JP3891607B2 - 耐熱・潤滑性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、摺動部材として用いられる耐熱・潤滑性樹脂組成物及び耐熱性滑り軸受に関し、特に電子写真装置の加熱定着装置用の摺動部材にも適用できる耐熱・潤滑性樹脂組成物および耐熱性滑り軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、合成樹脂製の滑り軸受の利用分野が拡大するにつれて、軸受の使用条件のうち、特に高温雰囲気下において、良好な摩擦摩耗特性を発揮できる耐熱性に優れた滑り軸受が要求されている。そのような耐熱性の滑り軸受の具体例としては、複写機やレーザービームプリンタ等の加熱定着装置用の軸受が挙げられる。
【０００３】
また、軸受の摺動相手材として軽量かつ軟質のアルミニウム合金等が採用されることが多くなり、軸受にはそのような摺動相手材を傷つけない特性も要求されている。
【０００４】
複写機やレーザービームプリンタ等の加熱定着装置用の滑り軸受の使用状態について、以下に説明する。
帯電画像を利用して原画像の情報を記録物質たる転写材に伝達する複写機またはレーザービームプリンタ等は、電子写真装置とも総称されるが、そのような装置の加熱定着部には、図３に例示するような転写材上にそのトナー像を加熱定着する加熱ローラ１０と、転写材を加熱ローラ１０に押圧して回転駆動する加圧ローラ１１が装着されている。
【０００５】
前者の加熱ローラ１０は、Ｍｇ含有のアルミニウム合金で形成されたものが多く、ヒータ１２で約１５０〜２３０℃の温度に加熱される。後者の加圧ローラ１１は、シリコーンゴム等で被覆された鉄材からなり、このものも加熱ローラ１０からの伝熱によって約７０〜１５０℃にまで加熱される。
【０００６】
また、図４に示す加熱定着装置は、上記したものとは別の機構を有し、すなわち金属製の加熱ローラに代えて、耐熱性合成樹脂フィルムに離型剤をコーティングした無端環状の定着フィルム１５を採用し、この定着フィルム１５を介してセラミックヒータ１６を加圧ローラ１１に圧接し、熱伝導効率を高めたものである。この場合、加圧ローラ１１は、金属製加熱ローラ１０を採用した定着装置よりいっそう高温で使用される。
【０００７】
このような高温状態で使用される各ローラの端部は、合成樹脂製の滑り軸受１３、１４（図４の装置では１４に相当する軸受）で支持されているが、軸受材料としては、耐熱性に優れたポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと略称する）樹脂が用いられていた。ＰＰＳ樹脂は、優れた耐熱性があると共に機械的強度にも優れた熱可塑性合成樹脂であるが、自己潤滑性が乏しく、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潤滑剤として添加されることが多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような合成樹脂製の摺動材料を用いた電子写真装置の性能向上のため、複写または印刷速度をいっそう高めるにはトナーを急速に溶融しかつ定着させる必要があり、そのためには前記した滑り軸受１３、１４が２５０〜２７０℃の加熱に耐える素材で形成されている必要がある。
【０００９】
しかし、前記した従来のＰＰＳ樹脂製の摺動材料では、その融点が２８０℃程度であり、上記した用途に求められるような耐熱性のある摺動材料がないという問題点がある。
【００１０】
一方、耐熱性に優れたポリイミド樹脂の摺動特性を改良する技術として、特開昭６３−８４５５号公報には、ポリイミド樹脂に四フッ化エチレン樹脂を添加することが開示されている。
【００１１】
また、特開昭６３−３１４７１２号公報には、ポリイミド樹脂に四フッ化エチレン樹脂およびフェノール樹脂硬化物を添加した樹脂組成物では、耐摩耗性が改善されることが開示されている。
【００１２】
しかし、上記した従来のポリイミド樹脂系の摺動材料は、室温で硬質の相手材料に対しては良好な摺動特性を示すが、高温でアルミニウムまたはアルミニウム合金のような軟質金属を相手に摺動すると、相手材を著しく損傷するという問題点がある。
【００１３】
なお、このような組成物に対して炭素繊維を配合した場合も軟質のアルミニウム合金を損傷させ、その損傷にともなって摩擦・摩耗特性が悪化する恐れがあるのは勿論である。
【００１４】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して２５０〜２７０℃の加熱に耐えて低摩擦特性、耐摩耗性およびアルミニウム合金等の軟質合金に対する非攻撃性を発揮する耐熱・潤滑性樹脂組成物であって、公知のポリイミド樹脂を主要材料とする従来の組成物より優れた特性を有するものを提供し、またそのような耐熱・潤滑性樹脂組成物からなる高性能の耐熱性滑り軸受を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、下記の化４の式で表わされる熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分として、四フッ化エチレン樹脂８〜３８容量％と、芳香族ポリエステル樹脂３〜２５容量％とを必須成分として添加してなる耐熱・潤滑性樹脂組成物としたのである。
【００１６】
【化４】
【００１７】
（式中、Ｘは直結または炭素数１〜１０の炭化水素基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基およびスルホン基からなる群より選ばれた基を表わし、Ｒ1 〜Ｒ4 は水素、低級アルキル基、低級アルコキシ基、塩素または臭素を表わし、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｙは炭素数２以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接または架橋員により相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群から選ばれた４価の基を表わす）
または、上記の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらにパラ系芳香族ポリアミド繊維を２〜２０容量％添加したのである。
【００１８】
また、前記の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらに鱗片状の黒鉛を２〜１５容量％添加したのである。
【００１９】
また、前記の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらにポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂およびポリエーテルスルフォン樹脂からなる群から選ばれる１種以上の耐熱性樹脂を５〜４０容量％添加したのである。
【００２０】
前記芳香族ポリエステル樹脂としては、下記化５の式で表わされる反復単位を含む樹脂を採用できる。
【００２１】
【化５】
【００２２】
また、前記パラ系芳香族ポリアミド繊維としては、下記化６の式で表わされる反復単位を含むパラ系芳香族ポリアミド繊維を採用できる。
【００２３】
【化６】
【００２４】
または、上記の耐熱・潤滑性樹脂組成物を成形してなる耐熱性滑り軸受としたのである。
