JP2004353764A - 粉体シール性を有する軸受・回転軸構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】シール部品を設けることなく、成形加工が容易な少ない部品点数を用いて、粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を実現する。
【解決手段】軸受１と回転軸６の２部材からなる粉体をシールする軸受・回転軸構造であって、軸受と回転軸とが径の異なる複数の摺動面３、４を有する粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。 軸受１の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であること。回転軸６が粉体の攪拌、搬送用のスクリュー回転軸であること。粉体がトナーであること。電子写真装置の軸受け・回転軸構造。
【選択図】 図１
【解決手段】軸受１と回転軸６の２部材からなる粉体をシールする軸受・回転軸構造であって、軸受と回転軸とが径の異なる複数の摺動面３、４を有する粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。 軸受１の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であること。回転軸６が粉体の攪拌、搬送用のスクリュー回転軸であること。粉体がトナーであること。電子写真装置の軸受け・回転軸構造。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を収容する容器内部を回転する軸や粉体を攪拌あるいは搬送する回転体の軸受部の構造に関する。特に、電子写真用のトナーに用いる攪拌あるいは搬送用の羽根体を有する回転軸とその軸受の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸受と回転軸との間には、滑らかな回転を維持するために、クリアランスが設けられている。例えば電子写真装置の現像部で使用される軸受と回転軸では片側５〜数１０μｍのクリアランスがあり、このクリアランスにトナー等の微粉体が侵入しないように、種々のシール機構が提案されている。もっとも一般的な例としては、軸受にリング状のゴム製シール（オイルシール）を装着し、ゴム製リップ部を回転軸に圧接することでトナー等の微粉体をシールする方法がある。
シール部品を使用した粉体シール性を有する軸受・回転軸構造の従来例を図７−ａ〜図７−ｄに示した。この従来例は軸受１０１の容器内側にシール部材１０２を挿入する凹部を形成し、該凹部にシール部材１０２を装着し、シール部材に設けられたリップ片を回転軸１０６の摺動面１０３に密着するように圧接してトナーなどの粉体が摺動面に侵入することを防止するものである。高い圧力、あるいはリップの疲労などによってトナー等の粉体が摺動面に侵入し、摺動抵抗が増加し、軸受と回転軸の摩耗が進み、回転抵抗の増大、不安定な回転の発生更に軸受部分からのトナーなどの粉体が漏出する欠点がある。また、軸受、シール部品、回転軸の３部品を用いることとなり、それぞれの加工精度が要求され、また組み付け精度も要求される。特に、シール部品は、小さな部品であって、可動部のリップが回転軸に長時間摺接することとなるので、加工精度、耐久性、組み付け精度が要求される。この従来例の作用については、本実施態様との対比においてさらに記載する。
【０００３】
具体的な軸受の構造としては次のような構造が提案されている。
特開平８−９５３８０号公報（特許文献１）には、回転軸が高速で回転する場合においても良好なシール性を長期間に亘って保持し、しかも安価でコンパクトな構造の電子写真装置の軸受のトナーシール機構として、回転軸を支承する軸受の内端面側の一部をリング状にえぐってリング状空間を形成し、軸方向の外側と内側に、それぞれリップを突設したリング状シール材をリング状空間内に収納しうるように軸受内面に固着し、外側リップは回転軸に当接し、内側リップは軸受内周面に近接するように回転軸に装着したリング状体に当接した軸受のトナーシール機構が開示されている。
【０００４】
特開２０００−８８１０８号公報（特許文献２）には、回転軸周りのシール構造は、回転軸と、この回転軸を回転可能に保持する軸受部材と、上記回転軸の周りにおいて上記軸受部材の側面と上記回転軸のフランジ面との間に挟まれて上記回転軸と平行な方向に圧縮されるシール部材と、からなり、上記軸受部材の側面及び上記回転軸のフランジ面に上記シール部材にくい込む環状凸部を設けて、シール部材の圧縮率が低くても高いシール効果が得られる回転軸周りのシール構造が開示されている。
【０００５】
特開２００３−７６１４５号公報（特許文献３）には、ゴム弾性リングとフェルトからなる不織布リングを熱溶融性プラスチック接着フイルムの可熱溶着加工で一体接着し、弾性リング部と不織布リング部からなる軸受シールリングＡを設け、該シールリングＡをトナー容器の攪拌軸基部に嵌挿し、該不織布リング部の内径孔周面が回転軸の周面に密着すると共に、弾性リング部の内径孔周縁が回転軸の嵌挿方向に押し出され設定寸法捲くれた状態に取付けた後、該回転軸を該軸受孔に挿通し、シールリングＡの弾性リング部の外面を軸受孔の外側周辺に圧接固定し、回転軸の回転時にシールリングＡは回転せず、回転軸がシールリングＡの内径孔内で摩擦回転するように備え、回転軸の周面とシールリングＡの間の摩擦回転面と軸受孔の外側周辺の圧接面からのトナー漏をシールする構造が開示されている。
【０００６】
特開平５−１４２９３５号公報（特許文献４）には、クリーニング室に設けられてケースの開口部を開閉するシャッタと、シャッタを支持する回転軸を受ける軸受との間に、スポンジに薄板を固定した現像剤流出防止体を介在させ、前記回転軸と軸受間の隙間Ｇをスポンジで封鎖するようにし、さらにスポンジの変形を薄板で防ぎ、シャッタの開閉動作に影響を与えないようにして回収したトナーの外部への流出を防止する構造が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−９５３８０号公報
【特許文献２】特開２０００−８８１０８号公報
【特許文献３】特開２００３−７６１４５号公報
【特許文献４】特開平５−１４２９３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来技術はいずれもシール部品を必要としており、この考え方によれば、微粉体の侵入を完全に防止するためには、回転軸とシールとのクリアランスを物理的にゼロにする必要があるため、効果には限界があった。また以下の問題点を有していた。
（１）シールの圧接による回転軸の回転抵抗が増加して駆動モーターの負荷が増加する。省電力化の妨げにもなる。
（２）部品点数が増加し、組み付け工数が増加してコストアップとなる。
（３）部品点数毎に精度管理を要するために、組合せ精度が悪化及び組み付け精度の管理が必要となり、歩留まりの低下となる。
（４）シールを組み込むスペースの確保が必要であるので、形状設計の自由度、小型化が阻害される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来技術によるシール部品を用いることなく、軸受と回転軸の間に、粉体が容易に侵入できない構造とするために、軸受と回転軸の摺動面を径の異なる複数面から構成するものである。軸受・回転軸の主となる摺動部の手前に、連続しない別の摺動部を設けることにより、摺動面の面圧を低下させ、侵入した微粉体の摩擦・剪断発熱を抑えることができる。摺動面を複数設けることにより、微粉体の侵入に寄与する圧力を分散させ、主となる軸受摺動部に到達する前に微粉体のブリッジングによって侵入を停止させる。
【００１０】
課題を解決するための本発明の主な構成は次のとおりである。
（１） 軸受と回転軸の２部材からなる粉体をシールする軸受・回転軸構造であって、軸受と回転軸とが径の異なる複数の摺動面を有する粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（２） 摺動面を２つとする（１）記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（３） 摺動面を３つ以上とする（１）記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（４） 容器の内側方向に位置する摺動面のクリアランスが容器外側方向に位置する摺動面のクリアランスよりも大きいことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（５） 回転軸のいずれかの摺動面に環状凹部を形成することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（６） 軸受の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（７） 回転軸の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（８） 回転軸が粉体の攪拌、搬送用のスクリュー回転軸であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（９） 粉体がトナーであることを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（１０） 電子写真装置の軸受・回転軸構造に用いることを特徴とする（１）乃至（９）記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、軸受の組み込まれたフレームの内側に微粉体が介在する状態で使用される軸受と回転軸に対して広く実施可能である
従来技術によるシール部品を用いることなく、軸受と回転軸の間に、微粉体が容易に侵入できない構造とするために、連続しない摺動部を複数段以上設け、微粉体を最初の摺動面で受け止めて後段の摺動面への微粉体の侵入を制限することにより、摺動面の面圧を低下させ、侵入した微粉体の摩擦・剪断発熱を抑える。容器の内方側に位置する最初の摺動面のクリアランスを後段よりも大きく及び／又は摺動幅を小さくすることにより、後段の主となる摺動部の摺動面よりも摺動面圧を低下させ、侵入した微粉体の摩擦・剪断発熱を抑えることができるものである。
【００１２】
これは、微粉体の侵入に寄与する圧力を分散させ、主となる軸受摺動部に到達する前に最初の摺動面において、侵入した微粉体がブリッジングを形成して、次の微粉体の侵入を停止させることによる。微粉体は、加圧され圧縮されると微粉体相互が密着し固まる性質のものが多いので、この密着し固まる程度をコントロールすることによって、摺動面に過度の摩擦を生じることなく、後続の微粉体が摺動面のクリアランスの侵入することを防止するものである。特に、トナーの場合は、加熱によって定着する熱可塑性樹脂成分が入っているので、ブリッジの発生が確実で容易である。トナー以外の微粉体の例としては、次の例を挙げることができる。小麦粉等の食品用粉体、化粧品材料のパウダー、塗料等に用いる顔料、陶器、タイル、碍子等の原料鉱物粉体等である。
本発明は、軸受の組み込まれたフレームの内側に微粉体が介在する状態で使用される軸受と回転軸に対して広く実施可能である。
【００１３】
【実施形態１】
主な実施形態１として、電子写真装置の現像部におけるトナー撹拌搬送スクリューとその軸受を挙げて説明する。実施形態１の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を図１に記載された例を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態１を示す図である。この実施形態１は、電子写真装置のトナーを攪拌・搬送するスクリュータイプの回転体に適用する回転軸とその軸受の構造を示している。図１−ａは回転軸と軸受を分離した状態を示し、図１−ｂはトナーを収容するフレームに軸受をはめ込み、回転軸を軸受に挿通した状態を示す。図１−ｃは回転軸を回転してトナーを図示左側に攪拌しながら搬送して軸受近傍にトナーが密に状態なった状況を示し、図１−ｄは更に回転軸が回転した状態を示す。
