JPH06306381A

JPH06306381A - 摺動材およびその製造方法並びに加熱定着装置

Info

Publication number: JPH06306381A
Application number: JP10219493A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Inaba; 強稲葉; Fumitada Satoji; 文規里路; Kazuo Hirose; 和夫廣瀬
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-01
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: JP3397831B2

Abstract

(57)【要約】【目的】摺動材を、摺動の初期から安定した摩擦特性
を発揮することができ、また摺動相手材を損傷すること
なく、しかも耐摩耗性に優れたものとし、さらには加熱
定着装置における始動時のトルク特性を改善する。【構成】ポリフェニレンサルファイドなどの耐熱性合
成樹脂製摺動基材の表面に、重量平均分子量１０〜１０
０万のポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末を水または
有機溶媒に分散した分散液を被覆し、焼成した摺動材と
する。そしてヒートローラ２の軸２ａもしくは加圧ロー
ラ３の軸３ａまたはこれらの回転軸を支持する滑り軸受
４，５のうち１以上の部材を、上記した摺動材で形成し
た加熱定着装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、摺動材およびその製
造方法並びに複写機等の電子式写真装置に用いられる加
熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、滑り軸受、および滑り軸受に支
持される回転軸などの摺動材には、使用条件に応じて摺
動性と耐久性があること、すなわち低摩擦係数で耐摩耗
性のある特性が要求される。

【０００３】たとえば、図１に示されるような複写機用
の加熱定着装置は、内蔵するヒータ１によって加熱され
た状態で溶融トナー像を表面に保持するヒートローラ２
を備え、さらに前記トナー像を図外の複写紙に圧着する
加圧ローラ３を対接状態に配置したものである。したが
って、これらヒートローラ２、加圧ローラ３およびこれ
らの軸２ａ，３ａと軸受４，５は、ヒータ１によって直
接または間接に１５０〜２００℃前後にまで加熱される
こととなる。

【０００４】そして、このような加熱定着装置の軸受２
ａ，３ａは、前述のような耐熱性と共に、低摩擦特性お
よび耐摩耗性を要求されるので、フッ素樹脂を配合した
耐熱樹脂または、ファインパウダーをペースト押し出し
により焼結したものを摺動面に複合して形成されてい
た。

【０００５】このような樹脂製摺動材は、マトリックス
内のフッ素樹脂が摺接（エージング）する相手材の表面
に転移することにより、フッ素樹脂被膜を形成し、この
被膜を介して軸受と回転軸が摺接する場合に、安定した
摺動特性を発揮するものである。

【０００６】一方、軸受の表面に摺動性のコーティング
を施したプラスチックコーティング軸受も知られてお
り、このものは、耐熱性の良いパーフルオロ化ポリオキ
シアルキル基を骨格とし、有機塗膜に使用する有機バイ
ンダーを末端に有する化合物を被覆したものである（特
開平１−４０７１７号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記フッ素樹
脂製の摺動材では、摺動開始後の暫くの間、充分な転移
膜が供給されないので、その間の摺動状態（摩擦係数）
が安定しないという欠点がある。

【０００８】このような欠点を改善するには、摺動材の
フッ素樹脂含有率を可及的に高める手法も考えられる
が、これでは摺動材の耐摩耗性が低下する。さらに、こ
のような摺動材に繊維やウイスカなどの充填材を添加す
れば、耐摩耗性は改善されるが、摺接する相手材が損傷
するといった新たな不具合が生ずる。

【０００９】また、パーフルオロ化ポリオキシアルキル
基を骨格とする軸受被膜のコーティング方法では、被膜
の耐摩耗性が充分なものではなかった。

【００１０】そこでこの発明は、上記した問題点を解決
し、摺動材を、摺動の初期から安定した摩擦特性を発揮
することができ、また摺動相手材を損傷することなく、
しかも耐摩耗性に優れたものとし、さらには加熱定着装
置における摺動材の上記問題点を解消することを課題と
している。

【００１１】

【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、合成樹脂製の摺動基材の表面
に重量平均分子量１０万〜１００万のフッ素樹脂粉末か
らなる被膜を形成した摺動材としたのである。

