JP2005195974A - マグネットロール及び現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設計上必要とする極数に対して、断面積の小さな磁力調整用マグネット部材を付加して、反発極が十分微弱で平坦な磁気特性を有し、且つ軽量化が可能なマグネットロールを提供する。
【解決手段】 バインダーと磁性粉とを混合してなるマグネットピースＰ１〜Ｐ５をシャフト７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７の外周の所定角度範囲に前記マグネットピースの無い間隙８があり、該間隙８を挟むマグネットピースＰ１，Ｐ５の外周の磁極は同極であり、該間隙８の内側に嵌合する断面が略扇形で外周面が凹状である磁力調整用マグネット部材１０が設けられている構成である。
【選択図】 図１

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及びこれを用いた現像装置に係り、特に、マグネットピースをシャフトの外周に配置し、且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する構造を有するマグネットロール及び現像装置に関する。

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７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、従来は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。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且つマグネットロール外周面を完全な円周面としており、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円周面となっていると、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、これが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対して、断面積の小さな磁力調整用マグネット部材を付加することにより、反発極が十分微弱（１０ｍＴ以下）で平坦な磁気特性を有し、且つ軽量化が可能なマグネットロールを提供するとともに、該マグネットロールを備えることでキャリアの回収率を向上し、画像不良を低減できる現像装置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前記マグネットピースの無い間隙があり、該間隙を挟む前記マグネットピースの外周の磁極は同極であり、該間隙の内側に嵌合する断面が略扇形で外周面が凹状である磁力調整用マグネット部材が設けられてい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は、請求項１において、前記磁力調整用マグネット部材が、バインダーと磁性粉とを混合したものであり、外周側が前記間隙を挟む前記マグネットピースの外周の磁極と同極に着磁さ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において、前記磁力調整用マグネット部材が、その内周から外周に向かう方向に略並行に配向されていることを特徴としている。

本願請求項４の発明に係るマグネットロールは、請求項１，２又は３において、前記間隙の側壁の高さをＨ_１、該側壁に沿った前記磁力調整用マグネット部材の高さをＨ_２としたとき、
Ｈ_１≧Ｈ_２≧Ｈ_１／２
であることを特徴としている。

本願請求項５の発明に係る現像装置は、請求項１，２，３又は４記載のマグネットロールを備えたことを特徴としている。

本発明に係るマグネットロールは、バインダーと磁性粉とを混合してなるマグネットピースをシャフトの外周に配置した構成において、前記シャフトの外周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、該間隙を挟む前記マグネットピースの外周の磁極は同極であり、該間隙の内側に嵌合する断面が略扇形で外周面が凹状である磁力調整用マグネット部材を該間隙に設けるようにしているため、反発極を１０ｍＴ（１００ガウス）以下の状態に制御することが可能となる。また、磁極を構成するマグネットピースに関わらず、前記磁力調整用マグネット部材だけで反発極の磁力調整が可能であるため、設計が非常に簡単になる。

本発明に係る現像装置によれば、そのようなマグネットロールを備えることで、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。

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現像装置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を示し、図２はその特性図を示す。本実施の形態では、汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、剥離極の５極から構成されるマグネットロールに関して説明するが、本発明はこのような５極構成に限定されるものではない。

まず、本実施の形態における現像極用のマグネットピースＰ３について述べると、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し、その混練物を断面が略扇型で棒状に成形した後、着磁したものを第１磁石体として、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により着磁し、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に所定角度範囲の間隙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。シャフト７は鉄等の磁性体であるのが普通である。

このような、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は、汲み上げ極１と剥離極５とが同極となるため、間隙８に反発極（極１，５と逆極性）が生じる。これを抑制するために、磁力調整用マグネット部材１０を間隙８に設ける。

磁力調整用マグネット部材１０は、間隙８の内側に嵌合する断面が略扇形で外周面が凹状であり、すなわち外周面に凹溝１１が該マグネット部材１０の長手方向に連続形成されたものである。この磁力調整用マグネット部材１０には、以下の磁石体を用いる。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、この混練物を断面が略扇形で、且つ、マグネットロールとして貼り合わせた時に外周面に凹溝１１を有し、棒状になるように磁場中成形により着磁する。この時の配向磁場は、マグネットロールとして貼り合わせた時に内周から外周に向かう略平行な磁場とする。また、磁力調整用マグネット部材１０の外周側が、間隙８の両側の汲み上げ極１と剥離極５と同極となる向きで着磁する。

また、前記間隙８の側壁の高さ（間隙の両側のマグネットピースＰ１，Ｐ５の高さ）をＨ_１、該側壁に沿った磁力調整用マグネット部材１０の高さ（凹溝１１を挟んだ両端部における高さ）をＨ_２としたとき、
Ｈ_１≧Ｈ_２≧Ｈ_１／２
に設定する。