【００１４】
本実施形態１の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造は、回転軸６の先端側の軸受挿通部と軸受１とから構成される。軸受１は、内径Ｒ１の主となる摺動面１１とＲ１より大きい内径Ｒ２の第２摺動面２を有する。軸受１の第２摺動面はトナー容器の内側に面している。
回転軸６側は、回転羽根７を有する部分と軸端部とからなり、軸端部は、外径ｒ１の主摺動面３、ｒ１より大きい外径ｒ２の第２摺動面４及び更に大きい径のフランジ５で構成される。回転羽根を取付ける部分の回転軸の外径は主摺動面の外径ｒ１と同径である。
軸受と回転軸双方の主摺動面で構成される摺動部分を主摺動部Ａとし、以下双方の第２摺動面で構成される摺動部分を第２摺動部Ｂ、第３摺動面で構成される摺動部分を第３摺動部Ｃとする。
【００１５】
主摺動面間のクリアランスｄ１（＝主摺動部Ａのクリアランス）と第２摺動面間のクリアランスｄ２（＝第２摺動部Ｂのクリアランス）の関係は、第２の摺動面間のクリアランスｄ２を主摺動面間のクリアランスｄ１にトナーを形成する微粉体の粒径の２、３倍を加えた値とする（ｄ２≒ｄ１＋トナー微粉体の粒径×２〜３）。
電子写真装置の現像部では、軸径に対する最小クリアランス設定は、（回転軸半径×（２〜３）／１０００）が適正とされており、例えば、軸径φ８（ｍｍ）の場合だと、ｄ１＝８〜１２μｍとなり、微粉体粒径７μｍであれば、ｄ２≒２０〜３０μｍが適当である。
軸受と回転軸の主摺動面（１１，３）同士、第２摺動面（２，４）同士が摺接するように回転軸６の端部が軸受１に挿通され、フランジが軸受１の収納容器内面側端部に接して、回転摺動するように組み付けられて軸受・回転軸構造が構成される。
【００１６】
この軸受・回転軸構造の作用は次のとおりである。トナー容器フレーム８内に介在するトナー１０は、回転軸が回転すると、羽根７の作用によって、左側の軸受側に向かって一方向に送られる。トナーが送られる側の軸受近傍はトナーが密の状態１０となる。本実施形態１では、密の状態になったトナーは、始めにフランジ５の部分で受けられ、その圧力が緩和されが、軸受端部と間に存在するクレアランスと回転軸が軸方向に多少変動するので、トナーの侵入を完全に防ぐことはできない。侵入したトナー第２の摺動面に達するが、第２の摺動面のクリアランスｄ２は、主たる摺動面のクリアランスｄ１よりトナーの粒径分大きく設けているため、摩擦・剪断は抑えられる。ある程度第２の摺動面にトナーが蓄積すると、トナー同士が密着してブリッジングが発生する。このブリッジは全周にわたって形成されるとトナーの侵入を防止する膜体となって、それ以上のトナーの侵入は停止する。
トナーには、紙などに展着するための熱可塑性の樹脂成分が混入されており、この樹脂成分が従来技術の軸、軸受クリアランスに侵入すると、クリアランス内での摺動による摩擦熱による高温に晒されてトナー同士が密着して塊となって、摺動抵抗となってしまう。しかし、本発明によれば、主に荷重と摺動面のクリアランスが小さいので、主摺動面が主な摺動抵抗を分担しているので、第２クリアランスは、過度に高温となることもなく、また、回転軸に負荷する加重による圧接も発生することがないので、低密度のブリッジが形成されることとなる。低密度のブリッジングは、塊に成長することなく、クリアランス内で個々の粒子が自由に動くことができるので、摺動抵抗の増大が防止される。
【００１７】
これに対して、図７に示した従来のシール部材を用いた例と対比してみる。図７−ａ〜図７−ｄは、図１−ａ〜図１−ｄに対応している。すなわち、図７−ａは回転軸１０６と軸受１０１を分離した状態を示し、図７−ｂはトナー１０９を収容する容器のフレーム１０８に軸受１０１をはめ込み、回転軸を軸受に挿通した状態を示す。図７−ｃは回転軸を回転してトナー１０９を図示左側に攪拌しながら搬送して軸受近傍にトナーが密に状態なった状況１１０を示し、図７−ｄは更に回転軸が回転した状態を示す。
この従来例では、軸受１０１には主摺動面１１１とシール部品はめ込みようの大径部を設けてシール部品１０２をはめ込み装着している。回転軸１０６には、攪拌・搬送用の羽根が設けられ、軸端側には軸受に挿入する摺動面１０３が設けられている。この摺動面には、摺動摩耗対策として、金属管をインサートする場合もある。シール部品には、回転軸に圧接しトナーが摺動面に侵入を防止するためのリップが形成されている。
このような構成の従来例にあっては、回転軸を駆動してトナーを攪拌しながら図示左側の軸受側に搬送すると、軸受側でトナーは密の状態１１０が発生し、更に回転駆動を続けると、シール部品１０２のリップが疲労して、トナーの圧力に抗しきれなくなって、図７−ｄに示すようにシール部品１０２が装着されている軸受の大径部までトナーが侵入し、軸受の主摺動面にトナーが介在して、摺動抵抗が大きくなるとともに、摺動面の摩耗が進み、トナー漏れが発生するようになる。また、場合によっては、トナーが摺動摩擦熱によって焼き付いて、回転抵抗が高くなり、攪拌・搬送不良を生ずる危険がある。
【００１８】
【実施形態２】
図２に第２の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
なお、図２〜図６は、軸受・回転軸構造の要部断面を示している。
この例は、段差２つを設けて摺動面を３つとした例である。容器の外側から内側に向けて、径を大きくして、それぞれ主摺動部Ａ、第２摺動部Ｂ、第３摺動部Ｃとした。摺動部のクリアランスは、第３摺動部が一番大きく、次いで第２摺動部、一番小さいクリアランスは主摺動部Ａである。回転軸側には、実施形態１と同様にフランジ５が設けられており、回転軸６の径は主摺動部を構成する部分の径と容器内部に位置する径とは同径である。
この構成によって、フランジ５が最初にトナーの圧力を受けて、軸受１の容器内面側の端面フランジ５の隙間に侵入するトナーの抵抗となり、次いで、第３摺動部のクリアランスに入り込んだトナーは、実施形態１と同様にブリッジを形成して、後続のトナーの侵入抵抗となる。更に、第２摺動部のクリアランスにトナーが入り込んだ場合は、第２の摺動部でも同様にブリッジを形成して、後続のトナーの侵入を防止して、主摺動部の摺動抵抗の増加、摺動摩耗を防止する。第３摺動部のクリアランス内に生ずるブリッジは第２摺動部のクリアランス内に生ずるブリッジの密度よりも粗になる傾向がある。
この例においても、主摺動部が荷重負荷と、摺動負荷を主に負担するので、この摺動部にトナーの侵入を防止できれば、軸受の摩耗や摺動負荷の増大を防止でき、トナーが軸受部分から容器外へ漏れ出すことを防ぐことができる。
【００１９】
【実施形態３】
図３に第３の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
この例は、摺動面を段差１つとし、軸受１の長さを容器のフレーム８の厚みよりも長くして端部１ａが容器内へ突出する様にし、フランジ５に環状の凹部５ａを設けて、この軸受の端部１ａがフランジの環状の凹部５ａに嵌入する様に組み付けて、粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を形成するものである。
この例では、摺動部は主摺動部Ａ、第２摺動部Ｂ、第３摺動部Ｃの３箇所となる。主摺動部Ａと第２摺動部Ｂは、実施形態１と同様に形成される。第３摺動部Ｃは、軸受１が容器内に突出した端部１ａの外周面とこの外周面に対向する環状の凹部５ａの面で形成される。
摺動部のクリアランスは、実施形態２と同様に主摺動部Ａ、第２摺動部Ｂ、第３摺動部Ｃの順に大きくなる。各クリアランスに侵入したトナーによってブリッジが形成される状況も実施形態２と同様である。この例では、更に加えて、トナーの進入経路がフランジ５の端面と容器の壁面との隙間を通って、９０度折り返して第３摺動部Ｃに至ることとなり、トナーの搬送圧力が大きく緩和されることが第２実施形態と異なる。これによって、第２実施形態よりもトナーの侵入防止機能が向上する。
【００２０】
【実施形態４】
図４に第４の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
この例は、基本的な構成は実施形態１として示した図１に開示した例と同様である。回転軸６の主摺動面３に環状溝Ｐを設ける。この環状溝Ｐは、主摺動面に侵入したトナーを収容する機能を果たし、このポケット状の溝では、トナーに負荷される摺動圧力は小さく摺り潰されることもないので、凝集してブリッジが形成される。主摺動面に侵入したトナーは、このポケット状の溝に捕らえられ収拾されることに加え、更にブリッジによって、更に奥への侵入障壁となる。このため、この環状溝から外側の摺動面の摩耗防止を計ることができ、トナーが軸受部から漏出することを防止できる。
この環状溝は、回転軸のどの摺動面にも設けることができ、同様の作用効果を期待することができる。また、環状溝を複数設けることもでき、それぞれの環状溝で同様の作用効果が発揮され、相乗効果を奏する。
【００２１】
【実施形態５】
図５に第５の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
この例は、２つの摺動面と回転軸にフランジを設けた点では、図１、図４と同様の摺動面の構成としたものである。回転軸６の基本径ｒ１で第２摺動面を構成し、細い径ｒ５に絞って主摺動面を形成したものである。そして、実施形態４の例に示した環状溝Ｐを第２摺動面に設けた例である。この場合は、回転軸６の第２摺動面に環状溝Ｐが形成されており、この環状溝に収拾されたトナーによってブリッジが形成されることとなる。この溝部分に誘導的にブリッジが形成されるので、環状全体にきれいに、大きな幅で形成されるので、後から侵入するトナーのバリア効果は大きくなる。
さらに、環状溝Ｐからフランジ５までの回転軸の径をわずかに小さく、例えば、トナー粉体の径の２〜３倍程度、すると、クリアランスを大きくすることができ、トナーのブリッジ形成を助長することもできる。
【００２２】
【実施形態６】
図６に第６の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
回転軸にフランジを設けておらず回転軸の基本径ｒ１よりも大きいｒ２を設けて第２摺動面を形成し、この第２摺動面に環状溝Ｐを形成したものである。第２摺動面のクリアランスにトナーのブリッジが形成され、特に、環状溝において収拾されたトナーにブリッジ形成が誘発されるので、実施形態５と同様にトナーのバリア効果を奏することができる。
【００２３】
本発明の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を構成する部品は、軸受と回転軸の２つの部品であって、各実施形態で説明したように、基本的には径の異なるシンプルな部品にあって複雑な形状では無いので射出成形をすることができる。本発明に用いる成形樹脂は、射出成形可能な熱可塑性樹脂が適している。射出成形によって、加工精度の高い軸受と回転軸を製造することによって、２つの少ない部品点数が製造することができ、精度の高い粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を提供することができる。
【００２４】
軸受材質としては、射出成形可能な熱可塑性樹脂を用いるのが、成形加工上適している。本出願人が先に出願した特許第３０２９０２９号公報に開示した含油樹脂組成物は、軸受と回転軸との間に侵入したトナー等の微粉体による摺動抵抗の増加を抑えることが出来るため、より効果的である。
すなわち、
（１） 潤滑油、潤滑油担体、補強充填材及び自己潤滑性樹脂を含む含油樹脂組成物において、この補強充填材として酸化亜鉛ウィスカを０．５容積％以上４０容積％以下含有することを特徴とする含油樹脂組成物、
（２） 上記補強充填材として酸化亜鉛ウィスカと金属粉末とが用いられており、この酸化亜鉛ウィスカと金属粉末の容積比が４／６以上６／４以下とされた（１）に記載の含油樹脂組成物、
（３） 上記補強充填材の含有率が、含油樹脂組成物１００容積％に対して０．５容積％以上４０容積％以下とされた（１）又は（２）記載の含油樹脂組成物。
