JP3029029B2

JP3029029B2 - 含油樹脂組成物及びこれを用いた含油樹脂軸受

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Publication number: JP3029029B2
Application number: JP10143172A
Authority: JP
Inventors: 達志清友
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2018-05-25
Also published as: JPH11335571A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
ー、ファクシミリ等の電子写真装置の摺動部材に用いら
れる含油樹脂組成物及びその含油樹脂組成物を用いた含
油樹脂軸受に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トナーを用いる電子写真装置の可動部の
支持摺動部材として、軽量コンパクト化及び注油等の保
守点検の簡略化を目的として、摩擦係数の低いいわゆる
自己潤滑性エンジニアリングプラスチックにより成形さ
れた無給油の軸受が広く使用されている。また、このよ
うな軸受の改良として、プラスチック組成物にポリノル
ボルネン樹脂等の非常に柔軟な樹脂を潤滑油担体として
混合し、これに潤滑油を担持させることによって摺動部
分に潤滑油を滲出させ、摩擦・摩耗特性の向上を図った
ものが提案されている（例えば特開昭５６−４７４９５
号公報参照）。この軸受では、トナー等の微粉末が存在
する部位に使用されて摺動部分に微粉末が侵入しても、
この微粉末が軸受の摺動面に取り込まれて埋没するの
で、摺動抵抗の増大を効果的に防止することができる。
さらに、金属粉末を配合することにより寸法精度を高め
るとともに、熱伝導率を向上させてトナーの溶融の防止
を図った軸受も提案されている（例えば特公平７−３０
３４７号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の軸受に含まれる柔軟な樹脂や金属粉末はいわばマトリ
ックス中の異物として存在することとなるので、軸受自
体の機械的強度の低下は避けられず、脆くかつ割れやす
いものとなってしまう。そのため、高負荷、高速領域で
の使用に不向きであるという不都合がある。

【０００４】ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維、
ウィスカー等の補強充填材等を添加することにより、こ
れら軸受の機械的強度の低下を補う手段も考えられる。
しかし、補強繊維、補強充填材等の添加は摺動部分の平
滑性の低下を招き、このため軸材の摩耗量が増加してし
まうこととなる。また、補強繊維、補強充填材等の添加
により軸受の硬度が上昇してしまうので、トナー等の微
粉末の侵入による摺動抵抗増大を招き、軸の回転トルク
を上昇させてしまうという問題がある。

【０００５】本発明は、これらのような問題に鑑みてな
されたものであり、表面が平滑であり、トナー等の微粉
末の侵入による摺動抵抗増大を防止する機能を備え、し
かも機械的強度が高くて高負荷・高速条件での使用にも
対応できる、軸受等の摺動部分用の含油樹脂組成物及び
その含油樹脂組成物を用いた含油樹脂軸受を提供するこ
とをその目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明は、潤滑油、潤滑油担体、補強充填材
及び自己潤滑性樹脂を含む含油樹脂組成物において、こ
の補強充填材として酸化亜鉛ウィスカーを０．５容積％
以上４０容積％以下含有することを特徴とする含油樹脂
組成物、である（請求項１）。

【０００７】この含油樹脂組成物を用いて含油樹脂軸受
を成形すれば（請求項５）、含油樹脂組成物に補強充填
材として酸化亜鉛ウィスカーが用いられているので、こ
の酸化亜鉛ウィスカーが補強作用を発現し、含油樹脂軸
受の機械的性質を向上させることができる。また、酸化
亜鉛ウィスカーは摺動部分の平滑性を悪化させることが
ない。さらに、酸化亜鉛ウィスカーは一般的な強化繊維
や補強充填材と比較して含油樹脂軸受の表面硬度をさほ
ど上昇させないので、トナー等の微粉末の侵入による摺
動抵抗増大を防止する機能を保持することができる。な
お、上記摺動部分の平滑性、機械的性質の向上等の作用
を効果的に奏させるためには、酸化亜鉛ウィスカーの含
有量を０．５容積％以上４０容積％以下にするとよい。

