JP2007304237A

JP2007304237A - 現像ローラ

Info

Publication number: JP2007304237A
Application number: JP2006131106A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Iwai; 雅治岩井
Original assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】軸一体型マグネットローラを使用する場合、軸部の摩耗が発生し、その結果現像スリーブが偏心し、画像不良の原因となる場合がある。
【解決手段】マグネットローラ軸部外径と軸受の軸方向長さを規定することにより、軸部の摩耗が防止され、現像ローラの偏心が防止でき、画像不良がなくなる。「少なくとも、強磁性体粉末と樹脂バインダーとを含む溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうる軸部一体型マグネットローラと、スリーブと、フランジと、軸受けとを備える現像ローラであって、マグネットローラ軸部の最大外径寸法Ａと、軸受の軸方向長さＢとが、「Ｂ≧０．８×Ａ」なる関係を満たすことを特徴とする現像ローラ。」で解決する。また、前記軸受の材質が摺動性樹脂を含むことを特徴とする現像ローラで解決する。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に組み込まれる現像ローラに関する。

従来の複写機、プリンタ、ファクシミリ等における粉末トナーを用いた画像形成装置に組み込まれるマグネットローラは、次のような樹脂磁石材料で構成されている。

（１）軸部一体型マグネットローラにおいて、軸部の外周部に軸部よりも高い耐摩耗性を有する金属またはプラスチックからなる保護スリーブを設けることにより、軸部の摩耗や損傷を防止することができる（特許文献１）。

（２）樹脂磁石材料によりロール部と一体成形された軸部を支持する軸受部材として潤滑性及び耐摩耗性に優れた合成樹脂により成形されたすべり軸受を用いることにより、軸部の摩耗を防止することができる（特許文献２）。
特開平８−２３４５６１号公報。特開平１１−１７６６３１号公報。

しかしながら、特許文献１は、軸部の摩耗や損傷は防止できるが、保護スリーブという部品点数が増加し、該保護スリーブを固着する手間が必要となるため、コストアップの原因となり、また、該保護スリーブが外れ、スリーブがロックする場合もある。

また、特許文献２は、潤滑性及び耐摩耗性に優れた合成樹脂製すべり軸受を用いることにより、ある程度軸部の摩耗は防止できるが、軸受の軸方向長さによっては、軸部が摩耗する場合がある。

本発明では、鋭意検討の結果、従来技術の問題点・課題を、下記のように新たに捉えなおした。「従来技術では、軸部の外径と軸受の軸方向長さとの関係を規定の範囲にしなければ、軸部が摩耗する」と、原因に関する推定をし、その原因を解決するための手段を検討した。結果、下記の発明を完成するに至った。

本発明の第１は、
「少なくとも、強磁性体粉末と樹脂バインダーとを含む溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうる軸部一体型マグネットローラと、スリーブと、フランジと、軸受けとを備える現像ローラであって、マグネットローラ軸部の最大外径寸法Ａと、軸受の軸方向長さＢとが、「Ｂ≧０．８×Ａ」なる関係を満たすことを特徴とする現像ローラ。」、である。

本発明は、また、「前記軸受の材質が摺動性樹脂を含むことを特徴とする現像ローラ。」、である。

本発明（請求項１）により、軸部一体型マグネットローラの軸部の摩耗が防止でき、結果的にスリーブの偏心が防止でき、良好な画質が得られる。

また、本発明（請求項２）により、軸受を樹脂製となるため低コストとなり、また、現像ローラ全体の軽量化にも寄与できる。

軸部一体型マグネットローラの材料は、樹脂バインダーとしてポリアミド樹脂を１０重量％（滑剤、安定剤等含む）、強磁性体粉末として異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃）粉末を９０重量％とし、これらを混合して溶融混練し、ペレット状にする。このペレットを溶融状態にして、図１のように、ゲート口から溶融樹脂磁石材料を成形空間内へ射出注入し、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加（５箇所）しながら配向着磁して、図２のようなマグネットローラを得る。該マグネットローラは、後加工が不要となり、低コストで高寸法精度の５極構成の軸部一体型マグネットローラが得られる。

