JP4620006B2 - パイルもしくはファイバーからなる円筒状軸シール材 - Google Patents

Description

この発明は、粉体を取り扱う回転装置の回転体の回転軸の端部から粉体が外部に漏洩しないようにシールする円筒状軸シール材、特に、電子写真装置における画像形成装置のトナーの供給ローラや撹拌ローラなどの回転軸からトナーの粉体が漏洩しないように回転軸の端部をシールする円筒状軸シール材に関するものである。

従来から、粉体を取り扱う回転装置の回転体の回転軸の端部から粉体が外部に漏洩しないようにシールする円筒状軸シール材は、オイルシールのようなゴム系のシール部材や、スポンジ系のシール部材あるいはフェルト系のシール部材が適用されている。これらのシール部材の中で、ゴム系のシール部材は粘弾性を有して摩擦係数が高い。このために高速回転になると摩擦熱を発生し、摩耗によるシール性能が低下し、寿命に問題があった。さらに、摩擦熱の発生に伴いシールされる粉体が電子写真装置のトナーなどのように樹脂よりなる粉体の場合には、摩擦熱により粉体が軟化して回転軸に固着し、装置をロックさせてしまう問題があった。また、回転体と面で接触するシール部材の場合はトルクが上昇し、装置の寿命を短縮する問題を生じていた。

一方、スポンジ系のシール部材では、シール部材中に気泡の孔を有しており、圧縮して使用することが一般的である。しかし、シール部材中に気泡の孔を有するため、粉体がシール部材の孔の中に入り込み、シール性能を低下させ、かつ、高速回転では摩擦熱によりゴムシール部材の場合と同様に、粉体がトナーである場合、シール部材の孔の中に入り込んだトナーの樹脂が軟化して回転軸に固着して回転装置の回転軸をロックさせてしまう問題があった。

さらに、フェルト系のシール部材では、ファイバーを圧縮して製作したフェルトを使用しているので、ファイバーの向きが不規則であるため、粉体がシール内のファイバー間に入り始めると、粉体の入り込みの規制ができなくなり、シール性能が低下する問題が生じていた。

また、シール部材とその外周の回転軸支承面との間の接触力が弱いと、シール部材がシール部材の中心側の回転軸の回転に連れて回転することとなり、そのためにシール部材の外周部が摩耗して粉体がシール部材の外周部から漏れる現象が生じる。これらのことから、電子写真の画像処理装置などの粉体を取り扱う回転装置に適用するシール部材に求められる特性としては、高いシール性と回転軸との低摩擦力とを有し、かつ、高い寿命を有し、低コストであることなどである。

従来の電子写真の画像処理装置のトナーを取り扱う現像ローラなどの回転体用のシール部材は、基布の表面からパイル糸を起毛させたパイル織物からなり、カットパイルが回転方向に斜毛され、パイル糸に捲縮性のファイバーを含んでおり、このファイバーの捲縮部によりパイル根元の空隙を減らすことで、トナーが空隙部に入り込むことを防ぐ手段が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、スポンジおよびフェルトからなるシール部材として、スポンジなどの発泡性の基材の表面にフェルトを配置し、フェルトの表面を現像ローラや感光ドラムの外周面に接触させてシールを行うもの、あるいは中空ファイバーまたは多孔性中空ファイバーによる糸をパイル用糸とし、回転体シール部材としているものがある（例えば、特許文献２参照。）。

しかし、これらのシール部材は基本的に平面状のシール部材であり、回転軸に適用するためには円形に曲げなければならないので、挿入が困難で手作業を必要とするために機械化できにくい問題があった。

特開２００５−２０１４２７号公報 特開２００３−５６７１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、電子写真の画像処理装置などトナーである粉体を取り扱う回転装置のトナー供給ローラなどの回転体の回転軸に軸封として適用する粉体漏出防止用のシール部材で、このシール部材を円筒状軸シール材とするとき、そのパイルもしくはファイバーの先端で形成する内径が拡大しうるので回転軸への嵌合が容易であり、しかも円筒状軸シール材の挿着が自動挿着でき、さらに粉体が回転軸から外部へ漏出することが的確に防止できる円筒状軸シール材を提供することである。

本発明の手段について説明すると、粉体を取り扱う回転装置１の回転体５である回転軸５ａから、すなわち、例えば、図１２に示す、電子写真の画像処理装置８の供給ローラ１０の回転軸１０ａから、粉体３が外部に漏出しないように、回転体５すなわち供給ローラ１０（以下、これらを「回転体５」で表わす。）の回転軸５ａすなわち回転軸１０ａ（以下、これらを「回転軸５ａ」で表わす。）をシールするための円筒状軸シール材２をパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａ有する円筒状のシール部材２ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂを有する円筒状のシール部材２ａから形成する。これらの円筒状のシール部材２ａはシールするための回転軸５ａの外周に副う形状の円筒状の筒体から形成されている。この円筒状のシール部材２ａは挿入する際に回転軸５ａから遠心方向の押圧荷重を受けて弾性変形により回短軸５ａの軸径に追従してパイルもしくはファイル４の中心側の先端で形成される内径が拡径状態となって回転軸５ａへ圧入される。その結果、回転軸５ａの軸方向のシール性が保持される。しかも、パイルもしくはファイバー４は回転軸５ａから放射方向に拡大する性質を有し、この円筒状のシール部材２ａが回転軸５ａの回転に伴われて回らないように、円筒状支持部料２ｂをその外周に位置する回転軸支承面６ａと摩擦係合し、円筒状回転軸支承面６ａからて回り止め力を受ける。したがって、円筒状のシール部材２ａに新たな回転防止手段を設ける必要がなく、利便性の高い、しかも単品で使用可能な構成に形成されている。