【０００８】酸化亜鉛ウィスカーとしては、繊維長が２
μｍ以上５０μｍ以下であり、繊維径が０．２μｍ以上
３μｍ以下であるものが好適に用いられる（請求項
４）。

【０００９】この発明において、補強充填材として酸化
亜鉛ウィスカーと金属粉末とを併用し、この酸化亜鉛ウ
ィスカーと金属粉末との容積比を４／６以上６／４以下
とすれば、含油樹脂軸受の熱伝導性及び寸法安定性を向
上させることができる（請求項２）。

【００１０】これらの発明において、補強効果と摺動抵
抗増大防止効果とを両立させるには、補強充填材の含有
率を含油樹脂組成物１００容積％に対して０．５容積％
以上４０容積％以下とするのが好ましい（請求項３）。

【００１１】こうして得られる含油樹脂軸受の摺動部分
の摩擦係数は０．２０以下となり、限界ＰＶ値は７００
ｋｇｆ／ｃｍ²・ｍ／ｍｉｎ以上となり、好ましい（請
求項６）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しつつ本発
明を詳説する。

【００１３】図１は、本発明の一実施形態にかかる含油
樹脂軸受１が示された斜視図である。この含油樹脂軸受
１は略円筒状であり、その内壁は軸材と摺動する摺動部
分２となっている。

【００１４】この含油樹脂軸受１は、自己潤滑性樹脂
としてのポリアセタールを主要ポリマーとする含油樹脂
組成物から成形されている。自己潤滑性樹脂とは、固体
状又は液状の潤滑剤を添加しない状態でも潤滑性を有
し、比較的低い摩擦係数を示す樹脂のことである。含油
樹脂軸受１に適用可能な自己潤滑性樹脂としては、上記
のポリアセタールの他に、例えばポリエチレンやポリプ
ロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

【００１５】含油樹脂組成物中に占める自己潤滑性樹脂
の量は、４０容積％以上９８容積％以下が好ましく、５
５容積％以上８５容積％以下が特に好ましい。自己潤滑
性樹脂の量が上記範囲未満であると、摺動部材として必
要な機械的強度が低下し、摩耗量が増大してしまうこと
がある。逆に、自己潤滑性樹脂の量が上記範囲を越える
と、含油樹脂組成物の硬度が上昇し、トナー等の微粉末
の侵入により摺動抵抗が増大してしまうことがある。

【００１６】この含油樹脂軸受１には、潤滑油が配合さ
れている。こうすることにより、使用中に摺動部分２に
潤滑油が滲出し、含油樹脂軸受１と軸材との滑り摩擦抵
抗を低下させる。従って、無給油で含油樹脂軸受１を使
用し続けることができる。潤滑油の配合量は、用いられ
る含油樹脂組成物１００容積％に対し１容積％以上４０
容積％以下が好ましく、１０容積％以上３０容積％以下
が特に好ましい。配合量が上記範囲未満であると、滑り
摩擦抵抗を十分に低下させることができなくなってしま
うことがある。逆に、配合量が上記範囲を超えると、摺
動部分２に過剰の潤滑油が滲出して摺動面に介在するト
ナー等の微粉末が固まりやすくなり、摺動抵抗が増大し
てしまうことがある。

【００１７】用いられる潤滑油としては、一般的に潤滑
油として使用されているものであれば何でもよく、例え
ば（ａ）スピンドル油、タービン油、マシン油、ダイナ
モ油等の芳香属系潤滑油、（ｂ）ナフテン系潤滑油、
（ｃ）パラフィン系潤滑油、（ｄ）炭化水素、エステ
ル、ポリグリコール、シリコーン等の合成油等が挙げら
れる。