（４） 上記酸化亜鉛ウィスカの繊維長が２μｍ以上５０μｍ以下であり、繊維径が０．２μｍ以上３μｍ以下である（１）から（３）のいずれかに記載の含油樹脂組 成物、
（５） この（１）から（４）記載の含油樹脂組成物を用いて電子写真装置におけるトナ ー粉末の介在する部位に設置される含油樹脂軸受を成形すると好ましい軸受を 得ることができ、 摺動部分の摩擦係数を０．２０以下であって、限界ＰＶ値 が７００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ以上とすると更に好ましい軸受とするこ とができる、
である。
更に詳しくは次のとおりである。
【００２５】
この含油樹脂軸組成物は、 自己潤滑性樹脂としてのポリアセタールを主要ポリマーとする含油樹脂組成物から成形されている。自己潤滑性樹脂とは、固体状又は液状の潤滑剤を添加しない状態でも潤滑性を有し、比較的低い摩擦係数を示す樹脂のことである。含油樹脂軸受１に適用可能な自己潤滑性樹脂としては、上記のポリアセタールの他に、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。
【００２６】
含油樹脂組成物中に占める自己潤滑性樹脂の量は、４０容積％以上９８容積％以下が好ましく、５５容積％以上８５容積％以下が特に好ましい。自己潤滑性樹脂の量が上記範囲未満であると、摺動部材として必要な機械的強度が低下し、摩耗量が増大してしまうことがある。逆に、自己潤滑性樹脂の量が上記範囲を越えると、含油樹脂組成物の硬度が上昇し、トナー等の微粉末の侵入により摺動抵抗が増大してしまうことがある。
【００２７】
この含油樹脂軸受には、潤滑油が配合されている。こうすることにより、使用中に摺動部分に潤滑油が滲出し、含油樹脂軸受と軸材との滑り摩擦抵抗を低下させる。従って、無給油で含油樹脂軸受を使用し続けることができる。潤滑油の配合量は、用いられる含油樹脂組成物１００容積％に対し１容積％以上４０容積％以下が好ましく、１０容積％以上３０容積％以下が特に好ましい。配合量が上記範囲未満であると、滑り摩擦抵抗を十分に低下させることができなくなってしまうことがある。逆に、配合量が上記範囲を超えると、摺動部分に過剰の潤滑油が滲出して摺動面に介在するトナー等の微粉末が堅く固まりやすくなり、摺動抵抗が増大してしまうことがある。
【００２８】
用いられる潤滑油としては、一般的に潤滑油として使用されているものであれば何でもよく、例えば（ａ）スピンドル油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の芳香属系潤滑油、（ｂ）ナフテン系潤滑油、（ｃ）パラフィン系潤滑油、（ｄ）炭化水素、エステル、ポリグリコール、シリコーン等の合成油等が挙げられる。
【００２９】
この含油樹脂軸受には、潤滑油担体としてのポリノリボルネン系エラストマーが配合されている。こうすることにより、ポリノリボルネン系エラストマーが潤滑油を吸収し、含油樹脂軸受中に潤滑油を多量に含有させることができ、しかも摺動面への潤滑油の滲出量を安定化させることができるようになる。ポリノリボルネン系エラストマーの配合量は、用いられる含油樹脂組成物１００容積％に対し０．１容積％以上２０容積％以下が好ましく、５容積％以上１５容積％以下が特に好ましい。配合量が上記範囲未満であると、含油樹脂軸受中に潤滑油を多量に配合することができなくなってしまうことがある。逆に、配合量が上記範囲を超えると、主要ポリマーである自己潤滑性樹脂の特性が滅却してしまい、例えば含油樹脂軸受の機械的強度が低下したり、耐熱性が低下したりしてしまうことがある。
【００３０】
含油樹脂軸受に適用可能な潤滑油担体としては、上記のポリノリボルネン系エラストマーの他に、例えばブタジエンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。これらの潤滑油担体のなかでも、ポーラスな構造を有するため潤滑油の吸収能力が高く、そのため所定の潤滑能力の発現に必要な混入量が少量ですむポリノリボルネン系エラストマーが好ましい。
【００３１】
この含油樹脂軸受には、補強充填材としての酸化亜鉛ウィスカが配合されている。ここで、酸化亜鉛ウィスカとは、酸化亜鉛を主成分とする微細な単結晶体のことである。酸化亜鉛ウィスカを配合することにより含油樹脂軸受が補強されて、潤滑油担体等の異物が存在する含油樹脂軸受であっても高い機械的強度を得ることができる。
【００３２】
酸化亜鉛ウィスカは、微細な短繊維でありテトラポッド状の結晶構造を有しているので、これを配合しても含油樹脂軸受の摺動部分の平滑性を悪化させることがなく、軸材の摩耗量を押さえることができる。また、酸化亜鉛ウィスカはそれ自体の表面硬度が低いためか、一般的な強化繊維や補強充填材と比較して含油樹脂軸受の表面硬度をさほど上昇させない。従って、摺動部分に進入したトナー等が内部に取り込まれ、摺動部分の滑り摩擦抵抗の増大を効果的に防止することができる。
【００３３】
酸化亜鉛ウィスカの繊維長は２μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上４０μｍ以下が特に好ましい。繊維長が上記範囲未満であると、十分な補強効果が得られず、機械的強度が不足したり摩耗量が増大したりしてしまうことがある。逆に、繊維長が上記範囲を越えると、摺動部分の表面平滑性が損なわれてしまうことがある。
【００３４】
酸化亜鉛ウィスカの繊維径は０．２μｍ以上３μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上２．５μｍ以下が特に好ましい。繊維径が上記範囲未満であると、補強効果が不十分となって含油樹脂軸受の強度が低下してしまうことがある。逆に、繊維径が上記範囲を越えると、摺動部分２の表面平滑性が損なわれてしまうことがある。
【００３５】
酸化亜鉛ウィスカとともに、他の補強充填材としての金属粉末を併用して含油樹脂軸受１を構成してもよい。金属は一般的にポリマーよりも熱伝導度が高いので、金属粉末を配合することにより含油樹脂軸受の熱伝導率を高めることができる。従って、運転中の摺動部分の温度上昇を押さえることができ、進入するトナーの溶融を防止することができる。また、金属粉末を配合することにより含油樹脂軸受の熱膨張係数を下げることができ、軸受としてきわめて重要な物性である寸法安定性に優れる含油樹脂軸受を得ることができる。
【００３６】
金属粉末に用いられる金属材料としては、例えば耐摩耗性に優れる青銅、りん青銅、ホワイトメタル、鉛青銅、ケルメット（銅鉛合金）等の銅系金属等が挙げられる。
【００３７】
酸化亜鉛ウィスカと金属粉末とを併用する場合、その容積比は４／６以上６／４以下が好ましい。容積比が上記範囲未満であると、摺動部分２の表面平滑性が損なわれてしまうことがある。逆に、容積比が上記範囲を超えると、含油樹脂軸受の熱伝導性及び寸法安定性が低下してしまうことがある。
【００３８】
これら補強充填材の合計含有率は、用いられる含油樹脂組成物１００容積％に対して０．５容積％以上４０容積％以下が好ましく、１０容積％以上３０容積％以下が特に好ましい。含有率が上記範囲未満であると、含油樹脂軸受の強度が不十分となったり熱伝導性が低下したりしてしまうことがある。逆に、含有率が上記範囲を超えると、含油樹脂軸受が脆化したり摺動部分の表面平滑性が低下したりしてしまうことがある。
【００３９】
この含油樹脂軸受の主摺動部分の摩擦係数は、０．２０以下が好ましく、０．１５以下が特に好ましい。摩擦係数が上記範囲を超えると、軸材の摩耗の程度が大きくなってしまうことがある。摩擦係数は小さいほど好ましいので、本発明では摩擦係数の下限は特には設けていない。なお、ここで摩擦係数とは、Ｓ４５Ｃ（焼入れなし）材に対する、荷重５ｋｇｆ、滑り速度１１．３ｍ／ｓｅｃにおける摩擦係数を意味する。
【００４０】
この含油樹脂軸受の主摺動部分の限界ＰＶ値は、７００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ以上が好ましく、８００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ以上が特に好ましい。限界ＰＶ値が上記範囲未満であると、高負荷・高速条件において主摺動部分が摩擦熱により溶融してしまうことがある。限界ＰＶ値は大きいほど好ましいので、本発明では限界ＰＶ値の上限は特には設けていないが、一般的に得られる限界ＰＶ値の上限は１０００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ程度である。なお、ここで限界ＰＶ値とは、摩擦熱によって主摺動部分が溶融して摩擦係数及び摩耗が急増する地点での加重Ｐと速度Ｖとの積を意味する。
【００４１】
この含油樹脂軸受に用いられる含油樹脂組成物は、例えば潤滑油担体と潤滑油とを混合して両者が均一に相溶した泥状物を調製し、これに粉末状の自己潤滑性樹脂と酸化亜鉛ウィスカを添加して混合することにより得られる。この含油樹脂組成物から含油樹脂軸受を成形するに際しては既知の種々の成形方法を採用することができるが、一般的には射出成形法が採用される。
【００４２】
この含油樹脂軸受に用いられる含油樹脂組成物には、前述の潤滑油、潤滑油担体、補強充填材及び自己潤滑性樹脂の他にも、必要に応じ、例えば紫外線吸収剤、劣化防止剤、着色剤、帯電防止剤、難燃剤等を配合することができる。
【００４３】
次に、含油樹脂組成物を用いた軸受の成形例に基づき詳説するが、この成形例の記載に基づいて限定的に解釈されるべきものではないことはもちろんである。
【００４４】
【軸受成形例１】
潤滑油担体としてのポリノルボルネン系エラストマー（日本ゼオン株式会社の商品名「ノルソレックス」）８容積％と潤滑油としての鉱物油（出光石油株式会社の商品名「ダフニースーパーメカニックオイル１００」）３０容積％とをヘンシェルミキサーで混合し、常温で１２時間放置して、両者が均一に相溶した泥状の混合物を得た。これに、自己潤滑性樹脂としてのポリアセタール樹脂粉末（ポリプラスチック株式会社の商品名「ジュラコンＭ９０−０２」）４２容積％と酸化亜鉛ウィスカ（松下アムテック社の商品名「パナテトラ」）２０容積％とを添加し、再びヘンシェルミキサーで混合して含油樹脂組成物を得た。
【００４５】
この含油樹脂組成物を押し出して裁断し、樹脂ペレットを得た。そして、この樹脂ペレットを用いて射出成形を行い、外径が１２ｍｍ、主摺動面の内径Ｒ１が６ｍｍ、長さが１０ｍｍである成形例１の含油樹脂軸受を得た。
【００４６】
【軸受成形例２】
酸化亜鉛ウィスカの配合量を１０容積％とし、他の補強充填材としてのケルメット粉末（福山金属箔社製）１０容積％を配合した他は成形例１と同様にして、成形例２の含油樹脂軸受を得た。
【００４７】
以上、トナー粉末が介在する電子写真装置の軸受に用いられる場合を例にとり説明したが、含油樹脂組成物は、強度及び摩擦・摩耗特性が必要とされるあらゆる粉体シール性を有する軸受素材として用いることができる。
【００４８】
以上説明したように、含油樹脂組成物によれば、補強されることにより機械的強度が高められているにもかかわらず、表面平滑性に優れ、しかも表面硬度が低くてトナー等の微粉末の侵入による摺動抵抗増大を防止する機能を備えた含油樹脂軸受を得ることができるので、この樹脂組成物を用いてクリアランスを変えた複数の摺動面をもった粉体シール性を有する軸受を成形すると、クリアランスとの相乗効果により、耐久性を向上させることができる。
【００４９】
回転軸材質としては、射出成形可能な熱可塑性樹脂を用いるのが、成形加工上適している。本出願人が先に出願した特開２００２−６００４４号公報に開示した粉体撹拌・搬送用スクリュー用組成物は、必要な回転軸形状を容易に成形することが出来、軸受との摺動性も良好なため、より効果的である。
すなわち、
（１） ウィスカ形態の補強充填材を１０質量％以上５０質量％以下含有する樹脂組成物、
（２） 上記補強充填剤が、マグネシウムオキシサルフェートウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、天然鉱物繊維及びマイカからなる群より選択される１種又は２種以上のものを用いることができ、
