JP7332299B2 - 滑り軸受、軸受装置、および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、滑り軸受に関し、特に、複写機、複合機、プリンタ（レーザービームプリンタ、インクジェットプリンタなど）、ファクシミリなどの画像形成装置における現像部、感光部、転写部、排紙部、給紙部などの各種ローラもしくは軸の支持に用いる滑り軸受に関する。また、該滑り軸受を備えた軸受装置および画像形成装置に関する。

複写機、プリンタなどの画像形成装置は、感光ドラムに形成された静電潜像を現像する回転可能な現像ローラと、現像ローラと接触して配置されトナーを供給する供給ローラにより感光ドラム上の静電潜像にトナーを転写し、その後、感光ドラム上のトナーを用紙に転写して熱と圧力によりこれを定着させる装置である。画像形成装置の現像装置では、トナーを撹拌する撹拌ローラ、トナーを電荷する帯電ローラ、感光ドラムにトナーを供給する上述の現像ローラや供給ローラなどのローラが使用されている。これらのローラの回転軸は、軸受装置で支持されている。

年々、複写機、プリンタは印刷速度の高速化、消費電力の低減が進んでいるため、軸受には高荷重かつ高速条件への対応、低トルク化、耐摩耗性の向上が要求されている。また、装置の小型軽量化や使いやすさ、低コスト化が要求されている。特に近年では、省エネルギー化などに伴い、画像形成装置ではトナーの定着温度の低温化が進んできている。また、該装置に内蔵されている現像装置においても、使いやすさや、小型化、軽量化、着脱性などを考慮して、トナープロセスカートリッジを利用したカートリッジ化などが進んでいる。

このような画像形成装置の摺動部位に用いられる軸受としては、回転軸を支持する箇所にボールベアリングを備えた玉軸受や、回転軸が軸受の摺接面を摺動しながら回転する滑り軸受がある。玉軸受は比較的負荷の大きい軸に対しても使用でき、かつ、低摩擦低発熱で軸への発熱の影響は軽微であるが、構造が複雑であり高価となる。そのため、含油焼結滑り軸受や樹脂滑り軸受などの滑り軸受が、転がり軸受に代わって多用されている。滑り軸受は、玉軸受と比較して構造が簡易的で、かつ安価であり、これまでに種々の滑り軸受が提案されている。

例えば、特許文献１には、ポリアミド（ＰＡ）樹脂が６５～７５質量％、変性ポリエチレン樹脂が２５～３５質量％配合された樹脂組成物を成形してなる滑り軸受が記載されている。また、特許文献２には、自己潤滑性の熱可塑性オレフィン系樹脂を母材とする複合体からなる滑り軸受が記載されている。該滑り軸受のロックウェル硬さの値は５１～５８の範囲にあり、ロックウェル硬さ／曲げ弾性率（ＧＰａ）の値は２５～４５である旨が記載されている。また、特許文献３には熱可塑性オレフィン系樹脂やポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂にシリコーンオイルなどの低粘度オイルを含油させた滑り軸受が提案されている。

また、トナーの定着温度の低温化に対応するため、現像部位を熱源、例えばトナーを用紙に定着させる定着部位から距離を置く対策や、冷却装置で強制的に冷却するなどの対策がなされている。例えば、特許文献４では、滑り軸受を用いた画像形成装置の軸受構造において、羽根を有する回転部材と通気孔などを設け、該回転部材により生じる気流を利用して冷却を行なう構造が提案されている。

特許第４６６９１０４号公報 特許第５４５６９６０号公報 特開２００３－０２０４０８号公報 特開平０９－２５７０４８号公報

滑り軸受は、玉軸受と比較して構造が簡易な上、薄肉設計が可能であり、画像形成装置の小型化や軽量化にも貢献できる。しかしながら、滑り軸受は、玉軸受に比べて摩擦が大きいため、摩擦熱により回転軸周辺の温度が上昇しやすい。現像部内のトナーは温度変化に敏感で、周辺の温度上昇によって固着、凝集、流動性不良が発生するため、滑り軸受を使用する場合、トナーの印字性能は玉軸受の場合に比べて劣る傾向にある。また、滑り軸受を使用する場合、連続通紙時間は玉軸受の場合に比べて短くなり、利便性が劣る傾向にある。

これに対し、例えば特許文献１の滑り軸受は、現像部を想定した環境での使用において、一定の低摩擦効果および低発熱効果は認められるものの、その効果は十分とはいえない。具体的には、滑り軸受の摩擦熱により、軸温度がトナーの固着開始温度（約５０℃）まで上昇するおそれがある。

また、特許文献２の滑り軸受は、現像部を想定した環境での使用において、異音の抑制が不十分なおそれがある。また、動摩擦係数が十分低いとはいえず、滑り軸受の摩擦熱が少なからず発生するため、連続使用した場合にステンレス（ＳＵＳ）からなる回転軸の軸温度が５０℃を超えるおそれがある。そのため、画像形成装置を連続して使用することを想定した場合には、現像部の冷却時間を意図的に設けるような停止制御機構を加える必要があり、滑り軸受の性能として改善の余地がある。

また、特許文献３の含油滑り軸受は、ＳＵＳ軸との低摩擦化に優れるが、長期間使用時にオイル切れが発生する懸念や、量産した場合のオイル含有量管理が困難であることから、量産には不向きである。また、特許文献４のような複雑な構造とする場合、小型化が困難になるおそれや、構造上、十分な強度を維持できないなどのおそれがある。

本発明はこれらの問題に対処するためになされたものであり、非含油としながら低摩擦性に優れ、連続使用した場合でも軸温度の上昇を抑制できる滑り軸受、その滑り軸受を備えた軸受装置および画像形成装置を提供することを目的とする。また、比較的簡易な構造としながら、回転軸温度や軸受温度の昇温を抑制でき、その冷却速度にも優れる滑り軸受、その滑り軸受を備えた軸受装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の滑り軸受は、回転軸を円筒内径面で回転自在に支持する滑り軸受であって、上記滑り軸受は、油を含まない非含油の樹脂組成物の成形体であり、該樹脂組成物は、射出成形可能な超高分子量ポリエチレン（超高分子量ＰＥ）樹脂をベース樹脂とし、添加剤として四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、およびモース硬度が３以下の針状無機充填材を含むことを特徴とする。

上記滑り軸受は、上記樹脂組成物全体に対して、上記超高分子量ＰＥ樹脂が６５体積％以上含まれ、上記ＰＴＦＥ樹脂が５～２５体積％含まれ、かつ、上記針状無機充填材が１～２０体積％含まれることを特徴とする。

上記滑り軸受が画像形成装置の現像部内の軸受として使用されることを特徴とする。特に、上記滑り軸受は、画像形成装置の現像装置のトナーカートリッジ内においてローラを支持する軸受であることを特徴とする。なお、ここでのトナーカートリッジには、感光体なども含めたトナープロセスカートリッジを含む。また、上記滑り軸受が、樹脂組成物を用いて一体に形成された射出成形体であることを特徴とする。

上記滑り軸受は、円筒端部にフランジを有するフランジ付き円筒形状の滑り軸受であり、上記フランジの表面に放熱用の凹部または凸部を有することを特徴とする。特に、上記凹部または凸部として、溝または孔の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする。

上記フランジの表面に上記溝を有し、該溝は該フランジの内径側から外径側に向けて放射状に形成された複数の溝であることを特徴とする。この場合において、フランジの表面に孔を有し、該孔は上記放射状の複数の溝の間に形成された孔であることを特徴とする。また、上記フランジの表面に上記孔を有し、該孔は円筒中心軸に対して同心円状に形成された複数の孔であることを特徴とする。

本発明の軸受装置は、本発明の滑り軸受と、該滑り軸受を収容するハウジング部材とを有する軸受装置であって、上記ハウジング部材は、上記滑り軸受を挿入する収容部と、該収容部自体または該収容部の周囲に放熱用の溝および放熱用の孔の少なくともいずれか一方とを有することを特徴とする。