【００２５】
この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物は、耐熱性に優れた熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分としており、限界ＰＶ値の大きい芳香族ポリエステル樹脂を添加すると共に、摺動性に優れた四フッ化エチレン樹脂を所定量添加しているので、所要の耐熱性、摺動性および機械的特性が備わる。また、射出成形可能な熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分とし、その物性を阻害しないように他の成分を添加したので、射出成形も可能である。
【００２６】
このような組成物に添加されるパラ系芳香族ポリアミド繊維は、繊維軸方向に分子鎖が配列しているので、軸方向に高弾性・高強度であるが、直角方向には分子間力が弱い。
【００２７】
したがって、パラ系芳香族ポリアミド繊維は、軸方向の強度によって配合された樹脂組成物の耐摩耗性を向上させるが、直角方向に圧縮されると分子鎖が座屈し易いので、軟質の摺動相手材を損傷しないものと考えられる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
この発明に用いる熱可塑性ポリイミド樹脂は、前記した化４に示される構造を有するものであって、ジアミン成分として下記の化７で示されるエーテルジアミンを使用し、これと一種以上のテトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られるポリアミド酸を脱水環化して得られる。そのうち特に典型的なもの（Ｒ1 〜Ｒ4 が全て水素原子であるもの）は、三井東圧化学社から「ＡＵＲＡＭ」の商標で市販されており、その製造方法は特開昭６１−１４３４７８号公報、特開昭６２−６８８１７号公報、特開昭６２−８６０２１号公報に記載されているように周知である。
【００２９】
【化７】
【００３０】
この熱可塑性ポリイミド樹脂は、ポリイミド樹脂固有の耐熱性を保ちながら熱可塑性を示すので、圧縮成形、射出成形または押出成形その他の溶融成形方法によって比較的容易に成形することができる。
【００３１】
また、前記化７の式で示されるジアミンの具体例として、以下に示すものが挙げられる。すなわち、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、１，１−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、１，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２−〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−２−〔４−（３−アミノフェノキシ）−３−メチルフェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）−３−メチルフェニル〕プロパン、２−〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−２−〔４−（３−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ブタン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３−メチルビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３，３´−ジメチルビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３，３′，５，５′テトラメチルビフェニル、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン等が挙げられ、これらは単独または二種以上混合して用いられる。
【００３２】
また、上記熱可塑性ポリイミド樹脂の溶融流動性をそこなわない範囲で他のジアミンを混合して用いることもできる。混合して用いることとのできるジメチルアミンとしては、たとえば、ｍ−アミノベンジルアミン、ｐ−アミノベンジルアミン、３，３′−ジアミノジフェニルエーテル、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン、３，４′−ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、３，３′−ジアミノベンゾフェノン、３，４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノベンゾフェノン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）ケトン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン等が挙げられ、これらのジアミンは通常３０％以下好ましくは５％以下混合して用いることができる。
【００３３】
なお、この発明で特に好ましく用いられる熱可塑性ポリイミド樹脂は、前記ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを有機溶媒中で反応させ脱水閉環して得られる。この方法で用いられるテトラカルボン酸二無水物は、下記の化８の式（式中Ｙは前記した化４の場合と同じ）で表わされるテトラカルボン酸二無水物である。
【００３４】
【化８】
【００３５】
すなわち、上記化８の式で表わされるテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、たとえば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，２´，３，３´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２´，３，３´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−ベリレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、１，２，７，８−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、４，４´−（ｐ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物、４，４´−（ｍ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物等が挙げられる。そして、これらテトラカルボン酸二無水物は単独または２種以上混合して用いる。
【００３６】
次にこの発明に用いる四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略記する。）は、これが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、両者を併用すればより好ましい結果が得られる。
【００３７】
