JP2005277004A - マグネットロール - Google Patents

Abstract

【課題】 現像極の高性能化と、製造コストの削減とを両立し、変形等の２次的な障害の発生を防止する。
【解決手段】 周方向において分割された複数のマグネットピースがシャフトの周囲に配列され、一体化されてなるマグネットロールである。少なくともいずれかのマグネットピース、例えば現像極（主極）となるマグネットピースが樹脂材料と磁石粉とを含むマグネットピースであり、他のマグネットピースがゴム材料と磁石粉とを含むマグネットピースである。樹脂材料と磁石紛からなるマグネットピースの曲げ弾性率が０．８１×１０⁴ＭＰａ以下であり、樹脂材料は、例えばポリオレフィン樹脂である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等に用いられるマグネットロールに関するものであり、特に、複数に分割された断面扇形のマグネットピースがシャフトに張り合わされた構造を有するマグネットロールの改良に関する。

複写機やプリンタ等の感光ドラムに形成された静電潜像を可視化する現像ロールとしては、周面に磁石体を備えたマグネットロールが広く用いられている。例えばジャンピング方式では、マグネットロールの磁力によってトナーを飛ばし、これを感光ドラムに付着させている。ブラシ方式では、鉄粉に代表される磁性粉（キャリア）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ようにしている。いずれの場合にも、マグネットロールの磁力によって感光ドラムにトナーが供給され、これを紙等に定着することで、静電潜像に応じた文字や画像等が印刷され、可視化される。

マグネットロールの形態としては、様々な形態のものが知られており、例えば前記ジャンピング方式用のマグネットロールとして、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。ブラシ方式用のマグネットロールとしては、前述の４極に剥離極を加えた５極から構成されるものがある。

そして、これら４極、あるいは５極の磁極を作り出す磁石体の構造としては、以下の２種類のものに大別される。先ず第１は、シャフトに磁石体を中空円筒状に一体成形したもの、あるいは磁石体を中空円筒状に成形した後、磁石体の中心部にシャフトを固着したものである。第２は、例えば磁石粉とバインダーの混合物を扇形の形状に成形してマグネットピースを形成し、これを複数張り合わせた構造である。

ただし、前者のように一体化した構造のものでは、複数の磁極の形成が難しく、また特性的にも対応が難しい。複写機やプリンタ等の小型化が進むにつれて、マグネットロールも小径化する傾向にあり、しかも、高い磁力が要求されるようになってきている。特に、トナーを感光ドラムへ搬送するために用いられる現像極（主極）は、前記要求が厳しい。前記一体化した構造の磁石体では、要求に十分に応え得る現像極を形成することは不可能に近い。

このような状況から、前記扇形形状のマグネットピースを複数張り合わせた構造のマグネットロールが種々提案され（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照）、その改良が進められている。例えば、特許文献１記載の発明では、扇形の円弧中央部から他の三辺への配向比率が異なる磁極ピースを成形し、これらをシャフトに複数個組み合わせて貼り合わせることで、磁力を円弧面中央部に向かって集中的に配向させ、高い磁力を達成している。特許文献２には、異方性磁性粉を用いたマグネット片と等方性磁性粉を用いたマグネット片を組合せたマグネットロールが開示されている。
特開昭６２−２８２４２３号公報 特開平１０−３０８３０８号公報

ところで、前述のようなマグネットロールを構成するマグネットピースでは、特性を向上するために、バインダーとして例えばポリアミド系の熱可塑性樹脂等、プラスチック系の樹脂材料が用いられている。これは、バインダーに樹脂材料を用いた方が、磁石粉の充填量を高めることができ、また磁石粉の配向もし易いことによる。ただし、バインダーに樹脂材料を用いた場合、製造コストの点では不利である。

これに対して、ゴム材料は、生産性やコストの観点からは、バインダーとして好んで用いられるものの、樹脂材料に比べて磁石粉の充填量が小さいという欠点を有する。また、硬化に長時間を要し、緩やかに硬化が進行することから、樹脂材料にように高度な配向を実現することは難しい。したがって、ゴム材料をバインダーとして用いた場合、前記現像極等における厳しい要求に対しては、対応が難しい。