（３） さらに固体潤滑材を５質量％以上１５質量％以下含有する（１）又は（２）記載 の樹脂組成物、
である。
次に、樹脂組成物の具体的な説明をスクリュー状羽根を有する回転軸の成形も含めて説明する。
【００５０】
この樹脂組成物は、ウィスカ形態の補強充填材が成形品の表面性状を平滑にし、軸受、シール及び枠体との摺動抵抗を小さくして傷めず、さらにベース樹脂に対する補強効果も大きいことを見出した。
【００５１】
その結果得られた樹脂組成物は、ウィスカ形態の補強充填材を１０質量％以上５０質量％以下含有する樹脂組成物であり、この樹脂組成物を用いて、螺旋状の羽根部とこの羽根部の少なくとも一方の端部から延出した軸部とを備える粉体攪拌・搬送用スクリューを一体成形するものである。
【００５２】
上記樹脂組成物（つまりウィスカ形態の補強充填材を１０質量％以上５０質量％以下含有する樹脂組成物）で一体成形した粉体攪拌・搬送用スクリューによれば、ウィスカ形態の補強充填材によって、ガラス繊維を含有する樹脂組成物で成形した従来の粉体攪拌・搬送用スクリューと同程度の剛性及び振れ精度を有し、回転軸トルクに十分耐えることができる。また、当該補強充填材がウィスカ形態であるため、当該樹脂組成物の成形品の表面が高い表面平滑性及び低い摺動抵抗を有し、その結果、従来必要であった金属円管や金属シャフトを軸部に設けなくても、当該軸部と嵌合する軸受、シール又は枠体を摩耗させることが低減される。
【００５３】
以下、回転軸の一実施形態に係る粉体攪拌・搬送用スクリューを用いて説明する。
【００５４】
図９の粉体攪拌・搬送用スクリュー１４は、回転によって粉体を攪拌・搬送する螺旋状の羽根部１２と、その羽根部１２の両端部から延出した軸部１３ａ、１３ｂとから構成される。当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１４は、羽根部１２と軸部１３ａ、１３ｂとが、ベース樹脂にウィスカ形態の補強充填材を含有する樹脂組成物で一体成形したものである。
【００５５】
上記ベース樹脂としては、熱変形性が少なく、耐熱性及びトナーとの非粘着性に優れ、寸法安定性及び強度に優れる合成樹脂、具体的には、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）、ＡＢＳ樹脂とＰＣ樹脂のアロイ（ＡＢＳ樹脂／ＰＣ樹脂）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ樹脂）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ樹脂）などが用いられる。
【００５６】
またウィスカ形態の補強充填材としては、当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１４に必要な強度を付与するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、マグネシウムオキシサルフェートウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、天然鉱物繊維、マイカ、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ等を用いることができる。これらの中でも、マグネシウムオキシサルフェートウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、天然鉱物繊維及びマイカが強度面及び補強効果面から好ましく、これらの群より選択される１種又は２種以上のものを用いるとよい。
【００５７】
上記天然鉱物繊維としては、具体的には、ウォラストナイト（珪灰石粉）などが挙げられる。これらの天然鉱物繊維は、合成樹脂中での配向性が低く、上記補強効果を等方的に発現することができる。また天然鉱物繊維は、合成樹脂中への分散性が良好であり、成形品の表面への析出が低減されるため、成形品の表面平滑性が促進され、当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１の摺動性及び耐摩耗性を促進することができる。
【００５８】
上記補強充填材の配合比としては１０質量％以上５０質量％以下が好ましい。これは、補強充填材の配合比が上記範囲より小さいと、十分な補強効果及び摺動効果が得られず、螺旋状の羽根部１２が変形したり、枠体との摺動抵抗が大きくなって駆動トルクを上昇させるおそれがあり、逆に、補強充填材の配合比が上記範囲を超えると、樹脂組成物が脆くなり、回転トルクに耐えることができなくなることや、成形性が低下し、粉体攪拌・搬送用スクリュー１４として必要な振れ精度が得られなくなること等の不都合が発生することからである。
【００５９】
また上記樹脂組成物には、さらに固体潤滑材を含有するとよい。かかる固体潤滑材は、表面に何らかの外力が作用した場合にのみ融解・変形し、枠体との摺動抵抗をさらに低減でき、スクリューの耐久性を向上させ、駆動モーター容量を小さくすることができる。また、液体潤滑材のように羽根部表面に滲み出し、トナーを溶かしたり、凝集させて、汚染や回転抵抗の増大を生じないので、当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１４に好適である。この固体潤滑材としては、ポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン等を用いることができ、中でもポリテトラフルオロエチレンは、融点が約３７０℃と比較的高く、耐久性及び潤滑性の面から好ましい。
【００６０】
上記固体潤滑材の配合比としては５質量％以上１５質量％以下が好ましい。これは、固体潤滑材の配合比が上記範囲より小さいと、上述の摺動抵抗の低減効果が小さく、逆に、固体潤滑材の配合比が上記範囲を超えると、ベース樹脂の強度や耐久性などが低下してしまうことからである。
【００６１】
上記樹脂組成物を用いて粉体攪拌・搬送用スクリュー１４を成形する方法としては、ベース樹脂と補強充填材とをヘンシェルミキサー等の通常用いられる混合手段で混合し、押出し混練してペレット化し、これをスクリューに対応した形状のキャビティを有する精密な金型に射出成形すればよい。
【００６２】
なお、本発明の粉体攪拌・搬送用スクリューは上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、軸部１３ａ及び軸部１３ｂの一方のみ（駆動軸部）を備えるものも可能である。
【００６３】
以下、回転軸の具体例に基づき詳述するが、この具体例の記載に基づいて限定的に解釈されるべきものではないことはもちろんである。
【００６４】
【回転軸の具体例１】
ベース樹脂としてＡＢＳ／ＰＣアロイ樹脂（ダイセル化学社製「ノバロイＳ３１００」）７０質量％、補強充填材としてマグネシウムオキシサルフェートウィスカ（宇部マテリアルズ社製「モスハイジＡ」）２９質量％、添加材としてステアリン酸マグネシウム０．６質量％及びアミノシラン０．４質量％を、攪拌機（三井三池製作所社製「ＦＭ７５Ｃ型ヘンシェルミキサー」）に入れ、常温で２０分間高速混合したものを押し出し、径約３ｍｍ、長さ約３ｍｍのペレット状樹脂組成物を作製した。このペレット状樹脂組成物を射出成形機に供給し、スクリュー用金型に射出し、冷却することで回転軸の具体例１の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６５】
【回転軸の具体例２】
さらに固体潤滑材としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１０質量％を加え、ベース樹脂の配合比を６０質量％とした以外は上記具体例１と同様にしてこの具体例２の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６６】
【回転軸の具体例３】
ベース樹脂をポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）とし、補強充填材をケイ酸カルシウムウィスカとした以外は上記具体例１と同様にしてこの具体例３の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６７】
【回転軸の具体例４】
さらに固体潤滑材としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１０質量％を加え、ベース樹脂の配合比を６０質量％とした以外は上記具体例３と同様にしてこの具体例４の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６８】
【回転軸の具体例５】
補強充填材を天然鉱物繊維（ウォラストナイト；キンセイマテック（株）社製「ＦＰＷ−３５０」）とした以外は上記具体例１と同様にしてこの具体例５の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６９】
【作用・効果】
本発明は、次のような作用・効果を奏するものである。
本発明は、軸受と回転軸が摺動する異なる径の摺動面を２つ以上設けることによって、トナーなどの粉体が最初に侵入する摺動面において、形成される粉体のブリッジを利用して、後続の粉体の侵入を防止するものである。
本発明は、トナーなどの粉体が最初に侵入する摺動面を第２摺動面として、主摺動面よりも大きなクリアランスを設け、この第２摺動面では、侵入したトナーによる摺動抵抗が大きくなることを回避しつつ、このクリアランス内に粉体のブリッジを形成して、後続の粉体の侵入を防止するものである。
【００７０】
本発明は、摺動面を第２、第３・・と増加させることによって、それぞれの摺動部に形成されるクリアランスの大きさを順次小さくして、粉体の侵入防止を計るとともに、各摺動部において粉体のブリッジを形成して、更に粉体の侵入を防止するものである。
本発明は、回転軸の摺動面に環状溝を形成して、侵入したトナーを収拾し、該溝部において大きくて、密度の低いブリッジを形成して、後続のトナーの侵入を防止するものである。この環状溝は、複数本設けることができる。
本発明は、回転軸にフランジを設けることにより、トナーなどの攪拌・搬送圧力を一次的にフランジで受け止め、軸受の摺動部への粉体の侵入圧力を弱めることができる。また、このフランジによって、トナー等の粉体の進入経路が軸受の摺動部に対してストレートにならず、屈曲経路となるので侵入圧を弱めることができる。
【００７１】
本発明は、軸受を射出成形によって形成できるので、成形加工が容易である。特に、材質として含油樹脂組成物を用いることによって、摺動抵抗の増加を防止することができる。
本発明は、回転軸を射出成形によって形成できるので、成形加工が容易である。特に、回転軸の材質として、ウィスカ形態の補強充填材入りの樹脂組成物を用いることによって、強度の高い軸を射出成形できる。
本発明の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造は、射出成形した軸受と射出成形した回転軸の２部品によって構成されるので、部品点数が少なくて加工や組立工程も省力化でき、コスト低減を計ることができる。
本発明は、射出成形によるので高い加工精度の部品である。
本発明は、部品点数が少ないので、組み付け不良が少なく、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】：実施形態１を示す図
【図２】：実施形態２を示す図
【図３】：実施形態３を示す図
【図４】：実施形態４を示す図
【図５】：実施形態５を示す図
【図６】：実施形態６を示す図
【図７】：従来例を示す図
【図８】：回転軸の成形例を示す図
【符号の説明】
１；軸受
２；第２摺動面
３；主摺動面
４；第２摺動面
５；フランジ
６；回転軸
７；回転軸の羽根
８；フレーム
９；トナー
１０；密着状態のトナー
１１；主摺動面
１２；羽根部
１３ａ；軸部
１３ｂ；軸部
１４；当該粉体攪拌・搬送用スクリュー
１０１；軸受
１０２；シール部品
１０３；摺動面
１０６；回転軸
１０７；回転軸の羽根
１０８；フレーム
１０９；トナー
１１０；密着状態のトナー
１１１；主摺動面
