JPH0548789B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、導電性摺動部材用樹脂組成物に関す
る。 従来の技術及びその問題点 最近プラスチツクス製摺動部材の用途分野は拡
大される傾向にあり、従来の金属材料に代る新素
材として有望視されている。しかしながら、プラ
スチツクス材料は、摺動部材に要求される特性で
ある自己潤滑性を有している反面、金属材料と比
較して限界PV値が低く、剛性等の機械的性質に
劣り、また非導電性であるために摺動による静電
気が帯電するという欠点を有している。ここに
「限界PV値」とは、摺動部材が一定の荷重(P)にお
いて、ある周速度(V)以上になつた時、材料が溶け
たり、焼き付いたりする負荷の限界値ＰとＶとの
積を意味する。従つて軸受等の摺動部品にプラス
チツクス材料を使用する場合には、該プラスチツ
クス材料は、強度、剛性等の機械的性質、耐熱
性、難燃性、成形品の形状、寸法精度等に優れて
いることは勿論のこと、更に摺動により発生する
静電気を逃すための導電性能を有していることが
要求される。また摺動部品としては、動摩擦係数
が小さく、限界PV値が高く摩耗量が少なく、し
かも相手材料を傷めないという摩擦摩耗特性をも
備えた材料であることが望ましい。 上記各種性能を有する材料として、従来より
種々の樹脂組成物が提案されているが、未だ実用
に適した材料が開発されていないのが実情であ
る。 即ち、従来より提案されている材料としては、
例えば(1)各種の熱可塑性樹脂、(2)多価アルコール
が多価アルコールの脂肪酸エステル等の親水基を
有する帯電防止剤、導電性カーボンブラツク、カ
ーボンフアイバー、ニツケル、銅、アルミ等の金
属フアイバー等の導電性物質、(3)ガラス繊維、ワ
ラストナイト、マイカ等の非導電性強化材及び(4)
PTFE、MoS₂、グラフアイト等の摺動性改良材
からなる樹脂組成物が知られている。しかしなが
ら、例えば上記(2)成分として親水基を有する帯電
防止剤を使用した場合には、該樹脂組成物を成形
して得られる製品の表面抵抗はせいぜい10¹¹Ω程
度しか低下せず、しか乾燥時には帯電防止効果の
低下乃至消失が避けられないばかりでなく、長期
間に亙る使用においては帯電防止効果が失われる
という欠点を有している。 また上記(2)成分として導電性カーボンブラツク
を使用した場合には、導電性カーボンブラツクの
カサ比重が小さく飛散し易いために、コンパウン
ド化に際して極めて取扱い難いうえ、得られる成
形品の機械的強度及び潤滑性能が著しく劣るとい
う欠点が生ずる。更に、(2)成分として導電性カー
ボンブラツクを使用し且つ上記(3)成分としてガラ
ス繊維を使用した場合には、該ガラス繊維のサイ
ズが大きいため該繊維が成形品の表面に浮き出し
易く、成形品表面の平滑性が損われると共に、ガ
ラスの硬度が高いために相手材を摩耗し易く、摺
動部品として不適当なものである。 また上記(2)成分としてカーボンフアイバーを使
用した場合には、得られる成形品の機械的強度等
の向上が認められるものの、該成形品のゲート部
分にはカーボンフアイバーの分布が少なく（従つ
てこの部分は導電性が殆んどない）、一方ゲート
と反対の部分にはカーボンフアイバーが多く分布
し易いために、該成形品内に導電性のバラツキが
生じ、この結果成形品品のゲート部分が帯電する
危険性を有している他、該成形品の表面粗度も大
きいため摺動する相手材を摩耗し易い等潤滑性能
に劣るという欠点を生ずる。 更に上記(2)成分として金属フアイバーを使用し
た場合には、導電性能を付与するために多量の金
属フアイバーを用いる必要があり、そのために該
