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技術 導電性潤滑グリースおよび導電性転がり軸受

出願人 NTN株式会社協同油脂株式会社
発明者 平田正和栗村哲弥安斉康行木村浩
出願日 2000年8月10日 (20年3ヶ月経過) 出願番号 2000-243102
公開日 2002年2月19日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2002-053890
状態 特許登録済
技術分野 ころがり軸受け ころがり軸受 潤滑剤
主要キーワード グリース溝 導電性シール アース機構 グリース内 帯電付着 回転開始直後 導電性グリース 所定粒子
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年2月19日)のものです。
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図面 (2)

課題

転がり軸受の使用中に経時的に導電性が低下しないようにすることであり、またこのような課題を確実に解決するために、転がり軸受内部のグリース流動性を充分に高めることである。

解決手段

体積抵抗率が5×105 Ω・cm以下であり、かつ混和ちょう度(JIS K2220)が250〜350となるように、粒子径300〜800Åでフタル酸ジブチル吸油量が50〜300ml/100gの導電性カーボンを20〜40重量%配合し、かつ分散助剤としてリチウム石鹸を2〜10重量%配合した導電性潤滑グリースとする。また、この導電性潤滑グリースを転がり軸受内の空間容積の25〜45%封入した導電性転がり軸受とする。上記した導電性転がり軸受は、電子写真装置感光ドラム支持用転がり軸受に適用できる。

概要

背景

一般に、電子写真装置を用いた複写機印刷機プリンター)などには、感光ドラムなどを回転自在に支持するためにロール軸受が使用されている。

感光ドラムは、表面に静電荷潜像を形成し、これにトナー帯電付着させて転写するものであり、軸受が帯電すると感光ドラムを帯電させる電荷や付着しているトナーに悪影響を及ぼして画像を乱すので、アース機構を必要とするものである。

通常のアース機構としては、ロール端面から静電気を逃す構造が一般的であるが、このようにすると部品点数が増加するので好ましくなく、できれば通電可能な導電性転がり軸受を採用して電荷を外部に放電させ、アースすることが好ましい。

このような要望満足させるために、転がり軸受用の導電性グリース導電性シール、その他の通電性のある部品を装着した導電性転がり軸受を用いる技術が知られている。

転がり軸受内に充填する導電性のグリースとしては、特開昭47−21402号公報に潤滑グリース粒子径50μm以下のカーボンブラックを1〜50重量%添加した導電性のグリースが開示されている。

また、ベースオイル中に、粒子径100〜300Åの中空粒子からなるカーボンブラックを8〜12重量%配合することによって増ちょうさせた電導性グリース(導電性グリースに同じ。)が、特公昭63−24038号公報に開示されている。

概要

転がり軸受の使用中に経時的に導電性が低下しないようにすることであり、またこのような課題を確実に解決するために、転がり軸受内部のグリースの流動性を充分に高めることである。

体積抵抗率が5×105 Ω・cm以下であり、かつ混和ちょう度(JIS K2220)が250〜350となるように、粒子径300〜800Åでフタル酸ジブチル吸油量が50〜300ml/100gの導電性カーボンを20〜40重量%配合し、かつ分散助剤としてリチウム石鹸を2〜10重量%配合した導電性潤滑グリースとする。また、この導電性潤滑グリースを転がり軸受内の空間容積の25〜45%封入した導電性転がり軸受とする。上記した導電性転がり軸受は、電子写真装置の感光ドラム支持用転がり軸受に適用できる。

目的

また、本願の導電性転がり軸受に係る発明の課題は、前記した問題点を解決して、転がり軸受の使用中に経時的に導電性が低下しないようにすることであり、またこのような課題を確実に解決するために、転がり軸受内部のグリースの流動性を充分に高め、経時的に均質性を維持できる導電性転がり軸受にすることである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
6件

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請求項1

体積抵抗率が5×105 Ω・cm以下であり、かつ混和ちょう度(JIS K2220)が250〜350となるように、導電性カーボンを20〜40重量%配合してなる導電性潤滑グリース