Ａ；主摺動部
Ｂ；第２摺動部
Ｃ；第３摺動部
Ｐ；環状溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を収容する容器内部を回転する軸や粉体を攪拌あるいは搬送する回転体の軸受部の構造に関する。特に、電子写真用のトナーに用いる攪拌あるいは搬送用の羽根体を有する回転軸とその軸受の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸受と回転軸との間には、滑らかな回転を維持するために、クリアランスが設けられている。例えば電子写真装置の現像部で使用される軸受と回転軸では片側５〜数１０μｍのクリアランスがあり、このクリアランスにトナー等の微粉体が侵入しないように、種々のシール機構が提案されている。もっとも一般的な例としては、軸受にリング状のゴム製シール（オイルシール）を装着し、ゴム製リップ部を回転軸に圧接することでトナー等の微粉体をシールする方法がある。
シール部品を使用した粉体シール性を有する軸受・回転軸構造の従来例を図７−ａ〜図７−ｄに示した。この従来例は軸受１０１の容器内側にシール部材１０２を挿入する凹部を形成し、該凹部にシール部材１０２を装着し、シール部材に設けられたリップ片を回転軸１０６の摺動面１０３に密着するように圧接してトナーなどの粉体が摺動面に侵入することを防止するものである。高い圧力、あるいはリップの疲労などによってトナー等の粉体が摺動面に侵入し、摺動抵抗が増加し、軸受と回転軸の摩耗が進み、回転抵抗の増大、不安定な回転の発生更に軸受部分からのトナーなどの粉体が漏出する欠点がある。また、軸受、シール部品、回転軸の３部品を用いることとなり、それぞれの加工精度が要求され、また組み付け精度も要求される。特に、シール部品は、小さな部品であって、可動部のリップが回転軸に長時間摺接することとなるので、加工精度、耐久性、組み付け精度が要求される。この従来例の作用については、本実施態様との対比においてさらに記載する。
【０００３】
具体的な軸受の構造としては次のような構造が提案されている。
特開平８−９５３８０号公報（特許文献１）には、回転軸が高速で回転する場合においても良好なシール性を長期間に亘って保持し、しかも安価でコンパクトな構造の電子写真装置の軸受のトナーシール機構として、回転軸を支承する軸受の内端面側の一部をリング状にえぐってリング状空間を形成し、軸方向の外側と内側に、それぞれリップを突設したリング状シール材をリング状空間内に収納しうるように軸受内面に固着し、外側リップは回転軸に当接し、内側リップは軸受内周面に近接するように回転軸に装着したリング状体に当接した軸受のトナーシール機構が開示されている。
【０００４】
特開２０００−８８１０８号公報（特許文献２）には、回転軸周りのシール構造は、回転軸と、この回転軸を回転可能に保持する軸受部材と、上記回転軸の周りにおいて上記軸受部材の側面と上記回転軸のフランジ面との間に挟まれて上記回転軸と平行な方向に圧縮されるシール部材と、からなり、上記軸受部材の側面及び上記回転軸のフランジ面に上記シール部材にくい込む環状凸部を設けて、シール部材の圧縮率が低くても高いシール効果が得られる回転軸周りのシール構造が開示されている。
【０００５】
特開２００３−７６１４５号公報（特許文献３）には、ゴム弾性リングとフェルトからなる不織布リングを熱溶融性プラスチック接着フイルムの可熱溶着加工で一体接着し、弾性リング部と不織布リング部からなる軸受シールリングＡを設け、該シールリングＡをトナー容器の攪拌軸基部に嵌挿し、該不織布リング部の内径孔周面が回転軸の周面に密着すると共に、弾性リング部の内径孔周縁が回転軸の嵌挿方向に押し出され設定寸法捲くれた状態に取付けた後、該回転軸を該軸受孔に挿通し、シールリングＡの弾性リング部の外面を軸受孔の外側周辺に圧接固定し、回転軸の回転時にシールリングＡは回転せず、回転軸がシールリングＡの内径孔内で摩擦回転するように備え、回転軸の周面とシールリングＡの間の摩擦回転面と軸受孔の外側周辺の圧接面からのトナー漏をシールする構造が開示されている。
【０００６】
特開平５−１４２９３５号公報（特許文献４）には、クリーニング室に設けられてケースの開口部を開閉するシャッタと、シャッタを支持する回転軸を受ける軸受との間に、スポンジに薄板を固定した現像剤流出防止体を介在させ、前記回転軸と軸受間の隙間Ｇをスポンジで封鎖するようにし、さらにスポンジの変形を薄板で防ぎ、シャッタの開閉動作に影響を与えないようにして回収したトナーの外部への流出を防止する構造が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−９５３８０号公報
【特許文献２】特開２０００−８８１０８号公報
【特許文献３】特開２００３−７６１４５号公報
【特許文献４】特開平５−１４２９３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来技術はいずれもシール部品を必要としており、この考え方によれば、微粉体の侵入を完全に防止するためには、回転軸とシールとのクリアランスを物理的にゼロにする必要があるため、効果には限界があった。また以下の問題点を有していた。
（１）シールの圧接による回転軸の回転抵抗が増加して駆動モーターの負荷が増加する。省電力化の妨げにもなる。
（２）部品点数が増加し、組み付け工数が増加してコストアップとなる。
（３）部品点数毎に精度管理を要するために、組合せ精度が悪化及び組み付け精度の管理が必要となり、歩留まりの低下となる。
（４）シールを組み込むスペースの確保が必要であるので、形状設計の自由度、小型化が阻害される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来技術によるシール部品を用いることなく、軸受と回転軸の間に、粉体が容易に侵入できない構造とするために、軸受と回転軸の摺動面を径の異なる複数面から構成するものである。軸受・回転軸の主となる摺動部の手前に、連続しない別の摺動部を設けることにより、摺動面の面圧を低下させ、侵入した微粉体の摩擦・剪断発熱を抑えることができる。摺動面を複数設けることにより、微粉体の侵入に寄与する圧力を分散させ、主となる軸受摺動部に到達する前に微粉体のブリッジングによって侵入を停止させる。
【００１０】
課題を解決するための本発明の主な構成は次のとおりである。
（１） 軸受と回転軸の２部材からなる粉体をシールする軸受・回転軸構造であって、軸受と回転軸とが径の異なる複数の摺動面を有する粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（２） 摺動面を２つとする（１）記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（３） 摺動面を３つ以上とする（１）記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（４） 容器の内側方向に位置する摺動面のクリアランスが容器外側方向に位置する摺動面のクリアランスよりも大きいことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（５） 回転軸のいずれかの摺動面に環状凹部を形成することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（６） 軸受の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（７） 回転軸の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（８） 回転軸が粉体の攪拌、搬送用のスクリュー回転軸であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（９） 粉体がトナーであることを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
（１０） 電子写真装置の軸受・回転軸構造に用いることを特徴とする（１）乃至（９）記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、軸受の組み込まれたフレームの内側に微粉体が介在する状態で使用される軸受と回転軸に対して広く実施可能である
従来技術によるシール部品を用いることなく、軸受と回転軸の間に、微粉体が容易に侵入できない構造とするために、連続しない摺動部を複数段以上設け、微粉体を最初の摺動面で受け止めて後段の摺動面への微粉体の侵入を制限することにより、摺動面の面圧を低下させ、侵入した微粉体の摩擦・剪断発熱を抑える。容器の内方側に位置する最初の摺動面のクリアランスを後段よりも大きく及び／又は摺動幅を小さくすることにより、後段の主となる摺動部の摺動面よりも摺動面圧を低下させ、侵入した微粉体の摩擦・剪断発熱を抑えることができるものである。
【００１２】
これは、微粉体の侵入に寄与する圧力を分散させ、主となる軸受摺動部に到達する前に最初の摺動面において、侵入した微粉体がブリッジングを形成して、次の微粉体の侵入を停止させることによる。微粉体は、加圧され圧縮されると微粉体相互が密着し固まる性質のものが多いので、この密着し固まる程度をコントロールすることによって、摺動面に過度の摩擦を生じることなく、後続の微粉体が摺動面のクリアランスの侵入することを防止するものである。特に、トナーの場合は、加熱によって定着する熱可塑性樹脂成分が入っているので、ブリッジの発生が確実で容易である。トナー以外の微粉体の例としては、次の例を挙げることができる。小麦粉等の食品用粉体、化粧品材料のパウダー、塗料等に用いる顔料、陶器、タイル、碍子等の原料鉱物粉体等である。
本発明は、軸受の組み込まれたフレームの内側に微粉体が介在する状態で使用される軸受と回転軸に対して広く実施可能である。
【００１３】
【実施形態１】
主な実施形態１として、電子写真装置の現像部におけるトナー撹拌搬送スクリューとその軸受を挙げて説明する。実施形態１の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を図１に記載された例を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態１を示す図である。この実施形態１は、電子写真装置のトナーを攪拌・搬送するスクリュータイプの回転体に適用する回転軸とその軸受の構造を示している。図１−ａは回転軸と軸受を分離した状態を示し、図１−ｂはトナーを収容するフレームに軸受をはめ込み、回転軸を軸受に挿通した状態を示す。図１−ｃは回転軸を回転してトナーを図示左側に攪拌しながら搬送して軸受近傍にトナーが密に状態なった状況を示し、図１−ｄは更に回転軸が回転した状態を示す。
【００１４】
本実施形態１の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造は、回転軸６の先端側の軸受挿通部と軸受１とから構成される。軸受１は、内径Ｒ１の主となる摺動面１１とＲ１より大きい内径Ｒ２の第２摺動面２を有する。軸受１の第２摺動面はトナー容器の内側に面している。
回転軸６側は、回転羽根７を有する部分と軸端部とからなり、軸端部は、外径ｒ１の主摺動面３、ｒ１より大きい外径ｒ２の第２摺動面４及び更に大きい径のフランジ５で構成される。回転羽根を取付ける部分の回転軸の外径は主摺動面の外径ｒ１と同径である。
軸受と回転軸双方の主摺動面で構成される摺動部分を主摺動部Ａとし、以下双方の第２摺動面で構成される摺動部分を第２摺動部Ｂ、第３摺動面で構成される摺動部分を第３摺動部Ｃとする。
【００１５】
主摺動面間のクリアランスｄ１（＝主摺動部Ａのクリアランス）と第２摺動面間のクリアランスｄ２（＝第２摺動部Ｂのクリアランス）の関係は、第２の摺動面間のクリアランスｄ２を主摺動面間のクリアランスｄ１にトナーを形成する微粉体の粒径の２、３倍を加えた値とする（ｄ２≒ｄ１＋トナー微粉体の粒径×２〜３）。
電子写真装置の現像部では、軸径に対する最小クリアランス設定は、（回転軸半径×（２〜３）／１０００）が適正とされており、例えば、軸径φ８（ｍｍ）の場合だと、ｄ１＝８〜１２μｍとなり、微粉体粒径７μｍであれば、ｄ２≒２０〜３０μｍが適当である。
