(57)【要約】      （修正有）【課題】低い摺動トルクおよび高いシール性を兼ね備えると共に、耐久性に優れたシール材、およびシール機構を提供する。【解決手段】シール材１０は、構造体３０の孔部３５と、この孔部３５内に挿入されるシャフト３４との間をシールするためのシール材であって、シャフト３４の構造体３０に対する相対移動時に内周面Ａがシャフト３４と摺動するリング状の形態を有し、繊維とエラストマーとが一体化された摺動層１３を少なくとも内周面Ａ側に備えた弾性材から構成されていると共に、構造体３０への取付状態において外面１１は、内周面Ａ側が外周面Ｂ側よりも構造体３０の外側に位置するように傾斜した斜面状で構成されている。【選択図】図１
2015197179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の孔部と、この孔部内に挿入されるシャフトとの間をシールするためのシール材であって、
前記構造体に対するシャフトの相対移動時に内周面が前記シャフトと摺動するリング状の形態を有し、繊維とエラストマーとが一体化された摺動層を少なくとも内周面側に備えた弾性材から構成されていると共に、前記構造体への取付状態において外面は、内周面側が外周面側よりも構造体の外側に位置するように傾斜した斜面状で構成されていることを特徴とするシール材。
【請求項２】
前記弾性材が、前記摺動層と、この摺動層の外周面に設けられた弾性外皮層とを備えた請求項１に記載のシール材。
【請求項３】
前記摺動層が、短繊維を分散させたエラストマーからなる請求項１または２に記載のシール材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のシール材が、構造体の孔部におけるシャフト挿入口またはその外側に形成したシール材収納凹部内に取り付けられていることを特徴とするシール機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構造体の孔部と、この孔部内に挿入されるシャフトとの間をシールするためのシール材およびシール機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー等の粉体を取り扱う装置の回転シャフトをシールして粉体の漏出を阻止するシール材として、特許文献１には、パイルもしくはファイバーシートを円筒状にし、その外周側を金属支持部材で拘束した円筒状シール部材が開示されている。この円筒状シール部材は、パイルやファイバーでシャフトの周りを適度な圧縮力で押さえ込むため、摺動トルクとシール性のバランスをとることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記円筒状シール部材を構成するパイルやファイバーは耐久性が低く、さらにパイルやファイバー間に粉体が入るとシール性が低下するため、長期間使用する装置には使用できないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、低い摺動トルクと高いシール性とを兼ね備えると共に、耐久性に優れたシール材、およびシール機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の構成からなる。
（１）構造体の孔部と、この孔部内に挿入されるシャフトとの間をシールするためのシール材であって、前記構造体に対するシャフトの相対移動時に内周面が前記シャフトと摺動するリング状の形態を有し、繊維とエラストマーとが一体化された摺動層を少なくとも内周面側に備えた弾性材から構成されていると共に、前記構造体への取付状態において外面は、内周面側が外周面側よりも構造体の外側に位置するように傾斜した斜面状で構成されていることを特徴とするシール材。
（２）前記弾性材が、前記摺動層と、この摺動層の外周面に設けられた弾性外皮層とを備えた前記（１）に記載のシール材。
（３）前記摺動層が、短繊維を分散させたエラストマーからなる前記（１）または（２）に記載のシール材。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載のシール材が、構造体の孔部におけるシャフト挿入口またはその外側に形成したシール材収納凹部内に取り付けられていることを特徴とするシール機構。
