(57)【要約】【課題】軸受けシール部での摩擦熱によって異常画像が生じるのを防止できる構成を備えた軸受け構造を提供する。【解決手段】内部に挿通される回転軸２３の軸受１６を備え、該軸受１６には前記回転軸外周面に接触するリップ部１９ａを備えたシール材１９が用いられる軸受け構造であって、前記回転軸２３の外周面で前記シール材１９に接触する位置にシール材摩耗促進部としてシール材１９のリップ１９ａに接触可能な凹形状の小溝２３ｅを設けたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に挿通される回転軸の軸受けを備え、該軸受けには前記回転軸外周面に接触するリップ部を備えたシール材が用いられる軸受け構造であって、
前記回転軸の外周面で前記シール材に接触する位置にシール材摩耗促進部を設けたことを特徴とする軸受け構造。
【請求項２】
前記シール材摩耗促進部は、前記回転軸の外周面で軸方向に長手方向を有した凹形状の溝で構成されていることを特徴とする請求項１記載の軸受け構造。
【請求項３】
前記凹形状の溝は、回転軸の軸方向に対して周方向に向けて傾斜させてあることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受け構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の軸受け構造を用いる現像装置であって、
前記シール材摩耗促進部に用いられる凹形状の溝の深さおよび前記回転軸の周方向に沿った幅がトナーの体積平均粒径よりも小さくされていることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
前記凹形状の溝の深さおよび周方向に沿った幅は３μｍよりも大きいことを特徴とする請求項４記載の現像装置。
【請求項６】
前記凹形状の溝は、トナーを搬送できる方向に傾斜させてあることを特徴とする請求項４または５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記回転軸における前記シール材に接触する軸方向の領域に設けられた高硬度材料部と、前記シール材に接触しない領域に設けられた高熱伝導材料部とが用いられることを特徴とする請求項１ないし６に記載の軸受け構造。
【請求項８】
前記高硬度材料部には、ステンレス鋼が用いられることを特徴とする請求項７記載の軸受け構造。
【請求項９】
前記高熱伝導材料部には、アルミニウム合金が用いられることを特徴とする請求項７記載の軸受け構造。
【請求項１０】
請求項１、２、６乃至９のうちのいずれか一つに記載の軸受け構造を用いる現像装置であって、
前記回転軸は、単一の回転軸が用いられることを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
請求項４乃至６または請求項１０のうちのいずれか一つに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受け構造、現像装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、回転部に用いられる軸受けのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シール構造を用いる軸受け構造を備えた装置の一つとして、画像形成に用いられる現像剤を撹拌する撹拌部材などの回転部材を装備した現像装置がある。
現像装置では、キャリアを含まない一成分系あるいはキャリアを含む二成分系現像剤が用いられるが、近年、画像品質向上を目的として小粒径のトナーを用いる傾向となっている。
このようなトナーを用いる現像剤は、現像装置内で回転可能な撹拌部材により撹拌されることにより帯電されるが、小粒径であることにより撹拌部材に用いられる回転部材の軸受けから現像装置外に漏洩する虞が高まる。
【０００３】
従来、現像装置からトナーを含む現像剤の漏洩を防止する構成としては、漏れやすい箇所である軸受けを対象としてシール構造を用いることが知られている。
軸受けシール構造としてはシールリングが知られており、そのなかで内部に挿通される回転軸外周面に圧接して密封可能なリップ片を内周面に備えたゴム製のシールリングであるＧシールを用いる構造が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、回転軸の軸方向に沿って２箇所に断面略Ｇ型のＧシールを配置し、シール構造として一般的な断面略Ｖ型のＶシールを用いた場合の不具合である、トナー漏れの不完全さを抑制する構成が開示されている。