軸受と回転軸の主摺動面（１１，３）同士、第２摺動面（２，４）同士が摺接するように回転軸６の端部が軸受１に挿通され、フランジが軸受１の収納容器内面側端部に接して、回転摺動するように組み付けられて軸受・回転軸構造が構成される。
【００１６】
この軸受・回転軸構造の作用は次のとおりである。トナー容器フレーム８内に介在するトナー１０は、回転軸が回転すると、羽根７の作用によって、左側の軸受側に向かって一方向に送られる。トナーが送られる側の軸受近傍はトナーが密の状態１０となる。本実施形態１では、密の状態になったトナーは、始めにフランジ５の部分で受けられ、その圧力が緩和されが、軸受端部と間に存在するクレアランスと回転軸が軸方向に多少変動するので、トナーの侵入を完全に防ぐことはできない。侵入したトナー第２の摺動面に達するが、第２の摺動面のクリアランスｄ２は、主たる摺動面のクリアランスｄ１よりトナーの粒径分大きく設けているため、摩擦・剪断は抑えられる。ある程度第２の摺動面にトナーが蓄積すると、トナー同士が密着してブリッジングが発生する。このブリッジは全周にわたって形成されるとトナーの侵入を防止する膜体となって、それ以上のトナーの侵入は停止する。
トナーには、紙などに展着するための熱可塑性の樹脂成分が混入されており、この樹脂成分が従来技術の軸、軸受クリアランスに侵入すると、クリアランス内での摺動による摩擦熱による高温に晒されてトナー同士が密着して塊となって、摺動抵抗となってしまう。しかし、本発明によれば、主に荷重と摺動面のクリアランスが小さいので、主摺動面が主な摺動抵抗を分担しているので、第２クリアランスは、過度に高温となることもなく、また、回転軸に負荷する加重による圧接も発生することがないので、低密度のブリッジが形成されることとなる。低密度のブリッジングは、塊に成長することなく、クリアランス内で個々の粒子が自由に動くことができるので、摺動抵抗の増大が防止される。
【００１７】
これに対して、図７に示した従来のシール部材を用いた例と対比してみる。図７−ａ〜図７−ｄは、図１−ａ〜図１−ｄに対応している。すなわち、図７−ａは回転軸１０６と軸受１０１を分離した状態を示し、図７−ｂはトナー１０９を収容する容器のフレーム１０８に軸受１０１をはめ込み、回転軸を軸受に挿通した状態を示す。図７−ｃは回転軸を回転してトナー１０９を図示左側に攪拌しながら搬送して軸受近傍にトナーが密に状態なった状況１１０を示し、図７−ｄは更に回転軸が回転した状態を示す。
この従来例では、軸受１０１には主摺動面１１１とシール部品はめ込みようの大径部を設けてシール部品１０２をはめ込み装着している。回転軸１０６には、攪拌・搬送用の羽根が設けられ、軸端側には軸受に挿入する摺動面１０３が設けられている。この摺動面には、摺動摩耗対策として、金属管をインサートする場合もある。シール部品には、回転軸に圧接しトナーが摺動面に侵入を防止するためのリップが形成されている。
このような構成の従来例にあっては、回転軸を駆動してトナーを攪拌しながら図示左側の軸受側に搬送すると、軸受側でトナーは密の状態１１０が発生し、更に回転駆動を続けると、シール部品１０２のリップが疲労して、トナーの圧力に抗しきれなくなって、図７−ｄに示すようにシール部品１０２が装着されている軸受の大径部までトナーが侵入し、軸受の主摺動面にトナーが介在して、摺動抵抗が大きくなるとともに、摺動面の摩耗が進み、トナー漏れが発生するようになる。また、場合によっては、トナーが摺動摩擦熱によって焼き付いて、回転抵抗が高くなり、攪拌・搬送不良を生ずる危険がある。
【００１８】
【実施形態２】
図２に第２の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
なお、図２〜図６は、軸受・回転軸構造の要部断面を示している。
この例は、段差２つを設けて摺動面を３つとした例である。容器の外側から内側に向けて、径を大きくして、それぞれ主摺動部Ａ、第２摺動部Ｂ、第３摺動部Ｃとした。摺動部のクリアランスは、第３摺動部が一番大きく、次いで第２摺動部、一番小さいクリアランスは主摺動部Ａである。回転軸側には、実施形態１と同様にフランジ５が設けられており、回転軸６の径は主摺動部を構成する部分の径と容器内部に位置する径とは同径である。
この構成によって、フランジ５が最初にトナーの圧力を受けて、軸受１の容器内面側の端面フランジ５の隙間に侵入するトナーの抵抗となり、次いで、第３摺動部のクリアランスに入り込んだトナーは、実施形態１と同様にブリッジを形成して、後続のトナーの侵入抵抗となる。更に、第２摺動部のクリアランスにトナーが入り込んだ場合は、第２の摺動部でも同様にブリッジを形成して、後続のトナーの侵入を防止して、主摺動部の摺動抵抗の増加、摺動摩耗を防止する。第３摺動部のクリアランス内に生ずるブリッジは第２摺動部のクリアランス内に生ずるブリッジの密度よりも粗になる傾向がある。
この例においても、主摺動部が荷重負荷と、摺動負荷を主に負担するので、この摺動部にトナーの侵入を防止できれば、軸受の摩耗や摺動負荷の増大を防止でき、トナーが軸受部分から容器外へ漏れ出すことを防ぐことができる。
【００１９】
【実施形態３】
図３に第３の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
この例は、摺動面を段差１つとし、軸受１の長さを容器のフレーム８の厚みよりも長くして端部１ａが容器内へ突出する様にし、フランジ５に環状の凹部５ａを設けて、この軸受の端部１ａがフランジの環状の凹部５ａに嵌入する様に組み付けて、粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を形成するものである。
この例では、摺動部は主摺動部Ａ、第２摺動部Ｂ、第３摺動部Ｃの３箇所となる。主摺動部Ａと第２摺動部Ｂは、実施形態１と同様に形成される。第３摺動部Ｃは、軸受１が容器内に突出した端部１ａの外周面とこの外周面に対向する環状の凹部５ａの面で形成される。
摺動部のクリアランスは、実施形態２と同様に主摺動部Ａ、第２摺動部Ｂ、第３摺動部Ｃの順に大きくなる。各クリアランスに侵入したトナーによってブリッジが形成される状況も実施形態２と同様である。この例では、更に加えて、トナーの進入経路がフランジ５の端面と容器の壁面との隙間を通って、９０度折り返して第３摺動部Ｃに至ることとなり、トナーの搬送圧力が大きく緩和されることが第２実施形態と異なる。これによって、第２実施形態よりもトナーの侵入防止機能が向上する。
【００２０】
【実施形態４】
図４に第４の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
この例は、基本的な構成は実施形態１として示した図１に開示した例と同様である。回転軸６の主摺動面３に環状溝Ｐを設ける。この環状溝Ｐは、主摺動面に侵入したトナーを収容する機能を果たし、このポケット状の溝では、トナーに負荷される摺動圧力は小さく摺り潰されることもないので、凝集してブリッジが形成される。主摺動面に侵入したトナーは、このポケット状の溝に捕らえられ収拾されることに加え、更にブリッジによって、更に奥への侵入障壁となる。このため、この環状溝から外側の摺動面の摩耗防止を計ることができ、トナーが軸受部から漏出することを防止できる。
この環状溝は、回転軸のどの摺動面にも設けることができ、同様の作用効果を期待することができる。また、環状溝を複数設けることもでき、それぞれの環状溝で同様の作用効果が発揮され、相乗効果を奏する。
【００２１】
【実施形態５】
図５に第５の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
この例は、２つの摺動面と回転軸にフランジを設けた点では、図１、図４と同様の摺動面の構成としたものである。回転軸６の基本径ｒ１で第２摺動面を構成し、細い径ｒ５に絞って主摺動面を形成したものである。そして、実施形態４の例に示した環状溝Ｐを第２摺動面に設けた例である。この場合は、回転軸６の第２摺動面に環状溝Ｐが形成されており、この環状溝に収拾されたトナーによってブリッジが形成されることとなる。この溝部分に誘導的にブリッジが形成されるので、環状全体にきれいに、大きな幅で形成されるので、後から侵入するトナーのバリア効果は大きくなる。
さらに、環状溝Ｐからフランジ５までの回転軸の径をわずかに小さく、例えば、トナー粉体の径の２〜３倍程度、すると、クリアランスを大きくすることができ、トナーのブリッジ形成を助長することもできる。
【００２２】
【実施形態６】
図６に第６の実施形態を示す。符号は図１と同様である。
回転軸にフランジを設けておらず回転軸の基本径ｒ１よりも大きいｒ２を設けて第２摺動面を形成し、この第２摺動面に環状溝Ｐを形成したものである。第２摺動面のクリアランスにトナーのブリッジが形成され、特に、環状溝において収拾されたトナーにブリッジ形成が誘発されるので、実施形態５と同様にトナーのバリア効果を奏することができる。
【００２３】
本発明の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を構成する部品は、軸受と回転軸の２つの部品であって、各実施形態で説明したように、基本的には径の異なるシンプルな部品にあって複雑な形状では無いので射出成形をすることができる。本発明に用いる成形樹脂は、射出成形可能な熱可塑性樹脂が適している。射出成形によって、加工精度の高い軸受と回転軸を製造することによって、２つの少ない部品点数が製造することができ、精度の高い粉体シール性を有する軸受・回転軸構造を提供することができる。
【００２４】
軸受材質としては、射出成形可能な熱可塑性樹脂を用いるのが、成形加工上適している。本出願人が先に出願した特許第３０２９０２９号公報に開示した含油樹脂組成物は、軸受と回転軸との間に侵入したトナー等の微粉体による摺動抵抗の増加を抑えることが出来るため、より効果的である。
すなわち、
（１） 潤滑油、潤滑油担体、補強充填材及び自己潤滑性樹脂を含む含油樹脂組成物において、この補強充填材として酸化亜鉛ウィスカを０．５容積％以上４０容積％以下含有することを特徴とする含油樹脂組成物、
（２） 上記補強充填材として酸化亜鉛ウィスカと金属粉末とが用いられており、この酸化亜鉛ウィスカと金属粉末の容積比が４／６以上６／４以下とされた（１）に記載の含油樹脂組成物、
（３） 上記補強充填材の含有率が、含油樹脂組成物１００容積％に対して０．５容積％以上４０容積％以下とされた（１）又は（２）記載の含油樹脂組成物。
（４） 上記酸化亜鉛ウィスカの繊維長が２μｍ以上５０μｍ以下であり、繊維径が０．２μｍ以上３μｍ以下である（１）から（３）のいずれかに記載の含油樹脂組 成物、
（５） この（１）から（４）記載の含油樹脂組成物を用いて電子写真装置におけるトナ ー粉末の介在する部位に設置される含油樹脂軸受を成形すると好ましい軸受を 得ることができ、 摺動部分の摩擦係数を０．２０以下であって、限界ＰＶ値 が７００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ以上とすると更に好ましい軸受とするこ とができる、
である。
更に詳しくは次のとおりである。
【００２５】
この含油樹脂軸組成物は、 自己潤滑性樹脂としてのポリアセタールを主要ポリマーとする含油樹脂組成物から成形されている。自己潤滑性樹脂とは、固体状又は液状の潤滑剤を添加しない状態でも潤滑性を有し、比較的低い摩擦係数を示す樹脂のことである。含油樹脂軸受１に適用可能な自己潤滑性樹脂としては、上記のポリアセタールの他に、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。
【００２６】
含油樹脂組成物中に占める自己潤滑性樹脂の量は、４０容積％以上９８容積％以下が好ましく、５５容積％以上８５容積％以下が特に好ましい。自己潤滑性樹脂の量が上記範囲未満であると、摺動部材として必要な機械的強度が低下し、摩耗量が増大してしまうことがある。逆に、自己潤滑性樹脂の量が上記範囲を越えると、含油樹脂組成物の硬度が上昇し、トナー等の微粉末の侵入により摺動抵抗が増大してしまうことがある。
【００２７】