上記収容部が、上記ハウジング部材を貫通する円状の貫通孔を含んで構成され、上記ハウジング部材は、上記貫通孔が形成された一方の端面の該貫通孔周囲に上記溝を有し、該溝が該貫通孔の内径から外径方向に放射状に形成された複数の溝であることを特徴とする。

上記収容部が、上記ハウジング部材を貫通する貫通孔を含んで構成され、上記ハウジング部材は、上記貫通孔が形成された一方の端面の該貫通孔周囲に上記孔を有し、該孔が上記ハウジング部材を貫通しない複数の孔であることを特徴とする。

上記収容部は、内周部に上記滑り軸受が挿入される円筒状部材を含んで構成され、上記円筒状部材の外周部に上記溝を有し、該溝が、上記円筒状部材の軸方向に沿って一方の端部から他方の端部まで形成された直線状または螺旋状の複数の溝であることを特徴とする。

上記ハウジング部材が、画像形成装置の現像装置のトナーカートリッジを構成する部材であり、上記滑り軸受が、上記トナーカートリッジ内のローラを支持する軸受であることを特徴とする。また、上記ハウジング部材が、上記溝または上記孔を含めて樹脂組成物を用いて一体に形成された射出成形体であることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、本発明の滑り軸受と、該滑り軸受で支持されるローラまたは軸とを備えることを特徴とする。

本発明の滑り軸受は、油を含まない非含油の樹脂組成物の成形体であり、該樹脂組成物は、射出成形可能な超高分子量ＰＥ樹脂をベース樹脂とし、添加剤としてＰＴＦＥ樹脂、およびモース硬度が３以下の針状無機充填材を含む組成物であるので、長期間の使用でもオイル切れの懸念が不要であるとともに、超高分子量ＰＥ樹脂の有する自己潤滑性のため、およびＰＴＦＥ樹脂によって、相手材である回転軸表面に潤滑膜が形成されるため、非含油でありながら低摩擦性に優れる。これにより、従来の滑り軸受よりも低摩擦であり、ＳＵＳなどからなる回転軸の温度が上昇しにくく、連続使用した場合でも軸温度の上昇が抑制される。

ＰＴＦＥ樹脂は耐熱性に優れ、熱分解温度が３００℃以上であるため、射出成形時における熱分解が抑制できる。また、無潤滑での使用において、相手軸に自己潤滑性に優れる移着膜を形成し、軸受の耐摩耗性とあわせて低摩擦特性を得ることができる。さらに、モース硬度が３以下の針状無機充填材を適度に配合することで、耐摩耗性の向上、および軸受摺動面の接触面積が安定的に維持でき、優れた低摩擦性を実現できる。その結果、ＳＵＳなどからなる回転軸の温度が一層上昇しにくく、現像部内部のトナーを固着させることなく好適に連続稼働が可能となる。

画像形成装置の現像部内のトナーは、周辺の温度上昇によって固着などが生じやすい。本発明の滑り軸受は上記樹脂組成物からなり、軸温度が上昇しにくいので、現像部内の軸受として使用した場合、トナーを固着させることなく連続稼働が可能となる。

本発明の滑り軸受は、円筒端部にフランジを有するフランジ付き円筒形状の滑り軸受であり、フランジの表面に放熱用の凹部または凸部を有するので、所定の放熱用の凹部または凸部がない場合に比べて、支持する回転軸温度の昇温速度をより遅く、かつ、昇温後の連続使用においてもその温度をより低く抑えることができる。また、停止後の冷却速度が速く、よりトナーの凝集を抑えることができる。また、回転軸が樹脂製の場合、摩擦熱による樹脂製滑り軸受と樹脂製回転軸との融着や固着に起因した回転ムラをなくす効果も期待できる。

フランジの表面に凹部または凸部として溝を有し、この溝はフランジの内径側から外径側に向けて放射状に形成された複数の溝であるので、軸受面となる円筒内径面はそのままとし、回転軸を安定して支持しながら、放熱性の向上が図れる。この場合において、放射状の複数の溝の間に複数の孔を有する構成とすることで、放熱性の更なる向上が図れる。

また、フランジの表面に凹部または凸部として孔を有し、この孔は円筒中心軸に対して同心円状に形成された複数の孔であるので、上記溝と同様に、軸受面となる円筒内径面はそのままとし、回転軸を安定して支持しながら、放熱性の向上が図れる。

滑り軸受が、凹部または凸部とフランジとを含めて樹脂組成物を用いて一体に形成された射出成形体であるので、効率よく滑り軸受のフランジに放熱用（冷却用）の凹部や凸部と、上記フランジとを含めて形成でき、生産性に優れる。

本発明の軸受装置におけるハウジング部材は、収容部自体または収容部の周囲に放熱用の溝および放熱用の孔の少なくともいずれか一方を有するので、所定の放熱用の溝または孔がない場合に比べて、回転軸温度や軸受温度の昇温速度をより遅く、かつ、昇温後の連続使用においてもその温度をより低く抑えることができる。また、停止後の冷却速度が速く、よりトナーの凝集を抑えることができる。そのため、本発明の軸受装置は、本発明の滑り軸受の低摩擦性と、ハウジング部材の放熱用の溝や孔との相乗効果により、摩擦熱の発生が一層抑制され、軸温度などが低温化されるため、トナーの凝集、溶融などの発生を防ぐことができる。その結果、画像不具合の発生を好適に防ぐことができる。

ハウジング部材の一方の端面の貫通孔周囲に上記溝を有し、この溝は貫通孔の内径から外径方向に放射状に形成された複数の溝であるので、滑り軸受を収容する貫通孔はそのままとし、滑り軸受を安定して収容しながら、放熱性の向上が図れる。

ハウジング部材の一方の端面の貫通孔周囲に上記孔を有し、この孔はハウジング部材を貫通しない複数の孔であるので、上記溝と同様に、滑り軸受を収容する貫通孔はそのままとし、滑り軸受を安定して収容しながら、放熱性の向上が図れる。また、上記孔はハウジング部材を貫通しないので、強度を維持することができる。

収容部は、内周部に滑り軸受が挿入される円筒状部材を含んで構成され、該円筒状部材の外周部に上記溝を有し、該溝が、円筒状部材の軸方向に沿って一方の端部から他方の端部まで形成された直線状または螺旋状の複数の溝であるので、上記と同様に、滑り軸受を収容する貫通孔はそのままとし、滑り軸受を安定して収容しながら、放熱性の向上が図れる。

滑り軸受を組み付けるハウジング部材が、溝または孔を含めて樹脂組成物を用いて一体に形成された射出成形体であるので、効率よくハウジング部材に放熱用（冷却用）の溝や孔を形成でき、生産性に優れる。

画像形成装置の現像部の概略図である。 画像形成装置の現像部の構成の概要図である。 画像形成装置の現像部の断面概要図である。 本発明の滑り軸受の一例を示す断面図などである。 本発明の滑り軸受の他の例を示す断面図などである。 本発明の滑り軸受の他の例を示す断面図などである。 本発明の滑り軸受の他の例を示す正面図である。 本発明の軸受装置におけるハウジング部材を内側から見た図である。 円柱状部材からなる収容部の正面図などである。 本発明の軸受装置におけるハウジング部材を外側からみた図である。 貫通孔からなる収容部の正面図などである。 貫通孔からなる収容部の正面図などである。 トナーカートリッジの例を示す斜視図である。 小型ラジアル試験機の概要を示す図である。 試験Ｂの試験方法を示す図である。 試験Ｂの試験方法を示す図である。 比較例９のハウジング部材に滑り軸受を組み付けた状態の図である。 比較例７の軸受温度と回転軸温度などの経時変化を示す図である。 比較例８の軸受温度と回転軸温度などの経時変化を示す図である。 比較例９の軸受温度と回転軸温度などの経時変化を示す図である。