前記特許文献１や特許文献２に記載される技術では、使用するバインダーに関してはほとんど注意が払われておらず、種々のバインダー材料が開示はされてはいるものの、基本的には全てのマグネット片（マグネットピース）を同じバインダーを用いて形成しているのが実情である。したがって、製造コストの削減と性能向上とを両立することは難しく、大きな課題になっている。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、例えば現像極の高性能化と、全体の製造コストの削減とを両立し得るマグネットロールを提供することを目的とする。また、本発明は、前記のように高性能化と製造コスト削減とを両立した場合においても、変形等の２次的な障害が発生することがなく、磁気特性を損ねることがない信頼性の高いマグネットロールを提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明のマグネットロールは、周方向において分割された複数のマグネットピースがシャフトの周囲に配列され、一体化されてなるマグネットロールであって、少なくともいずれかのマグネットピースが樹脂材料と磁石粉とを含むマグネットピースであり、他のマグネットピースがゴム材料と磁石粉とを含むマグネットピースであることを特徴とする。

磁石体を周方向で複数に分割し、分割形成されたマグネットピースをシャフトに張り合わせて一体化するマグネットロールにおいては、従来、全てのマグネットピースに同一のバインダーを用いることが前提である。この場合、前記の通り高性能化と製造コスト削減とを両立することは難しい。

そこで、本発明においては、例えば現像極のように高い磁力が要求されるマグネットピースは、樹脂材料と磁石粉とを含むマグネットピースとする。バインダーを樹脂材料とすることで、磁石粉の充填量を増やすことができ、また高度な配向が実現可能である。したがって、樹脂材料と磁石粉とを含むマグネットピースでは、現像極（主極）として十分な磁力が得られる。

一方、それ以外のマグネットピースは、ゴム材料と磁石粉とを含むマグネットピースとする。現像極以外のマグネットピースでは、現像極ほどの性能は要求されず、バインダーとしてゴム材料を用いても、十分に必要な磁力は確保される。ゴム材料は樹脂材料に比べて安価であり、したがって、必要最低限のマグネットピースのみバインダーに樹脂材料を用い、他のマグネットピースのバインダーにゴム材料を用いることで、例えば全てのマグネットピースのバインダーに樹脂材料を用いた場合と比べて、全体のコストが削減される。また、それによって必要な部分の性能（磁力）を損なうこともない。

前述のように分割形成されたマグネットピースをシャフトに張り合わせて一体化する構造のマグネットロールにおいて、一部のマグネットピースに樹脂材料を用いた場合、変形の解消が重要な課題となる。この種のマグネットロールのバインダーとして使用される樹脂材料としては、例えばポリアミド系のナイロン６等が代表的であるが、水分を吸収し易く変形が大きいという欠点がある。マグネットピースが全て樹脂材料をバインダーとするものであれば、シャフトの周面に一体化したときに、たとえ変形しても互いに相殺して、さほど問題とならない。しかしながら、一部のマグネットピースのみが樹脂材料をバインダーとし、他のマグネットピースがゴム材料をバインダーとすると、シャフトは、ゴム材料をバインダーとするマグネットピースからはほとんど応力を受けず、樹脂材料をバインダーとするマグネットピースのみから応力を受けることになる。したがって、前記のように、樹脂材料をバインダーとするマグネットピースが吸湿により変形すると、その応力によりシャフトが変形したり、マグネットピースとシャフトの接着が不十分になる等の問題がある。特に、径の小さなマグネットロールでは、マグネットロールとその外側に位置するスリーブの間隔が１ｍｍ程度と非常に狭く、前記変形が大きな問題となる。また、前記変形は、マグネットロールから発せられる磁力が不均一となる要因となり、現像に乱れを生じさせることになる。

このような不都合を解消するためには、例えば吸湿変化の少ない、あるいは仮に吸湿したとしても変形の少ない樹脂材料を用いればよい。これを規定したものが、請求項２記載の発明である。すなわち、前記樹脂材料と磁石紛のマグネットピースの曲げ弾性率が０．８×１０⁴ＭＰａ以下であることを特徴とする。