【００１２】また、このような摺動材は、重量平均分子
量（以下、単に平均分子量と略記する）１０万〜１００
万のフッ素樹脂粉末を水または有機溶媒に分散した分散
液を調製し、この分散液を摺動用基材に被覆し焼成する
ことによって製造する。

【００１３】または、溶融トナー像を表面に保持するヒ
ートローラと、このトナー像を複写紙に圧着する加圧ロ
ーラとを対接状態に配置した複写機用の加熱定着装置に
おいて、前記ヒートローラの回転軸もしくは加圧ローラ
の回転軸またはこれらの回転軸を支持する滑り軸受のう
ち１以上の部材を、上記のの摺動材で形成することもで
きる。以下、その詳細を述べる。

【００１４】この発明に用いる摺動基材の樹脂材料は、
摺動材の使用環境に応じて選択使用すればよいため、特
に限定されるものではないが、加熱定着装置用として
は、耐熱温度が２００℃以上であることが好ましく、製
造効率的には射出成形が可能な樹脂が好ましい。また、
フッ素樹脂を配合したものは、低摩擦係数であり耐摩耗
性の点でも好ましく、目的に応じて周知の充填剤を添加
したものであってもよいのは勿論である。具体的に好ま
しい摺動基材をその略号と共に例示すると、ポリフェニ
レンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテ
ルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡ
Ｉ）、４６ポリアミド樹脂（４６ＰＡ）、ポリエーテル
ニトリル樹脂（ＰＥＮ）、ポリエーテルケトン樹脂（Ｐ
ＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリエーテルサルフ
ォン樹脂（ＰＥＳ）、フェノール樹脂（ＰＨ）などがあ
る。このうち、ＰＰＳは、耐熱性と共に射出成形性があ
るので好ましい材料であるといえる。

【００１５】この発明に用いるフッ素樹脂粉末は、重量
平均分子量が１０万〜１００万の範囲のものならば特に
限定するものではなく、ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）を代表例として、その他、パーフルオロア
ルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、フルオロエチレンプロピレン
樹脂（ＦＥＰ）などを用いることができる。

【００１６】これらのなかで、潤滑性の点からＰＴＦＥ
が好ましく、さらにＰＴＦＥのファインパウダーが特に
好ましい。ＰＴＦＥのファインパウダーは、テトラフル
オロエチレン・モノマーを乳化重合し、得られた重合物
を凝析し、洗浄した粉末である。但し、乳化重合上がり
の同パウダーの分子量は、約５００万〜９００万である
ため、このパウダーにγ線照射して分子を切断し、平均
分子量約１０万〜１００万となるよう低分子量化する。

【００１７】なぜなら、フッ素樹脂粉末の平均分子量が
１０万を下回るものでは、フッ素樹脂の分子鎖が短いた
めに、基材と充分に密着せず耐久性に劣る被膜となる。
また、平均分子量が１００万を越えるものでは、フッ素
樹脂粉末同士が固まり易くなって、いわゆる”塗ブツ”
が発生したり、必要以上に厚膜化して安定した被膜が得
られないからである。

【００１８】このようなフッ素樹脂粉末を摺動基材に被
覆するには、これを水または有機溶剤に界面活性剤を添
加しながら分散してディスパージョンとし、これに摺動
基材を浸漬するなどして被覆し、さらに焼成する方法で
あれば、均等な膜厚および膜質の被膜が得られる点で好
ましい。また、摺動基材にフッ素樹脂粉末を直接塗る方
法を採用することも可能である。焼成条件は、フッ素樹
脂の融点に応じて設定すればよいが、ＰＴＦＥでは、２
００〜２４０℃で約８時間の焼成で所期の性質を有する
被膜を形成することができる。

【００１９】

【作用】この発明の摺動材は、その表面に被膜化された
所定の分子量のフッ素樹脂粉末を形成したものであるか
ら、フッ素樹脂が摺動相手材に極めて転移し易く、摺動
の初期から安定した低摩擦係数の摺動状態が得られる。
また、摺動基材に多量のフッ素樹脂を配合する必要が無
くなるので、摺動相手材を損傷するような充填材を含有
するものでなく、しかも前記所定のフッ素樹脂は、摺動
基材上によく密着して耐摩耗性に優れる。