ＰＴＦＥの市販品としては、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン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、ヘキスト社製：ホスタフロン ＴＦ９２０５などを例示できる。また、アルキルビニルエーテルで変性されたＰＴＦＥであってもよい。
【００３８】
この発明において、四フッ化エチレン樹脂の量を８〜３８容量％に限定する理由は、８容量％より少ないと潤滑特性が悪く、３８容量％を越えると著しく成形性がそこなわれるからであり、このような傾向からみてより好ましい配合割合は、１０〜３５容量％である。
【００３９】
次に、この発明に用いる芳香族ポリエステル樹脂は、前記した化５に示すポリオキシベンゾイルポリエステルのホモポリマーであって、通常６１０℃付近に融点を有するものである。このような芳香族ポリエステル樹脂の製造方法は、特公昭４６−６７９６号公報、特公昭４７−４７８７０号公報、特開昭５４−４６２８７号公報、特開昭５４−４６２９１号公報に開示されているように周知であり、化５に示したポリオキシベンゾイルポリエステルの市販品としては、住友化学工業社製：スミカスーパーＥ１０１などが例示できる。
【００４０】
芳香族ポリエステル樹脂の量を３〜２５容量％に限定する理由は、３容量％未満の少量では潤滑特性が悪く、２５容量％をこえると溶融粘度が高くなって成形性が悪化したり、機械的強度が低下して好ましくないからであり、このような傾向からみてより好ましい配合割合は、３〜２０容量％である。
【００４１】
また、この発明に用いるパラ系芳香族ポリアミド繊維は、前記した化６に示す反復単位を含む重合体からなり、メタ系芳香族ポリアミド樹脂とは分子構造が異なるものである。パラ系芳香族ポリアミド繊維の市販品としては、デュポン・東レ・ケブラー社製：ケブラー、日本アラミド社製：トワロン、帝人社製：テクノーラが挙げられる。
【００４２】
このような芳香族ポリアミド繊維の形態は、繊維長０．１５〜３ｍｍ、アスペクト比１０〜２３０のものを採用して好ましい結果を得ている。さらに好ましくは、繊維長０．１５〜１．５ｍｍである。
【００４３】
そして、芳香族ポリアミド繊維が所定範囲未満の繊維長では、耐摩耗性が不充分となり、上記範囲を越える繊維長では組成物中の分散不良で好ましくない。また、上記範囲未満のアスペクト比では、粉末形状に近くなって耐摩耗性改善効果が不充分となり、上記範囲を越えるアスぺクト比では組成物中の均一分散が困難で好ましくない。
【００４４】
この発明に用いる芳香族ポリアミド繊維の配合割合を２〜２０容量％に限定する理由は、この２容量％未満では潤滑性が悪く、２０容量％を越えると耐摩耗性が悪化するからである。
【００４５】
この発明で用いる鱗片状の黒鉛は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれであってもよいが、平均粒径が１０μｍ程度の大きさであるものは摩擦・摩耗特性及び成形加工性の点で好ましい。このような粒径の鱗片状黒鉛としては、日本黒鉛社製：ＡＣＰ（固定炭素９９．５％）、ＬＯＮＺＡ社製：ＫＳ−６またはＫＳ−１０（固定炭素９９．５％）などを例示できる。
【００４６】
このような黒鉛の配合量は、２〜１５容量％であれば、組成物の耐摩耗性が改善されると共に、組成物からなる成形品を熱処理によって結晶化させる場合に、結晶化前後での収縮を小さくすることができる。しかし、２容量％未満の少量では、収縮抑制の効果が現れず、１５容量％を越える多量では成形品が脆くなって好ましくない。
【００４７】
この発明において耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらに添加される耐熱性樹脂のうち、ポリエーテルケトン樹脂としては、下記の化９〜１１で示される繰り返し単位を有する重合体が挙げられる。それらの市販品としては、化９（ＶＩＣＴＲＥＸ社製：ＰＥＥＫ）、化１０（ＶＩＣＴＲＥＸ社製：ＰＥＫ）、化１１（ＢＡＳＦ社製：Ｕｌｔｒａｐｅｋ）が挙げられる。
【００４８】
【化９】
【００４９】
【化１０】
【００５０】
【化１１】
【００５１】
また、この発明において、耐熱・潤滑性樹脂組成物に添加されるポリエーテルイミド樹脂は、下記の化１２で表わされる繰り返し単位を有する重合体が挙げられる。その市販品としては、ゼネラルエレクトリック社製：ＵＬＴＥＭが挙げられる。
【００５２】
【化１２】
【００５３】
また、この発明において、耐熱・潤滑性樹脂組成物に添加されるポリエーテルスルフォン樹脂としては、下記の化１３で表わされるような繰り返し単位を有する重合体が挙げられる。その市販品としては、ＢＡＳＦ社製：Ｕｌｔｒａｓｏｎ、Ａｍｏｃｏ社製：ＲＡＤＥＬ、住友化学工業社製：ＶＩＣＴＲＥＸ ＰＥＳなどが挙げられる。
【００５４】
【化１３】
【００５５】
以上に説明したポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂およびポリエーテルスルフォン樹脂からなる群から選ばれる１種以上の耐熱性樹脂は、この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物に５〜４０容量％添加すると機械的特性のうち強度や疲労特性を改善することができる。しかし、５容量％未満の少量添加では強度の改善効果がなく、４０容量％を越える多量を添加しても熱可塑性ポリイミド本来の耐熱性が損なわれて好ましくない。このような傾向からみて、より好ましい配合割合は、５〜３０容量％である。
【００５６】
また、この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物の溶融成形時の流れ性を改善するために、下記の化１４に示される基本構造（Ｉ）〜（III ）を有する共重合体であるサーモトロピック液晶ポリマーを１〜５容量％の範囲で添加することは好ましい。そのようなサーモトロピック液晶ポリマーの市販品としては、日本石油化学社製：ザイダーＳＲＴ３００またはＳＲＴ５００、住友化学工業社製：スミカスーパーＬＣＰ Ｅ４０００またはＥ５０００などが挙げられる。
【００５７】
【化１４】
【００５８】
ここで、熱可塑性ポリイミド樹脂に対して各種の添加物を添加混合する方法は、特に限定した方法ではなく、通常広く用いられているように、主成分となる樹脂を含む諸原料をそれぞれ個別にまたは一括して、ヘンシェルミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機によって乾式混合し、その後、溶融混合性のよい射出成形機もしくは溶融押出成形機に供給するか、または予め、熱ロール、ニーダ、バンバリーミキサー、溶融押出機などで溶融混合する方法を採用すればよい。
【００５９】
さらに、この発明の組成物を成形する際には、圧縮成形、押出成形、射出成形等の通常の方法、または組成物を溶融混合した後、これをジェットミル、冷凍粉砕機等によって粉砕し、所望の粒径に分級し、または分級せずに流動浸漬塗装、静電粉体塗装などを行なうことも可能である。また粉末を溶剤に分散させて、スプレー塗装または浸漬塗装を行なうこともできる。
【００６０】