なお、本発明における構造体に対するシャフトの相対移動とは、シャフトが中心軸の周りを回転する、あるいはシャフトの軸方向に沿って移動（往復動等）する場合をも含み、さらに、孔部を有する構造体（装置等）がシャフトに対して回転またはシャフトの軸方向に沿って移動する場合も含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のシール材は、繊維とエラストマーとが一体化された摺動層を少なくとも内周面側に備えた弾性材から構成されると共に、構造体への取付状態において外面は、シール材の内周面側が外周面側よりも構造体の外側に位置するように傾斜した斜面状で構成されているので、低い摺動トルクおよび高いシール性を兼ね備えると共に、耐久性に優れる。さらに、シャフトの軸方向におけるシャフトの構造体に対する相対移動により、シャフト軸の外周面に付着したゴミ等を外面に移動させ、シャフト軸の外周面からゴミを効率よく減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るシール機構を示す概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るシール機構を示す概略断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態に係るシール機構を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
〔本発明の一実施形態〕
図１は、本発明の一実施形態に係るシール機構を示している。本実施形態のシール機構に使用されているシール材１０は、構造体３０の孔部３５と、この孔部３５内に挿入されるシャフト３４との間を埃等が侵入しないようにシールするためのものである。より詳しくは、シール材１０は、構造体３０に対するシャフト３４の相対移動時に内周面Ａがシャフト３４と摺動するリング状の形態を有し、繊維とエラストマーとが一体化された摺動層１３を内周面Ａ側に備え、外周面Ｂ側に弾性外皮層１４が設けられた弾性材から構成されている。そして、構造体３０への取付状態においてシール材１０の外面１１は内周面Ａ側が外周面Ｂ側よりも構造体３０の外側に位置するように傾斜した斜面状で構成され、内面１２も同様の斜面状で構成されている。
【００１１】
シール材１０は、図１に示すように、構造体３０のシャフト挿入口３１に形成されたシール材収容凹部３２内に嵌入され、外面１１の一部にシール保持材３３が当接してシール材１０を保持している。斜面状に傾斜した外面１１は内周面Ａ側が外周面Ｂ側よりも構造体３０の外側に突出し、シャフト３４の周りをシールする。シール材収容凹部３２は、孔部３５と連通し、かつ孔部３５の径よりも大きい内径を有する。
【００１２】
外面１１は、シール材１０をシール材収容凹部３２内に取り付けた際、前記したように斜面状に傾斜していることが重要である。これにより、シャフト３４の構造体３０に対する相対移動により、シャフト３４の外周面に付着した埃やゴミなどをシール材１０の外面１１に沿って移動させることができ、シール材１０とシャフト３４との摺動部位に埃やゴミが滞留し蓄積するのを回避することができる。
【００１３】
外面１１の傾斜角度は、シール材１０の使用用途などに応じて適宜調整すればよく、通常、シャフト３４の軸方向に対して５〜４５°、好ましくは１０〜３５°である。また、内面１２も外面１１と同じ傾斜角度であるのがよい。
【００１４】
シール材１０の厚さ、すなわちシャフト３４の軸方向に平行な厚さは、特に限定されないが、通常、１〜１０ｍｍ程度であるのがよい。また、シール材１０の外面１１および内面１２は、図１に示すような円錐台形状である以外にも、例えば略半球形又は逆半円型などであってもよい。
【００１５】
シール材１０の内周面Ａ（貫通孔）の口径は、シャフト３４の外径よりも小さく、かつシャフト３４をシール材１０の貫通孔に嵌入した際、適切な摺動トルクとすることができる口径であればよく、シール材３４の使用用途などに応じて適宜調整される。これにより、シャフト３４をシール材１０の貫通孔に嵌入すると、シール材１０の内周面Ａの口径が押し開かれ、圧縮応力が発生する。シャフト３４にかかる押圧力は、主にこの圧縮応力に起因するものであるため、摺動トルクおよびシール性のバランスの取れた押圧力でシャフト周りを長期間安定してシールすることができる。
シール材１０の内周面の形状は、シャフト３４の動作時に内周面Ａとシャフト３４の外周面との間に空隙が発生するのを抑制できるように、シャフト３４の形状に合わせて適宜調整される。
【００１６】
シール材１０の内周面Ａ側にある摺動層１３は、繊維とエラストマーとを一体化したものである。これにより、貫通孔に接触するシャフト３４の摺動抵抗が低く、摺動摩擦に対する耐久性に優れるシール材とすることができる。
【００１７】
摺動層１３の厚みは、特に限定されず、シール材１０の使用用途などに応じて適宜調整すればよい。なお、摺動層１３の厚みとは、シャフト３４の半径方向の厚みをいう。