樹脂組成物の成形加工性が悪く、上記カーボンフ
アイバーと同様に成形品内に導電性のバラツキが
生じるという欠点を生ずる。またこの成形品は、
金属フアイバーが相手材を攻撃するので、摩擦、
摩耗特性に劣り、しかも機械的強度も不充分であ
るという欠点も有している。 このように従来より提案されている樹脂組成物
はいずれも摺動部材用として要求される性質を具
備しておらず、それ故該樹脂組成物を用いて得ら
れるベアリング、ブツシング、キヤリツジ、軸受
等の摺動部品は、帯電するという問題が生じ易
く、従つてプリンター、複写機、VTR、ブロツ
ピーデイスクドライブ等の電気機器等の重要な部
分には金属材料が依然として使用されているのが
現状である。しかるに、金属材料からなる部品
は、コストが高く、また注油を要するため油汚れ
や埃の付着による誤動作等種々の問題があり、摺
動部材用として要求される性質を具備した高性能
のプラスチツクス材料の出現が望まれている。 問題点を解決するための手段 本発明者らは、上記現状に鑑み、摺動部材用と
して要求される性質を全て具備した高性能の樹脂
組成物を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、熱可
塑性樹脂に導電性チタン酸カリウムウイスカー
（以下「導電性PTW」ということもある）及び粉
末状高密度ポリエチレン（以下「HDPE」という
こともある）を配合した場合に、本発明の所期の
目的を達成し得ることを見い出した。本発明は、
斯かる知見に基づき完成されたものである。 即ち、本発明は、熱可塑性樹脂、導電性チタン
酸カリウムウイスカー及び粉末状高密度ポリエチ
レンを含有することを特徴とする導電性摺動部材
用樹脂組成物に係る。 本発明の組成物に配合される熱可塑性樹脂とし
ては、特に限定されるものではなく、従来公知の
ものを広く使用でき、例えばポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ABS樹脂等のス
チレン系樹脂、ポリアミド、熱可塑性ポリエステ
ル、ポリアセタール、ポリフエニレンサルフアイ
ド、ポリサルフオン、プリエーテルサルフオン、
ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケト
ン等を挙げることができる。 本発明の組成物に配合される導電性PTWとし
ては、例えば一般式 K₂O・nTiO_2-x (1) 〔式中ｎは２〜12の整数、ｘはＯ＜ｘ≦１の実
数を示す。〕 で示される組成の単結晶繊維であり、平均繊維径
0.01〜1μｍ程度、平均繊維長１〜100μm程度であ
つて且つ平均繊維長／平均繊維径（アスペクト
比）が10以上のものを挙げることができる。 上記導電性PTWは、例えば一般式 K₂O・ｎ（TiO₂） 〔式中ｎは前記に同じ。〕 で示される組成のチタン酸カリウムウイスカーを
不活性雰囲気中又は水素、低級炭化水素ガス、ア
ンモニアガス等の還元性雰囲気中にて、そのまま
又は酸素受容体と混合して500〜1500℃程度の温
度下で還元焼成することにより製造される。酸素
受容体としては、例えばカーボンブラツク、グラ
フアイト、コークス、石油ピツチ等の炭素物質等
を例示できる。チタン酸カリウムウイスカーと酸
素受容体との混合割合としては、還元炉の大き
さ、材質等により異なり一概には言えないが、通
常チタン酸カリウムウイスカー100重量部当り酸
素受容体を１〜50重量部程度の割合で混合するの
がよい。 また上記導電性PTWは、無電解メツキ法、浸
漬法又はスプレーコート法にてチタン酸カリウム
ウイスカーの表面に金属、金属酸化物等の導電性
又は半導電性物質を付着又は沈着させることによ
