JP2004198468A

JP2004198468A - 現像ローラ及び現像ローラの製造方法

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Publication number: JP2004198468A
Application number: JP2002363573A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kamiya; 紀行神谷; Sumio Kamoi; 澄男鴨井; Takeshi Imamura; 剛今村; Kyota Hizuka; 恭太肥塚; Mieko Kakegawa; 美恵子掛川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】配向の乱れによる磁気特性の低下を最小限に抑え、押出し成形でも十分な磁気特性を得られ構成の７極以上のマグネットローラを製造可能とする。
【解決手段】異方性磁性粉と非結晶性熱可塑性エラストマーと樹脂系滑剤を押出し一体成形し、かつ磁極を７極以上とする。非結晶性熱可塑性エラストマーがＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート共重合体）、ＥＡ（エチルアクリレート）分が３５％以上とする。樹脂系滑剤は低分子量ポリプロピレンとする。マグネットローラよりも高い磁気特性のマグネットブロックを磁極のうちの現像極とその下流側に隣接する極の双方または一方に相当する部分に設けた溝に収納する。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いる現像装置に関し、詳細には、トナー及び磁性粒子からなる２成分現像剤を用いて像担持体に形成された潜像を現像するための現像ローラとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のような複写機等の画像形成装置においては、近年の高画質化により、トナーやキャリアを小粒径化する傾向にある。２成分現像装置に用いる現像ローラには、像担持体上の静電潜像にトナーと磁性体粒子（キャリア）からなる現像剤を均一に供給する機能があるが、そのため現像剤の凝集が起こり易く、現像ローラにも現像剤を攪拌する機能が要求されることがある。達成手段としては、現像ローラを構成するマグネットローラの磁極数を増やすことが挙げられ、従来は５極が一般的であったが、７極以上が要求されることがある。
【０００３】
マグネットローラには、磁性粉とバインダーを混合したプラスチックマグネット及びゴムマグネットが一般的に広く用いられている。このようなマグネットローラの製造方法としては、射出成形、押出し成形ともに用いられているが、いずれの場合も高い磁気特性を得るために、例えば、異方性の磁性粉を用い、金型内で磁場を印加して配向させることが広く行われている。
【０００４】
射出成形では、型内で溶融した樹脂に磁場を印加して配向を行った後、磁性粉の磁化の方向が保持されるまで冷却する。そのため、高い磁気特性を得られるが、極数を増やすには、金型の数も多くなり、工数が増えてしまう。
【０００５】
一方、押出し成形では、金型内でもある程度の粘度が必要となり、押出し方向と磁性粉の配向の方向が異なる。そのため、磁性粉の配向が乱れ、得られる磁気特性は一般的に射出成形よりも低くなる。特に磁極の数を増やすと、より磁気特性を得ることが難しくなる。ただし押出し成形は、極数が増えても１つの金型で済み、連続加工できるため、製造タクトが短い。また、射出成形と比較して、金型構造が簡単かつ小型なため、製造工程が簡略化できる。すなわち押出し成形は、磁気特性を除けば利点が多い。
【０００６】
なお、マグネットローラに添加剤を添加することにより、配向ダイと樹脂の摩擦抵抗が低減し、磁気特性が高く、かつ形状精度の良いマグネットローラを得ることができるとする技術（例えば特許文献１参照）や、マグネットローラにバインダーのモノマー単位とは異なるモノマー単位からなる樹脂系滑剤を添加することにより、磁気特性が高いマグネットローラを得ることができるとする技術（例えば特許文献２参照）が公知である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１０４９５０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１６７１４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点にかんがみ、押出し成形で得る際に課題となる磁気特性の低下に対し、マグネットローラの材料処方を検討することにより、配向の乱れによる磁気特性の低下を最小限に抑え、押出し成形でも十分な磁気特性を得られ構成の７極以上のマグネットローラを備える現像ローラ提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る現像ローラは、上記目的を達成するために、２成分現像装置に用いる現像ローラにおいて、異方性磁性粉と非結晶性熱可塑性エラストマーと樹脂系滑剤を押出し一体成形し、かつ磁極を７極以上としたマグネットローラを備えることを特徴とする。