請求項2

導電性カーボンの分散助剤として、リチウム石鹸を2〜10重量%配合してなる請求項1記載の導電性潤滑グリース。

請求項3

導電性カーボンが、粒子径300〜800Åであり、フタル酸ジブチル吸油量50〜300ml/100gの導電性カーボンである請求項1または2に記載の導電性潤滑グリース。

請求項4

転がり軸受内の空間に、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性潤滑グリースを封入してなる導電性転がり軸受。

請求項5

転がり軸受内の空間に導電性潤滑グリースを封入する量が、転がり軸受内の空間容積の25〜45%である請求項4に記載の導電性転がり軸受。

請求項6

請求項4または5に記載の導電性転がり軸受からなる電子写真装置感光ドラム支持用転がり軸受。

技術分野

0001

この発明は、転がり軸受導電性を持たせるための導電性潤滑グリースおよび導電性転がり軸受並びに電子写真装置感光ドラム支持用転がり軸受に関する。

背景技術

0002

一般に、電子写真装置を用いた複写機印刷機プリンター)などには、感光ドラムなどを回転自在に支持するためにロール軸受が使用されている。

0003

感光ドラムは、表面に静電荷潜像を形成し、これにトナー帯電付着させて転写するものであり、軸受が帯電すると感光ドラムを帯電させる電荷や付着しているトナーに悪影響を及ぼして画像を乱すので、アース機構を必要とするものである。

0004

通常のアース機構としては、ロール端面から静電気を逃す構造が一般的であるが、このようにすると部品点数が増加するので好ましくなく、できれば通電可能な導電性転がり軸受を採用して電荷を外部に放電させ、アースすることが好ましい。

0005

このような要望満足させるために、転がり軸受用の導電性グリース導電性シール、その他の通電性のある部品を装着した導電性転がり軸受を用いる技術が知られている。

0006

転がり軸受内に充填する導電性のグリースとしては、特開昭47−21402号公報に潤滑グリースに粒子径50μm以下のカーボンブラックを1〜50重量%添加した導電性のグリースが開示されている。

0007

また、ベースオイル中に、粒子径100〜300Åの中空粒子からなるカーボンブラックを8〜12重量%配合することによって増ちょうさせた電導性グリース(導電性グリースに同じ。)が、特公昭63−24038号公報に開示されている。

発明が解決しようとする課題

0008

しかし、上記した従来の導電性グリースは、転がり軸受を長時間(例えば700〜800時間)使用した時に導電性が徐々に低下する(電気抵抗値が増加する。)という問題点があった。

0009

このような問題が生じる原因としては、転がり軸受内部のグリースが充分に流動せず、またグリース中における導電材が徐々に局在化して電気抵抗値が大きくなるためと考えられる。

0010

そこで、本願の導電性グリースに係る発明の課題は、上記した問題点を解決して、導電性グリースの使用中、経時的に導電性を低下させないことであり、またこのような課題を確実に解決するために、グリースの流動性および導電性を充分に高めることである。

0011

また、本願の導電性転がり軸受に係る発明の課題は、前記した問題点を解決して、転がり軸受の使用中に経時的に導電性が低下しないようにすることであり、またこのような課題を確実に解決するために、転がり軸受内部のグリースの流動性を充分に高め、経時的に均質性を維持できる導電性転がり軸受にすることである。

課題を解決するための手段

0012

上記の発明の課題を解決するため、本願の導電性グリースに係る発明においては、体積抵抗率が5×105 Ω・cm以下であり、かつ混和ちょう度(JISK2220)が250〜350となるように、導電性カーボンを20〜40重量%配合してなる導電性潤滑グリースとしたのである。

0013

潤滑グリースを所定体積抵抗率に調整し、かつこれを所定の混和ちょう度に調整すると、せん断力を受けた潤滑グリースがよく流動するようになり、転がり接触面に導電性潤滑グリースが継続的かつ多量に介在するようになるから、グリースを封入した部品の経時的な導電性の変化が小さくなる。

