JP3555270B2 - マグネットロールの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＰＰＣ複写機、ＬＢＰプリンター、ファクシミリなどの電子写真現像装置などに用いられるマグネットロールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気ブラシ現像用のマグネットロールは、円筒形の非磁性体スリーブと、この非磁性体スリーブ内にあって、複数個の磁極を表面に有するロール状磁石を主要部として構成され、上記非磁性体スリーブとロール状磁石の少なくとも一方を回転させるための軸受け、あるいは軸受けを一体化したフランジが、ロール状磁石の両端の軸部を保持するようにして非磁性体スリーブの両端に固定されている。
【０００３】
電子写真現像装置では、上記非磁性体スリーブとロール状磁石の少なくとも一方を回転させ、非磁性体スリーブ上の、磁性粉体からなる現像剤を吸着搬送し、かつ帯電させ、感光体表面に形成された静電潜像に移行させて顕像化する磁気ブラシ現像法が使用されている。
【０００４】
図６は一般的なマグネットロールの断面図であり、非磁性体スリーブ１１内でロール状磁石１０を相対的に回転させるが、非磁性体スリーブ１１の両端に、軸受け１２ａ，１２ｂおよびこの軸受け１２ａ，１２ｂを保持し、かつ両端から非磁性体スリーブ１１内に異物が進入するのを防ぐためのフランジ１３ａ，１３ｂからなる軸受部が形成されており、ロール状磁石１０と非磁性体スリーブ１１が最小限の間隔９を設けて、かつ回転負荷が大きくならないような寸法関係でフランジ１３ａと１３ｂは、非磁性体スリーブ１１に接着剤で接着固定されている。
【０００５】
ロール状磁石１０を回転または固定させるためのシャフト８は一方のフランジ１３ｂの外側に引き出されているが、ロール状磁石１０が固定され非磁性体スリーブ１１を回転させる方式が主流であり、着磁パターンと感光体の位置関係を規制するために、シャフト８の端部にはＤカットなどの基準面８ａが設けられている。
【０００６】
シャフト８の外側に固定されたロール状磁石１０は、従来、図７に示すような複数本の棒状焼結フェライト１４や、図８に示すような円筒状の焼結フェライト１５を用いて構成されていたが、近年ではナイロン（６，６６，１１，１２など）、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、酢酸ビニール等の熱可塑性樹脂を結着剤とした複合樹脂マグネット材料を用いて構成されている。
【０００７】
複合樹脂マグネットロールは、従来、強磁性体粉末であるフェライト粉末の磁化容易軸を機械的な手段により一定方向に配向させる方法と、磁場の作用で配向させる方法で作られている。
【０００８】
機械的な手段を用いてフェライト粉末の磁化容易軸を一定方向に配向させる方法は、図９（ａ）に示すように複合樹脂マグネット材料１６を圧延ローラー１７などで圧延して、フェライト粉末の磁化容易軸１８をシート面に対して直角方向に配向させたシート状マグネット１９を形成し、次に図９（ｂ）のようにこのシート状マグネット１９をシャフト８に巻き付けてロール状とし、その後、着磁を行ってロール状磁石１０とするものである。
【０００９】
別の方法として、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、配向効率を高めるために、シート状マグネット１９を数枚重ねた後、扇形に加圧成形したピース２０を、図１０（ｄ）に示すようにシャフト８を中心に隣接して貼り合わせ外周を切削加工してロール状とし、着磁を行ってロール状磁石１０とする工夫もなされている。磁場の作用で配向させる方法は磁場射出成形といわれるもので、射出成形時に、金型内にある可塑状態の複合樹脂マグネット材料に強力な磁場を作用させ、フェライト粉末の磁化容易軸が磁束線の方向に配向されたロール状磁石とするもので、図１１に示すように射出成形時に、可塑状態の複合樹脂マグネット材料が、金型２１内のキャビティ２２の周囲に配置されたコイル２３ａとヨーク２３ｂからなる配向磁石２３から磁場の作用を受け、フェライト粉末の磁化容易軸１８が磁束線の方向に配向するものであった。
【００１０】
いずれにおいても、ロール状磁石の端部は中央部と同一形状であり、平面状態で構成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の複合樹脂マグネットロールの内、図９（ａ）（ｂ）に示した巻付けによる方法では、図９（ｂ）に示すようにフェライト粉末の磁化容易軸１８がシャフト８から放射状に配向され、磁束線が円周上の磁極に集中しないため高磁力が得られない。それに対して、扇形に加圧成形する図１０（ａ）〜（ｄ）の方法ではフェライト粉末の磁化容易軸が磁束線の方向に配向するため高磁力が得られ、扇形角度や磁極部の寸法及び位置関係を組み合わせる事により、特定磁極の着磁特性を独立して設計し、複雑な着磁パターンを得られるが、工程が複雑になり生産性に劣るものである。