なお、この発明においては熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分とする潤滑性組成物に、各種の添加剤を配合してもよい。例えば、組成物の潤滑性をさらに改良するためには、耐摩耗性の改良剤を配合する。耐摩耗性改良剤の具体例としては、カーボン、マイカ、タルク、ウォラストナイト、金属酸化物の粉末、チタン酸カリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、グラファイト、硫酸カルシウムなどのウィスカ、二硫化モリブデン、リン酸塩、炭酸塩、ステアリン酸塩、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＥＰＥなどの溶融フッ素樹脂などを例示することができる。
【００６１】
上記した材料から成形されるこの発明における耐熱性滑り軸受は、その形状を限定するものでなく、加熱・加圧ローラの形状や、周辺装置、ハウジングに合わせた適当な形態を採用すればよい。例えば、図１に示すように、軸受は、単独材料で成形するのみならず、二色成形の手法を採用してもよく、軸受部１と固定用金属部２とからなる複合材としてもよい。
【００６２】
また、図２に示すように、この発明の耐熱性滑り軸受は、軸受部３と、ＰＰＳ、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性及び断熱性のある樹脂、またはこれに無機充填剤もしくは有機充填剤等を添加した樹脂部４とからなる二色成形された軸受であってもよい。
【００６３】
なお、この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物は、成形した後の熱処理によって熱可塑性ポリイミド樹脂を結晶化させることにより、摺動特性および機械的強度を向上させることができる。その際、望ましい熱処理条件は、２２０℃〜３４０℃で０．５〜２４時間程度加熱することである。
【００６４】
【実施例】
この発明の実施例および比較例に用いた諸原材料を一括して示すと次の通りである。なお、各成分の配合割合は、全て容量％である。
【００６５】
（１）熱可塑性ポリイミド樹脂〔ＴＰＩ〕（三井東圧化学社製：ＡＵＲＡＭ＃４５０）
（２）ポリエーテルケトン樹脂〔ＰＥＫ〕（ＶＩＣＴＲＥＸ社製：ＰＥＥＫ １５０Ｐ）
（３）ポリエーテルイミド樹脂〔ＰＥＩ〕（ゼネラル・エレクトリック社製：ＵＬＴＥＭ１０００）
（４）ポリエーテルスルフォン樹脂〔ＰＥＳ〕（ＢＡＳＦ社製：Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｅ２０１０Ｐ）
（５）サーモトロピック液晶ポリマー〔ＬＣＰ〕（住友化学工業社製：スミカスーパーＬＣＰ Ｅ５０００）
（６）四フッ化エチレン樹脂〔ＰＴＦＥ〕（喜多村社製：ＫＴＬ６１０）
（７）芳香族ポリエステル樹脂〔ＯＢＰ〕（住友化学工業社製：スミカスーパーＥ１０１Ｓ２）
（８）パラ系芳香族ポリアミド繊維〔アラミド▲１▼〕（日本アラミド社製：トワロン １０１０カットファイバー繊維長０．２５ｍｍ）
（９）パラ系芳香族ポリアミド繊維〔アラミド▲２▼〕（デュポン・東レ・ケブラー社製：ケブラー４９ カットファイバー繊維長１ｍｍ）
（１０）鱗片状黒鉛〔黒鉛〕（ロンザ社製：ＫＳ−６）
（１１）カーボンブラック（ライオン社製：ケッチェンブラック ＥＣ−６００ＪＤ）
（１２）メタ系芳香族ポリアミド繊維〔アラミド▲３▼〕（帝人社製：コーネックス
２デニール カットファイバー繊維長１ｍｍ）
〔実施例１〜１０〕
表１に示した割合で諸原材料をヘンシェルミキサーで充分混合し、二軸溶融押出機に供給し、シリンダー温度：４１０℃、回転数：１００ｒｐｍの溶融混合条件で押出して造粒し、得られたペレットを樹脂温度４１０℃、射出圧力８００ｋｇｆ／ｃｍ2 、金型温度２２０℃の射出成形条件下で外径２８ｍｍ、内径２０ｍｍ、幅５ｍｍのリング状試験片を成形した。その後、試験片を２８０℃で１０時間処理した。この試験片を用いて以下に示す高温ラジアル摩擦摩耗試験を行なった。
【００６６】
［高温ラジアル摩擦摩耗試験］
アルミニウム合金Ａ５０５２（表面粗さ３．２Ｓ）製の回転軸を相手材とし、この相手材の外周にリング状試験片を嵌め、これを相手材周面に対して３．５ｋｇｆの荷重で押圧し、前記回転軸は表面温度を２５０℃に制御すると共に、これにトルクメータを取り付けて、周速９．０ｍ／分で５０時間連続回転させた。この後、試験片の摩耗量としての摩耗係数×１０-10 ｃｍ 3／（ｋｇｆ・ｍ）と、回転軸のトルク（ｋｇｆ・ｃｍ）を測定すると共に、相手材の損傷度を観察した。損傷度については、損傷しない（○印）、やや損傷する（△印）または損傷する（×印）の三段階評価で表わし、結果は表２にまとめて示した。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
［比較例１〜６］
表１に示した割合で原材料を配合したこと以外は、実施例１と全く同様にして試験片を作り、前記高温ラジアル摩擦摩耗試験を行ない、摩耗係数、回転軸のトルク、損傷度を求めて結果を表２に示した。なお、比較例６は、射出成形の際、溶融状態で著しく粘度が低下して成形できなかった。
【００７０】
表２に示す結果から明らかなように、比較例１〜５は、摩耗量、回転トルクが大きく、また、比較例１、２および３では相手材の損傷が大きく、いずれも好ましい物性ではなかった。
【００７１】
一方、実施例１〜１０では、摩耗量、回転トルクがともに低く、しかも相手材のアルミニウム合金（Ａ５０５２）を損傷しなかった。
【００７２】
なお、実施例５の体積抵抗率を測定したところ、５．３×１０4 Ωｃｍであり、半導電性を示した。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分として、四フッ化エチレン樹脂と、芳香族ポリエステル樹脂を所定量添加した組成物とした耐熱・潤滑性樹脂組成物の発明は、射出成形性を備えていることに加えて、優れた低摩擦特性、耐摩耗性を有し、しかもアルミニウム合金等の軟質合金を摺動相手材とした場合に非攻撃性を有するという利点がある。
【００７４】
また、これらの樹脂組成物を成形した耐熱性滑り軸受に係る発明では、耐熱性、低摩擦特性、耐摩耗性、非攻撃性といった諸特性を全て兼ね備えたものであるから、複写機およびレーザービームプリンター等の定着装置における高性能の耐熱性滑り軸受として適用できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の軸受を示す斜視図
【図２】他の実施例の軸受を示す斜視図
【図３】加熱・定着装置における軸受の使用状態を説明する要部断面図
【図４】他の加熱・定着装置における軸受の使用状態の説明図
【符号の説明】
１、３ 軸受部
２ 固定用金属部
４ 樹脂部
１０ 加熱ローラ
１１ 加圧ローラ
１２ ヒータ
１３、１４ 合成樹脂製のラジアル軸受
１５ 定着フィルム
１６ セラミックヒータ
【発明の属する技術分野】
この発明は、摺動部材として用いられる耐熱・潤滑性樹脂組成物及び耐熱性滑り軸受に関し、特に電子写真装置の加熱定着装置用の摺動部材にも適用できる耐熱・潤滑性樹脂組成物および耐熱性滑り軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、合成樹脂製の滑り軸受の利用分野が拡大するにつれて、軸受の使用条件のうち、特に高温雰囲気下において、良好な摩擦摩耗特性を発揮できる耐熱性に優れた滑り軸受が要求されている。そのような耐熱性の滑り軸受の具体例としては、複写機やレーザービームプリンタ等の加熱定着装置用の軸受が挙げられる。
【０００３】