0014

また、混和ちょう度を250〜350とする数値限定理由は、所定範囲未満の混和ちょう度では、流動性が低くてチャネリング性が高く、いわゆるグリース溝が形成されやすくなって、転がり接触面に充分に供給され難くなるからであり、所定範囲を超えて流動性の高い混和ちょう度では、流動性が高すぎて転がり軸受から漏れやすくなるからである。

0015

また、潤滑グリースに導電性カーボンを20〜40重量%配合することにより、カーボンの導電性が充分に発揮されると共に、カーボンが増ちょう剤としての作用をなし、上記の潤滑グリースの混和ちょう度を所定範囲まで高める。

0016

また、上記の導電性転がり軸受に係る発明の課題を解決するため、導電性カーボンの分散助剤として、リチウム石鹸を2〜10重量%配合してなる上記の導電性潤滑グリースとしたのである。リチウム石鹸を所定量配合した潤滑グリースは、潤滑グリース中で導電性カーボンが軸受内部でよく分散する。そのため、このような導電性潤滑グリースを封入した転がり軸受は、転がり接触面に導電性カーボンが安定して供給されるようになり、転がり軸受を連続して回転させた場合に経時的に導電性が低下する現象を抑制することができる。

0017

また、導電性カーボンは、粒子径300〜800Åであり、フタル酸ジブチル(DBP)の吸油量50〜300ml/100gの導電性カーボンを採用することが好ましい。導電性を向上させるためには、できるだけ多量のカーボンを添加することが好ましい。このような導電性カーボンの好ましい配合量は、20〜40重量%程度である。

0018

転がり軸受内の空間に、上記の導電性潤滑グリースを封入してなる導電性転がり軸受すると、転がり軸受の使用中に経時的に通電性が低下しないようになる。このような特性を確実に得るために、導電性潤滑グリースの転がり軸受内の内部空間に対する封入量は25〜45%であることが好ましい。

0019

また、上記導電性に優れた機能を発揮する転がり軸受は、電子写真装置の感光ドラム支持用転がり軸受として適用できるものである。

発明を実施するための最良の形態

0020

この発明の導電性潤滑グリースに用いる基油は、特に限定することなく周知の潤滑油を1種または2種以上混合して使用することができ、例えば鉱油合成炭化水素油エステル油エーテル油グリコール系油またはアルキルシクロペンタン系油などが挙げられる。なお、近年の複写機等の事務用機器には、ポリカーボネート樹脂などの樹脂部品が多用されているから、これらの樹脂を損傷しない基油として、鉱油、合成炭化水素油、またはグリコール系油を使用することが好ましい。

0021

このような基油の好ましい粘度(40℃)は、10〜200mm2 /sである。上記範囲未満の低粘度の基油では蒸発量が多くなり、寿命が短くて使用に耐えない。また、上記所定範囲を超える高い粘度では、転がり軸受のトルクが大きくなって、使用に耐えないものになる。このような理由から、より好ましい基油の粘度範囲は、10〜100mm2 /sであり、さらに好ましくは20〜100mm2 /sである。

0022

このような基油に配合する増ちょう剤は、特に限定することなく、金属石けんなどを採用することもできるが、できれば増ちょう剤としてカーボンブラックを採用することが導電性を充分に高めるために好ましい。

0023

グリースに所要の導電性を付与するために添加される導電性カーボンは、粒子径300〜800Åのものが好ましく、フタル酸ジブチル(DBP)の吸油量50〜300ml/100gの導電性カーボンを採用することが好ましい。導電性グリースの導電性を向上させるためには、できるだけ多量の導電性カーボンを添加することが好ましい。また、粒子径が所定粒径の範囲より小粒径で、吸油性が所定の値より大きい導電性カーボンは、増ちょう性が高く、すなわち軸受内でせん断を受けた際に増ちょう性を高くしやすく、凝集したグリースが転走面に広がり難くなって所用の導電性が得られ難い。このような傾向から、より好ましい導電性カーボンは、粒子径400〜600Åであり、フタル酸ジブチル(DBP)の吸油量50〜200ml/100gの導電性カーボンであり、好ましい配合量は20〜40重量%程度である。

