JP4420197B2 - マグネットロール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式複写機やレーザープリンタ、ファクシミリ等に用いられるマグネットロールに係り、特に、断面が略扇形の複数のマグネットピースをシャフトの外周に配置し、かつシャフトの外周の所定角度範囲にマグネットピースの無い間隙を設けた構造において、反発極の磁力を抑制、制御したマグネットロール及びその製造方法に関する。

複写機やプリンタ等の感光ドラムの静電潜像を可視化する現像ロールとして、磁石体を有するマグネットロールが用いられる。感光ドラムにトナーを供給する方法として、マグネットロールの磁力によってトナーを制御し感光ドラムに付着させるジャンピング方式と、鉄粉に代表されるキャリア（磁性体）とトナーの混合物をマグネットロールの磁力によって感光ドラムに搬送するブラシ方式が知られている。

前記ジャンピング方式に用いられるマグネットロールは、様々な形態があるが、例えば、汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、の４極から構成されるものがある。また、前記ブラシ方式にて用いられるマグネットロールとしては、例えば、上述の４極に剥離極を加えた５極から構成されるものがある。

それらの磁極を作り出す磁石体は以下の２種に大別される。１つの磁石体からなるマグネットロールとしては、シャフトに中空円筒状に磁石体を一体成形するか、もしくは、中空円筒状に磁石体を成形した後、中心部にシャフトを固着するものがある。

また、複数の磁石体からなるマグネットロールとしては、バインダーと磁性粉を混合してなる断面が略扇形の複数のマグネットピースをシャフトの外周に配置したものがある。

図１１は現像装置３０の例であり、回転する円筒状スリーブ５０の内部に所定の磁力パターンが着磁された円柱状マグネットロール４０を固定配置し、その磁力パターンに従って現像剤容器５２に収納されているトナーとキャリアとの混合物Ｔを前記スリーブ５０の表面に付着させて搬送し、成層ブレード５３により前記混合物Ｔを均一な薄層にした後、感光ドラム６０上の静電潜像上にトナーを付着させるものである。前記円筒状スリーブ５０の表面に残留したキャリアは、その後、スリーブ５０から分離され回収される。

この種のマグネットロールの公知例として、下記特許文献１及び特許文献２が知られている。

特開昭６２−２８２４２３号公報 特開２００２−５０５１５号公報

特許文献１は、フェライト粉とバインダーの混合物を略扇形形状に成形する際に、略扇形の円弧面中央部に向かって配向させた磁石体を複数個貼り合わせるマグネットロールの製法を開示している。

特許文献２は、奇数の極数で構成されるマグネットロール、特に上述のような５極からなる場合において、汲み上げ極と剥離極が同極となり、この両極間の反発力により反発極が生じることについての対策を開示するものである。この反発極が生じることで、キャリアの回収率が低下し、未回収のキャリアによって感光ドラムへのトナーの供給が不安定となり、画像不良を起こす恐れが生じていた。したがって、該反発極を円筒状スリーブ表面で１０ｍＴ（１００ガウス）以下に制御する必要性があり、且つ、この１０ｍＴ以下の領域をフラットにすることで、キャリアの回収率が向上する。従来は、この反発極の制御方法として、上記特許文献２はマグネットロールの同極間（反発極の生じる領域）に、棒状、且つ、断面が略扇形の側面に同極の磁極を有し、内周面が側面と逆極となるマグネットピースを配置することを開示している。

しかしながら、特許文献２の方法では、設計上必要としている極数に対して一つ多いマグネットピースを加えなければならず、構成の複雑化、重量の増加、コスト上昇を招く。また、反発極制御用にマグネットピースが配置されていると、マグネットロールの長手方向における両端部の磁気特性が盛り上る傾向にあり、これもキャリア回収率を劣化させる。