本発明の滑り軸受を適用する複写機、プリンタなどの画像形成装置の現像部について、その動作原理を図１に基づいて説明する。図１は、画像形成装置の現像部の概略図である。感光ドラム２の表面全体がチャージユニット１により均一に帯電させられている。露光工程では、レーザービーム３で、印刷データのパターンを帯電した感光ドラム２に照射し、電気的潜在画像を感光ドラム表面に形成する。電気的潜像は光の照射された部分の電荷がグランドに落ち、見かけ上非画像部分と逆の電荷が発生したようになる。この部分にトナーが付着することになる。次にカートリッジユニット４で、トナーを撹拌ローラ１２で撹拌しながら現像ローラ１０を介して感光ドラム２の表面に形成された潜在画像に付着させる。トナーの乗った感光ドラム２の表面の付近を用紙６が通過するとき、用紙の裏からチャージャー９で逆電荷をかけることにより感光ドラム２上のトナーを用紙６に転写する。定着ローラ７と加圧ローラ８で用紙６を加熱、加圧して用紙６上に転写したトナーを用紙に定着させる。この時、定着ローラ７の表面温度は１６０℃～２００℃でトナーを溶融、加圧定着させる。

本発明の滑り軸受を用いた画像形成装置の現像部の構成を図２および図３に基づいて説明する。図２はこの現像部の構成の概要図であり、図３はこの現像部の断面概要図である。図２に示すように、この現像部では、トナーカートリッジ４内部において、トナーを供給ローラ１１で撹拌ローラ１２へ送り、現像ローラ１０を介して感光ドラム２上の潜在画像に帯電したトナーを転写させている。

各ローラと各回転軸、滑り軸受について図３により説明する。図３に示すように、トナーは、供給ローラ１１にて撹拌ローラ１２に供給される。供給ローラ１１は、回転軸１１ａを駆動ギヤ１１ｂで駆動することで回転させられる。回転軸１１ａは、滑り軸受５ｃで支持されている。撹拌ローラ１２に供給されたトナーは、撹拌されつつ、現像ローラ１０に供給される。撹拌ローラ１２は、供給ローラと同様に、回転軸１２ａを駆動ギヤ１２ｂで駆動することで回転させられる。回転軸１２ａは、滑り軸受５ｂで支持されている。現像ローラ１０は、撹拌ローラ１２から送られたトナーを感光ドラムの表面に形成された潜在画像に付着させる。現像ローラ１０は、回転軸１０ａを駆動ギヤ１０ｂで駆動することで回転させられる。回転軸１０ａは、滑り軸受５ａで支持されている。各滑り軸受５ａ、５ｂ、５ｃは略円筒状部材であり、各回転軸１０ａ、１１ａ、１２ａを円筒内径面で回転自在に支持する。

現像ローラ１０の回転軸１０ａの材質は、非磁性材などが採用されている。例えば、非鉄金属のアルミニウムやアルミニウム合金（Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ６０６３）、ＰＯＭ樹脂等の合成樹脂などが用いられている。また、撹拌ローラ１２の回転軸１２ａ、供給ローラ１１の回転軸１１ａの材質は、ＳＵＳ系や快削鋼などの金属や樹脂が採用されている。特に近年では、低コスト化が可能であり、成形性にも優れるため、撹拌ローラ１２と供給ローラ１１においては、その軸受を含めて樹脂化が進んでいる。撹拌ローラと供給ローラが樹脂製で、軸受摺動部にＳＵＳ系のスリーブを嵌め込み強度向上および転がり軸受との嵌めあいを考慮したタイプの構造も多くなっている。

感光ドラム２へのトナー供給時には、各ローラ１０、１１、１２が回転し、各回転軸１０ａ、１１ａ、１２ａと各滑り軸受５ａ、５ｂ、５ｃとが摺動することで摩擦熱（摺動発熱）が生じる。この摺動発熱がトナーの軟化点温度以上となるとトナーの凝集や固着などが発生し画像に大きく影響を及ぼす。

本発明の滑り軸受は、樹脂組成物の成形体であり、略円筒状部材である。本発明の滑り軸受の一例を図４に基づき説明する。図４（ａ）は滑り軸受の軸方向断面図であり、図４（ｂ）はフランジ側からみた正面図であり、図４（ｃ）は回転軸を支持した状態の断面図である。図４に示すように、この形態の滑り軸受１４は、本体が円筒体であり、回転軸１３を円筒内径面１４ａで回転自在に支持する。

本発明の滑り軸受に用いる樹脂組成物は、射出成形可能な超高分子量ＰＥ樹脂をベース樹脂（マトリクス）とし、添加剤としてＰＴＦＥ樹脂、およびモース硬度が３以下の針状無機充填材を含む。本発明者らは、射出成形可能な超高分子量ＰＥ樹脂をベース樹脂とし、これにＰＴＦＥ樹脂を添加した樹脂組成物を用いることで、ＰＴＦＥ樹脂による相手軸表面への潤滑膜形成と、超高分子量ＰＥ樹脂の自己潤滑性とで相乗効果が発揮され、非含油としながら低摩擦係数が得られることを見出した。さらにモース硬度が３以下の針状無機充填材を添加することで、耐摩耗性の向上および軸受摺動面の接触面積を安定維持できることを見出した。高速高面圧（例えば１．０ＭＰａ、０．２５ｍ／ｓ）の条件下においても、より一層の低摩擦性と低発熱性が得られる。本発明は、このような知見に基づくものである。

本発明に用いる超高分子量ＰＥ樹脂は、重量平均分子量が１０万以上で、かつ、射出成形可能なポリエチレン（ＰＥ）樹脂である。ＰＥ樹脂としては、低分子量から超高分子量まで幅広い分子量のものが存在するところ、重量平均分子量が１００万を超えるようなＰＥ樹脂は射出成形できないため、本発明に用いることはできない。つまり、本発明において、射出成形可能な超高分子量ＰＥ樹脂は、重量平均分子量１０万～１００万のＰＥ樹脂を指す。重量平均分子量としては２０万～８０万が好ましく、２５万～６０万がより好ましい。なお、構造としては、直鎖状のものや、メチル基の分岐を含む分岐状のものであってもよい。

超高分子量ＰＥ樹脂としては、耐摩耗性、自己潤滑性、耐衝撃性、耐薬品性、水の比重より軽いという軽量性、低吸水性による寸法安定性などの各諸特性に優れる高密度の超高分子量ＰＥ樹脂が好ましい。高密度とは、密度（ＡＳＴＭ Ｄ １５０５）が９４２ｋｇ／ｍ^３以上のことを言う。なお、高密度の超高分子量ＰＥ樹脂における密度の上限値は１０００ｋｇ／ｍ^３未満であり、厳密には９８０ｋｇ／ｍ^３以下である。

本発明に用いる超高分子量ＰＥ樹脂のＪＩＳ Ｋ ７２１０（１９０℃、１０ｋｇｆ）に準拠したメルトフローレイト（ＭＦＲ）としては、１～３０ｇ／１０分が好ましく、１～１５ｇ／１０分がより好ましい。また、射出成形条件としては、例えば、成形温度２００℃～２７０℃、射出圧力１００～１６０ＭＰａの条件で実施される。

本発明に使用できる超高分子量ＰＥ樹脂の市販品として、例えば、三井化学社製、商品名リュブマーＬ３０００（密度：９６９ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ：１５ｇ／１０分）、同Ｌ４０００（密度：９６７ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ：６ｇ／１０分）、同Ｌ５０００（密度：９６６ｋｇ／ｍ^３、ＭＦＲ：２ｇ／１０分）などが挙げられる。

超高分子量ＰＥ樹脂は、樹脂組成物全体に対して６５体積％以上含まれ、好ましくは６５～９０体積％含まれ、より好ましくは７０～８０体積％含まれる。

本発明において、添加剤として用いるＰＴＦＥ樹脂は、－（ＣＦ_２－ＣＦ_２）ｎ－で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（－Ｃ_ｐＦ_２ｐ－Ｏ－）（ｐは１－４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ_２）_ｑ－）（ｑは１－２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。

ＰＴＦＥ樹脂粉末の平均粒子径（レーザー解析法による測定値）は、特に限定されるものではないが、表面平滑性を維持するため、３０μｍ以下とすることが好ましい。

ＰＴＦＥ樹脂粉末としては、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成したものを使用できる。また、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂粉末は、加熱焼成などされていないＰＴＦＥ樹脂（モールディングパウダー、ファインパウダー）と比較して、樹脂組成物中での均一分散性に優れ、成形体の耐摩耗性が優れる。