この含油樹脂軸受には、潤滑油が配合されている。こうすることにより、使用中に摺動部分に潤滑油が滲出し、含油樹脂軸受と軸材との滑り摩擦抵抗を低下させる。従って、無給油で含油樹脂軸受を使用し続けることができる。潤滑油の配合量は、用いられる含油樹脂組成物１００容積％に対し１容積％以上４０容積％以下が好ましく、１０容積％以上３０容積％以下が特に好ましい。配合量が上記範囲未満であると、滑り摩擦抵抗を十分に低下させることができなくなってしまうことがある。逆に、配合量が上記範囲を超えると、摺動部分に過剰の潤滑油が滲出して摺動面に介在するトナー等の微粉末が堅く固まりやすくなり、摺動抵抗が増大してしまうことがある。
【００２８】
用いられる潤滑油としては、一般的に潤滑油として使用されているものであれば何でもよく、例えば（ａ）スピンドル油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の芳香属系潤滑油、（ｂ）ナフテン系潤滑油、（ｃ）パラフィン系潤滑油、（ｄ）炭化水素、エステル、ポリグリコール、シリコーン等の合成油等が挙げられる。
【００２９】
この含油樹脂軸受には、潤滑油担体としてのポリノリボルネン系エラストマーが配合されている。こうすることにより、ポリノリボルネン系エラストマーが潤滑油を吸収し、含油樹脂軸受中に潤滑油を多量に含有させることができ、しかも摺動面への潤滑油の滲出量を安定化させることができるようになる。ポリノリボルネン系エラストマーの配合量は、用いられる含油樹脂組成物１００容積％に対し０．１容積％以上２０容積％以下が好ましく、５容積％以上１５容積％以下が特に好ましい。配合量が上記範囲未満であると、含油樹脂軸受中に潤滑油を多量に配合することができなくなってしまうことがある。逆に、配合量が上記範囲を超えると、主要ポリマーである自己潤滑性樹脂の特性が滅却してしまい、例えば含油樹脂軸受の機械的強度が低下したり、耐熱性が低下したりしてしまうことがある。
【００３０】
含油樹脂軸受に適用可能な潤滑油担体としては、上記のポリノリボルネン系エラストマーの他に、例えばブタジエンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。これらの潤滑油担体のなかでも、ポーラスな構造を有するため潤滑油の吸収能力が高く、そのため所定の潤滑能力の発現に必要な混入量が少量ですむポリノリボルネン系エラストマーが好ましい。
【００３１】
この含油樹脂軸受には、補強充填材としての酸化亜鉛ウィスカが配合されている。ここで、酸化亜鉛ウィスカとは、酸化亜鉛を主成分とする微細な単結晶体のことである。酸化亜鉛ウィスカを配合することにより含油樹脂軸受が補強されて、潤滑油担体等の異物が存在する含油樹脂軸受であっても高い機械的強度を得ることができる。
【００３２】
酸化亜鉛ウィスカは、微細な短繊維でありテトラポッド状の結晶構造を有しているので、これを配合しても含油樹脂軸受の摺動部分の平滑性を悪化させることがなく、軸材の摩耗量を押さえることができる。また、酸化亜鉛ウィスカはそれ自体の表面硬度が低いためか、一般的な強化繊維や補強充填材と比較して含油樹脂軸受の表面硬度をさほど上昇させない。従って、摺動部分に進入したトナー等が内部に取り込まれ、摺動部分の滑り摩擦抵抗の増大を効果的に防止することができる。
【００３３】
酸化亜鉛ウィスカの繊維長は２μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上４０μｍ以下が特に好ましい。繊維長が上記範囲未満であると、十分な補強効果が得られず、機械的強度が不足したり摩耗量が増大したりしてしまうことがある。逆に、繊維長が上記範囲を越えると、摺動部分の表面平滑性が損なわれてしまうことがある。
【００３４】
酸化亜鉛ウィスカの繊維径は０．２μｍ以上３μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上２．５μｍ以下が特に好ましい。繊維径が上記範囲未満であると、補強効果が不十分となって含油樹脂軸受の強度が低下してしまうことがある。逆に、繊維径が上記範囲を越えると、摺動部分２の表面平滑性が損なわれてしまうことがある。
【００３５】
酸化亜鉛ウィスカとともに、他の補強充填材としての金属粉末を併用して含油樹脂軸受１を構成してもよい。金属は一般的にポリマーよりも熱伝導度が高いので、金属粉末を配合することにより含油樹脂軸受の熱伝導率を高めることができる。従って、運転中の摺動部分の温度上昇を押さえることができ、進入するトナーの溶融を防止することができる。また、金属粉末を配合することにより含油樹脂軸受の熱膨張係数を下げることができ、軸受としてきわめて重要な物性である寸法安定性に優れる含油樹脂軸受を得ることができる。
【００３６】
金属粉末に用いられる金属材料としては、例えば耐摩耗性に優れる青銅、りん青銅、ホワイトメタル、鉛青銅、ケルメット（銅鉛合金）等の銅系金属等が挙げられる。
【００３７】
酸化亜鉛ウィスカと金属粉末とを併用する場合、その容積比は４／６以上６／４以下が好ましい。容積比が上記範囲未満であると、摺動部分２の表面平滑性が損なわれてしまうことがある。逆に、容積比が上記範囲を超えると、含油樹脂軸受の熱伝導性及び寸法安定性が低下してしまうことがある。
【００３８】
これら補強充填材の合計含有率は、用いられる含油樹脂組成物１００容積％に対して０．５容積％以上４０容積％以下が好ましく、１０容積％以上３０容積％以下が特に好ましい。含有率が上記範囲未満であると、含油樹脂軸受の強度が不十分となったり熱伝導性が低下したりしてしまうことがある。逆に、含有率が上記範囲を超えると、含油樹脂軸受が脆化したり摺動部分の表面平滑性が低下したりしてしまうことがある。
【００３９】
この含油樹脂軸受の主摺動部分の摩擦係数は、０．２０以下が好ましく、０．１５以下が特に好ましい。摩擦係数が上記範囲を超えると、軸材の摩耗の程度が大きくなってしまうことがある。摩擦係数は小さいほど好ましいので、本発明では摩擦係数の下限は特には設けていない。なお、ここで摩擦係数とは、Ｓ４５Ｃ（焼入れなし）材に対する、荷重５ｋｇｆ、滑り速度１１．３ｍ／ｓｅｃにおける摩擦係数を意味する。
【００４０】
この含油樹脂軸受の主摺動部分の限界ＰＶ値は、７００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ以上が好ましく、８００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ以上が特に好ましい。限界ＰＶ値が上記範囲未満であると、高負荷・高速条件において主摺動部分が摩擦熱により溶融してしまうことがある。限界ＰＶ値は大きいほど好ましいので、本発明では限界ＰＶ値の上限は特には設けていないが、一般的に得られる限界ＰＶ値の上限は１０００ｋｇｆ／ｃｍ２・ｍ／ｍｉｎ程度である。なお、ここで限界ＰＶ値とは、摩擦熱によって主摺動部分が溶融して摩擦係数及び摩耗が急増する地点での加重Ｐと速度Ｖとの積を意味する。
【００４１】
この含油樹脂軸受に用いられる含油樹脂組成物は、例えば潤滑油担体と潤滑油とを混合して両者が均一に相溶した泥状物を調製し、これに粉末状の自己潤滑性樹脂と酸化亜鉛ウィスカを添加して混合することにより得られる。この含油樹脂組成物から含油樹脂軸受を成形するに際しては既知の種々の成形方法を採用することができるが、一般的には射出成形法が採用される。
【００４２】
この含油樹脂軸受に用いられる含油樹脂組成物には、前述の潤滑油、潤滑油担体、補強充填材及び自己潤滑性樹脂の他にも、必要に応じ、例えば紫外線吸収剤、劣化防止剤、着色剤、帯電防止剤、難燃剤等を配合することができる。
【００４３】
次に、含油樹脂組成物を用いた軸受の成形例に基づき詳説するが、この成形例の記載に基づいて限定的に解釈されるべきものではないことはもちろんである。
【００４４】
【軸受成形例１】
潤滑油担体としてのポリノルボルネン系エラストマー（日本ゼオン株式会社の商品名「ノルソレックス」）８容積％と潤滑油としての鉱物油（出光石油株式会社の商品名「ダフニースーパーメカニックオイル１００」）３０容積％とをヘンシェルミキサーで混合し、常温で１２時間放置して、両者が均一に相溶した泥状の混合物を得た。これに、自己潤滑性樹脂としてのポリアセタール樹脂粉末（ポリプラスチック株式会社の商品名「ジュラコンＭ９０−０２」）４２容積％と酸化亜鉛ウィスカ（松下アムテック社の商品名「パナテトラ」）２０容積％とを添加し、再びヘンシェルミキサーで混合して含油樹脂組成物を得た。
【００４５】
この含油樹脂組成物を押し出して裁断し、樹脂ペレットを得た。そして、この樹脂ペレットを用いて射出成形を行い、外径が１２ｍｍ、主摺動面の内径Ｒ１が６ｍｍ、長さが１０ｍｍである成形例１の含油樹脂軸受を得た。
【００４６】
【軸受成形例２】
酸化亜鉛ウィスカの配合量を１０容積％とし、他の補強充填材としてのケルメット粉末（福山金属箔社製）１０容積％を配合した他は成形例１と同様にして、成形例２の含油樹脂軸受を得た。
【００４７】
以上、トナー粉末が介在する電子写真装置の軸受に用いられる場合を例にとり説明したが、含油樹脂組成物は、強度及び摩擦・摩耗特性が必要とされるあらゆる粉体シール性を有する軸受素材として用いることができる。
【００４８】
以上説明したように、含油樹脂組成物によれば、補強されることにより機械的強度が高められているにもかかわらず、表面平滑性に優れ、しかも表面硬度が低くてトナー等の微粉末の侵入による摺動抵抗増大を防止する機能を備えた含油樹脂軸受を得ることができるので、この樹脂組成物を用いてクリアランスを変えた複数の摺動面をもった粉体シール性を有する軸受を成形すると、クリアランスとの相乗効果により、耐久性を向上させることができる。
【００４９】
回転軸材質としては、射出成形可能な熱可塑性樹脂を用いるのが、成形加工上適している。本出願人が先に出願した特開２００２−６００４４号公報に開示した粉体撹拌・搬送用スクリュー用組成物は、必要な回転軸形状を容易に成形することが出来、軸受との摺動性も良好なため、より効果的である。
すなわち、
（１） ウィスカ形態の補強充填材を１０質量％以上５０質量％以下含有する樹脂組成物、
（２） 上記補強充填剤が、マグネシウムオキシサルフェートウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、天然鉱物繊維及びマイカからなる群より選択される１種又は２種以上のものを用いることができ、
（３） さらに固体潤滑材を５質量％以上１５質量％以下含有する（１）又は（２）記載 の樹脂組成物、
である。
次に、樹脂組成物の具体的な説明をスクリュー状羽根を有する回転軸の成形も含めて説明する。
【００５０】
この樹脂組成物は、ウィスカ形態の補強充填材が成形品の表面性状を平滑にし、軸受、シール及び枠体との摺動抵抗を小さくして傷めず、さらにベース樹脂に対する補強効果も大きいことを見出した。
【００５１】
その結果得られた樹脂組成物は、ウィスカ形態の補強充填材を１０質量％以上５０質量％以下含有する樹脂組成物であり、この樹脂組成物を用いて、螺旋状の羽根部とこの羽根部の少なくとも一方の端部から延出した軸部とを備える粉体攪拌・搬送用スクリューを一体成形するものである。
【００５２】
上記樹脂組成物（つまりウィスカ形態の補強充填材を１０質量％以上５０質量％以下含有する樹脂組成物）で一体成形した粉体攪拌・搬送用スクリューによれば、ウィスカ形態の補強充填材によって、ガラス繊維を含有する樹脂組成物で成形した従来の粉体攪拌・搬送用スクリューと同程度の剛性及び振れ精度を有し、回転軸トルクに十分耐えることができる。また、当該補強充填材がウィスカ形態であるため、当該樹脂組成物の成形品の表面が高い表面平滑性及び低い摺動抵抗を有し、その結果、従来必要であった金属円管や金属シャフトを軸部に設けなくても、当該軸部と嵌合する軸受、シール又は枠体を摩耗させることが低減される。
【００５３】
以下、回転軸の一実施形態に係る粉体攪拌・搬送用スクリューを用いて説明する。
【００５４】