【０００４】
Ｇシールを用いた場合、回転軸外周面とリップとが接触していることでリップに摩擦熱が発生することがある。
摩擦熱が発生すると、Ｇシールのリップが摩擦熱によって固着してしまう虞がある。
このような現象がいったん生じると、トナーの固まりが成長していき、シール部分から現像剤に混入して異常画像やロック等の新たな不具合が発生していた。
【０００５】
摩擦熱および上述した不具合は、回転軸の回転数によっても影響が異なる。
例えば、低速機と称するたとえば駆動軸の回転数が３１５ｒｐｍ程度の画像形成装置や、中速機と称する、例えば、駆動軸の回転数が４１１ｒｐｍ程度の画像形成装置では起こりにくい。
しかし、高速機と称するタイプの画像形成装置で同様の構成とした場合、駆動軸の回転数が４６８ｒｐｍ程度へと上がり、Ｇシールと軸との摩擦熱が大きくなるため、非常に発生しやすくなる。
特に、高速機で現像装置を連続駆動した場合、装置の温度は約５０℃まで上昇し、軸受シール部分で発熱すると局所的にトナー軟化温度である７０℃以上となる場合が生じやすくなる。
【０００６】
従来、このような発熱を抑える対策として、Ｇシール部にグリスを封入し、潤滑させることで発熱を少なくしてトナー固着の発生を防止する軸受シール構造を用いることが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、Ｇシール部にグリスを封入し、潤滑させることで発熱を少なくし、トナー固着の発生を防止する軸受シール構造においては、封入したグリスが少しずつ現像装置の内部に染み出して現像剤に混入して凝集体を形成し異常画像が発生するという新たな問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来の軸受け構造における問題に鑑み、軸受シール部での摩擦熱によって異常画像が生じるのを防止できる構成を備えた軸受け構造、現像装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明は、内部に挿通される回転軸の軸受けを備え、該軸受けには前記回転軸外周面に接触するリップ部を備えたシール材が用いられる軸受け構造であって、前記回転軸の外周面で前記シール材に接触する位置にシール材摩耗促進部を設けたことを特徴とする軸受け構造にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転軸の外周面でシール材に接触する位置にシール材摩耗促進部を設けて極度の摩擦接触を緩和させることができる。これにより、摩擦を軽減するためのグリスなどを用いることなく、リップ部先端での異常な摩擦熱の発生を抑えて異常画像の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る軸受け構造およびこれを用いる現像装置を含む画像形成装置の要部を説明するための図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に用いられる軸受けの構成を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る軸受け構造の特徴部を説明するための回転軸の構成を示す図である。
【図４】図３に示した特徴部を用いた軸受け構造を説明するための断面図である。
【図５】図４に示した軸受け構造での作用を説明するための線図である。
【図６】図３に示した特徴部の変形例を用いた軸受け構造を説明するための断面図である。
【図７】図３または図４に示した軸受け構造を用いる現像装置の構造の一部を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る軸受け構造の別実施例による軸受け構造を示す断面図である。
【図９】図８に示した軸受け構造の要部変形例を示す断面図である。
【図１０】図８に示した軸受け構造での作用を説明するための線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図示実施例に基づき本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る軸受け構造を用いる現像装置１０が含まれた画像形成装置１００の要部を示している。