曲げ弾性率が低いの高い樹脂材料は、軟質硬質であるために、それ自体がシャフトに応力を加えることがない。本発明では、さらに、吸湿変化が少なく、安価なポリオレフィン樹脂に着目した。すなわち、本発明のマグネットロールは、前記樹脂材料がポリオレフィン樹脂であることを特徴とする。前記樹脂材料をバインダーとするマグネットピースにおいて、樹脂材料としてポリオレフィン樹脂を用いることで、吸湿による変形や、マグネットピースとシャフトとの接着不良が解消される。

本発明のマグネットロールによれば、シャフトの周囲に配列されるマグネットピースを、樹脂材料と磁石粉とを含むマグネットピースと、ゴム材料と磁石粉とを含むマグネットピースの２種類を組み合わせるようにしているので、例えば現像極の高性能化と、全体の製造コストの削減とを両立することが可能である。また、樹脂材料を選定することで、変形等の２次的な障害が発生することもなく、磁気特性に優れた信頼性の高いマグネットロールを提供することが可能である。

以下、本発明を適用したマグネットロールの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明のマグネットロール１は、図１及び図２に示すように、例えば金属製のシャフト２の周囲に複数のマグネットピース、ここでは５分割されたマグネットピース３，４，５，６，７を配列し、接着固定してなるものである。実際の現像用のマグネットロール１は、これらマグネットピース３〜７をシャフト２の周面に張り合わせ、円筒形状のスリーブ８の中に組み込むことにより構成される。各マグネットピース３〜７は、いずれも断面形状が扇形であり、これらをシャフト２の周囲に張り合わせることで、全体形状が円筒形の磁石体が構成されることになる。

ここで、現像用のマグネットロールを例にして説明すると、現像用のマグネットロールでは、主極となる現像極で磁力が強く、ロールの回転に伴って磁極を順次反転させ、次第に磁力が弱くなるような設定が採用される。図３は、各マグネットピース３〜７における磁力の強さを模式的に示すものであり、例えばマグネットピース３を現像極とすると、図３に示すような波形となる。この波形は、現像極の端部を０°とし時計回りした時のマグネットロール表面の磁束密度を測定したものである。なお、図３において、付された数字は、マグネットピース３〜７の指示符号と対応する。

このような磁力設定とする場合、現像極として機能するマグネットピース３は、磁石粉の充填量を高め、磁石粉を高度に配向する必要がある。一方、現像極以外の磁極を構成するマグネットピース４〜７は、前記現像極ほどの磁力は必要ない。

そこで、本発明では、全てのマグネットピース３〜７のバインダーを同一とするのではなく、必要な磁力に応じて、異なる材料を用いることとする。例えば前記現像極として機能するマグネットピース３では、バインダーとして樹脂材料を用い、これに磁石粉を混錬して、いわゆるプラスチック磁石とする。一方、それほど高い磁力が要求されないマグネットピース４〜７に関しては、バインダーとしてゴム材料を用い、いわゆるゴム磁石とする。

勿論、マグネットピースの選定は、前記の例に限られるものではなく、例えば２以上のマグネットピースを樹脂材料とすることも可能である。図３に示す磁力波形において、マグネットピース４に要求される磁力が高い場合には、マグネットピース３のみならず、マグネットピース４についてもバインダーを樹脂材料としてもよい。

ただし、前述のようにバインダーを樹脂材料とするマグネットピース３と、バインダーをゴム材料とするマグネットピース４〜７が混在するマグネットロール１では、特に樹脂材料について注意を払う必要がある。マグネットロールにおいて、バインダーに用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂であるポリアミド系樹脂（ナイロン６やナイロン１２等）が広く用いられているが、これらポリアミド樹脂は、吸湿性が高く変形し易いという欠点を有している。

前述のように、マグネットロール全体がポリアミド樹脂をバインダーとするマグネットピースによって構成される場合には、仮に前記変形があったとしても、互いに相殺され、マグネットロール全体が大きく変形することはない。これに対して、前記のように一部のマグネットピースのみ（現像極となるマグネットピース３のみ）のバインダーを樹脂材料とする場合には、前記吸湿による変形が起こると、シャフト２を変形させたり、マグネットピース３とシャフト２の接着が不十分になる等の不都合が生ずる。

したがって、本発明のようにマグネットピース毎に異なるバインダー材料を使用するマグネットロールでは、特に樹脂材料の選定が重要にある。そこで、以下においては、各マグネットピース３〜７の構成、特にバインダー材料について詳述する。