また、軸受の摺動相手材として軽量かつ軟質のアルミニウム合金等が採用されることが多くなり、軸受にはそのような摺動相手材を傷つけない特性も要求されている。
【０００４】
複写機やレーザービームプリンタ等の加熱定着装置用の滑り軸受の使用状態について、以下に説明する。
帯電画像を利用して原画像の情報を記録物質たる転写材に伝達する複写機またはレーザービームプリンタ等は、電子写真装置とも総称されるが、そのような装置の加熱定着部には、図３に例示するような転写材上にそのトナー像を加熱定着する加熱ローラ１０と、転写材を加熱ローラ１０に押圧して回転駆動する加圧ローラ１１が装着されている。
【０００５】
前者の加熱ローラ１０は、Ｍｇ含有のアルミニウム合金で形成されたものが多く、ヒータ１２で約１５０〜２３０℃の温度に加熱される。後者の加圧ローラ１１は、シリコーンゴム等で被覆された鉄材からなり、このものも加熱ローラ１０からの伝熱によって約７０〜１５０℃にまで加熱される。
【０００６】
また、図４に示す加熱定着装置は、上記したものとは別の機構を有し、すなわち金属製の加熱ローラに代えて、耐熱性合成樹脂フィルムに離型剤をコーティングした無端環状の定着フィルム１５を採用し、この定着フィルム１５を介してセラミックヒータ１６を加圧ローラ１１に圧接し、熱伝導効率を高めたものである。この場合、加圧ローラ１１は、金属製加熱ローラ１０を採用した定着装置よりいっそう高温で使用される。
【０００７】
このような高温状態で使用される各ローラの端部は、合成樹脂製の滑り軸受１３、１４（図４の装置では１４に相当する軸受）で支持されているが、軸受材料としては、耐熱性に優れたポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと略称する）樹脂が用いられていた。ＰＰＳ樹脂は、優れた耐熱性があると共に機械的強度にも優れた熱可塑性合成樹脂であるが、自己潤滑性が乏しく、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潤滑剤として添加されることが多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような合成樹脂製の摺動材料を用いた電子写真装置の性能向上のため、複写または印刷速度をいっそう高めるにはトナーを急速に溶融しかつ定着させる必要があり、そのためには前記した滑り軸受１３、１４が２５０〜２７０℃の加熱に耐える素材で形成されている必要がある。
【０００９】
しかし、前記した従来のＰＰＳ樹脂製の摺動材料では、その融点が２８０℃程度であり、上記した用途に求められるような耐熱性のある摺動材料がないという問題点がある。
【００１０】
一方、耐熱性に優れたポリイミド樹脂の摺動特性を改良する技術として、特開昭６３−８４５５号公報には、ポリイミド樹脂に四フッ化エチレン樹脂を添加することが開示されている。
【００１１】
また、特開昭６３−３１４７１２号公報には、ポリイミド樹脂に四フッ化エチレン樹脂およびフェノール樹脂硬化物を添加した樹脂組成物では、耐摩耗性が改善されることが開示されている。
【００１２】
しかし、上記した従来のポリイミド樹脂系の摺動材料は、室温で硬質の相手材料に対しては良好な摺動特性を示すが、高温でアルミニウムまたはアルミニウム合金のような軟質金属を相手に摺動すると、相手材を著しく損傷するという問題点がある。
【００１３】
なお、このような組成物に対して炭素繊維を配合した場合も軟質のアルミニウム合金を損傷させ、その損傷にともなって摩擦・摩耗特性が悪化する恐れがあるのは勿論である。
【００１４】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して２５０〜２７０℃の加熱に耐えて低摩擦特性、耐摩耗性およびアルミニウム合金等の軟質合金に対する非攻撃性を発揮する耐熱・潤滑性樹脂組成物であって、公知のポリイミド樹脂を主要材料とする従来の組成物より優れた特性を有するものを提供し、またそのような耐熱・潤滑性樹脂組成物からなる高性能の耐熱性滑り軸受を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、下記の化４の式で表わされる熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分として、四フッ化エチレン樹脂８〜３８容量％と、芳香族ポリエステル樹脂３〜２５容量％とを必須成分として添加してなる耐熱・潤滑性樹脂組成物としたのである。
【００１６】
【化４】
（式中、Ｘは直結または炭素数１〜１０の炭化水素基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基およびスルホン基からなる群より選ばれた基を表わし、Ｒ1 〜Ｒ4 は水素、低級アルキル基、低級アルコキシ基、塩素または臭素を表わし、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｙは炭素数２以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接または架橋員により相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群から選ばれた４価の基を表わす）
または、上記の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらにパラ系芳香族ポリアミド繊維を２〜２０容量％添加したのである。
【００１８】
また、前記の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらに鱗片状の黒鉛を２〜１５容量％添加したのである。
【００１９】
また、前記の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらにポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂およびポリエーテルスルフォン樹脂からなる群から選ばれる１種以上の耐熱性樹脂を５〜４０容量％添加したのである。
【００２０】
前記芳香族ポリエステル樹脂としては、下記化５の式で表わされる反復単位を含む樹脂を採用できる。
【００２１】
【化５】
また、前記パラ系芳香族ポリアミド繊維としては、下記化６の式で表わされる反復単位を含むパラ系芳香族ポリアミド繊維を採用できる。
【００２３】
【化６】
または、上記の耐熱・潤滑性樹脂組成物を成形してなる耐熱性滑り軸受としたのである。
【００２５】
この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物は、耐熱性に優れた熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分としており、限界ＰＶ値の大きい芳香族ポリエステル樹脂を添加すると共に、摺動性に優れた四フッ化エチレン樹脂を所定量添加しているので、所要の耐熱性、摺動性および機械的特性が備わる。また、射出成形可能な熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分とし、その物性を阻害しないように他の成分を添加したので、射出成形も可能である。
【００２６】
このような組成物に添加されるパラ系芳香族ポリアミド繊維は、繊維軸方向に分子鎖が配列しているので、軸方向に高弾性・高強度であるが、直角方向には分子間力が弱い。