そこで、本発明者等は、設計上必要とする極数にて、反発極が十分微弱（１０ｍＴ以下）で平坦な磁気特性を有するマグネットロールを提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、バインダーと磁性粉とを混合してなる断面が略扇形の複数のマグネットピースをシャフトの外周に複数個配置したマグネットロールの製造方法であって、
現像極となるマグネットピースは等方性ＮｄＦｅＢ系磁石粉と樹脂とを混合したものであり、汲み上げ極、搬送極、回収極及び剥離極となるマグネットピースは異方性フェライト粉とゴムとを混合したものであり、
前記汲み上げ極となるマグネットピースと前記剥離極となるマグネットピースとの間であって前記シャフトの外周の１５°以上の所定角度範囲に前記マグネットピースの無い間隙があり、
前記シャフトの外周に各マグネットピースを固着して一旦脱磁した後、
着磁装置によって、各マグネットピースの外周に前記汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、剥離極の順で、かつ極性が交互に異なるように着磁するとともに、前記間隙に面するマグネットピース部分にも微弱極を付与し、前記間隙に面したマグネットピース側面の磁束密度を低下させることを特徴としている。

本願請求項２の発明に係るマグネットロールの製造方法は、請求項１において、前記着磁装置が、前記汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、剥離極をそれぞれ構成するための各マグネットピースの外周面に近接又は接する着磁ヘッドに加えて、前記間隙に対向又は入り込んだ着磁ヘッドを有し、各着磁ヘッドに着磁用コイルが設けられていることを特徴としている。

本願請求項３の発明に係るマグネットロールは、請求項１又は２記載のマグネットロールの製造方法によって製造されたものであることを特徴としている。

本発明によれば、バインダーと磁性粉を混合してなる断面が略扇形の複数のマグネットピースをシャフトの外周に配置したマグネットロールにおいて、前記シャフトの外周の所定角度範囲にマグネットピースの無い間隙が存在し、かつ該間隙の両側のマグネットピースの外周面の磁極が同極である場合に、当該両側のマグネットピースの前記間隙に面した側面の磁束密度を１５ｍＴ以下に設定することにより、マグネットロールを収納する円筒状スリーブに相当する円周面上で磁束密度を測定したときに、反発極を１０ｍＴ以下に十分微弱化することが可能である。これにより、トナーを搬送するキャリアの回収率を向上させ、画像不良を低減できる。

また、本発明では、反発極を微弱化するために、余分なマグネットピースの配置は不要であり、構造の複雑化を招くことがなく、軽量化、コスト低減も可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、マグネットロール及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は本発明に係るマグネットロールの実施の形態１を示し、図２はその場合の着磁装置の構成を示し、図３はその特性図を示す。また、図４は実施の形態２の特性図である。また、図５は従来例１のマグネットロール、図６はその場合の着磁装置の構成を示し、図７はその特性図である。図８は従来例２，３のマグネットロール、図９及び図１０はその特性図である。

まず、本発明の実施の形態を説明する前に、従来例１，２，３について説明する。

［従来例１］
磁性粉として等方性ＮｄＦｅＢ系磁石粉を使用し、バインダーとして熱硬化性のエポキシ樹脂と混合する。その混練物を断面が略扇型で棒状に成形した後、着磁し、第１磁石体とし、図５の現像極３を外周面に構成するマグネットピースＰ３に用いる。また、磁性粉として異方性Ｓｒフェライト粉とバインダーとしてニトリルゴムとを混練し、断面が扇形になるよう磁場中成形した。この磁石体を第２磁石体として、その他の極、つまり、汲み上げ極１、搬送極２、回収極４、剥離極５をそれぞれ構成するマグネットピースＰ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５に使用する。そして、それらのマグネットピースＰ１〜Ｐ５を汲み上げ極１と剥離極５に間隙８を設けるようにシャフト７の外周に貼り合わせる。シャフト７は通常、鉄等の磁性体である。

上記マグネットロールに固着した各マグネットピースを一旦脱磁し、次に、上記５極からなるマグネットロールに対して、図６の着磁装置によって、構成される磁石体の極数と同じ極数を着磁する。図６中、１１〜１５は着磁ヨーク１０に形成された着磁ヘッド、２１〜２５は着磁用コイルであり、着磁ヘッド１１〜１５は汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、回収極４、剥離極５を構成するためのマグネットピースＰ１〜Ｐ５の外周面に近接又は接している。そして、着磁用コイル２１〜２５にそれぞれ定まった電流を流すことにより着磁用磁界を発生する。