ＰＴＦＥ樹脂は、樹脂組成物全体に対して、５～２５体積％含まれ、好ましくは１０～２０体積％、より好ましくは１５～２０体積％含まれる。ＰＴＦＥ樹脂の含有量が５体積％未満であると、低摩擦性を維持することが困難であり、回転軸の温度上昇の抑制が不十分となるおそれがある。一方、ＰＴＦＥ樹脂の含有量が２５体積％をこえると耐摩耗性や射出成形性の低下が懸念される。

樹脂組成物は、添加剤として、モース硬度３以下の針状無機充填材を含む。無機充填材の形状としては、針状、板状、球状、鱗片状など各種のものがあるが、弾性率がより向上し、摺動面の摺動面積を安定的に維持できることから、針状の無機充填材を用いる。針状構造に由来する摺動面の凹凸形状によって、回転軸と滑り軸受との接触面積が低減され、摩擦係数の上昇が抑えられる。本発明において、針状とは、アスペクト比（無機充填材の長軸の短軸に対する長さの比）が５～１００であることをいう。アスペクト比は、例えば、画像処理装置を用いて、任意に選択された複数個の無機充填材のアスペクト比の平均として求められる。上記アスペクト比は、５～５０であることがより好ましい。

また、モース硬度が３より大きくなると相手軸への攻撃性が懸念され、摩擦係数が上昇し、軸温度の上昇につながるおそれがあるため、モース硬度３以下の無機充填材を用いる。一方、モース硬度が低くなりすぎると無機充填材が摩耗しやすくなるため、モース硬度は２～３であることがより好ましい。

モース硬度は、１０種の標準物質を順次ひっかいて傷がつけば、その標準物質よりも硬さが低いと判断する、硬さの尺度である。標準物質は、硬度が低い順から１：滑石、２：石膏、３：方解石、４：蛍石、５：りん灰石、６：正長石、７：水晶、８：黄玉、９：鋼玉、１０：ダイヤモンドである。例えば、石膏（モース硬度２）で引っかくと傷がつかず、方解石（モース硬度３）で引っかくと傷がつく場合、その硬度は２．５と表される。モース硬度は、横方向に力を掛けた際の硬さの程度を示すものであり、摺動面での摩耗の尺度として適している。なお、モース硬度は、公知のモース硬度計を用いて測定することができる。

モース硬度３以下の無機充填材としては、例えばタルク（モース硬度１）、珪酸アルミニウム（モース硬度２～２．５）、水酸化マグネシウム（モース硬度２～３）、二硫化モリブデン（モース硬度１～２）、三酸化タングステン（モース硬度２．５）、二硫化タングステン（モース硬度１～２）、炭酸カルシウム（モース硬度２～３）、硫酸カルシウム（モース硬度１．５～２）、硫酸マグネシウム（モース硬度２．５）、マイカ（モース硬度３）などが挙げられる。これらの無機充填材の繊維状物、針状物、ウィスカが使用される。これらの針状無機充填材は、１種または２種以上を併用して用いてもよい。

上述したモース硬度が３以下の針状無機充填材は、樹脂組成物全体に対して、１～２０体積％含まれ、好ましくは５～１５体積％、より好ましくは５～１０体積％含まれる。

以上を考慮して、本発明に用いる樹脂組成物の特に好ましい形態は、超高分子量ＰＥ樹脂とＰＴＦＥ樹脂とモース硬度が３以下の針状無機充填材を含む樹脂組成物であって、樹脂組成物全体に対して、重量平均分子量２５万～６０万の超高分子量ＰＥ樹脂が７０～８０体積％含まれ、ＰＴＦＥ樹脂が１５～２０体積％含まれ、かつ、針状無機充填材が５～１０体積％含まれる樹脂組成物である。

この樹脂組成物からなる成形体は、特に、相手軸がＳＵＳ軸、ＰＯＭ樹脂軸のいずれに対しても摩擦係数をより低く抑えることができ、発熱が低く軸温度の上昇を一層抑えることができる。また、ＳＵＳ軸において、高速高面圧の条件下でも、摩擦係数を低く、かつ、軸受摩耗量も小さく抑えることができる。軸受摩耗量の増加は回転軸との接触面積の増加を意味し、回転軸との接触面積が増加するほど摩擦係数が大きくなりやすい。そのため、モース硬度が３以下である針状無機充填材を添加することで、弾性率向上および耐摩耗性向上の効果が得られる。

また、装置構造上、滑り軸受に導電性が必要な場合は、上記樹脂組成物にカーボンブラック、カーボンナノチューブ等の公知の導電性付与材を添加して導電性を付与できる。これらの配合量は、所望の導電性を付与できる量であれば特に限定されないが、例えば、樹脂組成物全体に対して０.０３～５重量％、好ましくは０．３～３重量％配合される。導電性を付与する場合の樹脂組成物の体積抵抗率としては、１０³Ω・ｃｍ以下が好ましい。

以上のような樹脂組成物から、滑り軸受を形成する方法は特に限定するものではない。圧縮成形、または押出成形により得た成形体を機械加工することで形成してもよいが、生産性や品質の均一性の面から射出成形が好ましい。本発明の滑り軸受は、周知の射出成形装置を用いて上記樹脂組成物を射出成形した射出成形体からなる。

本発明に用いる超高分子量ＰＥ樹脂は、機械的強度は比較的小さいものの、延性に優れるため、滑り軸受の破損が生じにくい特性を有している。

本発明の滑り軸受の構造面において、他の例を図５に基づき説明する。図５に示す滑り軸受は、円筒端部にフランジを有するフランジ付き円筒形状の滑り軸受である。このフランジの表面に放熱用の凹部または凸部を有している。凹部と凸部は、いずれかを有していればよく、両方を有していてもよい。凹凸部により表面積が増加することでフランジからの放熱性に優れる。凹部または凸部としては、例えば、溝や孔を採用できる。

図５（ａ）はフランジ付き円筒形状の滑り軸受の軸方向断面図であり、図５（ｂ）はフランジ側からみた正面図であり、図５（ｃ）は回転軸を支持した状態の断面図である。図５に示すように、この形態の滑り軸受１５は、本体が円筒体であり、回転軸１３を円筒内径面１５ａで回転自在に支持し、一方の円筒端部１５ｂにフランジ１５ｃを有するフランジ付き円筒形状の軸受である。フランジ１５ｃは、回転軸１３の軸線に対して直角方向に立ち上げるように形成されている。また、適用する部材に応じて、フランジ１５ｃの一部を切り欠いた形状とされている。

フランジ１５ｃの表面には、放熱用の溝１５ｄが形成されている。この溝１５ｄは、フランジ１５ｃの内径側（円筒内径面１５ａ側）からフランジ１５ｃの外径側に向けて放射状に複数形成されている。溝１５ｄを有するフランジ１５ｃが、冷却フィンの役割を果たし、使用時における回転軸温度の昇温速度が遅くなり、かつ、昇温後の連続使用においても温度を低く抑えることが可能となる。なお、図５の形態では、フランジ１５ｃの表面として、滑り軸受１５の一方端面となるフランジ面に上記溝を形成しているが、これに限定されず、その反対面に上記溝を形成してもよい。

溝１５ｄは、回転軸の軸線を中心として、中心角で一定角度θ_１ずつずらしてフランジ１５ｃの表面に複数本が配置されている。この場合、θ_１が２０°であれば溝は１８本、θ_１が３０°であれば溝は１２本となる。溝の本数に特に制限はないが、表面積を増加させて放熱性を向上させるため、１０本以上が好ましく、１５本以上がより好ましい。