図９の粉体攪拌・搬送用スクリュー１４は、回転によって粉体を攪拌・搬送する螺旋状の羽根部１２と、その羽根部１２の両端部から延出した軸部１３ａ、１３ｂとから構成される。当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１４は、羽根部１２と軸部１３ａ、１３ｂとが、ベース樹脂にウィスカ形態の補強充填材を含有する樹脂組成物で一体成形したものである。
【００５５】
上記ベース樹脂としては、熱変形性が少なく、耐熱性及びトナーとの非粘着性に優れ、寸法安定性及び強度に優れる合成樹脂、具体的には、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）、ＡＢＳ樹脂とＰＣ樹脂のアロイ（ＡＢＳ樹脂／ＰＣ樹脂）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ樹脂）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ樹脂）などが用いられる。
【００５６】
またウィスカ形態の補強充填材としては、当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１４に必要な強度を付与するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、マグネシウムオキシサルフェートウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、天然鉱物繊維、マイカ、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ等を用いることができる。これらの中でも、マグネシウムオキシサルフェートウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、天然鉱物繊維及びマイカが強度面及び補強効果面から好ましく、これらの群より選択される１種又は２種以上のものを用いるとよい。
【００５７】
上記天然鉱物繊維としては、具体的には、ウォラストナイト（珪灰石粉）などが挙げられる。これらの天然鉱物繊維は、合成樹脂中での配向性が低く、上記補強効果を等方的に発現することができる。また天然鉱物繊維は、合成樹脂中への分散性が良好であり、成形品の表面への析出が低減されるため、成形品の表面平滑性が促進され、当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１の摺動性及び耐摩耗性を促進することができる。
【００５８】
上記補強充填材の配合比としては１０質量％以上５０質量％以下が好ましい。これは、補強充填材の配合比が上記範囲より小さいと、十分な補強効果及び摺動効果が得られず、螺旋状の羽根部１２が変形したり、枠体との摺動抵抗が大きくなって駆動トルクを上昇させるおそれがあり、逆に、補強充填材の配合比が上記範囲を超えると、樹脂組成物が脆くなり、回転トルクに耐えることができなくなることや、成形性が低下し、粉体攪拌・搬送用スクリュー１４として必要な振れ精度が得られなくなること等の不都合が発生することからである。
【００５９】
また上記樹脂組成物には、さらに固体潤滑材を含有するとよい。かかる固体潤滑材は、表面に何らかの外力が作用した場合にのみ融解・変形し、枠体との摺動抵抗をさらに低減でき、スクリューの耐久性を向上させ、駆動モーター容量を小さくすることができる。また、液体潤滑材のように羽根部表面に滲み出し、トナーを溶かしたり、凝集させて、汚染や回転抵抗の増大を生じないので、当該粉体攪拌・搬送用スクリュー１４に好適である。この固体潤滑材としては、ポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン等を用いることができ、中でもポリテトラフルオロエチレンは、融点が約３７０℃と比較的高く、耐久性及び潤滑性の面から好ましい。
【００６０】
上記固体潤滑材の配合比としては５質量％以上１５質量％以下が好ましい。これは、固体潤滑材の配合比が上記範囲より小さいと、上述の摺動抵抗の低減効果が小さく、逆に、固体潤滑材の配合比が上記範囲を超えると、ベース樹脂の強度や耐久性などが低下してしまうことからである。
【００６１】
上記樹脂組成物を用いて粉体攪拌・搬送用スクリュー１４を成形する方法としては、ベース樹脂と補強充填材とをヘンシェルミキサー等の通常用いられる混合手段で混合し、押出し混練してペレット化し、これをスクリューに対応した形状のキャビティを有する精密な金型に射出成形すればよい。
【００６２】
なお、本発明の粉体攪拌・搬送用スクリューは上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、軸部１３ａ及び軸部１３ｂの一方のみ（駆動軸部）を備えるものも可能である。
【００６３】
以下、回転軸の具体例に基づき詳述するが、この具体例の記載に基づいて限定的に解釈されるべきものではないことはもちろんである。
【００６４】
【回転軸の具体例１】
ベース樹脂としてＡＢＳ／ＰＣアロイ樹脂（ダイセル化学社製「ノバロイＳ３１００」）７０質量％、補強充填材としてマグネシウムオキシサルフェートウィスカ（宇部マテリアルズ社製「モスハイジＡ」）２９質量％、添加材としてステアリン酸マグネシウム０．６質量％及びアミノシラン０．４質量％を、攪拌機（三井三池製作所社製「ＦＭ７５Ｃ型ヘンシェルミキサー」）に入れ、常温で２０分間高速混合したものを押し出し、径約３ｍｍ、長さ約３ｍｍのペレット状樹脂組成物を作製した。このペレット状樹脂組成物を射出成形機に供給し、スクリュー用金型に射出し、冷却することで回転軸の具体例１の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６５】
【回転軸の具体例２】
さらに固体潤滑材としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１０質量％を加え、ベース樹脂の配合比を６０質量％とした以外は上記具体例１と同様にしてこの具体例２の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６６】
【回転軸の具体例３】
ベース樹脂をポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）とし、補強充填材をケイ酸カルシウムウィスカとした以外は上記具体例１と同様にしてこの具体例３の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６７】
【回転軸の具体例４】
さらに固体潤滑材としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１０質量％を加え、ベース樹脂の配合比を６０質量％とした以外は上記具体例３と同様にしてこの具体例４の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６８】
【回転軸の具体例５】
補強充填材を天然鉱物繊維（ウォラストナイト；キンセイマテック（株）社製「ＦＰＷ−３５０」）とした以外は上記具体例１と同様にしてこの具体例５の粉体攪拌・搬送用スクリューを得た。
【００６９】
【作用・効果】
本発明は、次のような作用・効果を奏するものである。
本発明は、軸受と回転軸が摺動する異なる径の摺動面を２つ以上設けることによって、トナーなどの粉体が最初に侵入する摺動面において、形成される粉体のブリッジを利用して、後続の粉体の侵入を防止するものである。
本発明は、トナーなどの粉体が最初に侵入する摺動面を第２摺動面として、主摺動面よりも大きなクリアランスを設け、この第２摺動面では、侵入したトナーによる摺動抵抗が大きくなることを回避しつつ、このクリアランス内に粉体のブリッジを形成して、後続の粉体の侵入を防止するものである。
【００７０】
本発明は、摺動面を第２、第３・・と増加させることによって、それぞれの摺動部に形成されるクリアランスの大きさを順次小さくして、粉体の侵入防止を計るとともに、各摺動部において粉体のブリッジを形成して、更に粉体の侵入を防止するものである。
本発明は、回転軸の摺動面に環状溝を形成して、侵入したトナーを収拾し、該溝部において大きくて、密度の低いブリッジを形成して、後続のトナーの侵入を防止するものである。この環状溝は、複数本設けることができる。
本発明は、回転軸にフランジを設けることにより、トナーなどの攪拌・搬送圧力を一次的にフランジで受け止め、軸受の摺動部への粉体の侵入圧力を弱めることができる。また、このフランジによって、トナー等の粉体の進入経路が軸受の摺動部に対してストレートにならず、屈曲経路となるので侵入圧を弱めることができる。
【００７１】
本発明は、軸受を射出成形によって形成できるので、成形加工が容易である。特に、材質として含油樹脂組成物を用いることによって、摺動抵抗の増加を防止することができる。
本発明は、回転軸を射出成形によって形成できるので、成形加工が容易である。特に、回転軸の材質として、ウィスカ形態の補強充填材入りの樹脂組成物を用いることによって、強度の高い軸を射出成形できる。
本発明の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造は、射出成形した軸受と射出成形した回転軸の２部品によって構成されるので、部品点数が少なくて加工や組立工程も省力化でき、コスト低減を計ることができる。
本発明は、射出成形によるので高い加工精度の部品である。
本発明は、部品点数が少ないので、組み付け不良が少なく、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】：実施形態１を示す図
【図２】：実施形態２を示す図
【図３】：実施形態３を示す図
【図４】：実施形態４を示す図
【図５】：実施形態５を示す図
【図６】：実施形態６を示す図
【図７】：従来例を示す図
【図８】：回転軸の成形例を示す図
【符号の説明】
１；軸受
２；第２摺動面
３；主摺動面
４；第２摺動面
５；フランジ
６；回転軸
７；回転軸の羽根
８；フレーム
９；トナー
１０；密着状態のトナー
１１；主摺動面
１２；羽根部
１３ａ；軸部
１３ｂ；軸部
１４；当該粉体攪拌・搬送用スクリュー
１０１；軸受
１０２；シール部品
１０３；摺動面
１０６；回転軸
１０７；回転軸の羽根
１０８；フレーム
１０９；トナー
１１０；密着状態のトナー
１１１；主摺動面
Ａ；主摺動部
Ｂ；第２摺動部
Ｃ；第３摺動部
Ｐ；環状溝
Claims (10)
- 軸受と回転軸の２部材からなる粉体をシールする軸受・回転軸構造であって、軸受と回転軸とが径の異なる複数の摺動面を有する粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 摺動面を２つとする請求項１記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 摺動面を３つ以上とする請求項１記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 容器の内側方向に位置する摺動面のクリアランスが容器外側方向に位置する摺動面のクリアランスよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 回転軸のいずれかの摺動面に環状凹部を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 軸受の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 回転軸の材質が、射出成形可能な熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 回転軸が粉体の攪拌、搬送用のスクリュー回転軸であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 粉体がトナーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
- 電子写真装置の軸受・回転軸構造に用いることを特徴とする請求項１乃至９記載の粉体シール性を有する軸受・回転軸構造。
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