画像形成装置１００は、ドラム状の感光体５０を備え、その周囲には、矢印で示す回転方向に沿って画像形成処理を行うための帯電装置５１、書き込み装置（図示されず）、現像装置１０、転写装置５２、クリーニング装置５３を備えている。なお、図１は、画像形成装置１００の要部のみを示しているので、これ以外に画像形成装置に用いられる装置である給紙装置や定着装置、定着装置などは示されていない。
【００１３】
現像装置１０には、トナーとキャリアとからなる二成分系現像剤が収容されており、内部には、トナー補給部１１に設けられているトナー補給ローラ１１ａ、供給ローラ１２および撹拌パドル１３が備えられている。
現像装置１０では、現像剤中のトナーが不足した場合、トナー補給ローラ１１ａによりトナー補給部１１からトナーが補給され、供給ローラ１２を介して撹拌パドル１３により攪拌混合されたうえで現像ローラ１４に向け供給される。
【００１４】
各ローラは、自身の回転軸が軸受けにより支持されて回転するようになっており、図２には、撹拌パドル１３を対象とした軸受け構造が示されている。
図２において軸受１６は、軸受ケース１７、玉軸受１８、および回転軸（図示されず）の軸方向に沿って配置された第１のＧシール１９、第２のＧシール２０により構成されている。
両Ｇシール１９、２０はフッ素ゴム等の弾性体でリング状に成形され、内周部に形成されたリップによって軸をラジアル方向に締め付けてシールするシールリングである。 
軸受ケース１７は、結晶性樹脂であるポリアセタール樹脂等の成形品で構成されている。
ｘたとえばφ８軸用のフッ素ゴム製の第１のＧシール１９を図中右側から圧入した後、第２のＧシール２０を図中左側から圧入し、さらにφ８軸用の玉軸受１８を圧入して形成されている。 
【００１５】
経験的にポリアセタール樹脂等の結晶性樹脂からなる樹脂成形品は、例えばＡＢＳ樹脂等の樹脂成形品に比べて、グリスやストレス等の影響による割れを低減することができる。 
したがって、軸受ケース１７をポリアセタール樹脂の成形品で構成することで、グリスや、第１、第２のＧシール材１９、２０の圧入によるストレス等の影響による割れを低減することができる。 
このことにより、軸受ケース１７が割れてグリスが外部に漏れたり無くなったりすることがなく、長期にわたって安定して大きなシール効果が得られる。 
結晶性樹脂としては、ポリアセタール樹脂の他にＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を使用してもよい。また、軸受ケース１７を樹脂で構成することで、製造コストを低減することができる
【００１６】
図３には、本実施形態に係る軸受け構造の特徴部に用いられる撹拌パドル１３の構成が示されている。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）中、矢印Ａで示す方向の矢視図であり、図３（ｃ）は、パドル軸２３の基部２３ａの軸方向と直角な方向の端面を示す図である。
図３においてパドル１３は、図３（ａ）に示すように、ＰＶＣ樹脂等の樹脂成形品である羽根部材２２の両端にステンレス等からなる金属製の一対のパドル軸２３、２４を設けたものである。
【００１７】
一方のパドル軸２３は、羽根部材２２側であって軸受１６で支持する基部２３ａ、先端部２３ｂ、両部の間をつなぐテーパ状の連結部２３ｃ、及びＥリング溝２３ｄからなる。
テーパ状の連結部２３ｃは、テーパ状に形成されていることにより、軸受１６をパドル軸２３に取り付ける際に、第１、第２のＧシール１９、２０がＥリング溝２３ｄの段差部分にひっかかってめくれることを防止することができるようになっている。
【００１８】
この構成を対象として本実施形態に係る軸受け構造での特徴を説明すると次の通りである。
軸受け構造での特徴は、回転軸であるパドル軸２３における外周面の一部で第１，第２のＧシール材１９，２０と接触する位置にシール材摩耗促進部が設けられている点にある。
図３に示す構成では、シール材摩耗促進部として凹形状の溝（以下、便宜状、小溝という）２３ｅが形成されている。
凹形状の小溝２３ｅは、図３（ｃ）に示すように、幅がＷ、深さがＤの底辺角度が９０°のＶ溝のプロファイルからなる。
凹形状の小溝２３ｅの幅Ｗ、深さＤは、現像装置に用いられるトナーの体積平均粒径よりも小さくされ、極小値として３μｍとされている。
このようなサイズとすることで、トナーの進入を阻止しながらリップとの接触機会を増やすようになっている。
【００１９】
以上のような構成の軸受け構造では、図４に示すように、パドル軸２３が軸受１６によって支持される。