溝１５ｄの周方向の幅寸法は、フランジ１５ｃの外径寸法（切欠き等は考慮しない）の１％～５％が好ましい。設ける溝の本数にもよるが、具体的な溝幅として、例えば、０．１～０．８ｍｍであることが好ましく、０．３～０．６ｍｍがより好ましい。溝１５ｄの深さは、フランジ１５ｃに形成可能であればよく、例えば、最深部で０．１～１．０ｍｍであることが好ましく、０．３～０．６ｍｍがより好ましい。また、溝１５ｄの面取りはＲまたはＣ０．０５～０．５ｍｍが好ましい。なお、溝の深さとは、フランジの溝形成面から溝底部までの距離であり、該溝が三角溝や円弧溝などである場合は、溝の最も深い部分の深さを上記範囲とすることが好ましい。

フランジ付き円筒形状の滑り軸受の他の例を図６に基づき説明する。図６（ａ）はフランジ付き円筒形状の滑り軸受の軸方向断面図であり、図６（ｂ）はフランジ側からみた正面図であり、図６（ｃ）は回転軸を支持した状態の断面図である。図６に示すように、この形態の滑り軸受１６は、図５の場合と同様に、本体が円筒体であり、回転軸１３を円筒内径面１６ａで回転自在に支持し、一方の円筒端部１６ｂにフランジ１６ｃを有するフランジ付き円筒形状の軸受である。

フランジ１６ｃの表面には、放熱用の孔１６ｅが複数個形成されている。孔１６ｅは、円筒中心軸（回転軸の軸線）に対して同心円状に複数形成されている。具体的には、径方向に２個、回転軸の軸線を中心として、中心角で一定角度θ_２ずつずらしてフランジ１６ｃの円筒端部１６ｂ側表面に配置され、この角度θ_２間に１個が配置されている。

孔１６ｅは、図６に示す形態では非貫通孔とされているが、これをフランジを貫通する貫通孔としてもよい。また、図６に示すように多数の孔を密集して形成する場合、非貫通孔とし、孔１６ｅの深さはフランジ１６ｃの５０％～９０％とすることが好ましい。なお、孔１６ｅの深さとは、溝と同様に、フランジの孔形成面から孔底部までの距離である。

また、孔１６ｅの配置は、図６のような幾何学模様でなくてもよく、ランダムに孔１６ｅを配置しても構わない。いずれの配置の場合であっても、孔１６ｅの合計面積は、孔形成面となるフランジ１６ｃの円筒端部１６ｂ側表面の全面積の５０％～９０％であることが好ましい。

孔１６ｅの夫々の平面形状は円形とされており、その大きさはφ０．１ｍｍ～φ１．５ｍｍが好ましい。なお、図６に示す形態では孔１６ｅは全て同一の大きさとしているが、異なる大きさの孔を複数組み合わせて形成してもよい。

また、図５と図６のいずれの形態の場合においても、溝や孔の深さ方向の形状は適宜決定できる。例えば、断面矩形の角溝、角孔、断面円弧状の円弧溝（Ｒ溝）、円弧孔、断面三角形の三角溝、三角孔などとすることができる。図５と図６に示すような溝、孔配置であれば、その深さ方向の形状が角、円弧、三角のいずれであっても、射出成形時に無理抜きとならず、これらの部分も軸受本体と一体に容易に形成でき、溝や孔の後加工を不要にすることができる。

フランジ付き円筒形状の滑り軸受の他の例を図７に基づき説明する。図７はフランジ付き円筒形状の滑り軸受をフランジ側からみた正面図である。図７に示すように、この形態の滑り軸受１７は、図５の場合と同様に、本体が円筒体であり、回転軸を円筒内径面１７ａで回転自在に支持し、一方の円筒端部にフランジ１７ｃを有するフランジ付き円筒形状の軸受である。フランジ１７ｃには、図５と同じ放熱用の溝１７ｄが放射状に形成されている。この形態では、この溝１７ｄに加えて、フランジ１７ｃにおける溝１７ｄ以外の箇所に複数の孔１７ｅが形成されている。孔１７ｅは、放射状に形成された複数の溝１７ｄの間に形成されている。これにより、放熱性の更なる向上が図れる。

上述したフランジ付き円筒形状の滑り軸受は、凹部または凸部である溝や孔と、フランジとを含めて樹脂組成物を用いて一体に形成された射出成形体とすることが好ましい。また、射出成形後に溝や孔を機械加工で形成してもよい。このフランジ表面の凹部または凸部は、凹部や凸部が未形成の場合よりも、凹部または凸部を含めたフランジの総表面積が２倍以上となるように形成することが放熱効果のため好ましい。

本発明の滑り軸受では、相手材である回転軸との摺動部となる円筒内径面にグリースや潤滑油などの潤滑剤を介在させてもよい。摺動部に潤滑剤を介在させることで、低トルク化が図れ、摩耗も防止でき寿命を大幅に長くできる。グリースや潤滑油としては、この分野における公知の潤滑剤を使用できる。

以上、図４～図７などに基づき滑り軸受の形態を説明したが、本発明の滑り軸受の全体的な形状はこれらに限定されず、適用する画像形成装置の仕様に応じて適宜変更できる。また、図５～図７に示す放熱用の溝や孔は、それぞれを任意に組み合わせて適用することもできる。

以下には、本発明の軸受装置について説明する。

本発明の軸受装置は、上述した本発明の滑り軸受と、その滑り軸受を収容するハウジング部材とを有する。このハウジング部材は、例えば、画像形成装置の現像装置のトナーカートリッジを構成する部材であり、滑り軸受はこのトナーカートリッジ内のローラを支持する軸受である。

本発明の軸受装置の一例を図８に基づき説明する。図８は、ハウジング部材２２を各ローラが収納される側（ハウジング内側）から見た図である。軸受装置２１は、滑り軸受５ａ（図示省略）、５ｂ、５ｃと、ハウジング部材２２とを有する。ハウジング部材２２は、滑り軸受５ａ、５ｂ、５ｃをそれぞれ挿入する収容部２３、２４、２５を有する。図８は、収容部２４、２５に滑り軸受５ｂ、５ｃをそれぞれ組み付けた状態を示す。

収容部２３は、ハウジング部材２２の内表面２２ａと外表面とを貫通する円形状の貫通孔２３ａで構成される。この貫通孔２３ａに滑り軸受５ａ（図３参照）が挿入される。一方、収容部２４は、ハウジング部材２２の内表面２２ａから直角方向に立ち上がるように形成された円筒状部材２４ａで構成される。円筒状部材２４ａは、軸方向一端側が開口しておらず、ハウジング部材２２の外表面側には貫通していない。この円筒状部材２４ａの内周部に滑り軸受５ｂが挿入されて収容される。なお、収容部２５も、収容部２４と同様に、円筒状部材２５ａで構成される。

上記の収容部２３～２５には滑り軸受５ａ～５ｃが組み付けられ、さらに、その滑り軸受には各回転軸（図３参照）が組み付けられる。回転軸が回転する際には、該回転軸と滑り軸受との摩擦熱により、回転軸温度および軸受温度が上昇する。この温度上昇が、画像不具合を招くおそれがある。

本発明の軸受装置は、上述した樹脂組成物からなる滑り軸受に加え、ハウジング部材が、収容部自体または収容部周囲に放熱用の溝および放熱用の孔の少なくともいずれかを有するので、回転軸温度および軸受温度の温度上昇を好適に抑えることができる。また、ハウジング部材側に放熱用の溝や孔を形成することで、滑り軸受の汎用性を損なうことなく、軸受周囲の放熱性を高めることができる。

図８において、収容部２４は、円柱状部材２４ａの外周部に溝２４ｃを有する。同様に、収容部２５にも、円柱状部材２５ａの外周部に溝２５ｃが設けられている。なお、以下では、収容部２４について説明するが、収容部２５についても同様である。溝２４ｃは、円柱状部材２４ａの軸方向に沿って一方の端部から他方の端部まで連続して、直線状に形成されている。図９（ａ）には、この円柱状部材からなる収容部を軸方向から見た図を示し、図９（ｂ）には、該収容部の溝の位置での軸方向断面図を示す。図９に示すように、収容部２４は、円柱状部材２４ａの内周部２４ｄに滑り軸受５ｂの円筒外径面が嵌合されることで、滑り軸受５ｂを収容している。この場合、放熱用の溝２４ｃは外周部２４ｂに形成され、滑り軸受５ｂを収容する内周部は滑り軸受５ｂの外周面と同じ形状に形成されるため、滑り軸受５ｂを安定して収容することができる。

