(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリフェニレンサルファイド樹脂をベース樹脂とし、これに（Ａ）導電性チタン酸カリウムウィスカを組成物全体に対し１０〜３０ｗｔ％、（Ｂ）ポリテトラフルオロエチレン樹脂を全組成物に対し１０〜３０ｗｔ％、（Ｃ）酸化亜鉛を組成物全体に対し３〜１０ｗｔ％及び（Ｄ）芳香族ポリアミド繊維を組成物全体に対し２〜２０ｗｔ％を含有し、酸化亜鉛（Ｃ）の添加量が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（Ｂ）の添加量に対し１／４〜１／２であり、かつ導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）の添加量に対し１／４〜１／２であることを特徴とする導電性摺動部材組成物。
【請求項２】
導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）と酸化亜鉛（Ｃ）との添加量の合計が組成物全体に対して２０〜４０ｗｔ％の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の導電性摺動部材組成物。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれか記載の導電性摺動部材組成物からなる摺動部品。
【請求項４】
摺動部品が２００℃以上の環境下で用いられるものである請求項３記載の摺動部品。
【請求項５】
摺動部品が滑り軸受け用の軸受け部品である請求項３記載の摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリフェニレンサルファイド樹脂（以下ＰＰＳ樹脂）を主成分とし常温から高温度に至るまで安定した導電性を有し機械的強度、耐摩擦摩耗特性及びその他機械的諸特性に優れた導電性摺動部材組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＰＳ樹脂による摺動部材としては黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）、芳香族ポリアミド繊維、無機化合物、固体潤滑剤、金属酸化物及び潤滑油等の任意の組み合わせによる組成物が知られている。例えば特開昭59-215353におけるＰＰＳ樹脂にチタン酸カリウム繊維を添加した組成物、特開昭58-152051におけるＰＰＳ樹脂にチタン酸カリウム繊維と鉱物油を添加した組成物、特開平4-63866におけるＰＰＳ樹脂にアラミド繊維及び／またはチタン酸カリウム繊維及びＰＴＦＥ樹脂、硫化モリブデン、超高分子量ポリエチレンからなる樹脂組成物、特公昭60-11061におけるＰＰＳ樹脂にＰＴＦＥ樹脂、金属酸化物、芳香族ポリアミド繊維、金属粉末を配合してなる樹脂組成物、特公平4-65866 におけるＰＰＳ樹脂にフッ素樹脂と芳香族ポリアミド繊維からなる樹脂組成物等が知られている。
【０００３】
また、導電性樹脂材料としては炭素繊維、カーボンブラック及び導電性を付与した無機化合物または無機物繊維の添加による方法が知られている。例えば特開平2-67358における熱可塑性樹脂に導電性チタン酸カリウム繊維と導電性カーボンブラックを添加した樹脂組成物、特公平4-68348における熱可塑性樹脂に導電性チタン酸カリウム繊維と導電性カーボンブラック及びガラス繊維及び／または炭素繊維が配合された樹脂組成物、特公平5-61306におけるＰＰＳ樹脂にニッケルで表面を被覆した雲母とニッケルで表面を被覆したワラストナイトまたはチタン酸カリウム繊維、炭素繊維、ＰＴＦＥ樹脂、二硫化モリブデンを添加してなる樹脂組成物等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
導電性摺動部材に於いて必要な特性は、良好な耐摩擦摩耗特性、安定した導電性そして良好な機械的強度である。従来の技術に於いては、鉄鋼材に対する摺動材特性をある程度満足させる材料は供給されてきた。しかし、近年のＯＡ化の流れにより大きく市場を拡大しているＯＡ機器分野に於いて小型軽量化の目的で広くその機構部品に使用されているアルミ材との摺動に於いては未だ充分な材料がなかった。周知の通りアルミ材は鋼材に比べ柔らかく摺動時に摩耗しやすい。従来の技術の応用ではこの柔らかいアルミに対して常温から高温に至るまで良好な摺動特性と安定した導電性、そして機械的強度を満足する導電性摺動部材は存在しなかった。つまり、通常の無機化合物やカーボン繊維を充填剤として使用すると軟質の相手材を痛めてしまい使用できない。黒鉛の使用では摩擦係数は低下するが摩耗が大きくまた樹脂に対する補強効果が小さい。特に導電性カーボンブラックの場合安定した導電性を付与するには10wt％以上添加する必要があるが、この添加量では樹脂成形品の機械的強度を保持することが不可能となる。また潤滑油の添加では高温雰囲気下に於いてその摺動特性を長期間維持できない等の欠点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、