0024

上記の潤滑グリースは、導電性を充分に高めるために、導電性カーボン以外にも金属粉、導電性ウィスカを配合したものを採用することができる。導電性ウィスカとしては、特にアスペクト比が10以上で体積低効率が1×102 Ω・cm以下のウィスカを採用することが好ましく、その添加量は、0.5〜10重量%である。0.5重量%未満では、充分な添加効果がなく、10重量%を超えると、軸受の音響特性(静粛性)が損なわれる可能性がある。より好ましい傾向から、0.5〜5重量%の範囲である。

0025

潤滑グリースに上記したような所定のアスペクト比のウィスカを混合して転がり軸受に封入すると、図1(a),(b)に示すようにウィスカ1またはウィスカ2の互いに隣り合った部分が確実に接触して三次元方向に電気導通路を形成するため、グリース内において任意の2面間の電気抵抗を低くして導電性を確実に維持し、経時変化が少なくなるものと考えられる。所定のアスペクト比のウィスカとしては、カーボンウィスカ金属酸化物ウィスカを採用することが好ましい。

0026

このようなウィスカは、例えば、酸化スズ系導電膜を形成した酸化チタンウィスカなどのように、表面処理ドーピングなどによって導電化したものを採用できる。

0027

因みに、図2に示す従来例のように導電材3の各粒子同士が充分に接していなければ、任意の2面間の電気抵抗は高くなる。

0028

また、この発明に用いるウィスカなどの微細な添加成分は、軸受の損傷を起こし難いものであるが、それでもできるだけ柔らかい材料であることが好ましく、その点からみても、カーボンウィスカは好ましい材料である。

0029

そして、導電性カーボンの分散助剤として、リチウム石けんを2〜10重量%配合すると、カーボンをよく分散させて凝集を防ぎ、その導電性が充分に発揮される。リチウム石けんの添加量が2重量%未満では、カーボンの凝集抑制効果がなく、10重量%を超えて多量に配合すると、リチウム石けんが増ちょう剤として機能するようになり、グリースを硬化させ(すなわち、ちょう度を低下させ)て流動性を悪くするために好ましくない。

0030

この発明の効果を阻害しない限り、導電性潤滑グリースには、酸化防止剤極圧剤摩耗抑制剤防錆剤清浄分散剤などの周知の潤滑油用添加剤を添加しても良い。

0031

上述したように、この発明の構成要件に従って調製された導電性潤滑グリースは、転がり軸受内の内部空間に25〜45%封入することが好ましい。上記所定範囲未満の少量を封入すると、転がり接触面に導電性の増ちょう剤や添加剤侵入しにくく、導電性が充分に得られないからである。また、上記所定範囲を超える多量の導電性潤滑グリースを転がり軸受内に封入すると、グリースの流動性は大きくなって軸受の摩擦面にグリースが供給されやすくなるが、軸受の回転トルクは高くなって好ましくない。

0032

この発明における転がり軸受の形態は、特に限定したものでなくとも良いが、たとえば複写機(デジタルPPCカラーPPC)、プリンター(カラーLBP、カラーLED方式プリンター)などの電子写真装置の現像部に配置される感光ドラム支持用転がり軸受は最適なものであるといえる。

0033

[実施例1〜6、比較例1〜2]以下に、実施例および比較例に用いた導電性潤滑グリースの主要材料を列記する。なお、表中で使用する略号を[]内に示した。

0034

グリースの基油
・[PAO−1]ポリαオレフィン油シンフルード801、動粘度47mm2/s(40℃))
・[PAO−2]ポリαオレフィン油(シンフルード41、動粘度17mm2/s(40℃))
増ちょう剤
・[C−1]導電性カーボン(三菱化学社製:#3030B、粒子径550Å)
DBP吸油量:130ml/100g
窒素吸着比表面積32m2/g
・[C−2]導電性カーボン(ケッチェンブラックEC)
粒子径300Å
DBP吸油量:360ml/100g
窒素吸着比表面積 950m2/g
・[Li]ステアリン酸リチウム
ウィスカ
・[G]気相法炭素繊維:昭和電工GC黒鉛化品繊維径0.15μm、繊維長10〜20μm、アスペクト比10〜500、短繊維比抵抗1×10-3Ω・cm)
表1に示す配合割合で基油と増ちょう剤を配合し、同表中に示す混和ちょう度(JIS K2220)で体積抵抗率が5×105 Ω・cm以下となるように導電性潤滑グリースの組成を調整した。