図４において、軸受け構造は、パドル軸２３を玉軸受１８に通して現像装置１０の側板１０ａに取付け、先端部２３ｂに設けたＥリング溝２３ｄにＥリング２７を取り付けて抜け止めすることにより構成される。 
図中、現像装置１０の側板１０ａに対して右側が現像装置１０の内部であり、左側が現像装置１０の外部である。 
そしてパドル軸２３の先端部２３ｂの先端部分にはギヤ付きのジョイント（図示せず）を取付け、軸端部からネジ止めする。 
このジョイントに図示しない現像駆動モータから矢印Ｂ方向に駆動力を伝え、一体で成形したギヤによって現像ローラ１４や他の軸に駆動力を伝達させる。
【００２０】
凹形状の小溝２３ｅは、パドル軸２３の軸方向で、第１のＧシール１９、第２のＧシール２０により回転軸外周面を弾性密封するためのリップ１９ａ、２０ａとにそれぞれ対向する位置で軸方向に長手方向を有した状態で形成されている。
凹形状の小溝２３ｅは、パドル１３の回転に伴い、リップ１９ａ，２０ａに対して全周に亘って摺擦することで摩耗させることができ、設置初期での過度なラジアル方向の締め付け状態が短時間でトナーが漏れない程度に緩和された締め付け状態とすることができる。
【００２１】
図５は、パドル１３のトルクの経時変化の実験結果を示す線図である。
図５に示す結果を得るための条件は、表１に示す通りである。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
図５において、従来の構成では、トルクが低下しきるのに２時間程度要した。
これに対し、本実施例でのシール材摩耗促進部として構成された小溝２３ｅ付き軸受け構造では、駆動開始後数分でリップ１９ａ、リップ２０ａ先端が摩耗して、最適締め付けが形成された。これにより、軸受トルクの大半を占めていたシールトルクが排除され、回転トルクが大幅に低減されている。また、これに伴い軸受の温度上昇も低下した結果が得られた。
このような摩耗促進により摩擦熱の発生も抑えられることになるので、高速機で現像装置を連続駆動した場合のように、装置の温度が約５０℃まで上昇するとき、軸受シール部分でトナー軟化温度である７０℃以上となるのを抑制することも可能となる。
【００２４】
なお、トナーやキャリアの漏れ出しに関しては、小溝幅（Ｗ）および小溝深さ（Ｄ）をトナーやキャリアの平均粒径よりも小さくしたのでトナーやキャリアが漏れ出すことは無かった。  小溝幅（Ｗ）および小溝深さ（Ｄ）は３μｍよりも大きくすることでシール材摩耗促進部材として機能することも明かとなった。
【００２５】
以上の構成においては、パドル軸２３の外周面に凹形状の小溝２３ｅを設けるだけの簡単な構成により、リップ１９ａ，２０ａによる軸外周面への締め付けが強いことが原因する摩擦熱の発生を低減することができる。この結果、グリスの供給などの摩擦低減対策を用いることなく、リップ部先端での異常な摩擦熱の発生を抑えて異常画像の発生を防止することができる  
【００２６】
次に、図６において図４に示した軸受け構造における特徴部の変形例について説明する。
図６に示す特徴部は、シール材摩耗促進部の構成としてパドル軸２３の軸方向に対して周方向に向けて傾斜させた点を特徴としている。
図６に示す軸受け構造では、図４に示した軸受け構造と違って、Ｇシールを軸方向で２箇所に設けていない。シール材摩耗促進部は、凹形状の小溝２３ｅ’であるが、小溝２３ｅ’の向きが軸方向に対して周方向に傾けられ、周方向に沿って複数並設されている。
そして、傾く向きとしては、トナーを現像装置内に搬送できる向きとされている。
【００２７】
本実施形態では、図３に示した凹形状の小溝２３ｅのように周方向で１箇所に設けることに限らず、図６に示すように、周方向に複数箇所設けることも可能であり、さらに、Ｇシールの設置数も２個に限らず１個あるいは３個以上としても良い。このような変形例とすることで、周方向に複数箇所設けた場合には、リップに対する小溝の接触機会が増えることで摩耗がより促進されてトルク低減および温度上昇抑制が可能となる。
また、Ｇシールの設置数に応じてその設置箇所をカバーできる小溝の長さを決めるだけで各リップを対象とした摩耗促進が可能となる。
【００２８】
なお、上述した実施例においては、図３に示したように、撹拌パドル１３の軸方向両側に挿通されたパドル軸２３，２４を設けたが、パドル軸がパドル内を貫通する１本の回転軸とすることも可能である。
図７は、この場合の構成を示しており、撹拌パドル３０は、ＰＶＣ樹脂等の樹脂成形品である羽根部材本体３１と、羽根部材本体３１の両側端部に取り付けられた一対のフランジ３２、３３と、１本の貫通軸であるパドル軸３４とから主に構成されている。 