【００１２】
また図１１の磁場射出成形では、配向磁石２３は、得ようとする現像用マグネットロールの磁極位置に対応して、磁極数と同数が配置されており、配向磁石２３からの磁束線は磁極の方向に集中するため配向が効率よく行われ、工程がより単純であるが、隣接する配向磁石との関係で、全体の着磁パターンが一括して決められ、特定磁極の着磁特性を個別に設計することはできず、複雑な着磁パターンが得られない。更に、ロール中心部迄充分な配向磁界が寄与できず、高磁力化に限界があるものであった。
【００１３】
一般に乾式現像剤を用いる電子写真現像装置は、感光体に帯電−露光を経て潜像化された文字などの画像情報に現像材を静電気吸引効果で作用させて顕像化するものであり、現像剤を攪拌帯電し吸着搬送する目的で高磁力としたロール状磁石を、軸受けを介してフランジで受け、非磁性体スリーブ内に組み込んだ構成となっている。
【００１４】
そして、ロール状磁石を固定しフランジを駆動して非磁性スリーブを回転させ、非磁性体スリーブ表面の磁力線分布に沿って現像剤を移行させる。
【００１５】
このため、複数極で構成される現像用マグネットロールの個々の磁極は、現像ユニットの構成や感光体との関係などに応じてそれぞれ機能が定められており、その機能に最適な磁力線分布が要求される。つまり、ロール状磁石から発生する磁力線分布は、画像特性を決定する重要な役目を持っており、構成される複数磁極を個別に設計でき、複雑な着磁パターンを容易な工程で実現することが要求される。
【００１６】
特に、感光体に対向する現像極は主極とも呼ばれ、現像材が感光体に接触する前後で異なって移行し、感光体に接触し、現像する時はゆるやかに、感光体から離れる現像後は素早く動くことが要求され、その為には、接触点となる磁極ピークの前後で、非対称な磁束密度分布の着磁パターンを有することが重要となる。また、現像剤を確実に搬送し、高精細度な画質を実現する目的で強い磁束密度（磁力）が要求され、感光体と着磁パターンの位置関係を高精度に組み立てることが重要である。
【００１７】
また、全面に均一な画質を得るためには長手方向の磁力均一性も重要であり、特に全長形状が一様の従来品ではエッジ効果の関係で現像材端部盛り上がりが生じ、画像汚れ防止の部材が必要となっている。
【００１８】
本発明は上述のような従来技術では解決できない相反する課題を解決することを目的とし、端部まで平坦で高磁力かつ複雑な着磁パターンを高精度に形成する磁気ブラシ現像用のマグネットロールの製造方法を安価に提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、強磁性体粉末材料と高分子化合物材料を主体とする混合物を加熱溶融させた後、配向用磁界により、断面形状が扇型で円弧側から他の三辺に強磁性体粉末を配向しつつ成形させた磁極ピースを長手方向両端部が凸形状の突状部を有するように成形した後、シャフトにそれらを複数個組み合わせて貼り合わせたものである。
【００２０】
【作用】
上記構成によって、同軸特性が優れた高磁力の現像用マグネットロールを、容易に生産することが可能となるものである。
【００２１】
【実施例】
まず、本発明のマグネットロールの概要について説明する。
【００２２】
本発明の要点とする処は、予め配向磁力が最大限に活用できる断面形状が扇型で円弧側から他の三辺に配向した磁極ピースを長手方向両端部においては幅が小なる形状に成形し、これらを複数個シャフトに組み合わせて貼り合わせることである。
【００２３】
特に、幅が小なる部分とシャフト基準部の角度関係を治具を用いて規制して貼り合わせることにより感光体とマグネットロール着磁パターンの最適位置関係を容易に得ることができる。
【００２４】
このように生産される現像用マグネットロールは個別の磁極毎に端部迄均一で最適な特性を有しており、良好な電子写真現像画像を再現することが可能である。つまり、貼り合わせる磁極ピース数、磁極ピースの扇開き角度や、円弧側配向極の位置・幅は要求されるマグネットロール着磁パターンに応じて、最適内容に設計される事が重要である。
【００２５】
成形に使用される強磁性体粉末材料と高分子化合物材料を主体とする混合物は、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂を母材として、希土類系磁性粉体や、バリウムフェライト、ストロンチュウムフェライトなどのハードフェライト粉末をチタニュウム或はシランなどのカップリング剤で表面処理をし、８０〜９５重量％の含有率で、混練したものが用いられる。
【００２６】
以下、本発明の具体的実施例を図面を用いて説明する。本発明の断面形状が薄型の扇型で円弧側から他の三辺に強磁性体粉末を配向したピースを磁場射出成形する装置の一実施例を図２により説明する。
【００２７】