【００２７】
したがって、パラ系芳香族ポリアミド繊維は、軸方向の強度によって配合された樹脂組成物の耐摩耗性を向上させるが、直角方向に圧縮されると分子鎖が座屈し易いので、軟質の摺動相手材を損傷しないものと考えられる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
この発明に用いる熱可塑性ポリイミド樹脂は、前記した化４に示される構造を有するものであって、ジアミン成分として下記の化７で示されるエーテルジアミンを使用し、これと一種以上のテトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られるポリアミド酸を脱水環化して得られる。そのうち特に典型的なもの（Ｒ1 〜Ｒ4 が全て水素原子であるもの）は、三井東圧化学社から「ＡＵＲＡＭ」の商標で市販されており、その製造方法は特開昭６１−１４３４７８号公報、特開昭６２−６８８１７号公報、特開昭６２−８６０２１号公報に記載されているように周知である。
【００２９】
【化７】
この熱可塑性ポリイミド樹脂は、ポリイミド樹脂固有の耐熱性を保ちながら熱可塑性を示すので、圧縮成形、射出成形または押出成形その他の溶融成形方法によって比較的容易に成形することができる。
【００３１】
また、前記化７の式で示されるジアミンの具体例として、以下に示すものが挙げられる。すなわち、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、１，１−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、１，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、２−〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−２−〔４−（３−アミノフェノキシ）−３−メチルフェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）−３−メチルフェニル〕プロパン、２−〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−２−〔４−（３−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル〕プロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ブタン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３−メチルビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３，３´−ジメチルビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルビフェニル、４，４′−ビス（３−アミノフェノキシ）−３，３′，５，５′テトラメチルビフェニル、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン等が挙げられ、これらは単独または二種以上混合して用いられる。
【００３２】
また、上記熱可塑性ポリイミド樹脂の溶融流動性をそこなわない範囲で他のジアミンを混合して用いることもできる。混合して用いることとのできるジメチルアミンとしては、たとえば、ｍ−アミノベンジルアミン、ｐ−アミノベンジルアミン、３，３′−ジアミノジフェニルエーテル、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン、３，４′−ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、３，３′−ジアミノベンゾフェノン、３，４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノベンゾフェノン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）ケトン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン等が挙げられ、これらのジアミンは通常３０％以下好ましくは５％以下混合して用いることができる。
【００３３】
なお、この発明で特に好ましく用いられる熱可塑性ポリイミド樹脂は、前記ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを有機溶媒中で反応させ脱水閉環して得られる。この方法で用いられるテトラカルボン酸二無水物は、下記の化８の式（式中Ｙは前記した化４の場合と同じ）で表わされるテトラカルボン酸二無水物である。
【００３４】
【化８】
すなわち、上記化８の式で表わされるテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、たとえば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，２´，３，３´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２´，３，３´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−ベリレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、１，２，７，８−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、４，４´−（ｐ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物、４，４´−（ｍ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物等が挙げられる。そして、これらテトラカルボン酸二無水物は単独または２種以上混合して用いる。
【００３６】
次にこの発明に用いる四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略記する。）は、これが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、両者を併用すればより好ましい結果が得られる。
【００３７】
ＰＴＦＥの市販品としては、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン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、ヘキスト社製：ホスタフロン ＴＦ９２０５などを例示できる。また、アルキルビニルエーテルで変性されたＰＴＦＥであってもよい。
【００３８】
この発明において、四フッ化エチレン樹脂の量を８〜３８容量％に限定する理由は、８容量％より少ないと潤滑特性が悪く、３８容量％を越えると著しく成形性がそこなわれるからであり、このような傾向からみてより好ましい配合割合は、１０〜３５容量％である。
【００３９】