【００１８】この含油樹脂軸受１には、潤滑油担体とし
てのポリノリボルネン系エラストマーが配合されてい
る。こうすることにより、ポリノリボルネン系エラスト
マーが潤滑油を吸収し、含油樹脂軸受１中に潤滑油を多
量に含有させることができ、しかも摺動面への潤滑油の
滲出量を安定化させることができるようになる。ポリノ
リボルネン系エラストマーの配合量は、用いられる含油
樹脂組成物１００容積％に対し０．１容積％以上２０容
積％以下が好ましく、５容積％以上１５容積％以下が特
に好ましい。配合量が上記範囲未満であると、含油樹脂
軸受１中に潤滑油を多量に配合することができなくなっ
てしまうことがある。逆に、配合量が上記範囲を超える
と、主要ポリマーである自己潤滑性樹脂の特性が滅却し
てしまい、例えば含油樹脂軸受１の機械的強度が低下し
たり、耐熱性が低下したりしてしまうことがある。

【００１９】含油樹脂軸受１に適用可能な潤滑油担体と
しては、上記のポリノリボルネン系エラストマーの他
に、例えばブタジエンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤ
Ｍ、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。これらの
潤滑油担体のなかでも、ポーラスな構造を有するため潤
滑油の吸収能力が高く、そのため所定の潤滑能力の発現
に必要な混入量が少量ですむポリノリボルネン系エラス
トマーが好ましい。

【００２０】この含油樹脂軸受１には、補強充填材とし
ての酸化亜鉛ウィスカーが配合されている。ここで、酸
化亜鉛ウィスカーとは、酸化亜鉛を主成分とする微細な
単結晶体のことである。酸化亜鉛ウィスカーを配合する
ことにより含油樹脂軸受１が補強されて、潤滑油担体等
の異物が存在する含油樹脂軸受１であっても高い機械的
強度を得ることができる。

【００２１】酸化亜鉛ウィスカーは、微細な短繊維であ
りテトラポッド状の結晶構造を有しているので、これを
配合しても含油樹脂軸受１の摺動部分２の平滑性を悪化
させることがなく、軸材の摩耗量を押さえることができ
る。また、酸化亜鉛ウィスカーはそれ自体の表面硬度が
低いためか、一般的な強化繊維や補強充填材と比較して
含油樹脂軸受１の表面硬度をさほど上昇させない。従っ
て、摺動部分２に進入したトナー等が内部に取り込ま
れ、摺動部分２の滑り摩擦抵抗の増大を効果的に防止す
ることができる。

【００２２】酸化亜鉛ウィスカーの繊維長は２μｍ以上
５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上４０μｍ以下が
特に好ましい。繊維長が上記範囲未満であると、十分な
補強効果が得られず、機械的強度が不足したり摩耗量が
増大したりしてしまうことがある。逆に、繊維長が上記
範囲を越えると、摺動部分２の表面平滑性が損なわれて
しまうことがある。

【００２３】酸化亜鉛ウィスカーの繊維径は０．２μｍ
以上３μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上２．５μｍ
以下が特に好ましい。繊維径が上記範囲未満であると、
補強効果が不十分となって含油樹脂軸受１の強度が低下
してしまうことがある。逆に、繊維径が上記範囲を越え
ると、摺動部分２の表面平滑性が損なわれてしまうこと
がある。

【００２４】酸化亜鉛ウィスカーとともに、他の補強充
填材としての金属粉末を併用して含油樹脂軸受１を構成
してもよい。金属は一般的にポリマーよりも熱伝導度が
高いので、金属粉末を配合することにより含油樹脂軸受
１の熱伝導率を高めることができる。従って、運転中の
摺動部分２の温度上昇を押さえることができ、進入する
トナーの溶融を防止することができる。また、金属粉末
を配合することにより含油樹脂軸受１の熱膨張係数を下
げることができ、軸受としてきわめて重要な物性である
寸法安定性に優れる含油樹脂軸受１を得ることができ
る。

【００２５】金属粉末に用いられる金属材料としては、
例えば耐摩耗性に優れる青銅、りん青銅、ホワイトメタ
ル、鉛青銅、ケルメット（銅鉛合金）等の銅系金属等が
挙げられる。