この円筒状軸シール材２の円筒状のシール部材２ａのパイルもしくはファイバー４はシールする粉体３の粒径に適合した密度からなるパイル密度もしくはファイバー密度を有している。すなわちパイルもしくはファイバー４の長さｌと回転軸５ａの回転方向へのパイルもしくはファイバー４の倒れとにより粉体３の流れを抑制するために、パイルもしくはファイバー４の長さｌとパイルもしくはファイバー４のオーバーラップ量δを設定し、これらの設定したパイルもしくはファイバーの長さｌとパイルもしくはファイバーのオーバーラップ量δとにより、粉体３が回転軸５ａの軸方向へ漏出を防止する。換言するとパイルもしくはファイバー４間の平均ピッチＰ及びパイルもしくはファイバー４の倒れ角度Ａを規制することで、パイルもしくはファイバー４の間に粉体３の粒子が１個は入りうるが、２個以上は入りにくいパイル密度もしくはファイバー密度とし、粉体３の食い込み量を規制している。

さらにパイルもしくはファイバー４の中心側の先端を回転軸５ａに対して低摩擦とするため、パイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくは円筒状のシール部材２ａはファイバーを植毛された弾性基材４ｂらなるものとし、かつ、これらをパイルもしくはファイル４を極細ファイバーから形成することで、回転軸５ａとの接触荷重を小さくし、さらに摩擦熱の発生を著しく軽減したものとしている。したがって寿命についても回転軸５ａとの接触荷重が小さいことと多数のパイルもしくはファイバー４により粉体３の漏出を防止する構成としていることで高寿命を達成し得るものとしている。

さらに円筒状支持部材２ｂの外周に位置する回転軸支承面６ａの内面から粉体３が漏出することを防止するために、円筒状のシール部材２ａの回転防止手段として、パイルもしくはファイバー４と回転軸５ａの間の接触負荷よりも、円筒状支持部材２ｂの外周に位置する回転軸支承面６ａの内面である取付け面と円筒状支持部材２ｂの外周面との間の接触負荷の方を大きくして回転軸支承面６ａの内面へのグリップ力を高め、回転軸５ａの回転に連れて円筒状のシール部材２ａが回転軸５ａと共に回転することを防止している。そのために円筒状支持部材２ｂを単層から形成するとき、円筒状支持部材２ｂとして摩擦係数の高い単層のパイプもしくはチューブ２ｈを使用する。さらに弱圧入による回転軸支承面６ａへの取付けを可能とし、かつパイプもしくはチューブ２ｈを有する円筒状のシール部材２ａの形状を維持しながら、円筒状支持部材２ｂの外周と回転軸支承面６ａの内面とのグリップ力を高めるために、円筒状支持部材２ｂの構造を２色成形からなる複層の部材とする。その２色成形の複層の外層の部材を硬度４０〜９０度の軟質樹脂部材２ｅもしくは熱可塑性エラストマー部材２ｆとし、内層の部材を剛性の高い金属部材２ｃあるいは硬質樹脂部材２ｄとした２色成形の複層のパイプもしくはチューブ２ｈとしている。

この２色成形の複層のパイプもしくはチューブ２ｈの部材の組み合わせは、硬質樹脂部材２ｄ＋軟質樹脂部材２ｅ、硬質樹脂部材２ｄ＋熱可塑性エラストマー部材２ｆ、金属部材２ｃ＋軟質樹脂部材２ｅ、あるいは、金属部材２ｃ＋熱可塑性エラストマー部材２ｆなどである。

さらに円筒状支持部材２ｂは内層が金属部材２ｃである場合、その表面にウレタン樹脂コーティング層２ｇなどの樹脂コーティングを行い、摩擦係数を向上させた構成として回転軸支承面６ａの内面とのグリップ力を高めている。以上の構造とすることで、円筒状支持部材２ｂが中心の回転軸５ａと共に回転することを阻止し、円筒状支持部材２ｂの外周の回転軸支承面６ａの側部から粉体３が漏出することを防止している。

すなわち、上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、粉体を取り扱う回転装置１の回転体５の回転軸５ａから粉体３の漏出を阻止する円筒状軸シール材２からなり、パイル有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂからパイルもしくはファイバー４を中心側に弾性基布４ａもしくは弾性基材４ｂを外周側に配設して円筒状のシール部材２ａを形成し、円筒状のシール部材２ａの弾性基布４ａまたは弾性基材４ｂの外周に円筒状支持部材２ｂを配設した円筒状軸シール材２において、円筒状軸シール材２の回転防止として、円筒状のシール部材２ａの外周に配設の円筒状支持部材２ｂの材質をパイルもしくはファイバー４の摩擦係数と同じかもしくはそれより高い摩擦係数の材質としたことを特徴とする円筒状軸シール材２である。