0035

得られた導電性潤滑グリースを深溝玉軸受608(内径8mm、外径22mm、幅7mm)の内部空間に表に示す量(%)だけ封入し、軸受の抵抗値の開始時から1000時間後の経時的変化を調べた。

0036

軸受抵抗値の経時変化の測定条件は、深溝玉軸受608を200rpmで回転駆動される支持軸内輪を取り付け、4.9Nのラジアル荷重による負荷をかけながら1000時間連続回転させ、回転開始直後と1000時間回転後の前記軸受の絶縁抵抗値を測定し、その結果を表中に併記した。なお、軸受の絶縁抵抗測定端子は、外輪および支持軸の一端に取り付けた。

0037

0038

表1の結果からも明らかなように、比較例1は、混和ちょう度が所定範囲未満の潤滑グリースを用いたため、転がり軸受の絶縁抵抗値が、1000時間経過後に極めて大きくなった。また、比較例2は、軸受内の封入量が所定量よりも少ないため、軸受の1000時間使用後に絶縁抵抗値が20kΩという大きな値であった。

0039

これに対して、混和ちょう度250〜350の導電性潤滑グリースを転がり軸受の内部空間に所定量だけ封入した導電性転がり軸受に係る発明は、転がり軸受の回転状態で1000時間の経過時においても導電性の経時変化が小さかった。特に、分散助剤としてリチウム石けんを配合した実施例2および実施例4は、転がり軸受の1000時間使用後の導電性がよく、経時変化が充分に小さかった。

発明の効果

0040

本願の導電性グリースに係る発明は、以上説明したように、所定の体積抵抗率で所定混和ちょう度の導電性潤滑グリースとしたので、導電性グリースの流動性が充分に高まって、長期間連続的に使用しても経時的に導電性が低下しないという利点がある。

0041

リチウム石鹸を所定量配合した潤滑グリースは、潤滑グリース中で導電性カーボンが軸受内部でよく分散し、経時的に導電性が低下する現象を充分に抑制することができる。

0042

また、所定粒子径であり、DBPの吸油量が所定範囲の導電性カーボンを採用することにより、確実に導電性が向上し、しかも所定の混和ちょう度で経時的に導電性が低下しない導電性潤滑グリースになる。

0043

転がり軸受内の空間に、上記の導電性潤滑グリースの所定量を封入した導電性転がり軸受は、転がり軸受の使用中に経時的に導電性が低下しない特性をより確実に付加することができる。

0044

また、本願の導電性転がり軸受に係る発明によれば、潤滑グリースに所定の体積抵抗率で所定混和ちょう度の導電性潤滑グリースを転がり軸受の内部空間に封入したので、転がり軸受内部のグリースの流動性が充分に高まり、転がり軸受の長期間の使用中に経時的な導電性の低下が防止されるという利点がある。

0045

また、このような導電性潤滑グリースを転がり軸受の内部空間に所定量だけ封入した導電性転がり軸受に係る発明は、上記の利点を有すると共に、転がり接触面に潤滑グリースの適量が常時供給されるようになり、転がり軸受の回転に伴う経時的な導電性の変化が充分に小さくなるという利点がある。

0046

上記の導電性に優れた機能を発揮する転がり軸受は、電子写真装置の感光ドラム支持用転がり軸受として適用できるものになる。

図面の簡単な説明

0047

図1 実施形態の導電性潤滑グリースにおける任意の2面間のウィスカの分散状態を示す説明図
図2従来例の導電性潤滑グリースにおける任意の2面間の導電材の分散状態を示す説明図

--

0048

1、2ウィスカ
3 導電材

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