(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】構造体３０の孔部３１と、この孔部３１内に挿入されるシャフト３２との間をシールするためのシール材１０であって、構造体３０に対するシャフト３２の相対移動時に内周面１１がシャフト３２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１２を少なくとも内周面１１側に備えた弾性材から構成され、構造体３０への取付状態において外面１５および内面１７にそれぞれ少なくとも１つの溝１６，１８を有し、一方の面１５における溝１６の深さは、シャフト３２の軸方向のシール材１０の長さＬの半分以上であり、他方の面１７における溝１８の深さは、溝１８の先端位置が一方の溝１６の先端位置と同じか、それよりも長く形成されている。【選択図】図１
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【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および内面にそれぞれ少なくとも１つの溝を有し、
前記シャフトの軸方向において、前記外面および内面の溝のうち、一方の面における溝の深さは、前記シャフトの軸方向のシール材の長さの半分以上であり、他方の面における溝の深さは、溝の先端位置が前記一方の溝の先端位置と同じか、それよりも一方の面側に向かって長く形成されていることを特徴とするシール材。
【請求項２】
前記一方および他方の溝の深さは、それぞれ前記シャフトの軸方向のシール材の長さの２／３以下である請求項１に記載のシール材。
【請求項３】
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または２に記載のシール材。
【請求項４】
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１〜３のいずれかに記載のシール材。
【請求項５】
請求項１〜４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内またはシャフト挿入口の外周縁に密着して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、シャフトの周りをシールする、シール圧縮力緩和形状を有するシール材およびこれを用いた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および内面にそれぞれ少なくとも１つの溝を有し、前記シャフトの軸方向において、前記外面および内面の溝のうち、一方の面における溝の深さは、前記シャフトの軸方向のシール材の長さの半分以上であり、他方の面における溝の深さは、溝の先端位置が前記一方の溝の先端位置と同じか、それよりも一方の面側に向かって長く形成されていることを特徴とするシール材。
（２）前記一方および他方の溝の深さは、それぞれ前記シャフトの軸方向のシール材の長さの２／３以下である前記（１）に記載のシール材。
（３）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）または（２）に記載のシール材。
（４）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）〜（３）のいずれかに記載のシール材。
（５）前記（１）〜（４）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内またはシャフト挿入口の外周縁に密着して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ので、高いシール性を備えると共に、耐久性に優れる。また、構造体への取付状態において外面および内面にそれぞれ形成された溝によって、外周からシャフトへの外部圧縮力を緩和させることができ、適切な摺動トルクにすることができる。
【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】本発明の一実施形態に使用されるシール材の概略部分断面図である。
【図３】本発明におけるシール材の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図４】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。
【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す概略断面図である。図２は、本実施形態に使用されるシール材の概略部分断面図である。本実施形態のシール機構に使用されるシール材１０は、構造体３０の孔部３１と、この孔部３１内に挿入されるシャフト３２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３２の相対移動時に内周面１１がシャフト３２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１２を内周面１１側に、弾性外皮層１３を外周面１４側に備え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１５に断面略三角形状の外面溝１６が、内面１７に断面略三角形状の内面溝１８がそれぞれ形成されている。外面溝１６は外面１５の表面に、内面溝１８は内面１５の表面にそれぞれシール材１０の全周にわたって且つ円形リング状のシール材１０と同心円状に形成されている。
【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３３に形成されたシール材収容凹部３４内に圧入され、外面１５の一部にシール保持材３５が当接してシール材１０を保持している。シール材収容凹部３４は、孔部３１と連通し、かつ孔部３１の径よりも大きい内径を有する。
【００１２】