【００２６】酸化亜鉛ウィスカーと金属粉末とを併用す
る場合、その容積比は４／６以上６／４以下が好まし
い。容積比が上記範囲未満であると、摺動部分２の表面
平滑性が損なわれてしまうことがある。逆に、容積比が
上記範囲を超えると、含油樹脂軸受１の熱伝導性及び寸
法安定性が低下してしまうことがある。

【００２７】これら補強充填材の合計含有率は、用いら
れる含油樹脂組成物１００容積％に対して０．５容積％
以上４０容積％以下が好ましく、１０容積％以上３０容
積％以下が特に好ましい。含有率が上記範囲未満である
と、含油樹脂軸受１の強度が不十分となったり熱伝導性
が低下したりしてしまうことがある。逆に、含有率が上
記範囲を超えると、含油樹脂軸受１が脆化したり摺動部
分２の表面平滑性が低下したりしてしまうことがある。

【００２８】この含油樹脂軸受１の摺動部分２の摩擦係
数は、０．２０以下が好ましく、０．１５以下が特に好
ましい。摩擦係数が上記範囲を超えると、軸材の摩耗の
程度が大きくなってしまうことがある。摩擦係数は小さ
いほど好ましいので、本発明では摩擦係数の下限は特に
は設けていない。なお、ここで摩擦係数とは、Ｓ４５Ｃ
（焼入れなし）材に対する、荷重５ｋｇｆ、滑り速度１
１．３ｍ／ｓｅｃにおける摩擦係数を意味する。

【００２９】この含油樹脂軸受１の摺動部分２の限界Ｐ
Ｖ値は、７００ｋｇｆ／ｃｍ²・ｍ／ｍｉｎ以上が好ま
しく、８００ｋｇｆ／ｃｍ²・ｍ／ｍｉｎ以上が特に好
ましい。限界ＰＶ値が上記範囲未満であると、高負荷・
高速条件において摺動部分２が摩擦熱により溶融してし
まうことがある。限界ＰＶ値は大きいほど好ましいの
で、本発明では限界ＰＶ値の上限は特には設けていない
が、一般的に得られる限界ＰＶ値の上限は１０００ｋｇ
ｆ／ｃｍ²・ｍ／ｍｉｎ程度である。なお、ここで限界
ＰＶ値とは、摩擦熱によって摺動部分２が溶融して摩擦
係数及び摩耗が急増する地点での加重Ｐと速度Ｖとの積
を意味する。

【００３０】この含油樹脂軸受１に用いられる含油樹脂
組成物は、例えば潤滑油担体と潤滑油とを混合して両者
が均一に相溶した泥状物を調製し、これに粉末状の自己
潤滑性樹脂と酸化亜鉛ウィスカーを添加して混合するこ
とにより得られる。この含油樹脂組成物から含油樹脂軸
受１を成形するに際しては既知の種々の成形方法を採用
することができるが、一般的には射出成形法が採用され
る。

【００３１】この含油樹脂軸受１に用いられる含油樹脂
組成物には、前述の潤滑油、潤滑油担体、補強充填材及
び自己潤滑性樹脂の他にも、必要に応じ、例えば紫外線
吸収剤、劣化防止剤、着色剤、帯電防止剤、難燃剤等を
配合することができる。

【００３２】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳説するが、
この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈され
るべきものではないことはもちろんである。

【００３３】［実施例１］潤滑油担体としてのポリノル
ボルネン系エラストマー（日本ゼオン株式会社の商品名
「ノルソレックス」）８容積％と潤滑油としての鉱物油
（出光石油株式会社の商品名「ダフニースーパーメカニ
ックオイル１００」）３０容積％とをヘンシェルミキサ
ーで混合し、常温で１２時間放置して、両者が均一に相
溶した泥状の混合物を得た。これに、自己潤滑性樹脂と
してのポリアセタール樹脂粉末（ポリプラスチック株式
会社の商品名「ジュラコンＭ９０−０２」）４２容積％
と酸化亜鉛ウィスカー（松下アムテック社の商品名「パ
ナテトラ」）２０容積％とを添加し、再びヘンシェルミ
キサーで混合して含油樹脂組成物を得た。