【００２０】したがって、このような摺動材をヒートロ
ーラおよび加圧ローラの軸受または回転軸として装着し
た加熱定着装置においても、それらの初期トルクを低減
することが可能となる。

【００２１】また、前記摺動材の製造は、フッ素樹脂粉
末分散液を被覆し焼成するという比較的簡単な方法によ
るため、製造コストの低減も可能となる。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕加熱定着装置のヒートローラ用軸受を形成
する摺動材の摺動基材として、ＰＰＳ（東ソーサスティ
ール社製：＃１６０）７０重量％、ＰＴＦＥ（三井フロ
ロケミカル社製：テフロン７Ｊ）２０重量％、芳香族ポ
リエステル樹脂（住友化学社製：エコノールＥ１０１Ｓ
２）１０重量％からなる樹脂組成物を用いた。すなわ
ち、上記樹脂組成物を射出成形機にてシリンダー温度３
１０℃、射出圧力８００kgｆ／cm²、金型温度１４０℃
の条件で成形し、ヒートローラ軸受用の滑り軸受基材と
した。

【００２３】この基材を、平均分子量１０万〜１００万
のＰＴＦＥ１０重量％を脱イオン水中に分散した分散液
（喜多村社製：ＫＤ−１００ＡＳ）に浸漬し、次いで８
０mm/ 分の速度で引き上げた。

【００２４】このようにしてＰＴＦＥ分散液を被覆した
基材を、次に２３０℃で８時間焼成して、滑り軸受基材
の表面にフッ素樹脂ファインパウダーの薄膜が形成され
た摺動材を得た。

【００２５】得られた摺動材を試験片として用い、下記
に示すような(a) 高温ラジアル試験によって摩擦係数を
測定し、また(b) 耐摩耗性および(c）相手材の損傷（摩
耗）性を調べて結果を表１にまとめて示した。

【００２６】(a) 高温ラジアル試験：図２に示すような
高温ラジアル試験機（ＮＴＮ精密樹脂社製）で、動摩擦
係数および静摩擦係数を測定した。すなわち、円筒状の
摺動材（滑り軸受）Ａをアルミニウム（Ａ５０５６）製
ローラ６の外周に嵌め、さらに荷重負荷用のリング７を
嵌め、ローラ６の両端をテーパ付き軸８で挟持してこの
軸をモータ１０で回転させた。また、一方のテーパ付き
軸８は中空として、内部に棒状のカートリッジヒータ９
を挿入してローラ６の内部を加熱した。

【００２７】測定時の条件は、荷重９kgｆ／２Brg 、回
転数４５rpm 、軸温度２２０℃とし、２０秒運転後、１
秒停止の間欠回転を１００時間行なった。そして、運転
開始時および２０時間毎の動摩擦係数、運転開始直後お
よび運転終了後の静摩擦係数を求めた。

【００２８】(b) 耐摩耗性：上記した(a) の試験に用い
た高温ラジアル試験機を用い、(a) の試験条件と全く同
様にして試験機を１００時間運転し、試験前後の軸受の
摩耗量（重量変化量）を調べた。そして、摩耗量が０．
３０ｍｇ以下のものを☆印、０．３１〜０．８０ｍｇの
ものを○印、０．８１ｍｇ以上のものを×印として３段
階に評価した。

【００２９】(c）相手材の摩耗：上記した(a) の試験に
用いた高温ラジアル試験機を用い、(a) の試験条件と全
く同様にして試験機を１００時間運転し、試験前後の摺
動相手材であるローラ６の摩耗量（重量変化量）を調べ
た。そして、摩耗量が０．０５ｍｇ以下のものを☆印、
０．０６〜０．０９ｍｇのものを○印、０．１０ｍｇ以
上のものを×印として３段階に評価した。

【００３０】

【表１】

【００３１】〔比較例１〕フッ素樹脂粉末の被膜を形成
しないこと以外は、実施例１と全く同様にしてヒートロ
ーラ軸受用の滑り軸受基材を形成し、これを前記(a) 、
(b) 、(c）の各試験にて評価し、結果を表１中に併記し
た。