着磁後、前記図５のマグネットロールの表面磁力を円周方向（マグネットロールを収納する円筒状スリーブに相当する円周面上）に沿って測定したところ、着磁パターン（マグネットロールを囲む円周面での角度と表面磁束密度との関係）は図７のグラフとなった。図７中、現像極位置を角度０°とし、右回り（時計回り）に表面磁束密度を測定した。また、汲み上げ極１と剥離極５のマグネットピースＰ１，Ｐ５の前記間隙に面した側面Ｐ１ａ，Ｐ５ａの磁束密度はＳ極で２０ｍＴ（無視できない強さのＳ極が現れている）であった。この場合は、図７に示されるように反発極が無視できない強さで生じ、且つ、間隙部分にフラットな磁力パターンを形成することが困難である。

［従来例２、３］
上記従来例の第２磁石体と同じ磁石体を使用し、マグネットピースＰ６として図８の汲み上げ極１と剥離極５との間に、マグネットロールの断面が円形になるようにシャフト７外周に貼り合わせる。その他は従来例１と同じである。

従来例２は、汲み上げ極１と剥離極５の磁力が同じ状態のものであり、前記図８のマグネットロールの表面磁力を円周方向（マグネットロールを収納する円筒状スリーブに相当する円周面上）に沿って測定したところ、着磁パターンは図９のグラフとなった。また、従来例３は、汲み上げ極１と剥離極５の磁力が異なる状態のものであり、着磁パターンは図１０のグラフとなった。それらの極１，５間に注目すると、図９では中央部が凸の状態となり、図１０では傾斜をもつ磁力パターンが形成されてしまう。

［実施の形態１］
従来例１に示されるマグネットロールにおいて、間隙８の両側のマグネットピースＰ１，Ｐ５の当該間隙に面した側面の磁力を測定したところ、汲み上げ極１のピーク強度（断面扇形形状の外周面）がＮ極で８０ｍＴ時に、側面はＳ極で２０ｍＴの磁力を発生しており、この側面の磁力が反発極を引き起こす要因を一つと考えられる。

そこで、本発明の実施の形態１では、図１のマグネットピースＰ１〜Ｐ５をシャフト７の外周に貼り付け固着したマグネットロールにおいて、汲み上げ極１と剥離極５のマグネットピースＰ１，Ｐ５の間隙８に面した側面Ｐ１ａ，Ｐ５ａの磁束密度を１５ｍＴ以下に設定している。

各マグネットピースＰ１〜Ｐ５は以下の手順で作製し、着磁する。

磁性粉として等方性ＮｄＦｅＢ系磁石粉を使用し、バインダーとして熱硬化性のエポキシ樹脂と混合する。その混練物を断面が略扇型で棒状に成形した後、着磁し、第１磁石体とし、図１の現像極３を外周面に構成するマグネットピースＰ３に用いる。また、磁性粉として異方性Ｓｒフェライト粉とバインダーとしてニトリルゴムとを混練し、断面が扇形になるよう磁場中成形した。この磁石体を第２磁石体として、その他の極、つまり、汲み上げ極１、搬送極２、回収極４、剥離極５をそれぞれ構成するマグネットピースＰ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５に使用する。そして、それらのマグネットピースＰ１〜Ｐ５を汲み上げ極１と剥離極５に間隙８を設けるようにシャフト７の外周に貼り合わせ、固着一体化する。間隙８は、１５°以上設けることが好ましい。例えば、５極からなるマグネットロールの場合、間隙８の両側に位置するマグネットピースが同極となるため、間隙８が１５゜未満であると貼り合わせ等の作業性が著しく低下するためである。

上記マグネットロールに固着した各マグネットピースを一旦脱磁し、次に、上記５極からなるマグネットロールに対して、図２の着磁装置によって各マグネットピースＰ１〜Ｐ５を着磁する。従来はマグネットロールを構成する極と同じ数極を外部から印加し着磁していたが、本発明の実施の形態では、汲み上げ極１と剥離極５の間隙８にも着磁を行なう。つまり、本実施の形態では、計６極の着磁をすることとなる。このため、図２の着磁装置では、着磁ヨーク１０に一体に形成された着磁ヘッド１１〜１５、それらの周囲に巻回された着磁用コイル２１〜２５に加えて、間隙部分に対向する着磁ヘッド１６及びこの周囲に巻回された着磁用コイル２６が設けられている。すなわち、着磁ヘッド１１〜１５は汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、回収極４、剥離極５を構成するためのマグネットピースＰ１〜Ｐ５の外周面に近接又は接しており、着磁ヘッド１６は間隙８に対向、もしくは間隙８に入り込んでいる。