ここで、マグネットローラ本体部の外径をφ１３．６（外径１３．６ｍｍ）、両端軸部の最大外径を約φ５（外径５ｍｍ）とし、マグネットローラ本体部の軸方向長さを３２０ｍｍ、両端軸部を含むマグネットローラの軸方向長さを３５５ｍｍとし、軸部の長軸側の軸方向長さを３０ｍｍ、軸部の短軸側の軸方向長さを５ｍｍとした。特に、両端軸部の外径寸法は、φ５−０．０１ｍｍ〜−０．０５ｍｍ（φ４．９５〜φ４．９９）の寸法に入るように成形した。

図３に示すフランジ（駆動側と固定側）とスリーブを用いて、上記マグネットローラを組み込み、現像ローラを作製した。両フランジの材質はアルミ（Ａ２０１７）とし、スリーブの材質もアルミ（Ａ６０６３）とした。

ここで、両フランジにはマグネットローラの軸部を支持する軸受（銅系焼結含油軸受）が組み込まれており、該軸受は、軸方向長さが５ｍｍのものを使用した。該軸受の内径寸法は、φ５＋０．０１〜＋０．０３（φ５．０１〜φ５．０３）に入るものを使用した。
よって、Ａ＝５、Ｂ＝５となり、Ｂ≧０．８×Ａは、５≧０．８×５＝４となり、前記不等式は成立している。

上記不等式が「Ｂ＜０．８×Ａ」となる場合、つまり、軸受の軸方向長さが軸部外径寸法の８０％よりも短くなる場合、軸部の狭い面積に、マグネットローラ全体の荷重が集中し、マグネットローラの該軸部が摩耗する場合がある。

図４に示すように、組み立てられた現像スリーブにおいて、マグネットローラの長軸側（フランジから突出している側）の軸部を固定し、マグネットローラが回転しないようにしておき、駆動側フランジを、治具を介してモーターに接続し、スリーブを３００ｒｐｍのスピードで回転させた。また、該スリーブには現像剤の荷重を想定し、１００ｇの均一荷重をかけた。上記条件で５０時間スリーブを回転させた。

上記のように、スリーブを回転させる前と回転させた後に、図５に示す装置にて、駆動側のフランジとシャフトを支持し、スリーブを回転させてスリーブの偏心（振れ）をレーザーにて測定した。結果は、回転前の偏心が０．０２１ｍｍで、回転後の偏心が０．０２３ｍｍであり、回転前後の偏心レベルは同等であった。

軸受に接する部分のマグネットローラ軸部の外径寸法および軸受の内径寸法を、該スリーブを回転させる前と回転させた後について、レーザー測定器にて測定した。
回転前のマグネットローラ軸部の外径寸法は、φ４．９７０（長軸側）とφ４．９７５（短軸側）で、５０時間回転後の外径寸法は、φ４．９６７（長軸側）とφ４．９７４（短軸側）であり、軸部はほとんど摩耗しないことが判明した。

また、回転前の軸受の内径寸法は、φ５．０２０（長軸側）とφ５．０１８（短軸側）で、５０時間回転後の内径寸法は、φ５．０２０（長軸側）とφ５．０１７（短軸側）であり、軸受の内径もほとんど摩耗しないことが判明した。

上記では軸受として銅系焼結含油軸受を用いたが、軸受として摺動性のよい樹脂であるポリアセタール樹脂で成形したものを用いてもよい。

樹脂軸受を用いた現像ローラで、上記と同様のテストを行った結果、回転前の偏心は０．０１８ｍｍで、回転後の偏心も０．０１８ｍｍであった。回転前のマグネットローラ軸部の外径寸法は、φ４．９７２（長軸側）とφ４．９７４（短軸側）で、回転後の外径寸法は、φ４．９７１（長軸側）とφ４．９７４（短軸側）であり、軸部はほとんど摩耗しないことが判明した。また、回転前の軸受の内径寸法は、φ５．０１８（長軸側）とφ５．０２１（短軸側）で、回転後の内径寸法は、φ５．０１８（長軸側）とφ５．０２２（短軸側）であり、軸受の内径もほとんど摩耗しないことが判明した。

更に、樹脂軸受にすることにより、従来の銅系焼結含油軸受より軽量化され、かつ、安価となる。

上記では、軸部一体型マグネットローラ材料として、樹脂バインダーにポリアミド樹脂、強磁性粉末に異方性ストロンチウムフェライトを用いたもので説明したが、これらに制限されるものではない。