先ず、現像極となるマグネットピース３は、樹脂材料からなるバインダーに磁石粉を混錬し、これを成形することにより構成されている。ここで、バインダーに用いる樹脂材料としては、いわゆるプラスチック材料であれば基本的には任意であるが、前述のシャフト２の変形やマグネットピース３の接着不良等を考慮すると、これらを解消し得る樹脂材料を用いることが好ましい。

具体的には、曲げ弾性率が０．８×１０⁴ＭＰａ以下の樹脂材料が好ましく、より好ましくは０．６×１０⁴ＭＰａ以下とする。曲げ弾性率が低いということは、マグネットピース３自体が変形し易いことを意味し、したがって、曲げ弾性率が０．８１×１０⁴ＭＰａ以下の樹脂材料をバインダーとして用いることで、マグネットピース３自体がの変形をし吸収することで、シャフト２やマグネットロール１全体の変形を抑えることができる。最も好ましくは、前記曲げ弾性率が低く吸湿性の低い樹脂材料である。

特に、ポリオレフィン樹脂は、これらの要件を満たすことから、非常に有用である。例えば、ポリアミド系樹脂と磁石紛からなるマグネットピースの曲げ弾性率が１０×１０⁴〜１３×１０⁴ＭＰａであるのに対して、ポリオレフィン樹脂の１種であるポリプロピレンと磁石粉からなるマグネットピースの曲げ弾性率は２×１０⁴〜６×１０⁴ＭＰａであり、吸湿性も極めて低い。ポリオレフィン樹脂としては、特に限定されないが、例えばポリプロピレンの他に、ポリエチレン等を用いることができる。

前記樹脂材料をバインダーとして用いる場合、マグネットピース３の成形は、例えば射出成形により形成することができる。この時、前記ポリオレフィン樹脂、例えばポリプロピレンをバインダーとして用いることで、射出成形時の溶融温度を２３０℃程度とすることができ、ポリアミド樹脂等、他の樹脂を用いた場合に比べて低い温度で成形することが可能となる。

一方、その他のマグネットピース４〜７については、バインダーとしてゴム材料を用いる。ゴム材料としては、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロスルホン化ポリエチレン等を用いることができる。バインダーにゴム材料を用いたゴム磁石は、ポリアミド系樹脂等を用いたプラスチック磁石と比べて可撓性が非常に高いため、変形等を吸収することができる。

前記ゴム材料をバインダーとして用いた場合、マグネットピース４〜７は磁場中押し出し成形により成形することが好ましい。押し出し成形により得られるゴム磁石は、例えば長手方向に均一な磁気特性を有し、長尺形状を有する前記マグネットロール１のマグネットピースとして最適である。

前述のマグネットピース３やマグネットピース４〜７は、いずれもバインダーの他、磁石粉を含有する。磁石粉としては、フェライト磁石粉末（例えば、Ｓｒ系フェライト粉末やＢａ系フェライト粉末等）や、希土類金属磁石粉末（例えば、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系等）等を挙げることができる。これらの中から要求される特性に応じて選定すればよい。中でもＮｄＦｅＢ系の希土類金属磁石粉末は、残留磁束密度が大きく、これを用いることで大きな磁力を発生することが可能であることから有用である。

磁石粉とバインダーとの配合比は、所望の磁気特性に応じて適宜調整すればよいが、例えば、磁石粉の割合を８０〜９５重量％とすればよい。特に、樹脂材料をバインダーに用いたマグネットピース３では、現像極として機能させるために大きな磁力が必要であり、磁石粉の充填量（前記割合）を他のマグネットピース４〜７に比べて高く設定してもよい。現像極として機能するマグネットピース３における磁石粉の割合は、より好ましくは８５〜９５重量％である。

各マグネットピース３〜７は、シャフト２の周囲を取り巻くように配列され、それぞれ例えば接着によりシャフト２に固定される。接着に使用する接着剤は、バインダーの種類に応じて最適なものを選定すればよく、特に限定されない。