図２に示すように、シャフト３２の軸方向において、外面１５および内面１７の溝１６，１８のうち、外面１５における外面溝１６の深さＬ１は、シャフト３２の軸方向のシール材１０の長さＬの半分以上であり、内面１７における内面溝１８の深さＬ２は、内面溝１８の先端位置１８ａが外面溝１６の先端位置１６ａよりも外面１５側に向かって長く形成されている。これにより、シール材１０がシール材収容凹部３４内に圧入された際、外周面１４とシール材収容凹部３４の内周面との接触により発生するシール材１０の締め付け力（以下、外部圧縮力という）がシャフト３２の外周面にかかる押圧力に加勢するのを緩和することができ、適切な摺動トルクにすることができる。すなわち、シール材１０がシール材収容凹部３４内に圧入された際、外周面１４がシール材収容凹部３４の内周面に接触して、シール材１０は、シャフト３２の軸方向に対して垂直な方向（以下、シャフト３２の半径方向という）において、シャフト３２の軸芯に向かって締め付けられる。この際、シャフト３２の半径方向において、外周面１４とシャフト３２の軸芯との間に、外周溝１６および内周溝１８の少なくとも一方が介在するため、外部圧縮力がシャフト３２の外周面にかかる押圧力に直接的に作用することは妨げられる。そのため、シール材１０は、シール圧縮力緩和形状であり、外面溝１６、内面溝１８などの溝のないリング状の形態のシール材に比べて、外部圧縮力を緩和でき、適切な摺動トルクにすることができる。
なお、シール材１０では、内面溝１８の深さＬ２は、先端位置１８ａが先端位置１６ａよりも外面１５側に形成されているが、本発明はこれに限定されず、内面溝の深さは、内面溝の先端位置が外面溝の先端位置と同じとなるように形成されていてもよい。このようなシール材も、上述したように、外部圧縮力を緩和でき、適切な摺動トルクにすることができる。
【００１３】
外面溝１６の深さＬ１、内面溝１８の深さＬ２はともに、シール材１０の長さＬに対して、好ましくは２／３以下、より好ましくは３／５以下であるのがよい。これにより、低い摺動トルクを備えると共に、耐久性に優れたシール材１０とすることができる。
【００１４】
なお、本実施形態では、外面溝１６と内面溝１８とは溝の深さ、溝の形状等が同一であるが、本発明ではこれに限定されず、外面および内面の溝のうち、一方の面における溝の深さは、シャフトの軸方向のシール材の長さの半分以上であり、他方の面における溝の深さは、溝の先端位置が一方の溝の先端位置と同じか、それよりも一方の面側に向かって長く形成されていれば、外面における溝と内面における溝とは溝の深さ、溝の形状等が同一でなくともよい。本発明における一方の面が外面を指す場合、他方の面とは内面を指し、一方の面における溝の深さとは、外面に溝が複数ある場合、外面における溝の深さのうちの最大の深さをいい、シール材１０のように外面に溝が１つある場合、その溝の深さをいう。
シール材の長さとは、シール材のシャフトの軸方向における長さをいう。シール材１０では、シャフトの軸方向における、摺動層１２の長さと、弾性外皮層１３の長さとが同一であるため、摺動層１２の長さ（弾性外皮層１３の長さ）がシール材の長さとなるが、本発明ではこれに限定されず、弾性外皮層の長さが摺動層の長さより長くてもよく、かかる場合、弾性外皮層の長さがシール材の長さとなる。
【００１５】
外面溝１６、内面溝１８の空隙部の体積は、構造体３０への取付状態において、空隙が存在する大きさであればよく、シャフト３２が構造体３０に対して相対移動した際にも空隙が存在している大きさであるのが好ましい。これにより、上述した外部圧縮力を効果的に緩和することができるとともに、溝のないリング状の形態のシール材に比べて弾性率が低下し、シール材１０はバネ特性を発揮することができ、例えば、シャフト３２が構造体３０に対して相対移動しても、シャフト３２の外周面にかかる押圧力を一定に保持しやすくなる。さらに、シール材１０の外径の長さの調整機構として機能し、外面溝１６、内面溝１８などの溝のないリング状の形態のシール材を製造する場合に比べて、外径のサイズ精度が低くても、低い摺動トルクと、高いシール性とを兼ね備えると共に、耐久性に優れるシール材を製造することができるので、シール材の生産性を高めることができる。
【００１６】
シール材１０の内周面１１（貫通孔）の口径は、シャフト３２の外径よりも小さく、かつシャフト３２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１０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３２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１１の口径が押し開かれ、圧縮応力が発生する。シャフト３２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。さらに、シャフト３２の構造体３０に対する相対移動により、シャフト３２の外周面に付着した埃やゴミなどをシール材１０の外面１５に沿って移動させることができ、シール材１０とシャフト３２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。
シール材１０の内周面の形状は、シャフト３２の動作時に内周面１１とシャフト３２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３２の形状に合わせて適宜調整される。
【００１７】
シール材１０の外周面１４の外径は、シール材収容凹部３４の内径よりも大きければ特に限定されず、通常、シール材収容凹部３４の内径に対して１．００５〜１．２倍である。シール材１０の外径を、シール材収容凹部３４の内径よりも大きくすることで、構造体３０の孔部３１と、この孔部３１内に挿入されるシャフト３２との間を埃等が侵入しないように確実にシールすることができるとともに、シャフト３２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１２の形状を安定させることができる。
【００１８】
シール材１０の厚さ、すなわちシャフト３２の軸方向におけるシール材１０の長さＬは、特に限定されないが、通常、１〜１０ｍｍ程度であるのがよい。
【００１９】
シール材１０の内周面１１側にある摺動層１２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３２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。
【００２０】
摺動層１２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１２の厚みとは、シャフト３２の半径方向の厚みをいう。
シャフト３２の軸方向における摺動層１２の長さは、弾性外皮層１３の長さと同一であるが、本発明ではこれに限定されず、弾性外皮層の長さより短くてもよく、シール材１０の使用用途に応じて適宜調整すればよい。