（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂をベース樹脂とし、これに（Ａ）導電性チタン酸カリウムウィスカを組成物全体に対し１０〜３０ｗｔ％、（Ｂ）ポリテトラフルオロエチレン樹脂を全組成物に対し１０〜３０ｗｔ％、（Ｃ）酸化亜鉛を組成物全体に対し３〜１０ｗｔ％及び（Ｄ）芳香族ポリアミド繊維を組成物全体に対し２〜２０ｗｔ％を含有し、酸化亜鉛（Ｃ）の添加量が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（Ｂ）の添加量に対し１／４〜１／２であり、かつ導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）の添加量に対し１／４〜１／２であることを特徴とする導電性摺動部材組成物。
（２）導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）と金属酸化物（Ｃ）との添加量の合計が組成物全体に対して２０〜４０ｗｔ％の範囲内であることを特徴とする上記（１）記載の導電性摺動部材組成物、
（３）上記（１）〜（２）のいずれか記載の導電性摺動部材組成物からなる摺動部品、
（４）摺動部品が２００℃以上の環境下で用いられるものである上記（３）記載の摺動部品、および
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明においてベース樹脂として用いるＰＰＳ樹脂は、一般式
【化１】
0003978841.tif 000002
で示される結晶性、熱可塑性樹脂である。またＰＰＳ樹脂の種類として架橋タイプ、半架橋タイプ、直鎖タイプ、分枝状タイプのいずれも使用または併用することが可能である。
【０００７】
本発明に於いて用いる導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）は、通常、単体で１０1Ω以下の抵抗値を示すチタン酸カリウム繊維である。
【０００８】
本発明においては、導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）の平均繊維径は0.01〜１μｍ、平均繊維長１〜100μｍ、平均繊維長/平均繊維径（アスペクト比）が10以上のものである。その製造方法は特公平2-1092及び特公平7-111026等に開示されている。
【０００９】
かかる導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）としては大塚化学社から‘デントール’等の商標で市販されている一般式
Ｋ2Ｏ・ｎ（ＴiＯ2-X）
（式中ｎは８以下の実数。Ｘは２未満の実数。）
で示される組成の単結晶繊維を用いることができる。
【００１０】
組成物全量に対する導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）の添加量は１０〜３０ｗｔ％の範囲が適当であり、好ましい範囲は１５〜３０ｗｔ％である。添加量が１０ｗｔ％未満であると金属酸化物併用によっても所望する導電性や補強効果が得られず、添加量が３０ｗｔ％を超えて使用しても添加量に見合う導電性や補強効果の向上が認められず不経済であり好ましくない。
【００１１】
本発明で使用するＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）は４フッ化エチレンの重合体であり、微粉末状、繊維状のものが好ましく、ＰＰＳ樹脂に添加することにより摩擦係数を著しく低下させる効果がある。組成物全体に対するＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）の添加量は１０〜３０ｗｔ％の範囲であり、好ましい添加量は２０〜３０ｗｔ％である。ＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）の添加量が１０ｗｔ％より少ない場合は得られる樹脂組成物の自己潤滑性向上効果が乏しく好ましくない。またＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）の添加量が３０ｗｔ％より多い場合は得られる樹脂組成物の機械的強度、成形加工性が著しく劣ることになり好ましくない。
【００１２】
本発明で用いる酸化亜鉛（Ｃ）は耐摩擦摩耗性の改善を実現すると同時にＰＰＳ樹脂組成物の機械特性を悪化させずに導電助剤としての役割を持たせることができる。
【００１３】
組成物全量に対する酸化亜鉛（Ｃ）の添加量は３〜１０ｗｔ％の範囲であり、更に好ましくは６〜１０ｗｔ％の範囲である。
【００１４】