すなわち、希土類系磁性粉末やフェライト粉末と高分子材料からなる複合樹脂マグネット材料ペレットを縦型射出成形機１で図２に示すような、コイル２中に設置された中央部に扇状凹部３ａを設けた下部磁性材３ｂとＴ字状の上部磁性材３ｃとで円弧中央部から他の三辺へ磁路を形成する磁性材３と、扇状の両側の上部と円弧面の中央部を除く部分を囲む非磁性材４で構成され、長手方向両端部が凸形状となるように加工された金型５内に射出成形する。コイル２に通電し発生する磁界で希土類系磁性粉体やフェライト粒子の磁化容易軸を磁力線の方向に配向させることにより、図３に示すような断面が扇形で円弧中央部から他の三辺へ配向し、長手方向両端部の幅が小なる突状部６ａを有する磁極ピース６を成形する。
【００２８】
上部円弧半径ｒ１、下部円弧半径ｒ２、及び開き角度θ、さらにはＴ字状の上部磁性材３ｃによって円弧中央部から他の三辺へ形成される配向磁場は製品仕様に対応し、端部凸形状寸法はこれらの寸法に対応して最適状態に決定されるが実施例と比較例における現像極磁極ピースの各寸法を（表１）に記す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
そして、図１に示すように、鉄などからなるシャフト８の周囲に複数個の磁極ピース６を貼り合わせてロール状磁石を得る。
【００３１】
電子写真現像装置で重要な感光体と着磁パターンの位置関係を確保するために、現像装置に組み込む時に基準面となるシャフト端部のＤカット部８ａと現像極磁極ピース端部を設計寸法角度に固定する図４に示す磁極ピース端部の突状部６ａと対応する穴部７ａと、シャフト基準となるＤカット部８ａに対応した他の穴部７ｂを有する位置決め治具７を用いて、ＳＵＭ材からなるシャフト８の周囲に複数個の磁極ピース６を貼り合わせてロール状磁石を得る。
【００３２】
図１は本発明に於ける一ピース成形装置の主要部を示す断面図であるが、断面が扇形で円弧中央部から他の三辺へ配向した磁極ピース６のキャビティ部一端にはノズル口に連なるスプール、ランナーが連結されているのは一般の射出成形金型と同等である。
【００３３】
成形に使用した複合樹脂マグネットは６ナイロンを母材樹脂とし、チタニウムカップリング処理されたバリウムフェライトを８７重量％含有した混合物を用いて成形した。
【００３４】
得られたロール状磁石の表面磁束密度をガウスメーターにより測定した。測定はマグネットロールとして使用される状態とするために、外径３０ｍｍのスリーブ内に組み込み、ガウスメーターのホール素子をそのスリーブ表面に接触させて行った。
【００３５】
このマグネットロールの主極長手方向の磁束密度特性を（表１）の実施例１〜３および比較例について図５に示す。
【００３６】
本発明によれば端部を凸形状とし小とする程比較例Ｄと比べてエッジ効果が解消されることが図５により明らかであるが、小にし過ぎるといわゆる肩ダレ状態になりマイナス効果となるため、製品要求特性から定められた磁極ピース設計寸法とのバランスで端部凸形状寸法を最適設計すれば良い。又、実際のマグネットロールの着磁特性はそれぞれの極間角度、磁力は不均一であり、開き角度θは異なり、端部を小とした程度が異なる磁極ブロックを組み合わせるという事が設計ポイントとなってくる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明のマグネットロールの製造方法によれば、良質な画像特性を実現するために端部まで平坦で高磁力かつ複雑な着磁パターンを高精度に形成する磁気ブラシ現像用ロールを、生産性に優れ、安価に生産でき、電子写真現像装置などに最適な磁気ブラシ現像用ロールを得ることができ、その実用価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマグネットロールの一実施例である薄型の断面が扇形で円弧中央部から他の三辺へ配向した磁極ピースをシャフトに接着固定した磁石ロールの斜視図
【図２】同マグネットロールの製造に用いられる製造装置の断面図
【図３】同要部である薄型の断面が扇形で円弧中央部から他の三辺へ配向し端部が小なる形状とした磁極ピースの斜視図
【図４】同磁極ピースをシャフト基準面に接着固定する時の位置決め治具の一実施例の斜視図
【図５】同特性図
【図６】従来のマグネットロールの断面図
【図７】同径方向の断面図
【図８】同他の従来技術におけるマグネットロールの径方向の断面図
【図９】従来の磁石ロールの製造方法の説明図
【図１０】従来の磁石ロールの他の製造方法の説明図
【図１１】従来の磁石ロールの他の製造方法の説明図
【符号の説明】
１ 縦型射出成形機
２ コイル
３ 磁性材
４ 非磁性材
５ 金型
６ 磁極ピース
７ 位置決め治具
８ シャフト

Claims (1)

1. 強磁性体粉末材料と高分子化合物材料を主体とする混合物を加熱溶融させた後、配向用磁界により、断面形状が扇型で円弧側から他の三辺に強磁性体粉末を配向しつつ成形させた磁極ピースを長手方向両端部が凸形状の突状部を有するように成形した後、シャフトにそれらを複数個組み合わせて貼り合わせることを特長とするマグネットロールの製造方法。

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