強磁性体粉末としては、ＭＯ・ｎＦｅ₂Ｏ₃（ｎは自然数）で代表される化学式を持つ異方性フェライト磁性粉などがあげられる。式中のＭとして、Ｓｒ、Ｂａまたは鉛などの１種類または２種類以上が適宜選択して用いられる。

また、強磁性体粉末として、異方性フェライト磁性粉、等方性フェライト磁性粉、異方性希土類磁性粉（例えばＳｍＦｅＮ系）、等方性希土類磁性粉（例えばＮｄＦｅＢ系）を単独または２種類以上を混合して用いてもよい。要求される磁束密度により適宜選択すればよい。

樹脂バインダーとしては、エチレンエチルアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスフィド）、ＥＶＡ（エチレンー酢酸ビニル共重合体）、ＥＶＯＨ（エチレンービニルアルコール共重合体）及びＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの１種類または２種類以上、もしくはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂の１種類または２種類以上を混合して用いることができる。

上記に示した単独磁性粉あるいは混合磁性粉の含有率が５０重量％未満では、磁性粉不足により、マグネットローラの磁気特性が低下して所望の磁力が得られにくくなり、また、それらの含有率が９５重量％を超えると、樹脂バインダー不足となり成形性が損なわれるおそれがある。

添加剤としては、磁性粉の表面処理剤としてシラン系やチタネート系等のカップリング剤、流動性を良好にするポリスチレン系・フッ素系滑剤等、安定剤、可塑剤、もしくは難燃剤などを添加する。

また、本明細書においては、５極構成のマグネットロールを図示しているが、本発明は５極マグネットロールのみに限定されない。すなわち、所望の磁束密度と磁界分布により、磁極数や磁極位置も適宜設定すればよい。

以下に本発明を実施例および比較例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図２のマグネットローラ用材料として、樹脂バインダーにナイロン６樹脂（ユニチカ製Ａ１０１５Ｐ）を１０重量％（滑剤、安定剤を含む）、強磁性粉末に異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃）粉末（日本弁柄工業製ＮＦ−３５０）を９０重量％とし、これらを混合して溶融混練し、ペレット状に成形し、このペレットを溶融状態にし、図１の射出成形装置（金型）を用いて、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら溶融樹脂磁石の磁性粒子を配向着磁し、図２に示すようなマグネットローラを得た。図１の射出成形装置（金型）は、４つのマグネットローラが同時に成形できる、いわゆる４個取り金型である。

マグネットローラ本体部の外径をφ１３．６、両端軸部の外径を約φ５とし、マグネットローラ本体部の軸方向長さを３２０ｍｍ、両端軸部を含むマグネットローラの軸方向長さを３５５ｍｍとし、軸部の長軸側の軸方向長さを３０ｍｍ、軸部の短軸側の軸方向長さを５ｍｍとした。特に、両端軸部の外径寸法Ａは、φ５−０．０１ｍｍ〜−０．０５ｍｍ（φ４．９５〜φ４．９９）の寸法に入るように成形した。成形後の寸法をマイクロメータで測定したところ、φ４．９８０であった。

ここで、両フランジにはマグネットローラの軸部を支持する軸受（ＮＴＮ製ベアファイト銅系焼結含油軸受：含油率１８％以上）が組み込まれており、該軸受は、軸方向長さＢが４．５ｍｍで外径がφ１０のものを使用した。該軸受の内径寸法は、φ５＋０．０１〜＋０．０３（φ５．０１〜φ５．０３）に入るものを使用した。軸受内径をレーザー測定器にて測定したところ、φ５．０１５であった。

従って、「Ｂ≧０．８×Ａ」は４．５ｍｍ≧０．８×４．９８０＝３．９８４ｍｍとなり、不等式は成り立っている。

図４に示すように、組み立てられた現像スリーブにおいて、マグネットローラの長軸側（フランジから突出している側）の軸部を固定し、マグネットローラが回転しないようにしておき、駆動側フランジを、治具を介してモーターに接続し、スリーブを３００ｒｐｍのスピードで回転させた。また、該スリーブには現像剤の荷重を想定し、１００ｇの均一荷重をかけ、５０時間スリーブを回転させた。