以上の円筒状軸シール材２の構成とすることにより、円筒状軸シール材２のパイルもしくはファイバー４と回転軸５との間の負荷よりも円筒状軸シール材２の外周に位置する回転軸支承面６ａと円筒状支持部材２ｂの外周面との間の負荷の方を高くして、円筒状軸シール材２が回転軸５とともに回転し難くして、回転軸５から粉体３が漏出することを防止すると共に回転軸支承面６ａからの粉体５の漏出防止を図った。

請求項２の発明では、上記の円筒状のシール部材２ａのパイルもしくはファイバー４は、天然ファイバー、人造ファイバーもしくは合成ファイバーからなり、パイルもしくはファイバー４の単位面積当りの本数Ｎは、下記の（１）式に示す範囲を満足することを特徴とする請求項１の手段の円筒状軸シール材２である。
［Ｌ／｛２×（２Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）｝］²＜Ｎ≦［Ｌ／（２×Φ_Ｆ）］²……（１）
なお、Ｌは円筒状のシール部材となるシール部材の単位長さ、Φ_Ｆは平均パイル径もしくは平均ファイバー径、Φ_ｔは粉体の平均粒子径である。

請求項３の発明では、上記の円筒状のシール部材２ａのパイルもしくはファイバー４の長さｌ及び回転軸周囲におけるパイルもしくはファイバー４の間のオーバーラップ量δは、下記の（２）式に示す関係を満足することを特徴とする請求項２の手段の円筒状軸シール材２である。
δ＞ｌ−［ｌ×｛（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐ｝］……（２）
なお、（２）式において、
Ｐ＝Ｌ／（Ｎ）^1/2……（３）
の関係を有する。
なお、Ｐはパイルもしくはファイバー４の間の平均ピッチである。

請求項４の発明では、上記の円筒状軸シール材２の円筒状支持部材２ｂは、軟質樹脂部材２ｅまたは熱可塑性エラストマー部材２ｆからなる単層のパイプまたはチューブ２ｈからなる円筒状支持部材２ｂ、もしくは、内層を硬質樹脂部材２ｄまたは金属部材２ｃと、その外層を軟質樹脂部材２ｅまたは熱可塑性エラストマー部材２ｆあるいはウレタン樹脂コーティング層２ｇとした２色成形の複層のパイプまたはチューブ２ｈからなる円筒状支持部材２ｂからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の手段の円筒状軸シール材２である。

請求項５の発明では、上記の円筒状軸シール材２の円筒状支持部材２ｂの複層の外層が金属部材２ｃからなる場合には、金属部材２ｃの表面に軟質樹脂部材２ｅもしくは熱可塑性エラストマー部材２ｆを配設もしくはウレタン樹脂コーティング層２ｇを形成していることを特徴とする請求項４の手段の円筒状軸シール材２である。

請求項６の発明では、上記の円筒状軸シール材２の円筒状支持部材２ｂを構成するパイプもしくはチューブ２ｈは円筒状に押出し成形した成形体７ａあるいは薄板をスパイラル状に巻き回して円筒状とした成形体７ｂからなることを特徴とする請求項５の手段の円筒状軸シール材である。

上記の本発明の手段とすることで、粉体を用いて処理する装置、例えば電子写真の画像処理装置におけるトナーである粉体の供給ローラなどの回転体において、回転軸から粉体が漏出することを防止した高シール性、低摩擦力、高寿命、低コストの円筒状軸シール材であり、円筒状のシール部材の円筒支持部材はその外周の取付孔の内面と高い摩擦力で係止し、一方、円筒状のシール部材のパイルもしくはファイバーは回転軸と低摩擦力で当接して粉体の漏出をシールしている。さらに円筒状軸シール材は既に円筒体に成形されているので、従来の板状体のシール材のように挿着時に筒状に曲げる必要がなく、回転軸の軸径に容易に追従して挿着でき、このためにこの挿着を自動化することができるなど、本発明の円筒状軸シール材は優れた効果を奏するものである。