つても製造できる。 無電解メツキ法を採用する場合には、例えばチ
タン酸カリウムウイスカーを約100℃のアルカリ
性領域のメツキ液中に５分〜１時間程度浸漬、攪
拌し、ニツケル、銅、白金、銀等をメツキすれば
よい。 浸漬法を採用する場合には、例えばチタン酸カ
リウムウイスカー溶液中に錫、ニツケル、アンチ
モン等のハロゲン化塩、硫酸塩の水溶液を滴下
し、共沈法により錫、ニツケル、アンチモン等の
加水分解生成物を得（このことによりチタン酸カ
リウムウイスカーの表面にニツケル、アンチモン
等が均一に沈着し、表面を覆う状態となる）、次
いで熱処理を行えばよく、斯くして安定な白色導
電性チタン酸カリウムウイスカーを得ることがで
きる（特開昭59−6235号公報参照）。 またスプレーコート法を採用する場合には、例
えば200〜900℃程度に加熱したチタン酸カリウム
ウイスカーに、錫、ニツケル、インジウム、アン
チモン等のハロゲン化塩、硫酸塩乃至酸化物の水
溶液又は該水溶液と適当な有機溶媒との混合液を
スプレー等にて塗布、噴霧し、表面コートを行え
ばよい。 上記で製造される導電性PTWは、そのままで
も使用することができるが、熱可塑性樹脂との界
面接着性を付与するために、シランカツプリング
剤、チタネートカツプリング剤等目的に応じた表
面処理剤で処理し、これを使用してもよい。 上記導電性PTWを配合することにより、剛性
や耐クリープ性の向上、熱変形温度の向上、限界
PV値の向上、寸法精度の向上等を図ることがで
き、また優れた導電性を付与することができる。
本発明組成物中に配合されるべき導電性PTWの
量としては、特に制限がなく広い範囲内から適宜
選択し得るが、通常本発明組成物100重量部中10
〜40重量部程度、好ましくは20〜30重量部程度と
するのがよい。導電性PTWの配合量が少な過ぎ
ると、導電性PTW配合による上記効果が発揮さ
れ難くなり、好ましくない。一方導電性PTWの
配合量を上記範囲より多くしても、導電性PTW
配合による上記効果がそれ程向上せず、経済的に
望ましくなく、また得られる組成物の造粒化が難
しくなる傾向となるので、やはり好ましくない。 本発明の組成物中に配合されるHDPEは、エチ
レンを重合して得られる密度が0.94ｇ／cm³程度以
上のものであるが、高密度である限りエチレンに
少量のプロピレン、ブテン、ペンテン、スチレン
等のエチレンと共重合が可能なα−オレフインを
共重合させたものであつてもよい。本発明で用い
られるHDPEとしては、平均粒子径が200μm以
下、分子量が２万〜30万程度のものが好適であ
る。平均粒子径が200μm以上であるHDPEを使用
すれば、該樹脂組成物による成形品の表面が粗面
になる他、摺動特性が充分に向上せず、好ましい
ものではない。また分子量が上記範囲より小さい
HDPEを使用すれば、該樹脂組成物調製時の混練
過程において、HDPE粒子が剪断応力により変形
したり、薄層化したり、又はフイルム状になつ
て、粉末粒子状の形態のままで該樹脂組成物中に
保持され難くなり、また分子量が上記範囲より大
きいHDPEを使用すれば、該樹脂組成物調製時の
混練過程において、HDPEの分散性が不充分とな
る傾向となり、従つていずれの場合でも摺動特性
が充分に向上された樹脂組成物を得難くなるの
で、好ましくない。 本発明の樹脂組成物中に配合すべきHDPEの量
としては、特に制限がなく広い範囲内から適宜選
択し得るが、通常本発明組成物100重量部中２〜
15重量部程度、好ましくは５〜10重量部程度とす
るのがよい。HDPEの配合量が少な過ぎると、得
られる樹脂組成物に充分な摺動特性を付与し難く
なり、好ましくない。一方HDPEの配合量を上記