また、本発明に使用する酸化亜鉛（Ｃ）はＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）との併用で樹脂組成物の耐摩擦摩耗特性を向上させる。特に軟質相手材に対してはその効果が顕著であり、なかでも酸化亜鉛（Ｃ）が、ＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）の添加量に対し、1/4〜1/2の配合比であって、かつ、導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）の添加量に対して1/4〜1/2の配合比である場合に軟質相手材の摩耗を改善する効果が著しい。また同様に導電性付与材との併用により導電助剤として働き樹脂組成物の導電性を安定化させる効果を持つ。
【００１５】
組成物全量に対する酸化亜鉛（Ｃ）の添加量を３ｗｔ％より少なくすると前記ＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）及び導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）との配合比が実現できず添加による耐摩擦摩耗性の向上が乏しく好ましくない。また導電助剤としての働きも安定しない。また酸化亜鉛（Ｃ）の添加量が１０ｗｔ％を超えると前記同様にＰＴＦＥ樹脂（Ｂ）及び導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）との配合比が実現できず樹脂組成物の機械特性を悪化させるため好ましくない。特に前記酸化亜鉛（Ｃ）を導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）に対する導電性助剤として効果的にその役割を実現させるためには酸化亜鉛（Ｃ）と導電性チタン酸カリウム繊維（Ａ）との合計添加量が２０〜４０ｗｔ％であることが好ましい。
【００１６】
また本発明に使用する芳香族ポリアミド繊維（Ｄ）は、一般式
【化２】
0003978841.tif 000003
で表され、優れた耐熱性、耐薬品性及び強靱性を有し、更に低摩擦性、非粘着性を兼ね備えている有機物繊維である。ＰＰＳ樹脂に添加混合することにより補強効果を発現すると共に摺動特性を安定化させる効果を発現する。
【００１７】
また芳香族ポリアミド繊維はガラス繊維や炭素繊維に見られるような摺動時に相手材を摩滅させることはない。特に、軟質相手材に対してこの効果が顕著である。
【００１８】
この様な芳香族ポリアミド繊維（Ｄ）として具体的にはデュポン社の“ケブラー”が挙げられる。組成物全量に対する芳香族ポリアミド繊維（Ｄ）の添加量は２〜２０ｗｔ％の範囲が適当であり、好ましくは４ｗｔ％〜１５ｗｔ％の範囲である。芳香族ポリアミド繊維の添加量が２ｗｔ％より少ないと得られる樹脂組成物に対する補強効果、摺動特性の安定化が認められない。また添加量が２０ｗｔ％を超えると成形性が著しく劣り、材料混練収率の低下、射出成形加工時の流動性低下、表面外観の低下を引き起こす為好ましくない。
【００１９】
以上本発明における樹脂組成物に於いては、前記した全ての添加材を添加することにより所望する効果が実現できる。つまり、導電性チタン酸カリウム繊維が添加されると必要な導電性と補強効果は得られ、ＰＴＦＥ樹脂を添加ことにより耐摩擦摩耗特が向上する。また、金属酸化物を添加することによりアルミなど軟質相手材に対する耐摩耗性と安定した導電性が得られ、芳香族ポリアミド繊維を添加することによりアルミなど軟質相手材に対する安定した摺動特性の向上が望める。
【００２０】
上記（Ａ）〜（Ｄ）成分をＰＰＳ樹脂と混合する方法は特に限定するものではなくドライブレンドする方法、溶融押出機を用いて溶融したＰＰＳ樹脂に混入する方法など公知の配合方法を自由に採用することができる。
【００２１】
またこの発明による樹脂組成物を成形するにあたっても特にその方法を限定するものではなく、圧縮成形、押出成形、射出成形などの通常の方法を自由に採用することができる。
【００２２】
かくして得られる成形品は、軸受け材等の摺動部品、なかでもアルミなど軟質材と摺動するような摺動部品として極めて有用である。また、２００℃以上の環境下で用いても相手材を損傷することなく良好な摺動特性を示すという特徴を有し、このような環境下で用いられる摺動部品として特に有用である。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例を挙げ発明の具体化例及び具体的効果について記述する。
実施例１〜９，比較例１〜９