【００２１】
摺動層１２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１２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１２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。
【００２２】
摺動層１２を構成する繊維は、主に、シャフト３２の外周面と接触摺動するものであり、シャフト３２の周りの摺動抵抗を小さくする主要因となる。
摺動層１２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１２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。
【００２３】
繊維の形態が布材である場合、布材がシャフト３２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１２が得られる。
【００２４】
弾性外皮層１３は、シャフト３２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１２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１３は、長期間摺動層１２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。
【００２５】
弾性外皮層１３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１３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１３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。
【００２６】
この実施形態のシール材１０は、摺動層１２および弾性外皮層１３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１３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。
【００２７】
〔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３２をシール保持材３５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３２を構造体３０の孔部３１内に挿入すると共に、シール材１０をシール材収容凹部３４内に圧入する。次いで、シール保持材３５を構造体３０に固定具３６を用いて固着し、シール材１０の外周面１４をシール材収容凹部３４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３４内に圧入し、シール保持材３５を構造体３０に固着した後、シャフト３２をシール材１０の貫通孔を経て構造体３０の孔部３１内に挿入してもよい。
【００２８】
シャフト３２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１４に接着剤を塗布した後、シール材収容凹部３４に圧入し接着してもよい。シール保持材３５は、シール材収容凹部３４内にシール材１０の外周面１４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。
シャフト３２の軸方向におけるシール材収容凹部３４の長さは、シール材１０の長さＬと同等であるか、あるいはシール材の長さ１０より短くてもよい。
【００２９】
〔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３２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し、溝加工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３２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。
【００３０】
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。
【００３１】
〔他の実施形態〕
本発明のシール材の他の形態を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。図３（ａ）は、外面１５に断面矩形状の外面溝２０，２１、内面１７に断面矩形状の内面溝２２を有しているシール材１９を示している。図３（ｂ）は、外面１５に断面略半円状の外面溝２４、内面１７に断面略半円状の内面溝２５を有しているシール材２３を示している。図３（ｃ）は、外面１５に断面略半円状の外面溝２７、内面１７に断面略半円状の内面溝２８を有しているシール材２６を示している。図３（ａ）〜（ｃ）において、その他は、前述の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００３２】
このようなシール材１９，２３，２６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。
【００３３】
〔他の実施形態〕
図４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。
【００３４】
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】
【００３５】
１０，１９，２３，２６    シール材
１１    内周面
１２    摺動層
１３    弾性外皮層
１４    外周面
１５    外面
１６，２０，２１，２４，２７    外面溝
１７    内面
１８，２２，２５，２８    内面溝
３０，５０    構造体
３１    孔部
３２    シャフト
３３    シャフト挿入口
３４，５２    シール材収容凹部
３５，５１    シール保持材
３６    固定具
【図１】
2015232371.tif 000003
【図２】
2015232371.tif 000004
【図３】
2015232371.tif 000005
【図４】
2015232371.tif 000006