図９（ａ）に示すように、溝２４ｃは、円柱状部材２４ａの中心軸（回転軸の軸線）を中心として、中心角で一定角度θ_３ずつずらして外周部２４ｂの表面に複数本形成されている。つまり、溝２４ｃは互いに等間隔に形成されている。溝２４ｃの本数は特に限定されず、任意の本数とすることができる。

溝２４ｃの周方向の幅は、内周部２４ｄの内径寸法の１％～５％が好ましい。設ける溝の本数にもよるが、具体的な溝幅として、例えば、０．２～１．０ｍｍであることが好ましい。溝２４ｃの深さ（径方向長さ）は、円筒状部材２４ａの径方向厚さにもよるが、強度に影響しない程度で、深ければ深い方が好ましい。溝２４ｃの深さとは、溝形成面（外周部２４ｂ表面）から溝底部までの距離であり、該溝が三角溝や円弧溝などである場合は、溝の最も深い部分の深さを上記範囲とすることが好ましい。

一方、図１０は、図８で示したハウジング部材２２を反対側（ハウジング外側）から見た図である。ハウジング部材２２の外表面２２ｂには、収容部２３を構成する貫通孔２３ａが開口している。外表面２２ｂにおいて、貫通孔２３ａの周囲には、放熱用の溝２２ｃが貫通孔２３ａの内径から外径方向に沿って放射状に複数本設けられている。この放射状の溝２２ｃは、冷却フィンの役割を果たし、使用時における回転軸温度および軸受温度の昇温速度が遅くなり、且つ、昇温後の連続使用においても温度を低く抑えることが可能となる。

図１１（ａ）は、貫通孔からなる収容部を軸方向から見た図であり、図１１（ｂ）は、該収容部の溝の位置での軸方向断面図である。図１１に示すように、収容部２３は、貫通孔２３ａに滑り軸受５ａの円筒外径面が嵌合されることで、収容している。図１１では、溝２２ｃの長さ方向の一方の端部が貫通孔２３ａに開口している。

図１１（ａ）に示すように、溝２２ｃは、貫通孔中心軸（回転軸の軸線）を中心として、中心角で一定角度θ_４ずつずらしてハウジング部材２２の外表面２２ｂに複数本が配置されている。つまり、溝２２ｃは互いに等間隔に設けられている。この場合、θ_４が２０°であれば溝は１８本、θ_４が３０°であれば溝は１２本となる。溝の本数に特に制限はないが、表面積を増加させて放熱性を向上させるため、１０本以上が好ましく、１５本以上がより好ましい。

溝２２ｃの周方向の幅は、貫通孔２３ａの内径寸法（切欠き等は考慮しない）の１％～５％が好ましい。設ける溝の本数にもよるが、具体的な溝幅として、例えば、０．１～０．８ｍｍｍであることが好ましく、０．３～０．６ｍｍがより好ましい。溝２２ｃの深さ（ハウジング部材２２の厚み方向長さ）は、ハウジング部材２２の厚みにもよるが、強度に影響しない程度で、深ければ深い方が好ましい。例えば、ハウジング部材２２の厚みが１ｍｍの場合、０．１～０．８ｍｍである事が好ましく、０．３～０．６ｍｍがより好ましい。なお、溝の深さとは、溝形成面（外表面２２ｂ）から溝底部までの距離であり、該溝が三角溝や円弧溝などである場合は、溝の最も深い部分の深さを上記範囲とすることが好ましい。

図１０および図１１では、貫通孔２３ａの周囲に放熱用の溝２２ｃを設けたが、これに代えて放熱用の孔を設けてもよい。放熱用の孔を設けた一例を図１２に基づき説明する。図１２（ａ）は、放熱用の孔を設けた収容部の正面図であり、図１２（ｂ）は、該収容部の孔の位置での軸方向断面図である。図１２では、放熱用の孔２２ｄは貫通孔２３ａとは独立して形成されている。この場合、滑り軸受５ａを収容する貫通孔２３ａの形状は維持されるため、滑り軸受５ａを安定して収容することができる。

図１２（ａ）に示すように、貫通孔２３ａの周囲には、放熱用の孔２２ｄが複数個形成されている。孔２２ｄは、貫通孔中心軸（回転軸の軸線）に対して同心円状に複数形成されている。具体的には、径方向に２個、貫通孔中心軸を中心として、中心角で一定角度θ_５ずつずらして配置されている。孔２２ｄは、ハウジング部材２２の内表面側に貫通していない非貫通孔である。孔２２ｄの深さ（ハウジング部材２２の厚み方向長さ）は、上述した溝２２ｃと同様に、強度に影響しない程度で深ければ深い方が好ましく、また、孔形成面（外表面２２ｂ）から孔底部までの距離である。

孔２２ｄは、図１２のように規則的に配置されていなくてもよく、ランダムに配置されていてもよい。孔２２ｄは、それぞれの平面形状は円形とされており、その大きさはφ０．１ｍｍ～φ１．５ｍｍが好ましい。なお、図１２に示す形態では孔２２ｄは全て同一の大きさとしているが、異なる大きさの孔を複数組み合わせて形成してもよい。

さらに、その他の構成として、貫通孔の周囲に放熱用の溝と放熱用の孔とを組み合わせて設けた構成としてもよい。具体的には、貫通孔の周囲に放射状に形成された溝と溝との間に孔を設けることができる。この構成とすることで、放熱性の更なる向上が図れる。

図９、図１１および図１２のいずれの形態の場合においても、溝や孔の深さ方向の断面形状は適宜決定できる。例えば、断面矩形の角溝、角孔、断面円弧状の円弧溝（Ｒ溝）、円弧孔、断面三角形の三角溝、三角孔などとすることができる。図９、図１１および図１２に示すような溝、孔配置であれば、その深さ方向の形状が角、円弧、三角のいずれであっても、射出成形時に無理抜きとならず、これらの部分もハウジング部材と一体に容易に形成でき、溝や孔の後加工を不要とすることができる。

上記ハウジング部材に本発明の滑り軸受、および各ローラを組み付けて構成されるトナーカートリッジの一例を図１３に基づき説明する。図１３では、現像ローラ１０が組み付けられており、現像ローラ１０の回転軸を支持する滑り軸受が貫通孔からなる収容部２３に組み付けられている。ハウジング部材２２の外表面２２ｂの貫通孔の周囲には、放熱用の溝２２ｃが放射状に形成されている。また、図示は省略するが、トナーカートリッジ４（ハウジング）内には、撹拌ローラの回転軸を支持する滑り軸受が円柱状部材からなる収容部に組み付けられ、また、供給ローラの回転軸を支持する滑り軸受が円柱状部材からなる収容部に組み付けられている。これら円柱状部材には、放熱用の溝が形成されている。このように、本発明の軸受装置２１を含むトナーカートリッジは、ハウジング部材の各収容部での放熱性に優れ、カートリッジ全体としての放熱性に優れる。

ハウジング部材を形成するハウジング材としては、樹脂材が用いられ、樹脂材として非晶性樹脂または結晶性樹脂を用いることができる。これらの中でも、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＡ樹脂、ＰＯＭ樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂から選ばれる１種以上の熱可塑性樹脂をベース樹脂とし、ガラス繊維等で強化した樹脂組成物を用いることが好ましい。

上記の中でも射出成形が可能な合成樹脂は、滑り軸受を収容する部位である収容部と、放熱用の溝や孔とを効率よく形成できるので、生産性に優れる。その中でも、熱可塑性樹脂は、生産性と成形性に優れるため好ましく、摩擦熱による回転軸の昇温を抑制できる。