ＰＰＳ樹脂（東レ（株）製：ＰＰＳ原末Ｍ−２９００）、ＰＴＦＥ樹脂（三幸商事：ＳＧ−１０００）、亜鉛華（丸尾カルシウム製：亜鉛華ＺＡ−１００）、芳香族ポリアミド繊維（デュポン東レ製：ＫＣ−２０）、導電性チタン酸カリウム繊維（大塚化学製：“デントール”ＢＫ−３００）を下表−１に示す配合組成で配合し、まず原材料全てをヘンシェルミキサーにより混合した後シリンダ温度３００℃に設定された二軸押出機に供給し毎分７０〜１００回転で溶融混練し押出造粒した。次に得られた組成物をインラインスクリュウ式射出成形機を用いて金型温度１４０℃、成形温度３１０℃の成形条件下に於いて図１に示す形状の軸受け試験片及び物性測定用テストピースを作製した。
【００２４】
図１は軸受け試験片の斜視図であり、図２は軸受け摩耗試験機の概念図である。  摩耗試験機において、摩擦力検出軸３に取り付けられた軸受け成形品１は、回転軸６に挿入される。軸受け成形品１に対する負荷荷重は、負荷用エアシリンダー５を介して加圧ローラー７により加えられる。軸受け成形品１と回転軸６との摩擦力は、摩擦力検出軸３を通して摩擦力検出ロードセル４により検出される。
【００２５】
得られた各試験片について機械的強度、電気特性及び図２に示す試験機により軸受け摩耗試験を行った。その結果を表−１、２、３に示す。
【００２６】
体積固有抵抗：１０4Ω未満は４端子法により、１０4Ω以上のものについては
ＡＳＴＭ  Ｄ−２５７に準拠して測定した。
【００２７】
引張強度    ：ＡＳＴＭ  Ｄ−６３８に準拠して測定した
曲げ弾性率  ：ＡＳＴＭ  Ｄ−７９０に準拠して測定した。
【００２８】
軸受け摩耗試験の試験条件は次の通りである。
【００２９】
試  験  機：ラジアル軸受け摩耗試験機
荷    重  ：５kg/cｍ2 、１０kg/cｍ2 
すべり速度：１０m/分
試験時間  ：２００時間、５０時間
軸      材：Ａｌ５０５６
軸・軸受け間隙：０．５mm
摩擦係数    ：軸受け成形品と回転軸の摩擦力を負荷荷重で割った値。図２に示す４の摩擦力検出ロードセルから得られる摩擦力と５の負荷シリンダーによる負荷荷重より算出する。
【００３０】
摩耗深さ    ：所定試験時間終了後の軸受け成形品の内径寸法変化量。
【００３１】
軸面粗度変化：所定試験時間経過後の回転軸表面（軸受け成形品との接触面）の中心線平均粗さ（Ｒａ）と試験前の回転軸表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）の差を求めた。
【００３２】
【表１】
0003978841.tif 000004
【表２】
0003978841.tif 000005
【表３】
0003978841.tif 000006
次に上記実施例に対する比較例として表−１に示す配合組成より成る樹脂材料を使用して前記実施例同様に試験片を作製し、同一条件下で機械的強度、電気特性及び軸受け摩耗試験を実施した。
【００３３】
比較例１〜９においては表１より明らかなように、導電チタン酸カリウム繊維、亜鉛華が所定量添加されていない比較例４は弾性率が劣り、かつ導電性がない。フッ素樹脂や芳香族ポリアミド繊維の添加量が多いと造粒できない（比較例６，７）。また、表２および表３から明らかなように、フッ素樹脂の添加量の少ない物は摺動特性が劣り（比較例８，９）、芳香族ポリアミド繊維と金属酸化物のいずれかを添加しないものは摩耗量が大きくなる（比較例１，２，３，５）。一方、導電性チタン酸カリウム繊維、ＰＴＦＥ樹脂、芳香族ポリアミド繊維および特定の金属酸化物をすべて所定量配合した実施例１〜９においては、優れた導電性が得られかつ充分な強度・剛性を実現し、さらに摺動時に軟質材に対する攻撃と摩耗を抑えることのできる組成物が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明による樹脂組成物より成る成形品は低摩擦係数、低摩耗量であり機械的強度も充分あり極めて優秀な摺動部品である。さらに102Ω・cmという低い体積固有抵抗が安定した導電性を実現し、耐摩耗性と導電性の２つの機能を同時に要求される用途、例えば複写機やプリンターのアースや導電ベアリング、ＯＡ機器類のキャリッジベアリングなどの素材として最適であるといえる。また本発明による樹脂組成物は通常の軸受け材料としても優れている為あらゆる軸受けに利用でき、かつ摩耗粉の付着や軸受けへのゴミや埃また複写機やプリンターに使用されるトナーの付着を防止でき安定した摺動性が望める。さらにアルミなどの軟質相手材を摺動時に傷つけないという特性がＯＡ機器類の摺動部材として最適であることから本発明の意義は極めて重要であると言える。本発明は導電性を具備しかつ軟質相手材を傷つけることなく高温・高負荷条件下に於いても実用可能な摺動部材を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ラジアル軸受け摩耗試験用軸受け成形品である。
【図２】  ラジアル軸受け摩耗試験機の概念図である。
【符号の説明】
１．軸受け成形品
２．高温槽
３．摩擦力検出軸
４．摩擦力検出ロードセル
５．負荷用エアシリンダー
６．回転軸
７．加圧ローラー
【図１】
0003978841.tif 000007
【図２】
0003978841.tif 000008