発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
先ず、本発明配設の実施の形態の手段では、粉体３を取り扱う回転装置１として図１２に示す電子写真の画像処理装置８において、トナー容器１１からトナーを供給する供給ローラ１０の回転軸１０ａ、すなわち粉体３を使用する回転体５の回転軸５ａ、に適用して軸封するための円筒状軸シール材２の円筒状のシール部材２ａにおけるものである。この円筒状のシール部材２ａは、回転軸１０ａに嵌合するもので、回転軸１０ａに副うように円筒状のシール部材２ａとなっている。この円筒状シール部材２ａはパイル有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂから形成され、それらのパイルもしくはファイバー４を中心側に弾性基布４ａもしくは弾性基材４ｂを外側に配設して円筒状のシール部材２ａとされている。さらにこの円筒状のシール部材２ａは円筒状支持部材２ｂにより周囲から支持されている。これらのパイルもしくはファイバー４は円筒状支持部材２ｂの内側に形成のパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくは円筒状支持部材２ｂに静電植毛法により植毛されたファイバーを有する弾性基材４ｂのパイルもしくはファイバー４から構成されている。この円筒状のシール部材２ａの外径は、円筒状のシール部材２ａを挿入する円筒状支持部材２ｂの孔径と同じであるか若干大きく、パイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーを有する弾性基材４ｂが円筒状支持部材２ｂの孔径の押圧に抗して回円筒状支持部材２ｂに押し込んで挿着可能に形成されている。

上記の手段の実施の形態において、円筒状軸シール材２が回転軸５ａ、例えばトナーの供給ローラ１０の回転軸１０ａの回転に伴われて回転することを防止する回転防止手段として、円筒状のシール部材２ａの外周に配置する円筒状支持部材２ｂの材質をパイルもしくはファイバー４の摩擦係数と同じかもしくはそれよりも高い摩擦係数の材質とすることで、円筒状軸シール材２が回転軸５ａすなわち供給ローラ１０の回転軸１０ａを支持する支持枠６の回転軸支承面６ａに回転することなく係止するものとした。

さらに上記の実施の形態において、シール部材２のパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂからなるパイルもしくはファイバー４の材質は、綿、羊毛あるいは絹などの天然繊維からなるもの、もしくはポリエステル、ポリアミド（商標名ナイロン）、アクリル、ポリプロピレン、酢酸ビニル（商標名ビニロン）やレーヨンなどの合成繊維や人造繊維よりなる、もしくは、それらの混織された繊維よりなる、パイルもしくはファイバー４とした。さらに、これらのパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂの単位面積当りのファイバーの本数をＮとするとき、単位面積当りのファイバーの本数Ｎは、下記の（１）式に示す範囲で構成した。
［Ｌ／｛２×（２Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）｝］²＜Ｎ≦［Ｌ／（２×Φ_Ｆ）］²……（１）
なお、Ｌは円筒状のシール部材となるシール部材の単位長さ、Φ_Ｆは平均パイル径もしくは平均ファイバー径、Φ_ｔは粉体の平均粒子径である。

さらに、上記の実施の形態では、円筒状のシール部材２ａのパイルもしくはファイバー４の長さｌ及び回転軸周囲におけるパイルもしくはファイバー４の間のオーバーラップ量δは、下記の（２）式に示す関係を満足する円筒状軸シール材２とした。
δ＞ｌ−［ｌ×｛（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐ｝］……（２）
なお、（２）式において、
Ｐ＝Ｌ／（Ｎ）^1/2……（３）
の関係を有する。
なお、Ｐはパイルもしくはファイバー４の間の平均ピッチである。

また、さらに上記の実施の形態では、円筒状軸シール材２において最外層に配置する円筒状支持部材２ｂは、パイルもしくはファイバー４の摩擦係数よりも摩擦係数の高い素材として軟質樹脂部材２ｅまたは熱可塑性エラストマー部材２ｆからなる単層のパイプまたはチューブ２ｈからなる円筒状支持部材２ｂとした。しかし、この単層の円筒状支持部材２ｂの代わりに複層の円筒状支持部材２ｂとするときは、円筒状支持部材２ｂとして、内層を硬質樹脂部材２ｄまたは金属部材２ｃからなるものとし、その外層をパイルもしくはファイバー４の摩擦係数よりも摩擦係数の高い素材として軟質樹脂部材２ｅまたは熱可塑性エラストマー部材２ｆあるいはウレタン樹脂コーティング層２ｇとした複層からなるパイプまたはチューブ２ｈの円筒状支持部材２ｂとした。

さらに、上記の実施の形態では、円筒状軸シール材２の円筒状支持部材２ｂが内層と外層の複層からなり、その外層自体が金属部材２ｃからなる場合には、円筒状支持部材２ｂの外層である金属部材２ｃの表面にパイルもしくはファイバー４の摩擦係数よりも摩擦係数の高い素材である軟質樹脂部材２ｅもしくは熱可塑性エラストマー部材２ｆを配設して円筒状支持部材２ｂとし、もしくはウレタン樹脂コーティング層２ｇを形成して円筒状支持部材２ｂとした。すなわち、図６に示すように、その（ａ）に単層の円筒状支持部材２ｂの側面と断面の切断図を示し、単層の円筒状支持部材２ｂは軟質樹脂部材２ｅあるいは熱可塑性エラストマー部材２ｆからなり、その内部にパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂを有し、パイルもしくはファイバー４が中心に向いて配設されており、（ｂ）に複層の円筒状支持部材２ｂの側面と断面の切断図を示し、複層の円筒状支持部材２ｂは外層に軟質樹脂部材２ｅあるいは熱可塑性エラストマー部材２ｆを有し、内層に硬質樹脂部材２ｄもしくは金属部材２ｃからなり、その内部にパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂを有し、パイルもしくはファイバー４が中心に向いて配設されている。さらに、図６の（ｃ）にコーティング層からなる複層の円筒状支持部材２ｂの側面と断面の切断図を示し、コーティング層を有する円筒状支持部材２ｂは硬質樹脂部材２ｄもしくは金属部材２ｃの表面にウレタン樹脂コーティング層２ｇを積層しており、内部にパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂを有し、パイルもしくはファイバー４が中心に向いて配設されている。上記において、軟質樹脂部材としては、軟質ポリエチレン、軟質ポリプロピレン、軟質アクリル、ポリウレタンなどの部材から選択し、硬質樹脂部材としては、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、硬質アクリル樹脂などの部材から選択して用いるものとする。