【００３４】この含油樹脂組成物を押し出して裁断し、
樹脂ペレットを得た。そして、この樹脂ペレットを用い
て射出成形を行い、外径（図１中Ｄで示される）が１２
ｍｍ、内径（図１中ｄで示される）が６ｍｍ、長さ（図
１中Ｌで示される）が４ｍｍである実施例１の含油樹脂
軸受を得た。

【００３５】［実施例２］酸化亜鉛ウィスカーの配合量
を１０容積％とし、他の補強充填材としてのケルメット
粉末（福山金属箔社製）１０容積％を配合した他は実施
例１と同様にして、実施例２の含油樹脂軸受を得た。

【００３６】［比較例１から４］鉱物油の配合量を２０
容積％とし、ポリノルボルネン系エラストマー及び酸化
亜鉛ウィスカーを全く配合せず、ポリアセタール樹脂の
配合量を８０容積％とした他は実施例１と同様にして、
比較例１の含油樹脂軸受を得た。

【００３７】また、鉱物油の配合量を８容積％とし、ポ
リノルボルネン系エラストマーの配合量を５容積％と
し、酸化亜鉛ウィスカーを全く配合せず、ケルメット粉
末を３０容積％配合し、ポリアセタール樹脂の配合量を
５７容積％とした他は実施例１と同様にして、比較例２
の含油樹脂軸受を得た。

【００３８】また、酸化亜鉛ウィスカーを全く配合せ
ず、ケルメット粉末を１０容積％配合し、ガラス繊維を
１０容積％配合した他は実施例１と同様にして、比較例
３の含油樹脂軸受を得た。

【００３９】また、酸化亜鉛ウィスカーを全く配合せ
ず、ケルメット粉末を１０容積％配合し、針状結晶体で
あるチタン酸カリウムウィスカー（日本ウィスカー社の
商品名「トフィカーＹ」）を１０容積％配合した他は実
施例１と同様にして、比較例４の含油樹脂軸受を得た。

【００４０】［参照例１及び２］本発明の含油樹脂軸受
と比較対照するため、多孔質焼結体からなる市販の含油
軸受を用意して参照例１とした。また、金属ベアリング
を用いた市販のころがり軸受を用意して、参照例２とし
た。

【００４１】［軸受特性の評価］まず、各実施例及び比
較例の含油樹脂軸受の表面平滑性（触感）と表面硬度
（ショアＤ）とを測定した。これらの結果が、下記の表
１に示されている。

【００４２】次に、各実施例、比較例及び参照例の軸受
の摺動特性を、図３に示される試験装置を用いて評価し
た。この試験装置では、モーター３に軸４が連結されて
いる。この軸４の材質はＳ４５Ｃ（焼入れなし）であ
り、その表面粗度は３Ｓである。軸４は、箱体５内に挿
入されている。箱体５の下部には評価に供される軸受６
が配置されており、この軸受６によって軸４が受容され
ている。箱体５の上部はトナー室７となっており、この
トナー室７に二成分系トナー８が収容されている。箱体
７には紐状体１１を介して錘９が連結されており、この
錘９によって箱体７が矢印Ａで示される方向に荷重を受
ける。箱体７はコロ１０で支承されているので、軸４と
軸受６との間にも、同等の荷重が加えられる。

【００４３】今回の評価は、軸４の荷重５ｋｇｆ、軸４
の回転数６００ｒｐｍの条件下、４８時間連続運転して
行った。そして、運転開始から２４時間経過後の摺動抵
抗（モーター電流値）、運転終了時の軸受６の摩耗量
（内径の拡大量）及び運転開始時から運転終了時までの
軸受６の上昇温度を測定した。これらの結果が、下記の
表１に示されている。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１において、酸化亜鉛ウィスカーが用い
られた実施例１及び２の含油樹脂軸受は、ケルメット粉
のみが用いられた比較例２、ケルメット粉とガラス繊維
とが併用された比較例３及びケルメット粉とチタン酸カ
リウムウィスカーとが併用された比較例４の含油樹脂軸
受よりも表面平滑性に優れ、しかも表面硬度が小さい。
このため、摺動抵抗が小さく、摺動部分の摩耗量が少な
く、運転による温度上昇が少ない。特に摺動抵抗は、参
照例２のころがり軸受には及ばないものの、参照例１の
多孔質焼結体を用いた含油軸受に匹敵するレベルであ
る。