以上のような樹脂組成物から、ハウジング部材を形成する方法は特に限定するものではない。圧縮成形、または押出成形により得た成形体を機械加工することで形成してもよいが、生産性や品質の均一性の面から射出成形が好ましい。特に、ハウジング部材を、収容部と放熱用の溝や孔とを含めて樹脂組成物を用いて一体に形成された射出成形体とすることが好ましい。また、射出成形後に溝や孔を機械加工で形成してもよい。

以上、図８～図１２などに基づきトナーカートリッジにおけるハウジング部材の収容部の形態を説明したが、ハウジング部材や収容部の形状はこれらに限定されず、適用する画像形成装置の仕様に応じて適宜変更できる。また、図８～図１２に示す放熱用の溝や孔は、それぞれを任意に組み合わせて適用することもできる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜試験Ａ＞
各実施例および各比較例の樹脂組成物の構成、各試験の評価結果は表１、表２に纏めて示す。

実施例１
ベース樹脂として射出成形が可能な超高分子量ＰＥ樹脂粉末（重量平均分子量：２５万～６０万）を８０体積％、添加剤としてＰＴＦＥ樹脂を１５体積％、モース硬度３以下の針状無機充填材として炭酸カルシウムウィスカを５体積％配合し、粉末混合、溶融混練してペレットを作製し、摩擦摩耗試験片および物性測定用試験片を射出成形によって成形した。

＜摩擦摩耗試験＞
ラジアル型摩擦摩耗試験機を用いて試験を実施した。摩擦摩耗試験片として、φ１２×φ８×ｔ１０ｍｍの円筒形状のものを用いた。相手軸としてＳＵＳ３０３製の回転軸とＰＯＭ樹脂製（充填材なし）の回転軸の２種類を用いた。ＳＵＳ軸の場合の試験条件は、無潤滑環境下にて、面圧０．７ＭＰａ、速度０．１５ｍ／ｓ、回転時間３０ｍｉｎ、試験開始温度２８℃±１℃である。なお、面圧０．７ＭＰａは、実際の使用条件よりも３倍以上高い面圧に設定したものである。ＰＯＭ樹脂軸の場合は、面圧を０．２ＭＰａに設定した以外はＳＵＳ軸の場合の試験条件と同一である。上記試験では、軸温度が飽和する時間として、回転時間３０ｍｉｎを設定した。軸温度は、赤外線式の非接触温度計にて軸端面の温度を測定した。動摩擦係数は、摩擦係数測定装置により測定し、さらに相手軸に対する攻撃性も評価した。
また、摩擦摩耗試験において、より過酷な条件下での摩擦特性などを評価するべく、ＳＵＳ軸の場合において、無潤滑環境下、面圧１．０ＭＰａ、速度０．２５ｍ／ｓ、回転時間３０ｍｉｎ、試験開始温度２８℃±１℃の条件でも試験を実施した。なお、面圧１．０ＭＰａは、実際の使用条件よりも５倍以上高い面圧に設定したものであり、速度０．２５ｍ/ｓは、実際の使用条件よりも１．５倍以上高い面圧に設定したものである。

＜物性測定試験＞
物性測定用試験片を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠して、曲げ弾性率を測定した。また、ＪＩＳ Ｋ ７２０２のＲスケールに準拠して、ロックウェル硬さを測定した。

実施例２～実施例５
実施例１と同じベース樹脂と、表１に記載の添加剤および無機充填材を表１の配合割合で配合した以外は、実施例１と同様にして各試験片を成形し、実施例１と同様の試験を実施した。

比較例１～比較例６
実施例１と同じベース樹脂と、表２に記載の添加剤および無機充填材を表２の配合割合で配合した以外は、実施例１と同様にして各試験片を成形し、実施例１と同様の試験を実施した。

表１に示すように、実施例１～５では、超高分子量ＰＥ樹脂とＰＴＦＥ樹脂とモース硬度が３以下の針状無機充填材（炭酸カルシウムウィスカ）を組み合わせることで、ＳＵＳ軸、ＰＯＭ樹脂軸ともに摩擦係数を低く抑えることができ、軸温度の上昇を抑制することができた。また、ＳＵＳ軸においては、０．７ＭＰａ、０．１５ｍ／ｓの条件に加え、より高速高面圧な条件である１．０ＭＰａ、０．２５ｍ／ｓの条件でも、摩擦係数は低く、かつ軸受摩耗量も０．０３０ｍｍ以下に抑えることができた。軸受摩耗量の増加は、回転軸との接触面積の増加を意味し、回転軸との接触面積が増加するほど摩擦係数が大きくなりやすい。モース硬度３以下の針状無機充填材（炭酸カルシウムウィスカ）を添加することで、弾性率向上効果および耐摩耗性向上効果が認められた。

実施例１、４、５では、ＰＴＦＥ樹脂の配合量を振っているが、該配合量が５～２５体積％では低摩擦効果が発揮されている。ただし、ＰＴＦＥ樹脂の配合量が２５体積％を超えると、溶融時の流動性が高くなり、一度に多数個を射出成形することが困難となるおそれがある。また、１．０ＭＰａ、０．２５ｍ／ｓの高速高負荷条件での耐摩耗性の低下が懸念される。

実施例２では炭酸カルシウムウィスカが２０体積％配合されており、この実施例でも十分な低摩擦性、耐摩耗性が得られた。一般的に無機充填材自身は摺動性を伴わず、必要以上に配合するとブレーキ材のような高摩擦化の傾向が示される。そのため、２０体積％は、許容される配合量の上限に近い数値であると考えられる。一方、実施例３では炭酸カルシウムウィスカが１．５体積％配合されており、この配合量でも耐摩耗性向上効果が認められた。ただし、１．５体積％程度が補強効果が得られる配合量の下限値と考えられる。

表２に示すように、添加剤としてステアリン酸亜鉛を用いた比較例１、２では、０．７ＭＰａ、０．１５ｍ／ｓの条件のＳＵＳ軸相手、および、ＰＯＭ樹脂軸相手では良好な結果が得られたものの、１．０ＭＰａ、０．２５ｍ／ｓの条件のＳＵＳ軸相手では、軸温度が比較的高くなる傾向が認められた。これは、摩耗の進行により軸との接触面積が増加し、摩擦力が上昇したためと考えられる。摩擦係数は低い値を示したが、それに伴う摩擦発熱は比較的大きいものと考えられる。同様に、モース硬度３以下の針状無機充填材を含まない比較例３も、高速高負荷条件で使用した場合に軸温度が比較的上昇しやすい結果となった。

比較例４はモース硬度が３以下の針状では無い無機充填材（塊状の炭酸カルシウム）を配合しているが、針状のもの（実施例１）と比較して、耐摩耗性向上効果が十分でなかった。この要因としては、回転軸との真実接触面積が大きくなったことが考えられる。また、摩擦係数も針状のものほど低い値は得られなかった。

比較例５はモース硬度が４．５～５の針状無機充填材であるケイ酸塩鉱物を配合している。弾性率を向上させるには効果的であったが、相手軸への攻撃性が顕著に確認された。また、耐摩耗性は比較的良好であったものの、摩擦係数が高いために軸温度が高くなる結果となった。特に、１．０ＭＰａ、０．２５ｍ／ｓの条件のＳＵＳ軸相手では該軸の損傷が顕著に認められた。

＜試験Ｂ＞
滑り軸受が収容されるハウジング部材において、放熱用の溝または孔を設けることによる構造面での軸温度抑制効果を評価した。

比較例７
滑り軸受には、ＰＯＭ樹脂にワックスを充填した樹脂組成物を用いた。比較例７～９の滑り軸受には、すべて上記と同じ樹脂組成物を用いた。比較例７では、ＡＢＳ樹脂にガラス繊維を３０質量％充填した樹脂組成物を射出試験機で成形することで、滑り軸受を組み付ける小型ラジアル試験機のハウジング部材を得た。このハウジング部材の厚さは２ｍｍであり、滑り軸受が組み付けられる貫通孔はφ１０ｍｍである。このハウジング部材に、図１１で示すように、１６本の放熱用の角溝を外径φ２０ｍｍの放射状に、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍで追加工した。このハウジング部材に上記滑り軸受を組み付けて軸受装置とした。