また、さらに上記の実施の形態において、円筒状軸シール材２の円筒状支持部材２ｂを構成するパイプもしくはチューブ２ｈの製造は、図７に見られるように、合成樹脂やエラストマーや金属を円筒状に押出し成形した成形体７ａからなるものとするか、あるいは合成樹脂やエラストマーや金属の薄板の細帯片をスパイラル状に巻き回して円筒状に成形した成形体７からなるものとし、これらの円筒状の成形体７を円筒状軸シール材２として必要な長さに、レーザー切断、超音波切断、ワイヤー切断あるいは刃物切断を行い、円筒状軸シール材２とした。

ところで、上記の円筒状軸シール材２でシールする粉体の粒子径は、例えばトナーの場合には、その平均粒子径Φ_ｔは３０μｍのものから１μｍのものが存在する。一方、上記のパイルもしくはファイバー４の平均ファイバー径Φ_Ｆは３０μｍ以下のものである。すなわち、円筒状のシール部材２ａは回転軸５ａと低摩擦を達成するために植毛されたパイルもしくはファイバー４であるが、それらは上記の平均ファイバー径Φ_Ｆの極細のファイバーからなっており、回転軸５ａとの接触荷重が小さく、摩擦熱が著しく軽減されている。さらに、円筒状のシール部材２ａの寿命は、作用する力が低荷重で、かつ、パイル状ファイバー４を構成する多数のファイバーにより粉体３の漏出を防止する構成であるので、円筒状のシール部材２ａは高寿命を達成することができるものである。

円筒状のシール部材２ａは回転軸５ａから遠心方向の押圧力を受けると、円筒状のシール部材２ａは弾性変形して回転軸５ａの軸径に抗して円筒状のシール部材２ａのパイルもしくはファイバー４の先端はやや傾倒して内径を拡大するので、回転軸５ａへの圧入が容易となる。このようにして円筒状のシール部材２ａは粉体３の回転軸方向のシール性を保持できる構造になっている。しかも、円筒状のシール部材２ａの外層の円筒状支持部材２ｂはその外周の回転軸支承面６ａとの摩擦力を有しているので、円筒状のシール部材２ａが回転軸５ａの回転に連れて回転することを回り止めする力が生じる。このため、円筒状のシール部材２ａは新たな回転防止手段を設ける必要がなく、利便性の高い構成となっている。

さらに、粉体３のシール性については、粉体３の粒径に合った所定のパイル密度もしくはファイバー密度に構成し、回転軸５ａすなわち回転軸５ａの回転により、回転軸５ａの軸方向へパイルもしくはファイバー４すなわち植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルが傾倒することで、粉体３の回転軸５ａの軸方向への流れを規制している。このために植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルの長さｌおよび植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルの隣接同士のオーバーラップ量δを所定の大きさに設定することで、植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルの間を通って粉体３が漏出することを防止している。換言すると植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルの間の隣接同士の平均ピッチＰおよび植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルの倒れ角度を適宜大きさに規制することで、植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルの隣接間に粉体３が２個以上入り難いファイバー密度あるいはパイル密度としている。すなわち植毛されたファイバー４もしくはパイル織物のパイルの密度は粉体３がそれらの間に食い込んで引っ掛かる間隔からなる食い込み量に形成されている。

ところで、上記の式ファイバー間の密度を示すファイバーの平均ピッチＰについてさらに図１〜４の模式的イメージ図により説明する。この場合、各図において、（ａ）は回転軸方向に平行な各列の先端のファイバー４が回転軸５ａの方向と鉛直に並んでいる場合で、（ｂ）は回転軸方向に平行な１列置きの先端のファイバーが回転軸５ａの方向と鉛直に並んでいる場合である。

ケース１：密度を示すファイバーの平均ピッチＰ＝平均ファイバー径Φ_Ｆ
このケース１の模式的イメージ図を図１の（ａ）、（ｂ）に示す。このケース１では、ファイバーが緻密過ぎてファイバーが荷重によって傾倒しにくい条件となっている。ところで、（ａ）の場合は各ファイバーの側面が直接に接している方向への傾倒であるので、ファイバーが傾倒することができず、（ｂ）の場合はファイバーが直接に接していない方向への傾倒であるので、接するまで傾倒できる。このケース１では、ファイバーの配置によって粉体３の流れを形成し、粉体３を規制することに適していない条件である。また、ファイバー密度を緻密にしていることで荷重も高くなり、本発明の目的から外れている形状になっている。

