によることができる。例えば、この滑り軸受の成形に用いる各原材料をヘンシェルミキサーで十分混合し、二軸溶融混錬押出機に供給し増粒し、得られたペレットを射出成形し、成型品を得る。 <Manufacturing process>
The production method employed in the present invention can usually be based on a process. For example, each raw material used for molding of the slide bearing is sufficiently mixed by a Henschel mixer, supplied to a twin-screw melt kneading extruder, and granulated, and the obtained pellets are injection molded to obtain a molded product.

こうして得られるポリフェニレンサルファイド樹脂軸受の摺動部分の摩擦係数は、高温下での使用では、０．２０以下となり、限界ＰＶ値は７００ｋｇｆ／ｃｍ²・ｍ／ｍｉｎ以上となり、好ましい。 The friction coefficient of the sliding portion of the polyphenylene sulfide resin bearing thus obtained is preferably 0.20 or less and the limit PV value is 700 kgf / cm ² · m / min or more when used at high temperatures.

＜性能、用途＞
<Performance and usage>

実施例１〜３及び比較例１〜３の組成を表１、表２に示す。表１は重量部表示であり、表２は重量パーセント表示である。 The compositions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Tables 1 and 2. Table 1 shows parts by weight and Table 2 shows weight percent.

これらの各原材料をヘンシェルミキサーで充分混合し、二軸溶融混錬押出機に供給し造粒し、得られたペレットを射出成形機にて成形し、電子写真装置の加熱定着部のアルミニウム合金製ロールの滑り軸受成形品を製造した。 Each of these raw materials is thoroughly mixed with a Henschel mixer, supplied to a twin-screw melt kneading extruder, granulated, and the resulting pellets are molded with an injection molding machine, made of an aluminum alloy for the heat fixing part of the electrophotographic apparatus. Rolled slide bearing moldings were produced.

次の試験を行って評価した。
＜摩擦摩耗試験＞
評価試験機として、鈴木式摩擦試験機を使用した。相手材として、アルミ合金AL5052を用いた。試験は、１．４７MPa、３００mm／sec、２３時間連続試験を２５℃雰囲気、２００℃雰囲気、２５０℃雰囲気で実施した。試験方法の概略を図１０に示す。
試験結果を図１〜９に示す。 The following tests were conducted for evaluation.
<Friction and wear test>
A Suzuki friction tester was used as an evaluation tester. Aluminum alloy AL5052 was used as the counterpart material. In the test, a 1.47 MPa, 300 mm / sec, 23-hour continuous test was performed in a 25 ° C. atmosphere, a 200 ° C. atmosphere, and a 250 ° C. atmosphere. An outline of the test method is shown in FIG.
The test results are shown in FIGS.

図１〜３には、各温度雰囲気における軸受材と軸材となるアルミニウム材の双方を並べて摩耗量を示している。アルミニウム材の摩耗量は、0.00037cm³以下であって、軸受の摩耗量より格段に少なく、図示のレベルでは殆ど表示されない。図４〜５には、各温度雰囲気における軸受材の摩擦係数の平均値を示した。
図７〜９には、各温度雰囲気における軸受の摩擦係数の経時変化を示した。 1-3, the amount of wear is shown by arranging both the bearing material and the aluminum material as the shaft material in each temperature atmosphere. The wear amount of the aluminum material is 0.00037 cm ³ or less, which is much smaller than the wear amount of the bearing, and is hardly displayed at the level shown in the drawing. 4 to 5 show the average value of the friction coefficient of the bearing material in each temperature atmosphere.
7 to 9 show the change with time of the friction coefficient of the bearing in each temperature atmosphere.

この摩擦摩耗試験の結果、アルミニウム材の摩耗は各温度、各実施例、各比較例において、大差ないことが確認できた。一方、軸受は、常温に近い２５℃雰囲気では、各実施例は現行発売されている比較例３より、摩耗量が大きいが、２００℃及び２５０℃の高温雰囲気では、極めて摩耗量が少ないことが確認できた。本発明で得られた滑り軸受は、特に、高温雰囲気での耐摩擦性に優れていることが解る。この使用条件として、電子写真装置の加熱定着部が適している。 As a result of this frictional wear test, it was confirmed that the wear of the aluminum material was not significantly different at each temperature, each example, and each comparative example. On the other hand, in the bearings at 25 ° C., which is close to normal temperature, each example has a larger amount of wear than the currently released Comparative Example 3, but in a high temperature atmosphere of 200 ° C. and 250 ° C., the amount of wear is extremely small. It could be confirmed. It can be seen that the plain bearing obtained in the present invention is particularly excellent in friction resistance in a high temperature atmosphere. As this use condition, the heat fixing part of the electrophotographic apparatus is suitable.

＜限界ＰＶ値＞
限界ＰＶ値評価試験を行った。結果を表３に示す。
実施例１〜３はいずれも滑り速度Ｖ＝３６m/minにおける限界Ｐ値が２０kgf/cm^２、限界ＰＶ値が７００kgf/cm^２・m/min以上であり、比較例ではそれぞれの値が１８kg/cm^２以下、６５０kgf/cm^２・m/min以下であった。 <Limit PV value>
A limit PV value evaluation test was conducted. The results are shown in Table 3.
In each of Examples 1 to 3, the limit P value at a sliding speed V = 36 m / min is 20 kgf / cm ² and the limit PV value is 700 kgf / cm ² · m / min or more. In the comparative example, each value is 18 kg / min. It was cm ² or less and 650 kgf / cm ² · m / min or less.

２５℃雰囲気摩耗量グラフAmbient wear amount graph at 25 ° C ２００℃雰囲気摩耗量グラフ200 ° C atmosphere wear amount graph ２５０℃雰囲気摩耗量グラフ250 ° C atmosphere wear amount graph ２５℃雰囲気軸受摩擦係数グラフ25 ° C atmosphere bearing friction coefficient graph ２００℃雰囲気軸受摩擦係数グラフ200 ° C atmosphere bearing friction coefficient graph ２５０℃雰囲気軸受摩擦係数グラフ250 ° C atmosphere bearing friction coefficient graph ２５℃雰囲気軸受摩擦係数の経時変化グラフ25 ° C ambient bearing friction coefficient over time graph ２００℃雰囲気軸受摩擦係数の経時変化グラフ200 ° C ambient bearing friction coefficient over time graph ２５０℃雰囲気軸受摩擦係数の経時変化グラフ250 ° C ambient bearing friction coefficient over time graph 摩擦試験方法概略図Friction test method schematic

Claims

5-100 parts by weight of scaly natural graphite, 30-40 parts by weight of tetrafluoroethylene resin, 1-10 parts by weight of carbon black, and 5-15 parts by weight of aramid fibers are essential components for 100 parts by weight of polyphenylene sulfide resin. A plain bearing characterized by being molded.

The sliding bearing according to claim 1, wherein the sliding bearing is a heat fixing part bearing of an electrophotographic apparatus.