そして、このような磁力調整用マグネット部材１０をマグネットロールの間隙８の内側に嵌めて貼り合わせる。

本実施の形態による図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、着磁パターンは図２のグラフとなり、汲み上げ極１と剥離極５間の磁力を１０ｍＴ以下に低減でき、反発極の無いフラットなパターンを形成できている。図２のような磁力パターンを実現するための磁力調整用マグネット部材１０は、磁性粉とバインダーの量を適宜調整し発生磁力を調整すればよく、磁性粉とバインダーの混合比率は特に限定されるものではない。

図３は上記実施の形態で使用できる磁力調整用マグネット部材１０の断面形状の変形例であり、（Ａ）は磁力調整用マグネット部材１０の外周面及び凹溝１１の底面が共に円弧面となっているもの、（Ｂ）は磁力調整用マグネット部材１０の外周面は円弧面となっているが、凹溝１１の底面は部分的に平坦面になっているもの、（Ｃ）は磁力調整用マグネット部材１０の凹溝１１を挟む外周面は平坦面となっているが凹溝１１の底面が円弧面となっているものである。図中、実線矢印は配向磁場の方向を示しており、マグネットロールの内周から外周に向かって略平行な磁場であるが、完全な平行磁場でなくとも点線矢印のように放射状となっていてもよい。

前記磁力調整用マグネット部材１０の凹溝１１の断面形状、凹溝１１を挟んだ両側の外周の幅、曲率等は、反発極の磁力特性を測定しながら適宜調整すればよい。

また、マグネットロールを現像装置に設けたとき、トナーを搬送するキャリアが、剥離極５の後に剥離極と逆の極が生じていると吸着してしまうため、剥離極５と同じ極に着磁した磁力調整用マグネット部材１０を使用し、且つ円筒状スリーブ外周で１０ｍＴ以下に反発極を抑制することでキャリアの回収率を向上させることができる。反発極の磁力は、間隙８の両側の磁力に比べると微小である。したがって、磁力調整用マグネット部材１０をバインダーと磁性粉の混合物から構成する場合でも、磁性粉はフェライト系磁石粉で十分に対応可能である。さらには、各マグネットピースＰ１〜Ｐ５及び磁力調整用マグネット部材１０は射出成形方法よりも押し出し成形によって製造された磁石体が好ましい。射出成形で製造された磁石体は、長手方向に対して磁力の傾きをもつ傾向にあるため、磁力制御の精度を向上させるためには、押し出し成形が適切である。

以下に、本発明の実施の形態と対比して、比較例１，２，３の構成及び着磁パターンについて説明し、本発明の優位性を示す。

図４は比較例１を示し、図４（Ａ）のように汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、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，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５と同径の磁力調整用マグネット部材２０を用いる例である。この場合、上記実施の形態と同じように、シャフト７外周の所定角度範囲にわたる間隙８を有するマグネットロールを作製後、間隙８に磁力調整用マグネット部材２０を配置して全体を円筒形状とする。この磁力調整用マグネット部材２０としては、磁性粉としての異方性Ｓｒフェライト粉とバインダーとしてのニトリルゴムとを混練し、この混練物を断面が略扇形で、その他の極と同径となる形状に形成したものを用いる。着磁装置により汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、回収極４、剥離極５を再着磁したときの、着磁波形を図４（Ｂ）（図２と同一条件で測定）に示す。このように、汲み上げ極１と剥離極５間の反発極を部分的に抑制することは可能だが、反発極を所要角度範囲で抑制したフラットな磁力特性を得ることが困難である。また、磁力調整用マグネット部材２０は他のマグネットピースＰ１〜Ｐ５と同径のものを用いるため、磁力調整用マグネット部材２０に用いる磁石体の体積を削減できず、軽量化やコスト低減を図ることができない。

図５は比較例２を示し、図５（Ａ）のように汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、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，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５よりも高さの低い（断面の小さい）磁力調整用マグネット部材２１を用いる例である。この場合、上記実施の形態と同じように、シャフト７外周の所定角度範囲にわたる間隙８を有するマグネットロールを作製する。間隙８に配置する磁力調整用マグネット部材２１として、磁性粉としての異方性Ｓｒフェライト粉とバインダーとしてのニトリルゴムとを混練し、この混練物を断面が略扇形で、且つ、マグネットロールとして貼り合わせた時に外周となる面を平面状とし、棒状になるように磁場中成形により着磁する。この時の配向磁場は、マグネットロールとして貼り合わせた時に内周から外周に向かって略平行な磁場とする。また、磁力調整用マグネット部材２１の前記間隙８の側壁に沿った高さは、間隙の両側のマグネットピースＰ１，Ｐ５の高さの半分より高く設定した。この時の着磁波形は、図５（Ｂ）（図２と同一条件で測定）のようになり、汲み上げ極１と剥離極５間の反発極を所要角度範囲で抑制したフラットな磁力特性を得ることが困難である。図５（Ｂ）では、間隙８の中間部分に無視できない反発極が現れている。