【００１８】
摺動層１３を構成するエラストマーは、主に、繊維の耐久性を向上させるものである。摺動層１３を構成するエラストマーの材質としては、例えば、例えば、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ハイパロン、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ミラブルウレタン、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンまたは熱可塑性ポリエステルなどのエラストマーが挙げられ、これら一種以上が使用される。摺動層１３を構成するエラストマーには、加硫剤、加硫促進助剤および補強剤が配合されてもよい。加硫剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物、有機硫黄化合物、金属酸化物などが挙げられる。加硫促進助剤としては、例えば、ステアリン酸などの脂肪酸、金属酸化物などが挙げられる。補強剤としては、例えば、カーボンブラック、ホワイトカーボンなどが挙げられる。さらに、例えば、老化防止剤、充填剤、可塑剤、粘着剤などもまた配合され得る。これら以外に、摺動抵抗を小さくするために、グラファイト、シリコンオイル、フッ素パウダー、又は二硫化モリブデン等の固体潤滑剤がエラストマーに含まれても良い。
【００１９】
摺動層１３を構成する繊維は、主に、シャフト３４の外周面と接触摺動するものであり、シャフト３４の周りの摺動抵抗を小さくする主要因となる。
摺動層１３を構成する繊維の材質としては、例えば、ナイロン繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、テフロン（登録商標）繊維、液晶ポリマー繊維、ガラス繊維、綿糸などが挙げられる。摺動層１３を構成する繊維は、布材の形態であってもよく、短繊維の形態でエラストマーに混合してもよい。
布材としては、織物布、編物布または不織布が挙げられる。布材の目付け量は、通常２０〜２００ｇ／ｍ２であるが、特に限定されない。
【００２０】
繊維の形態が布材である場合、布材がシャフト３４の外周面と接触摺動するように布材とエラストマーとを一体化させ、一方、短繊維の形態である場合、エラストマーの中に短繊維を混ぜ込んで一体成形することにより、摺動層１３が得られる。
【００２１】
弾性外皮層１４は、シャフト３４が構造体３０に対して相対移動しても、この相対移動に追従して摺動層１３の形状を安定させるものである。これによりシール性を高めることができる。弾性外皮層１４は、長期間摺動層１３の形状を安定させるため、発泡体等の弾性力が変化しやすい構成は適していない。
【００２２】
弾性外皮層１４を構成するエラストマーとしては、例えば、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ハイパロン、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ミラブルウレタン、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンまたは熱可塑性ポリエステルなどのエラストマーが挙げられ、これら一種以上が使用される。
弾性外皮層１４を構成するエラストマーには、短繊維、加硫剤、加硫促進助剤および補強剤が配合されてもよい。短繊維としては、弾性外皮層１４を構成する繊維と同様な種類の短繊維が挙げられる。加硫剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物、有機硫黄化合物、金属酸化物などが挙げられる。加硫促進助剤としては、例えば、ステアリン酸などの脂肪酸、金属酸化物などが挙げられる。補強剤としては、例えば、カーボンブラック、ホワイトカーボンなどが挙げられる。さらに、例えば、老化防止剤、充填剤、可塑剤、粘着剤などもまた配合され得る。
【００２３】
この実施形態のシール材１０は、摺動層１３および弾性外皮層１４の積層体であるが、本発明のシール材はこれに限定されず、短繊維とエラストマーとを一体成形して得られる単一層の成形体であってもよい。短繊維と一体成形するためのエラストマーとしては、前記した弾性外皮層１４を構成するエラストマーと同様のものが使用可能である。
【００２４】
〔使用形態〕
シール材１０は、例えば、下記のようにして設置され、使用される。まず、シャフト３４をシール保持材３３の貫通孔に挿入し、次いでシール材１０の貫通孔内に嵌入した後、シャフト３４を構造体３０の孔部３５内に挿入すると共に、シール材１０をシール材収容凹部３２内に圧入する。次いで、シール保持材３３を構造体３０に固着し、シール材１０の外周面Ｂをシール材収容凹部３２内に密封する。