各着磁ヘッドに巻きつけられている着磁コイルは、各々独立に電流（電圧）を制御可能な電源に繋がれている。独立に制御可能とすることで、間隙８に発生する反発極の磁力を精度よく制御可能となる。

そして、着磁用コイル２１〜２６にそれぞれ定まった電流を流すことにより着磁用磁界を発生し、所定の強さの汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、回収極４、剥離極５を各マグネットピースＰ１〜Ｐ５の外周面に形成すると共に、汲み上げ極１と剥離極５のマグネットピースＰ１，Ｐ５の間隙８に面した側面Ｐ１ａ，Ｐ５ａの磁束密度を１５ｍＴ以下に抑制する。

このように、マグネットロールを着磁する際に、上述の５極に加えて間隙部分（間隙に面するマグネットピース部分）にも着磁することを特徴とする。汲み上げ極１を着磁する着磁磁界、剥離極５を着磁する着磁磁界と間隙部分に付与する着磁磁界の３極のバランス（制御）をとることが重要となる。この間隙部分には、同極となっている両側の汲み上げ極１と剥離極５と同極又は異極の微弱極を付与する。この着磁方法を用いることで、反発極が１０ｍＴ以下で平坦な磁気特性が得られる。本来、汲み上げ極１と剥離極５の２極のみ着磁した場合、間隙に面する両壁面から生じる磁束により反発極が生じる。しかしながら、間隙部分に両側の極１，５と同極又は異極の微弱極を着磁する事で両壁面領域がニュートラル（Ｎ極とＳ極が相殺されている状態）となり、反発極を抑制することが可能となる。

マグネットロールにおいて間隙８の幅を大きくすることで求める平坦な磁気特性を得ることも可能だが、小型化や設計上の都合により十分な間隙を得る事が出来ない場合においても、本発明は有効である。

着磁後、図１のマグネットロールの表面磁力を円周方向（マグネットロールを収納する円筒状スリーブに相当する円周面上）に沿って測定したところ、汲み上げ極１と剥離極５の磁力が同じ場合に、着磁パターンは図３のグラフ（但し、現像極位置を角度０°とし、右回り（時計回り）に表面磁束密度を測定）となり、極１，５間の磁力を低減でき、フラットなパターンを形成できている。また、汲み上げ極１と剥離極５のマグネットピースＰ１，Ｐ５の前記間隙に面した側面Ｐ１ａ，Ｐ５ａの磁束密度は１５ｍＴ以下を満足している（測定値はＳ極で６ｍＴ以下で微弱Ｓ極が現れているが無視できる）。

［実施の形態２］
上記実施の形態１は汲み上げ極１と剥離極５の磁力が同じであったが、汲み上げ極１と剥離極５の磁力が異なる場合を実施の形態２として、その着磁パターンを図４のグラフに示す。従来では極１，５間の磁力が傾斜してしまうが、本実施の形態２では、フラットなパターンを形成でき、且つ、反発極の磁力低減が可能である。

従来例１に示されるマグネットロールにおいて、間隙８の両側面Ｐ１ａ，Ｐ５ａの磁力を測定したところ、汲み上げ極１のピーク強度（断面扇形形状の外周面）がＮ極で８０ｍＴ時に、側面はＳ極で２０ｍＴの磁力を発生している。この側面の磁力が反発極を引き起こす要因を一つと考えられる。そこで、実施の形態１に示されるマグネットロールにおいて同箇所を測定したところ、実施の形態１では、側面磁力がＳ極で１５ｍＴ以下（実測値は６ｍＴ以下）となっており、反発極を抑制でき、且つ、フラットな磁力パターンと形成可能となる（なお、１５ｍＴ以下の微弱なＮ極となるように制御する場合もある。）。したがって、間隙８の両サイドに位置するマグネットピースＰ１，Ｐ５の側面磁力を１５ｍＴ以下に制御することが反発極を制御する上で非常に重要となることがわかる。