ケース２：密度を示すファイバーの平均ピッチＰ＝２倍×平均ファイバー径Φ_Ｆ
このケース２のイメージ図を図２の（ａ）、（ｂ）に示す。このようにファイバーの平均ピッチＰを平均ファイバー径Φ_Ｆの２倍とすることで、各ファイバー間に空隙ができてファイバーが傾倒する空間が生じ、回転軸５ａの回転方向に対しファイバーが傾倒する条件となっており、ファイバーによる粉体３の流れを規制する方向の形状になっている。

ケース３：密度を示すファイバーの平均ピッチＰ＝２×（２Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）
このケース３のイメージ図を図３の（ａ）、（ｂ）に示す。このＰ＝２×（２Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）にした条件であり、ファイバーの平均ピッチＰを２×（２Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）とすることで、各ファイバーの本数Ｎもかなり少なくなっている。このため各ファイバーの撓み量を多くする必要があり、使用条件によっては粉体３を規制できない条件でもある。

ケース４：密度を示すファイバーの平均ピッチＰ＝２×（Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）
このケース４のイメージ図を図４の（ａ）、（ｂ）に示す。このＰ＝２×（Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）にした条件は、通常使用している条件であり、圧縮５０％の前後で規制が可能な条件になっている。
なお、上記の（２）式、すなわち、
δ＞ｌ−［ｌ×｛（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐ｝］……（２）
は、ファイバーが傾倒して、密接した時の条件の式であり、基本的には最大荷重になる条件である。しかし、ファイバーに中空ファイバーもしくは多孔ファイバーを用いた場合には、ファイバーが密接した後も、ファイバーが変形し、さらに撓むため上限を決めることが現実不可能と考えて、あえて下限以上とした式にしてある。

ファイバーが特殊でない場合は、
ｌ−｛ｌ×（Φ_Ｆ／Ｐ）｝≧δ＞ｌ−［ｌ×｛（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐ｝］……（４）
となる。
上記の（４）式において、Φ_Ｆ／Ｐおよび（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐはｓｉｎθの大きさを表わし、Φ_Ｆ／Ｐはファイバー同士が接するときの角度であり、（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐは粉体３がファイバー同士の間に２個入る時の角度を表わす。したがって、ファイバーの長さｌを乗じるとファイバーが傾倒したときの高さがわかり、荷重のない時の高さである［ｌ×｛（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐ｝］の値をファイバーの長さｌから減じると、変形量δになる。

本発明の円筒状のシール部材２ａの特徴は、円筒状のシール部材２ａを形成するファイバー４同士の間隔にトナーなどの粉体３の粒子２個が入り込まない条件としている点である。

図５に上記のケース１、ケース２、ケース３における計算上のファイバーの変形量（撓み量）すなわち圧縮量（ｍｍ）と単位面積当りのファイバーに掛かる荷重（ｇ／ｉｎｃｈ²）の関係を示す。

パイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂからなる平面状に展開した細帯状シール部材２ｉを円筒状のシール部材２ａに巻き回し、円筒状のシール部材２ａとなるように、これらのパイルもしくはファイバー４を内径側に向け、かつ、弾性基布もしくは弾性基材を外径側に向けて円筒状に巻き回して円筒状支持部材２ｂを有する円筒状のシール部材２ａに形成している。

このように円筒状のシール部材２ａは平面状のパイルを有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂから加工して製造される。この製造において、ファイバーを植毛した円筒状支持部材２ｂの弾性基材４ｂが肉薄の板状の熱可塑性の軟質樹脂部材２ｅからなる場合は、加熱により熱変形することで容易に円筒状のシール部材２ａにすることが可能である。

すなわち、図７の円筒状軸シール材２の製造工程図に示すように、パイル有するパイル織物の弾性基布４ａもしくはファイバーの植毛された弾性基材４ｂからなる細帯状シール部材２ｉをパイルもしくはファイバー４を内側にして巻きつけ用軸１２の回りにスパイラル状に巻き回して軸つきの円筒状のシール部材２ａとする。次いでこの軸つきの円筒状のシール部材２ａの外周に接着剤を塗着または両面接着テープを巻き付け、その上にパイプもしくはチューブ２ｈの円筒状支持部材２ｂを外側から挿着して付着する。次いで巻きつけ用軸１２を軸つきシール部材から抜き去り円筒状支持部材２ｂとする。次いで円筒状軸シール材２として必要な長さにレーザー切断、超音波切断、ワイヤー切断あるいは刃物切断などを行い、円筒状軸シール材２とする。