次に、この発明に用いる芳香族ポリエステル樹脂は、前記した化５に示すポリオキシベンゾイルポリエステルのホモポリマーであって、通常６１０℃付近に融点を有するものである。このような芳香族ポリエステル樹脂の製造方法は、特公昭４６−６７９６号公報、特公昭４７−４７８７０号公報、特開昭５４−４６２８７号公報、特開昭５４−４６２９１号公報に開示されているように周知であり、化５に示したポリオキシベンゾイルポリエステルの市販品としては、住友化学工業社製：スミカスーパーＥ１０１などが例示できる。
【００４０】
芳香族ポリエステル樹脂の量を３〜２５容量％に限定する理由は、３容量％未満の少量では潤滑特性が悪く、２５容量％をこえると溶融粘度が高くなって成形性が悪化したり、機械的強度が低下して好ましくないからであり、このような傾向からみてより好ましい配合割合は、３〜２０容量％である。
【００４１】
また、この発明に用いるパラ系芳香族ポリアミド繊維は、前記した化６に示す反復単位を含む重合体からなり、メタ系芳香族ポリアミド樹脂とは分子構造が異なるものである。パラ系芳香族ポリアミド繊維の市販品としては、デュポン・東レ・ケブラー社製：ケブラー、日本アラミド社製：トワロン、帝人社製：テクノーラが挙げられる。
【００４２】
このような芳香族ポリアミド繊維の形態は、繊維長０．１５〜３ｍｍ、アスペクト比１０〜２３０のものを採用して好ましい結果を得ている。さらに好ましくは、繊維長０．１５〜１．５ｍｍである。
【００４３】
そして、芳香族ポリアミド繊維が所定範囲未満の繊維長では、耐摩耗性が不充分となり、上記範囲を越える繊維長では組成物中の分散不良で好ましくない。また、上記範囲未満のアスペクト比では、粉末形状に近くなって耐摩耗性改善効果が不充分となり、上記範囲を越えるアスぺクト比では組成物中の均一分散が困難で好ましくない。
【００４４】
この発明に用いる芳香族ポリアミド繊維の配合割合を２〜２０容量％に限定する理由は、この２容量％未満では潤滑性が悪く、２０容量％を越えると耐摩耗性が悪化するからである。
【００４５】
この発明で用いる鱗片状の黒鉛は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれであってもよいが、平均粒径が１０μｍ程度の大きさであるものは摩擦・摩耗特性及び成形加工性の点で好ましい。このような粒径の鱗片状黒鉛としては、日本黒鉛社製：ＡＣＰ（固定炭素９９．５％）、ＬＯＮＺＡ社製：ＫＳ−６またはＫＳ−１０（固定炭素９９．５％）などを例示できる。
【００４６】
このような黒鉛の配合量は、２〜１５容量％であれば、組成物の耐摩耗性が改善されると共に、組成物からなる成形品を熱処理によって結晶化させる場合に、結晶化前後での収縮を小さくすることができる。しかし、２容量％未満の少量では、収縮抑制の効果が現れず、１５容量％を越える多量では成形品が脆くなって好ましくない。
【００４７】
この発明において耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらに添加される耐熱性樹脂のうち、ポリエーテルケトン樹脂としては、下記の化９〜１１で示される繰り返し単位を有する重合体が挙げられる。それらの市販品としては、化９（ＶＩＣＴＲＥＸ社製：ＰＥＥＫ）、化１０（ＶＩＣＴＲＥＸ社製：ＰＥＫ）、化１１（ＢＡＳＦ社製：Ｕｌｔｒａｐｅｋ）が挙げられる。
【００４８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
また、この発明において、耐熱・潤滑性樹脂組成物に添加されるポリエーテルイミド樹脂は、下記の化１２で表わされる繰り返し単位を有する重合体が挙げられる。その市販品としては、ゼネラルエレクトリック社製：ＵＬＴＥＭが挙げられる。
【００５２】
【化１２】
また、この発明において、耐熱・潤滑性樹脂組成物に添加されるポリエーテルスルフォン樹脂としては、下記の化１３で表わされるような繰り返し単位を有する重合体が挙げられる。その市販品としては、ＢＡＳＦ社製：Ｕｌｔｒａｓｏｎ、Ａｍｏｃｏ社製：ＲＡＤＥＬ、住友化学工業社製：ＶＩＣＴＲＥＸ ＰＥＳなどが挙げられる。
【００５４】
【化１３】
以上に説明したポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂およびポリエーテルスルフォン樹脂からなる群から選ばれる１種以上の耐熱性樹脂は、この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物に５〜４０容量％添加すると機械的特性のうち強度や疲労特性を改善することができる。しかし、５容量％未満の少量添加では強度の改善効果がなく、４０容量％を越える多量を添加しても熱可塑性ポリイミド本来の耐熱性が損なわれて好ましくない。このような傾向からみて、より好ましい配合割合は、５〜３０容量％である。
【００５６】
また、この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物の溶融成形時の流れ性を改善するために、下記の化１４に示される基本構造（Ｉ）〜（III ）を有する共重合体であるサーモトロピック液晶ポリマーを１〜５容量％の範囲で添加することは好ましい。そのようなサーモトロピック液晶ポリマーの市販品としては、日本石油化学社製：ザイダーＳＲＴ３００またはＳＲＴ５００、住友化学工業社製：スミカスーパーＬＣＰ Ｅ４０００またはＥ５０００などが挙げられる。
【００５７】
【化１４】
ここで、熱可塑性ポリイミド樹脂に対して各種の添加物を添加混合する方法は、特に限定した方法ではなく、通常広く用いられているように、主成分となる樹脂を含む諸原料をそれぞれ個別にまたは一括して、ヘンシェルミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機によって乾式混合し、その後、溶融混合性のよい射出成形機もしくは溶融押出成形機に供給するか、または予め、熱ロール、ニーダ、バンバリーミキサー、溶融押出機などで溶融混合する方法を採用すればよい。
【００５９】
さらに、この発明の組成物を成形する際には、圧縮成形、押出成形、射出成形等の通常の方法、または組成物を溶融混合した後、これをジェットミル、冷凍粉砕機等によって粉砕し、所望の粒径に分級し、または分級せずに流動浸漬塗装、静電粉体塗装などを行なうことも可能である。また粉末を溶剤に分散させて、スプレー塗装または浸漬塗装を行なうこともできる。
【００６０】
なお、この発明においては熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分とする潤滑性組成物に、各種の添加剤を配合してもよい。例えば、組成物の潤滑性をさらに改良するためには、耐摩耗性の改良剤を配合する。耐摩耗性改良剤の具体例としては、カーボン、マイカ、タルク、ウォラストナイト、金属酸化物の粉末、チタン酸カリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、グラファイト、硫酸カルシウムなどのウィスカ、二硫化モリブデン、リン酸塩、炭酸塩、ステアリン酸塩、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＥＰＥなどの溶融フッ素樹脂などを例示することができる。
【００６１】
上記した材料から成形されるこの発明における耐熱性滑り軸受は、その形状を限定するものでなく、加熱・加圧ローラの形状や、周辺装置、ハウジングに合わせた適当な形態を採用すればよい。例えば、図１に示すように、軸受は、単独材料で成形するのみならず、二色成形の手法を採用してもよく、軸受部１と固定用金属部２とからなる複合材としてもよい。