以上により構成されるマグネットロール１の全体の寸法は、任意であるが、例えば磁石粉にＮｄＦｅＢ系の希土類金属磁石粉末を用いることで、直径１２ｍｍ以下、長さ２００ｍｍ以上、表面磁束密度１２０ｍＴ以上というような、小径で性能の高いマグネットロールを実現することが可能である。

次に、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。

＜実施例＞
先ず、現像極用のマグネットピースＡとして、バインダーにポリプロピレンを用いたマグネットピースを作製した。磁石粉末としてはＳｒフェライト磁石粉末を用い、磁石粉末：バインダー（ポリプロピレン）＝９２：８（重量％）の配合比で混合し、磁場中射出成形により成形した。この時の曲げ弾性率は、０．４×１０⁴ＭＰａである。

一方、その他のマグネットピースＢとして、バインダーにニトリルゴムを用いたマグネットピースを作製した。磁石粉末としてはＳｒフェライト磁石粉末を用い、磁石粉末：バインダー（ニトリルゴム）＝９０：１０（重量％）の配合比で混合し、磁場中押し出し成形により成形した。

主極を前記マグネットピースＡとし、その他の５極を前記マグネットピースＢとし、これらをシャフトに張り合わせて直径１４ｍｍ、長さ２１０ｍｍのマグネットロールを作製した。シャフトは、鉄製である。

＜比較例１＞
マグネットピースＡのバインダーとしてポリアミド系樹脂（ナイロン６）を用い、他は実施例と同様にしてマグネットロールを作製した。この時の曲げ弾性率は、１．３×１０⁴ＭＰａである。

＜比較例２＞
マグネットピースＡのバインダーとしてポリアミド系樹脂（ナイロン１２）を用い、他は実施例と同様にしてマグネットロールを作製した。この時の曲げ弾性率は、１．０×１０⁴ＭＰａである。

＜評価＞
以上により作製した実施例及び比較例のマグネットロールについて、変形量及び磁気特性変動を調べた。変形量は、高温高湿度試験（温度６０℃、相対湿度９０％の環境下に２００時間放置）後の変位変形量を測定した。図４は、測定した変位量Ｈを示す図である。ここではシャフトの中心線における最大の変位量Ｈを測定し、最大変位量とした。そして、マグネットロール中心部からの最大変異量を求めた。磁気特性は、前記湿度試験後のマグネットロールにおいて、表面磁力（スリーブ上）を中心軸方向（シャフト長手方向）に沿って測定し、このときの最大値と最小値の差を求めた。結果を表１に示す。

この表１から明らかなように、主極であるマグネットピースＡのバインダーとしてポリオレフィン樹脂（ポリプロピレン）を用いることで、ポリアミド系樹脂を用いた場合と比べて大幅に変形が抑制されており、磁気変動も問題のないレベルに抑えられている。

マグネットロールを中心断面方向から見た図である。 マグネットロールの分解斜視図である。 マグネットロール表面の周方向時計回りにおける磁力分布を示す特性図である。 マグネットロールの変位量を説明する図である。

符号の説明

１ マグネットロール、２ シャフト、３，４，５，６，７ マグネットピース、８ スリーブ

Claims (8)

1. 周方向において分割された複数のマグネットピースがシャフトの周囲に配列され、一体化されてなるマグネットロールであって、
   少なくともいずれかのマグネットピースが樹脂材料と磁石粉とを含むマグネットピースであり、他のマグネットピースがゴム材料と磁石粉とを含むマグネットピースであることを特徴とするマグネットロール。
2. 前記樹脂材料と磁石紛とを含むマグネットピースの曲げ弾性率が０．８×１０⁴ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載のマグネットロール。
3. 前記樹脂材料がポリオレフィン樹脂であることを特徴とする請求項２記載のマグネットロール。
4. 前記樹脂材料と磁石粉を含むマグネットピースは、射出成形により形成されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のマグネットロール。
5. 前記ゴム材料と磁石粉を含むマグネットピースは、押し出し成形により形成されたものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のマグネットロール。
6. 前記樹脂材料と磁石粉を含むマグネットピースが現像極として機能することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のマグネットロール。
7. 前記各マグネットピースに含まれる磁石粉の含有量が８０〜９５重量％であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のマグネットロール。
8. 前記各マグネットピースは、接着によりシャフトに張り合わされていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のマグネットロール。

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