それらの実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、回収極４、剥離極５の５極から構成されるマグネットロールにおいて、汲み上げ極１と剥離極５の間隙を埋めるようにマグネットピースを付加することなく、設計上必要としている極数のみで、反発極が十分微弱（円筒状スリーブ外周で１０ｍＴ以下）で平坦な磁気特性を有するマグネットロールを実現可能である。

(2) 反発極制御用に汲み上げ極１と剥離極５間にマグネットピースが配置されていると、マグネットロールの長手方向における両端部の磁気特性が盛り上る傾向があるが、汲み上げ極１と剥離極５間に間隙８を設けることにより、前記長手方向におけるマグネットロール両端部の磁気特性の盛り上りを抑制できる。

(3) マグネットロールの円筒形状全てにマグネットピースを設けた構造に比べて、間隙部分を残すことで、コスト高の磁石体部分を削減でき、軽量化することも可能となる。

(4) マグネットロールを構成する各マグネットピースは、樹脂と磁性粉（磁石粉）とを混合したもの、あるいはゴムと磁性粉（磁石粉）を混合したものでよいが、好ましくは、間隙８の両側に位置するマグネットピースＰ１，Ｐ５は、ゴムと磁性粉を混合した磁石体とする。本実施の形態のように、間隙を有するマグネットロールにおいて、使用環境が厳しい状態（高温多湿）では、樹脂が水分を吸湿して変形する可能性があるため、間隙における磁気特性が不安定になる虞があるからである。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明に係るマグネットロールの実施の形態１を示す横断面図である。 本発明の実施の形態１に示したマグネットロールの着磁方法及び装置を示す断面図である。 実施の形態１の場合の着磁パターンを示すグラフである。 本発明の実施の形態２の場合の着磁パターンを示すグラフである。 従来例１のマグネットロールを示す横断面図である。 従来例１のマグネットロールの着磁方法及び装置を示す断面図である。 従来例１の場合の着磁パターンを示すグラフである。 従来例２のマグネットロールを示す横断面図である。 従来例２の場合の着磁パターンを示すグラフである。 従来例３の場合の着磁パターンを示すグラフである。 現像装置の１例を示す断面図である。

符号の説明

１ 汲み上げ極
２ 搬送極
３ 現像極
４ 回収極
５ 剥離極
７ シャフト
８ 間隙
１０ 着磁ヨーク
１１〜１６ 着磁ヘッド
２１〜２６ 着磁コイル
３０ 現像装置
４０ マグネットロール
５０ 円筒状スリーブ
６０ 感光ドラム
Ｐ１〜Ｐ６ マグネットピース
Ｐ１ａ，Ｐ５ａ 側面

Claims (3)

1. バインダーと磁性粉とを混合してなる断面が略扇形の複数のマグネットピースをシャフトの外周に複数個配置したマグネットロールの製造方法であって、
   現像極となるマグネットピースは等方性ＮｄＦｅＢ系磁石粉と樹脂とを混合したものであり、汲み上げ極、搬送極、回収極及び剥離極となるマグネットピースは異方性フェライト粉とゴムとを混合したものであり、
   前記汲み上げ極となるマグネットピースと前記剥離極となるマグネットピースとの間であって前記シャフトの外周の１５°以上の所定角度範囲に前記マグネットピースの無い間隙があり、
   前記シャフトの外周に各マグネットピースを固着して一旦脱磁した後、
   着磁装置によって、各マグネットピースの外周に前記汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、剥離極の順で、かつ極性が交互に異なるように着磁するとともに、前記間隙に面するマグネットピース部分にも微弱極を付与し、前記間隙に面したマグネットピース側面の磁束密度を低下させることを特徴とするマグネットロールの製造方法。
2. 前記着磁装置は、前記汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、剥離極をそれぞれ構成するための各マグネットピースの外周面に近接又は接する着磁ヘッドに加えて、前記間隙に対向又は入り込んだ着磁ヘッドを有し、各着磁ヘッドに着磁用コイルが設けられている請求項１記載のマグネットロールの製造方法。
3. 請求項１又は２記載のマグネットロールの製造方法によって製造されたマグネットロール。

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