【００３２】〔比較例２〕実施例１と全く同様にしてヒ
ートローラ軸受用の滑り軸受基材を形成し、これを、フ
ッ素短鎖重合体（デュポン社製：バイダックスＡＲ、平
均分子量約３０００〜１００００）１０重量％を有機溶
剤に分散した分散液に浸漬し、８０mm/ 分の速度で引き
上げた。

【００３３】次に、これを２３０℃で８時間焼成して滑
り軸受基材の表面に、フッ素樹脂パウダー（短鎖重合
体）の薄膜が形成された摺動材を得た。そして、これを
試験片として前記(a) 、(b) 、(c）の各試験にて評価
し、結果を表１中に併記した。

【００３４】〔比較例３〕実施例１と全く同様にしてヒ
ートローラ軸受用の滑り軸受基材を形成し、これを、フ
ッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ファインパウダーディスパージョ
ン（ダイキン社製：Ｄ−１、平均分子量約５００万〜８
００万）２０重量％を脱イオン水中に分散した分散液に
浸漬し、８０mm/ 分の速度で引き上げた。

【００３５】次に、これを２３０℃で８時間焼成して滑
り軸受基材の表面に、フッ素樹脂ファインパウダーの薄
膜が形成された摺動材を得た。そして、これを試験片と
して前記(a) 、(b) 、(c）の各試験にて評価し、結果を
表１中に併記した。

【００３６】表１の結果から明らかなように、所定の分
子量のＰＴＦＥファインパウダーを用いて被膜を形成し
た実施例１は、摺動の初期から安定して低い動摩擦係数
であり、静摩擦係数についても、運転開始直後および運
転終了後とも低い値であった。また実施例１は、相手材
の摩耗量をほとんど確認できず、耐摩耗性にも優れたも
のであった。

【００３７】これに対して、被膜を有しない比較例１
は、運転開始直後から静摩擦係数が高く、次第に増大す
る傾向を示した。また比較例１の動摩擦係数は、運転開
始直後は低いが、６０〜１００時間後は高い値であっ
た。

【００３８】比較例２では、静摩擦係数、動摩擦係数と
も運転時間の経過とともに増大した。また、フッ素樹脂
被膜の分子量が所定範囲を越える比較例３では、膜厚が
厚くまたは塗ブツを有するものとなって、静・動摩擦が
運転の経時により不安定であった。

【００３９】

【効果】この発明は、以上説明したように、表面に所定
の分子量のフッ素樹脂粉末を被覆形成した摺動材とした
から、摺動開始当初から安定した低摩擦係数が得られ、
また、摺動基材を殊更に強化する必要がないので、摺動
相手材を損傷しない。しかも、この摺動材は、所定のフ
ッ素樹脂が摺動基材上によく密着しているので、耐摩耗
性に優れたものとなる利点がある。そして、このような
摺動材をヒートローラおよび加圧ローラの軸受または回
転軸として装着した加熱定着装置は、それら摺動部分の
始動時のトルクが低減して、性能が改良される。

【００４０】また、前記摺動材の製造として、フッ素樹
脂粉末分散液を被覆し、焼成するという比較的簡単な方
法を採用できるため、低コストに製造できる利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱定着装置の構造を説明する縦断面図

【図２】高温ラジアル試験装置を示す縦断面図

【符号の説明】

１ヒータ、２ヒートローラ、３加圧ローラ、２ａ、３ａ軸４、５軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 107:32 107:38）Ｃ１０Ｎ 20:04 20:06 Ｚ 8217−4Ｈ 40:02 50:08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂製の摺動基材の表面に重量平均
分子量１０万〜１００万のフッ素樹脂粉末からなる被膜
を形成してなる摺動材。
【請求項２】重量平均分子量１０万〜１００万のフッ
素樹脂粉末を水または有機溶媒に分散した分散液を調製
し、この分散液を摺動用基材に被覆し焼成することから
なる摺動材の製造方法。
【請求項３】溶融トナー像を表面に保持するヒートロ
ーラと、このトナー像を複写紙に圧着する加圧ローラと
を対接状態に配置した複写機用の加熱定着装置におい
て、前記ヒートローラの回転軸もしくは加圧ローラの回転軸
またはこれらの回転軸を支持する滑り軸受のうち１以上
の部材を、請求項１記載の摺動材で形成したことを特徴
とする加熱定着装置。