【００１０】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の現像ローラにおいて、上記非結晶性熱可塑性エラストマーがＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート共重合体）であり、ＥＡ（エチルアクリレート）分が３５％以上であることを特徴とする。
【００１１】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項２の現像ローラにおいて、上記樹脂系滑剤が低分子量ポリプロピレンであることを特徴とする。
【００１２】
同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし３のいずれかの現像ローラにおいて、上記マグネットローラよりも高い磁気特性のマグネットブロックを含み、該マグネットブロックを、上記磁極のうちの現像極と該現像極の下流側に隣接する極の双方または一方に相当する部分に設けた溝に収納してなることを特徴とする。
【００１３】
同請求項５に係る現像ローラの製造方法は、上記目的を達成するために、請求項１ないし４の現像ローラの製造方法において、ダイの内部に１個以上の永久磁石を埋め込み、電磁石による発生磁場と上記永久磁石による発生磁場を組み合わせることにより配向の磁極数を７極以上とすることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の対象とする現像ローラ１０の構造を示す断面図である。図中１はマグネットローラ、２はスリーブ、３は芯金である。この現像ローラ１０は、磁極が７極以上あるマグネットローラ１を用い、マグネットローラ１を異方性磁性粉と非結晶性熱可塑性エラストマーと樹脂系滑剤から構成してある。
【００１５】
ところでマグネットローラ１の磁極数を７極以上にすると、押出し成形の場合は高い磁気特性が得られにくく、高い磁気特性を得るにはバインダーには融点付近でもある程度の柔軟性があることが望まれる。それにより、融点付近でも成形でき、成形品を迅速に冷却することができ、成形品の変形やマグネットローラ１の配向の乱れの発生を最小限に防ぐことができるためである。そのため、バインダーには非結晶性熱可塑性エラストマーが適している。
【００１６】
また高い磁気特性を得るには、樹脂と配向ダイとの接触抵抗を小さくする必要がある。接触抵抗が大きいとマグネットローラ１の配向に乱れが生じ、高い磁気特性が得られず、また、マグネットローラ１の変形や表面の荒れが生じることがある。これらを防ぐために滑剤を添加することがある。滑剤としては樹脂系の滑剤や金属塩等が挙げられる。
【００１７】
また高い磁気特性を得るには、樹脂中の磁性粉の混合比率を高める必要があるため、滑剤は少ない添加量で効果を出す必要がある。金属塩の場合は、添加により変形等の成形性は向上するが、磁気特性は高くならない。樹脂系滑剤はエチレンエチルアクリレート共重合体１００重量部に対し、１重量部といった少ない添加量でも磁気特性を高めることができ、滑剤としては樹脂系滑剤が適している。
【００１８】
また高い磁気特性を得るには、磁性粉の混合比率をできる限り大きくする必要がある。混合比率を大きくすると柔軟性が低下し、マグネットローラ１の配向が乱され易くなる。そのため、混合比率をある値よりも大きくしても得られる磁気特性が高くならなくなるため、混合比率には上限がある。混合比率の上限を高くすれば、より高い磁気特性が得られる。そのため、バインダーとしてエチレンエチルアクリレート共重合体のＥＡ分（非晶質成分）を高めることにより、柔軟性が増し、高い磁気特性が得られる。
【００１９】
樹脂系滑剤として分子量数千以下の低分子量ポリプロピレンを添加したところ磁気特性が高くなることがわかった。これはバインダー樹脂であるエチレンエチルアクリレート共重合体と低分子量ポリプロピレンのモノマー単位が異なり、バインダー樹脂の分子間に滑剤が入り込まないため、少ない添加量でも滑剤としての効果が得られて配向の乱れを最小限ででき、磁気特性が高くなると考えられる。