スリーブの回転前と回転後には、以下の項目を測定し、結果を表１に示した。
（１）図５に示す装置にて、駆動側のフランジとシャフトを支持し、スリーブを回転させてスリーブの偏心（振れ）をレーザーにて測定した。
（２）軸受に接する部分のマグネットローラ軸部の外径寸法および軸受の内径寸法を、該スリーブを回転させる前と回転させた後について、レーザー測定器にて測定した。

（実施例２）
両端軸部の外径寸法Ａを４．９８ｍｍとし、軸受の軸方向長さＢを４ｍｍ、つまり
「Ｂ≧０．８×Ａ」は４ｍｍ≧０．８×４．９８０ｍｍ＝３．９８４ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例３）
両端軸部の外径寸法Ａを４．９８ｍｍとし、軸受の軸方向長さＢを６ｍｍ、つまり
「Ｂ≧０．８×Ａ」は６ｍｍ≧０．８×４．９８０ｍｍ＝３．９８４ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例４）
両端軸部の外径寸法Ａを４．９８ｍｍとし、軸受の軸方向長さＢを８ｍｍ、つまり
「Ｂ≧０．８×Ａ」は８ｍｍ≧０．８×４．９８０ｍｍ＝３．９８４ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例５）
両端軸部の外径寸法Ａを３．９８ｍｍとし、軸受の内径寸法を４．０１４ｍｍとし、かつ軸受の軸方向長さＢを４．５ｍｍ、つまり
「Ｂ≧０．８×Ａ」は４．５ｍｍ≧０．８×３．９８０ｍｍ＝３．１８４ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例６）
両端軸部の外径寸法Ａを５．４７８ｍｍとし、軸受の内径寸法を５．５１６ｍｍとし、かつ軸受の軸方向長さＢを４．５ｍｍ、つまり
「Ｂ≧０．８×Ａ」は４．５ｍｍ≧０．８×５．４７８ｍｍ＝４．３８２ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例７）
両端軸部の外径寸法Ａを５．９７７ｍｍとし、軸受の内径寸法を６．０１７ｍｍとし、かつ軸受の軸方向長さＢを５．０ｍｍ、つまり
「Ｂ≧０．８×Ａ」は５．０ｍｍ≧０．８×５．９７７ｍｍ＝４．７８２ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例８）
軸受の材質をポリアセタール樹脂（射出成形品）とする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（比較例１）
両端軸部の外径寸法Ａを４．９８ｍｍとし、軸受の軸方向長さＢを３ｍｍ、つまり
「Ｂと０．８×Ａの関係」は３ｍｍ＜０．８×４．９８０ｍｍ＝３．９８４ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（比較例２）
両端軸部の外径寸法Ａを５．９７７ｍｍとし、軸受の内径寸法を６．０１７ｍｍとし、かつ軸受の軸方向長さＢを４．０ｍｍ、つまり
「Ｂと０．８×Ａの関係」は４．０ｍｍ＜０．８×５．９７７ｍｍ＝４．７８２ｍｍとする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（比較例３）
両端軸部の外径寸法Ａを４．９８ｍｍとし、軸受の軸方向長さＢを３ｍｍ、つまり
「Ｂと０．８×Ａの関係」は３ｍｍ＜０．８×４．９８０ｍｍ＝３．９８４ｍｍとしする以外はすべて実施例８と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

本発明のマグネットローラを成形する装置（金型）本発明のマグネットローラ斜視図スリーブとフランジの縦断面図現像ローラの縦断面図マグネットローラの偏心（振れ）を測定する装置

符号の説明

１マグネットローラ成形空間
２磁場発生源
３注入口
４マグネットローラ成形装置（金型）
５マグネットローラ本体部
６マグネットローラ軸部
７フランジＡ
８フランジＢ
９スリーブ
１０軸受
１１レーザー測定器
１２マグネットローラ固定治具
１３フランジＡ支持治具
１４現像ローラ偏心（振れ）測定装置ベース台

Claims

少なくとも、強磁性体粉末と樹脂バインダーとを含む溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうる軸部一体型マグネットローラと、スリーブと、フランジと、軸受けとを備える現像ローラであって、マグネットローラ軸部の最大外径寸法Ａと、軸受の軸方向長さＢとが、「Ｂ≧０．８×Ａ」なる関係を満たすことを特徴とする現像ローラ。
前記軸受の材質が摺動性樹脂を含むことを特徴とする、請求項１に記載の現像ローラ。