【００４６】なお、比較例１の含油樹脂軸受は潤滑油担
体が配合されていないので表面硬度が高く、このため摺
動部分の温度が大幅に上昇し、また滲出する潤滑油の影
響もあって摺動部分に進入したトナーが溶融・凝固し、
モーターの回転が止まって評価不能となった。

【００４７】また、実施例１の含油樹脂軸受と実施例２
の含油樹脂軸受とを比較すると、補強充填剤として金属
粉末と酸化亜鉛ウィスカーが併用された実施例２の方
が、酸化亜鉛ウィスカーのみを用いた実施例１よりも、
摺動抵抗、摩耗量及び上昇温度の点でよい結果となっ
た。このうち、実施例２の上昇温度が低く抑えられたの
は、金属粉末による熱伝導性の向上のためであり、また
摺動抵抗や摩耗量が小さいのは、本来潤滑油の展延性が
小さい軸受表面に金属粉末によって潤滑油の展延性が付
与され、摺動性も改善されるためであると考えられる。

【００４８】以上、トナー粉末が介在する電子写真装置
の軸受に用いられる場合を例にとり本発明を説明した
が、本発明の含油樹脂組成物は、強度及び摩擦・摩耗特
性が必要とされるあらゆる部材の素材として用いること
ができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
補強されることにより機械的強度が高められているにも
かかわらず、表面平滑性に優れ、しかも表面硬度が低く
てトナー等の微粉末の侵入による摺動抵抗増大を防止す
る機能を備えた含油樹脂軸受を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる含油樹脂
軸受が示された斜視図である。

【図２】図２は、本発明の効果を評価するための試験装
置が模式的に示された正面図である。

【符号の説明】

１・・・含油樹脂軸受２・・・摺動部分３・・・モーター４・・・軸５・・・箱体６・・・軸受７・・・トナー室８・・・トナー９・・・錘１０・・・コロ１１・・・紐状体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ１６Ｃ 33/20 Ｆ１６Ｃ 33/20 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 1/00 - 101/16 C08K 3/00 - 13/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】潤滑油、潤滑油担体、補強充填材及び自
己潤滑性樹脂を含む含油樹脂組成物において、この補強充填材として酸化亜鉛ウィスカーを０．５容積
％以上４０容積％以下含有することを特徴とする含油樹
脂組成物。
【請求項２】上記補強充填材として酸化亜鉛ウィスカ
ーと金属粉末とが用いられており、この酸化亜鉛ウィス
カーと金属粉末の容積比が４／６以上６／４以下とされ
た請求項１に記載の含油樹脂組成物。
【請求項３】上記補強充填材の含有率が、含油樹脂組
成物１００容積％に対して０．５容積％以上４０容積％
以下とされた請求項１又は２記載の含油樹脂組成物。
【請求項４】上記酸化亜鉛ウィスカーの繊維長が２μ
ｍ以上５０μｍ以下であり、繊維径が０．２μｍ以上３
μｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載の含油
樹脂組成物。
【請求項５】電子写真装置におけるトナー粉末の介在
する部位に設置される含油樹脂軸受であって、請求項１から４のいずれかに記載の含油樹脂組成物が材
料として用いられていることを特徴とする含油樹脂軸
受。
【請求項６】摺動部分の摩擦係数が０．２０以下であ
って、限界ＰＶ値が７００ｋｇｆ／ｃｍ²・ｍ／ｍｉｎ
以上である請求項５に記載の含油樹脂軸受。