また、あらかじめシール材１０をシール材収容凹部３２内に圧入し、シール保持材３３を構造体３０に固着した後、シャフト３４をシール材１０の貫通孔を経て構造体３０の孔部３５内に挿入してもよい。
【００２５】
シャフト３４の形状としては、その断面が円形、四角形、多角形などであってもよく、さらにその外周面は、平滑面であるほか、螺旋状の突条部または溝部が形成されていてもよい。
また、シール材１０の外周面Ｂに接着剤を塗布した後、シール材収容凹部３２に圧入してもよい。シール保持材３３は、シール材収容凹部３２内にシール材１０の外周面Ｂを閉じ込め、構造体３０に固着することができるものであれば特に限定されない。
【００２６】
〔製造方法〕
シール材１０の製造方法としては、特に限定されず、例えば、シャフト３４の外周面と同様の形状の棒状物にエラストマーで含浸処理された布材を巻きつけ、さらにその外面に弾性外皮層形成用エラストマーを巻き付け、これを所望のシール材１０の形状に成形可能な上下金型の間に収容し、加圧下で加熱し、その後、金型から取り出し、所定の厚みにカットすることでシール材１０を得ることができる。あるいは、シャフト３４の外周面と同様の形状の棒状物にエラストマーで含浸処理された布材を巻きつけ、金型の間に収容し、流動性のある弾性外皮層形成用エラストマーを金型内に流し込み、常温まで冷却または加熱硬化して金型内から取り出す金型成形法等が挙げられる。
【００２７】
エラストマーによる布材への含浸処理は、エラストマーを溶剤等で溶解し液状とした後、布材を含浸処理する方法が好適に使用される。エラストマーにより布材を含浸処理することで、布材を構成する繊維材の間にエラストマーが入り込み、布材を構成する繊維材同士を接着させてまとめあげ、布材を補強することができる。また、エラストマーを含浸させた布材を摺動層として採用することにより、布材を構成する繊維材同士の擦れによる摩耗が低減されるだけでなく、摺動層とシャフトの間の耐摩耗性を向上させることが可能となる。
【００２８】
〔他の実施形態〕
図２は、本発明の他の実施形態に係るシール機構を示している。この実施形態で使用されているシール材４０は、外面１１１が前述の実施形態における外面１１と同様に、内周面Ａ側が外周面Ｂ側よりも構造体３０の外側に位置するように傾斜した斜面状で構成されているが、内面１２１がシャフト３４の軸方向にほぼ直交する垂直面である点で、前述の実施形態と異なる。さらに、外周面Ｂの径は、シール材４０がシール材収容凹部３２内に圧入された際、摺動トルクおよびシール性のバランスの取れた押圧力でシャフト周りを長期間安定してシールすることができるように、内周面Ａの口径などに応じて適宜調整される。その他は、前述の一実施形態に係るシール機構と同じであるので、同一構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
このようなシール材４０であっても、耐久性およびシール性に優れ、適切な摺動トルクとすることができる。
【００３０】
〔さらに他の実施形態〕
図３は、本発明のさらに他の実施形態に係るシール機構を示している。この実施形態では、構造体５０の外側に位置するシール保持材５１に設けられたシール材収容凹部５２内に、図１に示したと同様なシール材１０が取り付けられている。その他は、図１に示した実施形態と同じである。この場合は、シール材１０をシール材収容凹部５２に接着剤で接着させ、シール材１０とシール保持材５１を一体化したものを構造体５０に取り付けても良い。
【００３１】
本発明のシール材およびシール機構は、例えば、自動車、モータバイク、自転車、アミューズメント用乗り物、モータボート、鉄道車両、船舶、航空機、宇宙船などの乗り物や、各種の機械、工作機、ロボット、振動を嫌う生産設備、半導体製造装置、チップマウンターなどの産業機械、その他に使用される回転軸などのシャフトの軸封として適用するシール材として使用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０，４０    シール材
１１，１１１  外面
１２，１２１  内面
１３          摺動層
１４          弾性外皮層
３０，５０    構造体
３１          シャフト挿入口
３２，５２    シール材収容凹部
３３，５１    シール保持材
３４        シャフト
３５        孔部
【図１】
2015197179.tif 000003
【図２】
2015197179.tif 000004
【図３】
2015197179.tif 000005