【００６２】
また、図２に示すように、この発明の耐熱性滑り軸受は、軸受部３と、ＰＰＳ、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性及び断熱性のある樹脂、またはこれに無機充填剤もしくは有機充填剤等を添加した樹脂部４とからなる二色成形された軸受であってもよい。
【００６３】
なお、この発明の耐熱・潤滑性樹脂組成物は、成形した後の熱処理によって熱可塑性ポリイミド樹脂を結晶化させることにより、摺動特性および機械的強度を向上させることができる。その際、望ましい熱処理条件は、２２０℃〜３４０℃で０．５〜２４時間程度加熱することである。
【００６４】
【実施例】
この発明の実施例および比較例に用いた諸原材料を一括して示すと次の通りである。なお、各成分の配合割合は、全て容量％である。
【００６５】
（１）熱可塑性ポリイミド樹脂〔ＴＰＩ〕（三井東圧化学社製：ＡＵＲＡＭ＃４５０）
（２）ポリエーテルケトン樹脂〔ＰＥＫ〕（ＶＩＣＴＲＥＸ社製：ＰＥＥＫ １５０Ｐ）
（３）ポリエーテルイミド樹脂〔ＰＥＩ〕（ゼネラル・エレクトリック社製：ＵＬＴＥＭ１０００）
（４）ポリエーテルスルフォン樹脂〔ＰＥＳ〕（ＢＡＳＦ社製：Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｅ２０１０Ｐ）
（５）サーモトロピック液晶ポリマー〔ＬＣＰ〕（住友化学工業社製：スミカスーパーＬＣＰ Ｅ５０００）
（６）四フッ化エチレン樹脂〔ＰＴＦＥ〕（喜多村社製：ＫＴＬ６１０）
（７）芳香族ポリエステル樹脂〔ＯＢＰ〕（住友化学工業社製：スミカスーパーＥ１０１Ｓ２）
（８）パラ系芳香族ポリアミド繊維〔アラミド▲１▼〕（日本アラミド社製：トワロン １０１０カットファイバー繊維長０．２５ｍｍ）
（９）パラ系芳香族ポリアミド繊維〔アラミド▲２▼〕（デュポン・東レ・ケブラー社製：ケブラー４９ カットファイバー繊維長１ｍｍ）
（１０）鱗片状黒鉛〔黒鉛〕（ロンザ社製：ＫＳ−６）
（１１）カーボンブラック（ライオン社製：ケッチェンブラック ＥＣ−６００ＪＤ）
（１２）メタ系芳香族ポリアミド繊維〔アラミド▲３▼〕（帝人社製：コーネックス
２デニール カットファイバー繊維長１ｍｍ）
〔実施例１〜１０〕
表１に示した割合で諸原材料をヘンシェルミキサーで充分混合し、二軸溶融押出機に供給し、シリンダー温度：４１０℃、回転数：１００ｒｐｍの溶融混合条件で押出して造粒し、得られたペレットを樹脂温度４１０℃、射出圧力８００ｋｇｆ／ｃｍ2 、金型温度２２０℃の射出成形条件下で外径２８ｍｍ、内径２０ｍｍ、幅５ｍｍのリング状試験片を成形した。その後、試験片を２８０℃で１０時間処理した。この試験片を用いて以下に示す高温ラジアル摩擦摩耗試験を行なった。
【００６６】
［高温ラジアル摩擦摩耗試験］
アルミニウム合金Ａ５０５２（表面粗さ３．２Ｓ）製の回転軸を相手材とし、この相手材の外周にリング状試験片を嵌め、これを相手材周面に対して３．５ｋｇｆの荷重で押圧し、前記回転軸は表面温度を２５０℃に制御すると共に、これにトルクメータを取り付けて、周速９．０ｍ／分で５０時間連続回転させた。この後、試験片の摩耗量としての摩耗係数×１０-10 ｃｍ 3／（ｋｇｆ・ｍ）と、回転軸のトルク（ｋｇｆ・ｃｍ）を測定すると共に、相手材の損傷度を観察した。損傷度については、損傷しない（○印）、やや損傷する（△印）または損傷する（×印）の三段階評価で表わし、結果は表２にまとめて示した。
【００６７】
【表１】
【表２】
［比較例１〜６］
表１に示した割合で原材料を配合したこと以外は、実施例１と全く同様にして試験片を作り、前記高温ラジアル摩擦摩耗試験を行ない、摩耗係数、回転軸のトルク、損傷度を求めて結果を表２に示した。なお、比較例６は、射出成形の際、溶融状態で著しく粘度が低下して成形できなかった。
【００７０】
表２に示す結果から明らかなように、比較例１〜５は、摩耗量、回転トルクが大きく、また、比較例１、２および３では相手材の損傷が大きく、いずれも好ましい物性ではなかった。
【００７１】
一方、実施例１〜１０では、摩耗量、回転トルクがともに低く、しかも相手材のアルミニウム合金（Ａ５０５２）を損傷しなかった。
【００７２】
なお、実施例５の体積抵抗率を測定したところ、５．３×１０4 Ωｃｍであり、半導電性を示した。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分として、四フッ化エチレン樹脂と、芳香族ポリエステル樹脂を所定量添加した組成物とした耐熱・潤滑性樹脂組成物の発明は、射出成形性を備えていることに加えて、優れた低摩擦特性、耐摩耗性を有し、しかもアルミニウム合金等の軟質合金を摺動相手材とした場合に非攻撃性を有するという利点がある。
【００７４】
また、これらの樹脂組成物を成形した耐熱性滑り軸受に係る発明では、耐熱性、低摩擦特性、耐摩耗性、非攻撃性といった諸特性を全て兼ね備えたものであるから、複写機およびレーザービームプリンター等の定着装置における高性能の耐熱性滑り軸受として適用できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の軸受を示す斜視図
【図２】他の実施例の軸受を示す斜視図
【図３】加熱・定着装置における軸受の使用状態を説明する要部断面図
【図４】他の加熱・定着装置における軸受の使用状態の説明図
【符号の説明】
１、３ 軸受部
２ 固定用金属部
４ 樹脂部
１０ 加熱ローラ
１１ 加圧ローラ
１２ ヒータ
１３、１４ 合成樹脂製のラジアル軸受
１５ 定着フィルム
１６ セラミックヒータ
Claims (6)
- 下記の化１の式で表わされる熱可塑性ポリイミド樹脂を主要成分として、四フッ化エチレン樹脂８〜３８容量％と、下記化２の式で表わされる反復単位からなるポリオキシベンゾイルポリエステルのホモポリマー３〜２５容量％とを必須成分として添加してなる耐熱・潤滑性樹脂組成物。
- 請求項１記載の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらにパラ系芳香族ポリアミド繊維を２〜２０容量％添加してなる耐熱・潤滑性樹脂組成物。
- 請求項１または請求項２に記載の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらに鱗片状の黒鉛を２〜１５容量％添加してなる耐熱・潤滑性樹脂組成物。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐熱・潤滑性樹脂組成物に、さらにポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂およびポリエーテルスルフォン樹脂からなる群から選ばれる１種以上の耐熱性樹脂を５〜４０容量％添加してなる耐熱・潤滑性樹脂組成物。
- 前記パラ系芳香族ポリアミド繊維が、下記化３の式で表わされる反復単位を含むパラ系芳香族ポリアミド繊維である請求項２または請求項３に記載の耐熱・潤滑性樹脂組成物。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐熱・潤滑性樹脂組成物を成形してなる耐熱性滑り軸受。
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