図８は、円筒状軸シール材２の使用例を示す図で、（ａ）は図１２の電子写真の画像処理装置８のトナー容器１１からトナーを供給する供給ローラ１０の支持枠６の側壁６ａの取付孔に挿通した回転軸１０ａに円筒状軸シール材２を使用した例を断面で示す側面図で、円筒状軸シール材２の軸方向の外側には回転軸１０ａの軸受６ｂが挿通されている。（ｂ）は同装置のトナー容器１１の撹拌ローラ軸１１ａに円筒状軸シール材２を使用した例を示す図である。さらに（ｃ）は他の実施の形態の粉体ミキサー１３の下部に有する撹拌羽根１４の回転軸１５に円筒状軸シール材２を使用した例を示す図である。ところで上記の（ａ）に示すように、円筒状軸シール材２を軸受６ｂと隣接して使用する場合には、予め円筒状軸シール材２の側面を軸受６ｂの側面に接着して一体に成形しておくと、これらの挿着する際に一度に挿着可能で、その手間を省くことができ、より機械化できるものとなる利点を有する。

図９のグラフに、ヤング率が２７０ｋｇ／ｍｍ²、ファイバー長さが３ｍｍ、変形量（撓み量）が１．５ｍｍのファイバーを用いた円筒状のシール部材２ａにおいて、平均ファイバー径Φ_Ｆ（μｍ）と荷重（ｋｇ／１本）の関係を示す。この場合、横軸は平均ファイバー径Φ_Ｆ（μｍ）であり、縦軸はファイバーに掛かる荷重（ｋｇ／１本）である。

図１０のグラフに、平均ファイバー径５μｍ、平均ファイバー径１５μｍ、平均ファイバー径３５μｍの圧縮量５０％とする時のファイバー長さと荷重の関係を、縦軸に荷重（ｇ／ｃｍ²）、横軸にファイバー長さ（ｍｍ）として示す。ところで、画像処理におけるトナーの粒径は数μｍ〜数１０μｍであるので、これらのトナーを適用しうるファイバーの平均ファイバー径Φ_Ｆ（μｍ）は、以上の図９および図１０から、使用するトナーの粒径に合わせて数μｍ〜４０μｍとすれば良い。

図１１のグラフに、本発明のファイバーからなる円筒状シール部材２ａと従来のＯリングからなる円筒状シール部材２ａの荷重（ｇ）と粉体の食い込み量（ｍｍ）の関係を対比して示す。この場合、縦軸は荷重（ｇ）であり、横軸は粉体の食い込み量（ｍｍ）である。本発明のファイバーからなる円筒状シール部材２ａは荷重５０ｇで０．２ｍｍの食い込み量があり、荷重１００ｇで０．８ｍｍの食い込み量で、荷重１１０ｇで１．０ｍｍの食い込み量である。これに対し従来のＯリングでは、荷重と食い込み量は直線的であり、荷重５００ｇで０．１ｍｍの食い込み量であり、荷重１０００ｇで０．２ｍｍの食い込量となる。すなわち、本発明の円筒状シール部材２ａはシール性が良好であり回短軸に掛かるトルクが小さくて済む。しかし、従来のＯリングでは、シール性は極めて悪く、大きなトルクを必要とする。

本発明の手段の円筒状のシール部材２ａを平均ファイバー径Φ_Ｆ（μｍ）、ファイバー密度（本数／ｉｎ²）、ファイバーの平均ピッチ（μｍ）を変えて、ファイバー長さ３．２ｍｍ、粉体の平均粒子径６μｍで実施した例１〜６を表１に示す。

この結果、例２はファイバー密度が１８６，４８０本／ｉｎ²で、上記の単位面積当りのファイバーの本数Ｎの（１）式から得られる最低必要本数の２２１，２４８本／ｉｎ²に不足しており、結果は不良であった。これに対し、その他の例１および例３〜例６は、結果は全て良好であった。

図１２に、本発明の円筒状軸シール材２を使用した例として、電子写真の画像処理装置８を示す。画像処理装置８はトナー供給部であるトナーを収容するトナー容器１１と、トナーを撹拌する撹拌羽根軸１１ａと、回転軸１０ａを有する供給ローラ１０と、現像剤担持ローラ９を有し、さらに感光現像部である感光体ドラム８ａと、転写ローラ８ｂと、光学部８ｃと、帯電器８ｄと、クリーニングブレード８ｅを有する。この電子写真の画像処理装置８において、トナー容器１１からトナーを供給する供給ローラ１０の回転軸１０ａに円筒状軸シール材２を使用した。また、他の例では、同装置のトナー容器１１の撹拌ローラ軸１１ａに円筒状軸シール材２を使用した。

ケース１の場合のファイバーの配列およびファイバーの撓みを模式的に説明する図である。 ケース２の場合のファイバーの配列およびファイバーの撓みを模式的に説明する図である。 ケース３の場合のファイバーの配列およびファイバーの撓みを模式的に説明する図である。 ケース４の場合のファイバーの配列およびファイバーの撓みを模式的に説明する図である。 ケース１、ケース２、ケース３における計算上のファイバーの撓み量（ｍｍ）と単位面積当りのファイバーに掛かる荷重（ｇ／ｉｎ²）の関係を示す。 円筒状軸シール材の切断正面図と切断側面図を示し、（ａ）は単層の円筒状支持部材、（ｂ）は複層の円筒状支持部材、（ｃ）はコーティング層による複層の円筒状支持部材からなるものを示す。 円筒状軸シール材の製造工程図を示す。 円筒状軸シール材の使用例で、（ａ）は供給ローラ、（ｂ）は撹拌ローラ軸、（ｃ）は粉体ミキサーの撹拌羽根の回転軸に使用した図である。 平均ファイバー径Φ_Ｆ（μｍ）と荷重（ｋｇ／１本）の関係を示すグラフである。 ファイバー長さと荷重の関係を示すグラフである。 荷重と食い込み量の関係を示す従来のＯリングと本発明の円筒状シール部材の対比グラフである。 電子写真装置の画像処理装置の主要部を示す模式図である。