範囲より多過ぎると、該樹脂組成物を用いて得ら
れる成形品の機械的強度、耐熱性等が低下する傾
向となり、やまり好ましくない。 本発明の組成物には、更に導電性付与助剤とし
てカーボンブラツクを配合することができ、また
必要に応じてタルク、マイカ、ワラストナイト等
の充填剤、顔料、酸化防止剤、滑剤、熱安定剤、
難燃剤、紫外線吸収剤等を適宜配合することがで
きる。 本発明の組成物を製造するに際しては、例えば
上記各種成分をブレンダー等を用いて均一に混合
後、該混合物を押出機で溶融、混和し、ペレツト
化すればよい。このペレツトは、射出成形等の慣
用成形手段により所望の部材の形状に成形され
る。 発明の効果 本発明によれば、導電性摺動部材用樹脂組成物
として要求される諸性質を具備した樹脂組成物が
提供される。即ち、本発明の樹脂組成物は、機械
的強度、剛性等の機械的性質、耐熱性、難燃性、
成形品の形状、寸法精度等に優れていることは勿
論のこと、優れた導電性能を有している。また本
発明組成物は、動摩擦係数が小さく、限界PV値
が高く、摩耗量が少なく、しかも相手材料を傷め
ないという摩擦摩耗特性をも備えたものである。
従つて、本発明の組成物は、導電性摺動部材の製
造に好適に使用し得る。本発明の組成物から製造
される導電性摺動部材としては、例えば各種ブツ
シング、ベアリング、スリーブ、スリツプシリン
ダー、ガイドレール、キヤリツジ、スイツチ部
品、軸受、ギア、カム等を挙げることができる。 実施例 以下に実施例及び比較例を掲げて本発明をより
一層明らかにする。 実施例１〜６及び比較例１〜５ 下記第１表に示す各種の成分をブレンダーを用
いて所定量混合し、290℃に設定した40mmφ押出
機より押出してペレツト化して、本発明の組成物
を得た。 得られたペレツトを乾燥させた後、射出温度
280℃、金型温度80℃、射出圧力400Kg／mm²、射出
速度80c.c.／秒の条件で射出成形してテストピース
を作成し、このテストピースを用いて各種物性を
測定した。 各種物性は、次に示す方法により求めた。 体積固有抵抗値…JIS Ｋ、6911による。 体積固有抵抗値バラツキ…テストピースの９箇所
の測定で体積固有抵抗値バラツキが10²Ω・cm
未満の場合を〇、10²Ω・cm以上の場合を×と
して評価した。 動摩擦係数…鈴木式摩耗試験機（東洋ボルドウイ
ン社製）を使用し、相手材料としてS45Cを用
い、全て無潤滑の状態で摩擦速度30cm／秒、荷
重10Kg／cm²で連続運転し、摩擦距離10Kmに達し
た時の摩擦係数を求めた。 比摩耗量…上記動摩擦係数の測定と同様の方法に
より単位距離当りの摩耗量を求めた。 限界PV値…摩擦速度(V)30cm／秒を一定とし、荷
重を変化させて１時間運転後摩擦面を観察し、
異常な損傷が生じた時点で判定した。 相手材表面状態…相手材の表面が変化していない
場合を〇、相手材の表面に傷が生ずる場合を×
として評価した。 曲が強さ…ASTM D790による。 曲げ弾性率…ASTM D790による。 アイゾツト衝撃値…ASTM D256による。 HDT…JIS Ｋ 6911による。 混練作業性…取扱い易い場合を〇。取扱い難い場
合を△、極めて取扱い難い場合を×として評価
した。 上記に示す方法により求めた各種物性を第１表
に併せて示す。 尚、第１表中の各種成分は、次の通りである。 ナイロン66…融点：255〜265℃、熱変形温度：
4.6Kgｆ／cm²加圧時230℃、体積固有抵抗値：
10¹⁴Ω・cm、比重：1.14、引張り強さ：650Kg
ｆ／cm²、曲げ強さ：1100Kgｆ／cm²、曲げ弾性
率：42000Kgｆ／cm²。 導電性PTW…デントールBK200、大塚化学(株)