【００２０】
一般的に２成分現像ローラの各磁極には、４０ｍＴ〜９０ｍＴの磁束密度が要求される。マグネットローラ１の磁極数を７極以上とし、各極とも４０ｍＴ〜９０ｍＴといった磁気特性を達成するには、押出し成形の段階で７極に配向させないと難しい。
【００２１】
図２はこのような押し出し成形に用いる配向ダイの概略図である。図中２０は配向ダイ、２１はヨーク、２２はスペーサ、２３は磁界発生コイル、２４は樹脂流路、２５は希土類マグネットブロックである。押出し成形で配向させるために、磁性体からなるヨーク２１と非磁性体からなるスペーサ２２を交互に配置し、電磁石により配向させるようになっている。磁場を発生させるヨーク２１は、スペースの制約のために４つ以上設置することが困難で、磁極の数は４つが限度ということになるが、磁極の数を多くする手段としてヨークの一部に非磁性体を埋め込んで２股として５極に配向する方法が従来用いられている。２股ヨークを増やすことで配向の極数を増やすことはできるが、２股ヨークでは高い磁気特性を得ることが難しく、各磁極全てについて要求仕様を達成することは難しい。
【００２２】
そこで本発明では、極数を増やすために、配向ダイ２０に永久磁石（図示の例では希土類マグネットブロック２５）を配置し、永久磁石による発生磁界で極数を多くしている。永久磁石の発生磁界には限界があり、全部の磁極を永久磁石で配向するのでは要求仕様の達成が困難なため、高い磁気特性が必要な極は電磁石により配向させ、磁気特性が低くても良い極に永久磁石を配置する。樹脂流路２４内のマグネットローラ１を配向させるには、最低でも３Ｔの発生磁界が必要であり、また配向ダイ２０には１５０℃〜２００℃の熱が掛かるため、２００℃程度の熱による減磁がない必要がある。これらの要求を満たすには、Ｓｍ−Ｃｏ磁石が適している。
【００２３】
そこで本実施形態では、最大エネルギー積ＢＨｍａｘが２４ＭＧＯｅ、残留磁束密度Ｂｒが１．０２ＴのＳｍ−Ｃｏ磁石を用いた。このような構造の配向ダイ２０を用いたマグネットローラ１の配向の磁気特性は、希土類マグネットブロック２５で配向した極でも４０ｍＴ以上の磁束密度が得られており、その後のマグネットローラの着磁によっても所望の磁気特性を得ることができた。
【００２４】
また、いわゆるＳＬＩＣ効果を得るため、現像極に磁束密度１００ｍＴ以上、半値幅２５°以下といった磁気特性が求められることがある。また、現像剤を構成するキャリアの小粒径化により、キャリア付着が発生し易くなる傾向にあり、現像極に隣接する下流側の極に磁束密度１２０ｍＴ以上といった高い磁気特性が要求されることがある。押出し成形では異方性磁性粉は異方性フェライトが一般的に用いられるが、異方性フェライトでは上述の磁気特性を得ることは難しい。
【００２５】
そのため本発明では、マグネットローラ１のこれらの極に相当する部分に高い磁気特性のマグネットブロックを埋め込むようにする。異方性フェライトの磁気特性は２ＭＧＯｅ程度であり、埋め込むマグネットブロックの磁気特性としては６ＭＧＯｅ以上が要求される。
【００２６】
【実施例及び比較例】
以下、本発明の実施例を比較例と比較しつつ説明する。図３は本発明の実施例を比較例と比較結果を示す。なお図中Ｐ１は現像極、Ｐ２は現像極に隣接する下流側の極である。
まず後述のように各処方の材料を用いて押出し機でマグネットローラを得る（シリンダ温度１７０℃）。マグネットローラ形状は、基準外径１６ｍｍ、基準内径６ｍｍ、長さ３００ｍｍとする。このマグネットローラを一度脱磁し、外径６ｍｍの芯金（ＳＵＭ２２＋無電解Ｎｉメッキ）を挿入する。その後、ヨーク着磁により、各極とも所望の磁気特性を得る。その外周に非磁性体のスリーブ（Ａ６０６３、外径１８ｍｍ）を被せた。
【００２７】
＜実施例１＞
材料処方は以下の通りとする。
磁性粉：Ｓｒフェライト１００重量部
バインダー：エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＡ分３５％）９重量部
樹脂系潤滑剤：低分子量ポリプロピレン０．１重量部
＜実施例２＞
実施例１と同様に作製したマグネットローラの現像極及び現像極に隣接する下流側の極に相当する位置に溝を配置し、この溝に高い磁気特性のマグネットブロックを配置した。
マグネットブロック材料：磁性粉異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（９５ｗｔ％）＋ＰＡ６（６ナイロン）
マグネットブロック形状：現像極２ｍｍ×２ｍｍ、現像極に隣接する下流側の極３ｍｍ×３ｍｍ
＜比較例１＞
材料処方は以下の通りとする。