１ 粉体を取り扱う回転装置
２ 円筒状軸シール材
２ａ 円筒状のシール部材
２ｂ 円筒状支持部材
２ｃ 金属部材
２ｄ 硬質樹脂部材
２ｅ 軟質樹脂部材
２ｆ 熱可塑性エラストマー部材
２ｇ ウレタン樹脂コーティング層
２ｈ パイプもしくはチューブ
２ｉ 細帯状シール部材
３ 粉体
４ パイルもしくはファイバー
４ａ パイルを有するパイル織物の弾性基布
４ｂ ファイバーの植毛された弾性基材
５ 回転体
５ａ 回転軸
６ 支持枠
６ａ 回転軸支承面
６ｂ 軸受
７ 円筒状の成形体
７ａ 円筒状に押出し成形した成形体
７ｂ 薄板をスパイラル状に巻き回して円筒状とした成形体
８ 電子写真の画像処理装置
８ａ 感光体ドラム
８ｂ 転写ローラ
８ｃ 光学部
８ｄ 帯電器
８ｅ クーリングブレード
９ 現像剤担持ローラ
１０ 供給ローラ
１０ａ 回転軸
１１ トナー容器
１１ａ 撹拌ローラ軸
１２ 巻きつけ用軸
１３ 粉体ミキサー
１４ 撹拌羽根
１５ 回転軸

Claims (6)

1. 粉体を取り扱う回転装置の回転体の回転軸から粉体の漏出を阻止する円筒状軸シール材からなり、パイル有するパイル織物の弾性基布もしくはファイバーの植毛された弾性基材からパイルもしくはファイバーを中心側に弾性基布もしくは弾性基材を外周側に配設して円筒状のシール部材を形成し、円筒状のシール部材の弾性基布または弾性基材の外周に円筒状支持部材を配設した円筒状軸シール材において、円筒状軸シール材の回転防止として、パイルもしくはファイバーからなる円筒状のシール部材の外周に配設の円筒状支持部材の材質をパイルもしくはファイバーの摩擦係数と同じかもしくはそれより高い摩擦係数の材質としたことを特徴とする円筒状軸シール材。
2. 円筒状のシール部材のパイルもしくはファイバーは、天然ファイバー、人造ファイバーもしくは合成ファイバーからなり、パイルもしくはファイバーの単位面積当りの本数Ｎは、下記の（１）式に示す範囲を満足することを特徴とする請求項１に記載の円筒状軸シール材。
   ［Ｌ／｛２×（２Φ_ｔ＋Φ_Ｆ）｝］²＜Ｎ≦［Ｌ／（２×Φ_Ｆ）］²……（１）
   なお、Ｌは円筒状のシール部材となるシール部材の単位長さ、Φ_Ｆは平均パイル径もしくは平均ファイバー径、Φ_ｔは粉体の平均粒子径である。
3. 円筒状のシール部材のパイルもしくはファイバーの長さｌ及び回転軸周囲におけるパイルもしくはファイバーの間のオーバーラップ量δは、下記の（２）式に示す関係を満足することを特徴とする請求項２に記載の円筒状軸シール材。
   δ＞ｌ−［ｌ×｛（Φ_Ｆ＋２Φ_ｔ）／Ｐ｝］……（２）
   なお、（２）式において、
   Ｐ＝Ｌ／（Ｎ）^1/2……（３）
   の関係を有する。
   なお、Ｐはパイルもしくはファイバーの間の平均ピッチである。
4. 円筒状軸シール材の円筒状支持部材は、軟質樹脂部材または熱可塑性エラストマー部材からなる単層のパイプまたはチューブからなる円筒状支持部材、もしくは、内層を硬質樹脂部材または金属部材と、その外層を軟質樹脂部材または熱可塑性エラストマー部材あるいはウレタン樹脂コーティング層とした２色成形の複層のパイプまたはチューブからなる円筒状支持部材からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の円筒状軸シール材。
5. 円筒状軸シール材の円筒状支持部材の複層の外層が金属部材からなる場合には、金属部材の表面に軟質樹脂部材もしくは熱可塑性エラストマー部材を配設もしくはウレタン樹脂コーティング層を形成していることを特徴とする請求項４に記載の円筒状軸シール材。
6. 円筒状軸シール材の円筒状支持部材を構成するパイプもしくはチューブは円筒状に押出し成形した成形体あるいは薄板をスパイラル状に巻き回して円筒状とした成形体からなることを特徴とする請求項５に記載の円筒状軸シール材。

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