製。 HDPE…平均粒径30μm、平均分子量７万。 導電性カーボンブラツク…表面積：950m²／ｇ、
PH：9.0、DBP吸油量：350ml／100ｇ、粒子
径：30μm。 カーボンフアイバー…PAN系、繊維長６ｍ／ｍ。 金属フアイバー…６−４黄銅、繊維長３ｍ／ｍ。 PTW…テイスモＤ、大塚化学(株)製。 ガラスフアイバー…繊維径9μm、繊維長３ｍ／
ｍ。 PTFE…平均粒径19μm、融点320℃。

【表】

【表】 上記第１表より、次のことが明らかである。ま
ず本発明の組成物は、導電性摺動部材用樹脂組成
物として好適であることがわかる。また導電性
PTWの配合量を増加させることにより、限界PV
値を顕著に向上させることができる。しかも導電
性PTWの配合量を調節することにより、導電性
を任意に変化させることができる。更に、少量の
カーボンブラツクを併用することにより、導電性
PTWの配合量を少なくしても、体積固有抵抗値
を小さくすることができる。 実施例 ６〜13 下記第２表に示す各種の成分をブレンダーを用
いて所定量混合し、290℃に設定した40mmφ押出
機より押出してペレツト化して、本発明の組成物
を得た。 得られたペレツトを乾燥させた後、射出温度
280℃、金型温度80℃、射出圧力400Kg／mm²、射出
速度80c.c.／秒の条件で射出形成してテストピース
を作成し、このテストピースを用い、上記実施例
に示す方法と同様にして各種物性を測定した。結
果を第２表に併せて示す。 尚、第２表中の各種成分は、次の通りである。 ポリフエニレンエーテル樹脂（PPO）…フエニ
レンエーテルコポリマーとスチレン系ポリマー
を主成分とした比重1.06のペレツト状樹脂。 ABS樹脂（ABS）…良流動性、中衝撃性品種で
ビカツト軟化点：100℃、メルトフローインデ
ツクス：35、比重：1.05の樹脂。 ナイロン６樹脂（ナイロン６）…一般射出成形用
グレート、比重：1.14、融点：215〜225℃。 ナイロン12樹脂（ナイロン12）…ラウリンラクタ
ムの重合物で射出成形用グレード、比重：
1.01、融点：175〜180℃。 MXD6ナイロン樹脂（MXD6ナイロン）…メタ
キシレンジアミンとアジピン酸とからなる結晶
性の熱可塑性ポリマーであつて、一般射出用グ
レード、結晶融点：243℃、比重：1.21。 ポリフエニレンサルフアイド樹脂（PPS）…比
重：1.34、融点：277℃。ガラス転移点：88℃
のベージユ色ペレツト。 ポリアセタール樹脂（POM）…ポリオキシメチ
レン主鎖「−OCH₂−」の中に「−Ｃ−Ｃ−結
合」を含む共重合物であつて、一般射出成形用
グレード、比重：1.41、融点：165℃。 ポリブチレンテレフタレート樹脂（PBT）…テ
レフタル酸と１，４−ブタンジオールとを重縮
合させたものであつて、一般射出成形用グレー
ド、比重：1.31、融点：225℃。 導電性PTW…デントールBK200、大塚化学(株)
製。 HDPE…平均粒径50μm、平均分子量10万。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性樹脂、導電性チタン酸カリウムウイ
   スカー及び粉末状高密度ポリエチレンを含有する
   ことを特徴とする導電性摺動部材用樹脂組成物。 ２ 導電性チタン酸カリウムウイスカーを10〜40
   重量％及び粉末状高密度ポリエチレンを２〜15重
   量％の割合で含有する特許請求の範囲第１項記載
   の組成物。 ３ 粉末状高密度ポリエチレンが平均粒子径
   200μm以下、分子量２万〜30万である特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載の組成物。