磁性粉：Ｓｒフェライト１００重量部
バインダー：エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＡ分２５％）９重量部
樹脂系潤滑剤：低分子量ポリプロピレン０．１重量部
＜比較例２＞
材料処方は以下の通りとする。
磁性粉：Ｓｒフェライト１００重量部
バインダー：エチレンエチルアクリレート共重合体（ＥＡ分２５％）９重量部
樹脂系潤滑剤：なし
＜比較結果＞
図３からわかるように、実施例１、２ではＰ１、Ｐ２以外の５極（Ｐ３〜Ｐ７）全てで仕様を達成できたが、比較例１では１、２極のみ仕様達成、比較例２では３極以上仕様未達成となった。実施例１、２の現像ローラを用いた現像装置により複写機等で画像を現像すれば、用紙後端の白抜けの改善やキャリア付着の余裕度向上が達成できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る現像ローラは、以上説明してきたように、マグネットローラが押出し一体成形によって製造されることにより、極数が多くなっても一つの金型で連続成形が可能であり、極数が多い現像ローラを少ない工数で得られ、またマグネットローラを異方性磁性粉と非結晶性熱可塑性エラストマーと樹脂系滑剤から構成していることにより、配向の乱れを小さくでき、より高い磁気特性を得ることができる。
【００２９】
同請求項２に係る現像ローラは、以上説明してきたように、結晶性熱可塑性エラストマーをエチレンエチルアクリレート共重合体とし、ＥＡ分を３５％以上とすることにより、磁性粉の混合比をより高めることができ、極数が多くても各極とも要求仕様が達成可能な磁気特性を得ることができる。
【００３０】
同請求項３に係る現像ローラは、以上説明してきたように、樹脂系潤滑剤として低分子量ポリプロピレンを用いることにより、少ない添加量で樹脂と金型内面との接触抵抗を低減し、極数が多くても各極とも要求仕様が達成可能な磁気特性を得ることができる。
【００３１】
同請求項４に係る現像ローラは、以上説明してきたように、樹脂系潤滑剤として低分子量ポリプロピレンを用いることにより金型の内部に１個以上のＳｍ−Ｃｏ磁石等の永久磁石を埋め込んだ金型を用いて押出し一体成形することにより、簡単な工程でマグネットローラを７極以上に配向することができ、極数が多くても各極とも要求仕様が達成可能な磁気特性を得ることができる。
【００３２】
同請求項５に係る現像ローラの製造方法は、以上説明してきたように、上記各請求項の現像ローラの現像極及び現像極の下流側に隣接する極に相当する部分にマグネットローラよりも高い磁気特性のマグネットブロックを収納することにより、現像極の磁束密度１００ｍＴ以上、半値幅２５°以下、現像極に隣接する下流側の極に磁束密度１２０ｍＴ以上といった磁気特性が達成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とする現像ローラの構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る現像ローラの押し出し成形に用いる配向ダイの概略図である。
【図３】本発明の実施例を比較例と比較した結果を示す図である。
【符号の説明】
１マグネットローラ
２スリーブ
３芯金
１０現像ローラ
２０配向ダイ
２１ヨーク
２２スペーサ
２３磁界発生コイル
２４樹脂流路
２５希土類マグネットブロック

Claims

２成分現像装置に用いる現像ローラにおいて、異方性磁性粉と非結晶性熱可塑性エラストマーと樹脂系滑剤を押出し一体成形し、かつ磁極を７極以上としたマグネットローラを備えることを特徴とする現像ローラ。
請求項１の現像ローラにおいて、上記非結晶性熱可塑性エラストマーがＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート共重合体）であり、ＥＡ（エチルアクリレート）分が３５％以上であることを特徴とする現像ローラ。
請求項２の現像ローラにおいて、上記樹脂系滑剤が低分子量ポリプロピレンであることを特徴とする現像ローラ。
請求項１ないし３のいずれかの現像ローラにおいて、上記マグネットローラよりも高い磁気特性のマグネットブロックを含み、該マグネットブロックを、上記磁極のうちの現像極と該現像極の下流側に隣接する極の双方または一方に相当する部分に設けた溝に収納してなることを特徴とする現像ローラ。
請求項１ないし４の現像ローラの製造方法において、ダイの内部に１個以上の永久磁石を埋め込み、電磁石による発生磁場と上記永久磁石による発生磁場を組み合わせることにより配向の磁極数を７極以上とすることを特徴とする現像ローラの製造方法。