パドル軸３４は例えばステンレス軸からなり、上記一対のフランジ３２、３３のそれぞれの軸孔３２ａ、３３ａを貫通している。
このようなパドル軸３４を対象として、これの軸受け部では、先に説明したシール材摩耗促進部を設けてあることもちろんである。
【００２９】
次に、本実施形態に係る軸受け構造に関する別実施例について説明する。
図８は、図４に示した軸受け構造を対象として、別実施例の特徴を説明するための図である。
本実施例では、上記構成に加えて、以下の構成を有している。
本実施例での特徴は、パドル軸２３の軸方向でシール材に接触する領域に設けられた高硬度材料部２３ｅと、シール材に接触しないで前記高硬度材料部２３ｆに隣接する領域に設けられた高熱伝導材料部２３ａとを備えている点にある。
つまり、図８においてパドル軸２３に設けられているシール材摩耗促進部に代えて、リップ１９ａ，２０ａに接触する軸方向の領域に設けられた高硬度材料部２３ｆと、この領域以外の領域に設けられた高熱伝導材料部２３ａとが用いられている。
図８に示す構成では、パドル軸２３の基部２３ａを高熱伝導材料であるアルミニウムなどの材料で構成されている。また、軸方向でリップ１９ａ、２０ａに接触する領域には、高硬度材料であるステンレス鋼からなる厚さ０．１〜０．５ｍｍのスリーブ２４ｆが嵌め込まれて固定されている。高熱伝導材料部には、アルミニウムそのものに限らず、高熱伝導率を持つものとしてアルミニウム合金を用いることも可能である。
【００３０】
本実施例では、リップ１９ａ、２０ａに接触するパドル軸２３の外周面に設けられている高硬度材料部２３ｆによりリップ１９ａ、２０ａの摩耗が抑制される。これにより、リップ１９ａ、２０ａからトナーが漏れやすくなるのを防止することができる。
一方、仮に高硬度材料部２３ｆにおいてリップの摩耗が生じた場合には、リップとの摩擦による摩擦熱が発生し、その温度上昇が顕著となることもある。
そこで、高硬度材料部２３ｅが嵌め込まれているパドル軸２３の基部２３ａは、高硬度材料部２３ｅに隣接するだけでなく内周面と接触する関係にあるので、高硬度材料部２３ｅで発生した摩擦熱を放散することができる。
これにより、高硬度材料部２３ｅでの温度上昇が抑えられ、リップの熱固着が防止されることになる。
なお、高硬度材料部２３ｆおよび高熱伝導材料部２３ａとの機械的特性および温度特性は表２に示す条件とされている。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
図９は、図８に示した構成の要部変形例を示す図であり、同図には、図６に示した構成と違って、Ｇシール１９がパドル軸２３の軸方向で複数箇所ではなく１箇所に設けられている構成が示されている。
同図において、高硬度材料部２３ｆがＧシール１９のリップ１９ａに対向する位置に設けられている。この構成においても、Ｇシール１９は、軸方向で１箇所だけでなく３箇所以上とすることもでき、高硬度材料部２３ｆは、各シールのリップに対向する領域に設けられる。
【００３３】
図１０は、高速機と称される、駆動軸回転数が４６９ｒｐｍを用いた場合を対象として上記実施例と従来のものとにおける各温度の経時変化を示す線図である。
現像装置の温度は５０℃程度で飽和しているのに対して、従来の軸温度はトナーの軟化温度である７０℃程度まで温度上昇が発生した。一方で上記実施例での軸温度は６０℃程度に抑えられている。
【００３４】
以上の実施例においては、グリスなどの添加を要することなくリップの摩耗を抑制してトナーの漏れを防止する一方、摩耗による発熱時にはその熱を効果的に放熱することができる。これにより、先に説明した実施例と同様に、簡単な構成によりリップの摩擦熱の発生を抑制して異常画像の発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  現像装置
１３  撹拌パドル
２３  パドル軸
２３ａ  高熱伝導材料が用いられるパドル軸の基部
２３ｅ  凹形状の小溝
２３ｅ’傾斜した小溝
２３ｆ  高硬度材料部
３４  単一のパドル軸
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特許第４２３７６９号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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