図６は比較例３を示し、図６（Ａ）のように汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、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，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５よりも高さの低い（断面の小さい）磁力調整用マグネット部材２２を用いる例である。この場合、上記実施の形態と同じように、シャフト７外周の所定角度範囲にわたる間隙８を有するマグネットロールを作製する。間隙８に配置する磁力調整用マグネット部材２２として、磁性粉としての異方性Ｓｒフェライト粉とバインダーとしてのニトリルゴムとを混練し、この混練物を断面が略扇形で、且つ、マグネットロールとして貼り合わせた時に外周となる面を平面状とし、棒状になるように磁場中成形により着磁する。この時の配向磁場は、マグネットロールとして貼り合わせた時に内周から外周に向かって略平行な磁場とする。また、磁力調整用マグネット部材２２の前記間隙８の側壁に沿った高さは、間隙の両側のマグネットピースＰ１，Ｐ５の高さの半分未満に設定した。この時の着磁波形は、図６（Ｂ）（図２と同一条件で測定）のようになり、汲み上げ極１と剥離極５間の反発極を所要角度範囲で抑制したフラットな磁力特性を得ることが困難である。図６（Ｂ）では、間隙８の中間部分に無視できない反発極が現れ、且つ両端に逆極が現れている。

それらの比較例２，３の場合、磁力調整用マグネット部材の断面形状や高さが不適切であるため、反発極抑制が十分でないことがわかる。

本発明に係る実施の形態に示したマグネットロールによれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) シャフト７の外周の所定角度範囲にマグネットピースの無い間隙８を形成したマグネットロールにおいて、断面が略扇形で外周面が凹状である磁力調整用マグネット部材１０をその間隙８に配置することで、汲み上げ極１と剥離極５間の反発極を所要角度範囲で抑制した（円筒状スリーブ外周で１０ｍＴ以下とした）フラットな磁力特性を得ることできる。

(2) 磁力調整用マグネット部材１０の断面積は、各磁極１〜５を構成するマグネットピースＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５よりも十分小さくでき、軽量化やコスト低減を図ることができる。

(3) また、磁極１〜５を構成するマグネットピースＰ１〜Ｐ５に関わらず、磁力調整用マグネット部材１０だけで反発極の磁力調整が可能であるため、設計が非常に簡単になる。

また、図７の現像装置３０において、回転自在な円筒状スリーブ５０の内部に固定配置するマグネットロールとして本実施の形態に係る磁力調整用マグネット部材１０を有するマグネットロールを用いる（備える）ことにより、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。

なお、上記実施の形態では、予め着磁したマグネットピースＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５をシャフト７の周囲に固定配置したが、シャフト７の周囲にマグネットピースＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を固定配置後に、着磁装置で各磁極１〜５を着磁してもよい。

さらに、複数個のマグネットピースを組み合わせる代わりに、円筒形状から間隙８となる扇形形状部分を切り欠いた形状の１個のマグネットピース（磁石体）に必要磁極（例えば汲み上げ極１、搬送極２、現像極３、回収極４、剥離極５等）を着磁したものを使用することも可能である。

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を示す横断面図である。 本発明の実施の形態における着磁パターンを示すグラフである。 本発明の実施の形態で使用できる磁力調整用マグネット部材の変形例を示す横断面図である。 比較例１であって、（Ａ）はマグネットロールの横断面図、（Ｂ）はその着磁パターンを示すグラフである。 比較例２であって、（Ａ）はマグネットロールの横断面図、（Ｂ）はその着磁パターンを示すグラフである。 比較例３であって、（Ａ）はマグネットロールの横断面図、（Ｂ）はそ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
１０，２０，２１，２２ 磁力調整用マグネット部材
４０ マグネットロール
５０ 円筒状スリーブ
６０ 感光ドラム
Ｐ１〜Ｐ５ マグネットピース

Claims (5)

1. バインダーと磁性粉とを混合してなる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前記マグネットピースの無い間隙があり、該間隙を挟む前記マグネットピースの外周の磁極は同極であり、該間隙の内側に嵌合する断面が略扇形で外周面が凹状である磁力調整用マグネット部材が設けられていることを特徴とするマグネットロール。
2. 前記磁力調整用マグネット部材は、バインダーと磁性粉とを混合したものであり、外周側が前記間隙を挟む前記マグネットピースの外周の磁極と同極に着磁されている請求項１記載のマグネットロール。
3. 前記磁力調整用マグネット部材は、その内周から外周に向かう方向に略並行に配向されている請求項１又は２記載のマグネットロール。
4. 前記間隙の側壁の高さをＨ_１、該側壁に沿った前記磁力調整用マグネット部材の高さをＨ_２としたとき、
   Ｈ_１≧Ｈ_２≧Ｈ_１／２
   である請求項１，２又は３記載のマグネットロール。
5. 請求項１，２，３又は４記載のマグネットロールを備えた現像装置。

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