比較例８
比較例８では、放熱用の孔が形成されたハウジング部材を製造した。まず、比較例７と同じ樹脂組成物を用いて、射出成形により小型ラジアル試験機のハウジング部材を得た。このハウジング部材の厚さは２ｍｍであり、滑り軸受が組み付けられる貫通孔はφ１０ｍｍである。その後、追加工で、図１２に示すように、φ２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの孔を３２個放射状に加工した。このハウジング部材に滑り軸受を組み付けて軸受装置とした。

実施例６
滑り軸受には、実施例１の樹脂組成物を用いた。この滑り軸受を、比較例７の放熱用の溝が形成されたハウジング部材に組み付けて軸受装置とした。

実施例７
実施例７では、比較例８の放熱用の孔が形成されたハウジング部材を用いた。滑り軸受には、実施例６と同様に実施例１の樹脂組成物を用いた。この滑り軸受を上記ハウジング部材に組み付けて軸受装置とした。

比較例９
比較例９では、比較例７と同じ樹脂組成物を用いて、射出成形により小型ラジアル試験機のハウジング部材を得た。比較例９では、溝加工や孔加工は施さず、通常の形状のハウジング部材とした。図１７には、比較例９のハウジング部材２６に試験用軸受としての滑り軸受３２を組み付けた状態を示す。

作製した各軸受装置について、図１４に示す小型ラジアル試験機３１を用いて、軸受温度、回転軸温度を経時的に測定した。なお、滑り軸受３２には、軸受温度として滑り軸受の摺動部付近の摩擦熱測定用に、内径端面にφ０．５ｍｍの熱電対挿入用孔３３（図１７参照）を設けた。また、回転軸温度の測定には、図１５に示すように、回転軸端面を、赤外線式の非接触温度計３４を用いて、回転状態で連続的に測定した。試験中の滑り軸受３２の温度は、熱電対挿入用孔３３に挿入した熱電対３８を用いて測定した。滑り軸受は、トナーカートリッジ内に配置されることから、小型ラジアル試験機の滑り軸受組み付け部位をアクリル樹脂製箱３７で覆い、上部に空気取り入れ口３５と、下部側面に吸引孔３６を設け、吸引装置３９を利用してアクリル樹脂製箱３７内に空気の流れを再現した（図１５、図１６参照）。

試験条件は、回転軸にφ８ｍｍのＳＵＳ軸を用い、無潤滑環境下、面圧０．７ＭＰａ、速度０．１５ｍ／ｓ、回転時間３０分、試験開始温度２８℃±１℃である。温度測定の試験の結果を、図１８（比較例７）、図１９（比較例８）、図２０（比較例９）にそれぞれ示す。また、軸受温度、回転軸温度の測定結果を一括整理して表３に示す。

図１８～図２０および表３に示すように、トナーカートリッジ内に配置される構成において、比較例７～８は比較例９に対して放熱性に優れる結果となった。比較例７は、比較例９と比較して、軸受温度で６℃、回転軸温度で４℃低い結果となった。一方で、放熱用の溝や孔が形成されたハウジング部材と、所定の樹脂組成物からなる滑り軸受とを組み合わせた実施例６～７は、滑り軸受自体の発熱も抑えられたため、軸受温度と回転軸温度の抑制に一層効果的であった。所定の樹脂組成物は、放熱性の観点から、非含油であり、超高分子量ＰＥ樹脂が６５体積％以上、ＰＴＦＥ樹脂が５体積％以上、モース硬度が３以下の針状無機充填材が５体積％以上含まれることがより好ましい。

本発明の滑り軸受は、低摩擦性に優れ、連続使用した場合でも軸温度の上昇が抑制されるので、複写機、複合機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置におけるローラの回転軸を支持する滑り軸受として広く利用できる。

１ チャージユニット
２ 感光ドラム
３ レーザービーム
４ カートリッジユニット
５ 滑り軸受
６ 用紙
７ 定着ローラ
８ 加圧ローラ
９ チャージャー
１０ 現像ローラ
１１ 供給ローラ
１２ 撹拌ローラ
１３ 回転軸
１４ 滑り軸受
１５ 滑り軸受
１６ 滑り軸受
１７ 滑り軸受
２１ 軸受装置
２２ ハウジング部材
２３ 収容部
２４ 収容部
２５ 収容部
２６ ハウジング部材
３１ 小型ラジアル試験機
３２ 滑り軸受
３３ 熱電対挿入用孔
３４ 非接触温度計
３５ 空気取り入れ口
３６ 吸引孔
３７ アクリル樹脂製箱
３８ 熱電対
３９ 吸引装置

Claims (14)

1. 回転軸を円筒内径面で回転自在に支持する滑り軸受であって、
   前記滑り軸受は、油を含まない非含油の樹脂組成物からなる一層の成形体であり、該樹脂組成物は、射出成形可能な超高分子量ポリエチレン樹脂をベース樹脂とし、添加剤として四フッ化エチレン樹脂、およびモース硬度が３以下の針状無機充填材を含み、［ロックウェル硬さ（Ｒスケール；ＪＩＳ Ｋ ７２０２に準拠）］／［曲げ弾性率（ＧＰａ；ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠）］が１７～２１であることを特徴とする滑り軸受。
2. 前記樹脂組成物全体に対して、前記超高分子量ポリエチレン樹脂が６５体積％以上含まれ、前記四フッ化エチレン樹脂が５～２５体積％含まれ、かつ、前記針状無機充填材が１～２０体積％含まれることを特徴とする請求項１記載の滑り軸受。
3. 前記滑り軸受が画像形成装置の現像部内の軸受として使用されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の滑り軸受。
4. 前記滑り軸受が、樹脂組成物を用いて一体に形成された射出成形体であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の滑り軸受。
5. 前記滑り軸受は、円筒端部にフランジを有するフランジ付き円筒形状の滑り軸受であり、
   前記フランジの表面に放熱用の凹部または凸部を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の滑り軸受。
6. 前記凹部または凸部として、溝または孔の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項５記載の滑り軸受。
7. 前記フランジの表面に前記溝を有し、該溝は該フランジの内径側から外径側に向けて放射状に形成された複数の溝であることを特徴とする請求項６記載の滑り軸受。
8. 前記フランジの表面に前記孔を有し、該孔は円筒中心軸に対して同心円状に形成された複数の孔であることを特徴とする請求項６記載の滑り軸受。
9. 前記フランジの表面に前記孔を有し、該孔は前記放射状の複数の溝の間に形成された孔であることを特徴とする請求項７記載の滑り軸受。
10. 請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の滑り軸受と、該滑り軸受を収容するハウジング部材とを有する軸受装置であって、
    前記ハウジング部材は、前記滑り軸受を挿入する収容部と、該収容部自体または該収容部の周囲に放熱用の溝および放熱用の孔の少なくともいずれか一方とを有することを特徴とする軸受装置。
11. 前記収容部が、前記ハウジング部材を貫通する円状の貫通孔を含んで構成され、
    前記ハウジング部材は、前記貫通孔が形成された一方の端面の該貫通孔周囲に前記溝を有し、該溝が該貫通孔の内径から外径方向に放射状に形成された複数の溝であることを特徴とする請求項１０記載の軸受装置。
12. 前記収容部が、前記ハウジング部材を貫通する貫通孔を含んで構成され、
    前記ハウジング部材は、前記貫通孔が形成された一方の端面の該貫通孔周囲に前記孔を有し、該孔が前記ハウジング部材を貫通しない複数の孔であることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の軸受装置。
13. 前記収容部は、内周部に前記滑り軸受が挿入される円筒状部材を含んで構成され、前記円筒状部材の外周部に前記溝を有し、
    該溝が、前記円筒状部材の軸方向に沿って一方の端部から他方の端部まで形成された直線状または螺旋状の複数の溝であることを特徴とする請求項１０から請求項１２までのいずれか１項記載の軸受装置。
14. 請求項１から請求項９までのいずれか１項記載の滑り軸受と、該滑り軸受で支持されるローラまたは軸とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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