JP2009043926A

JP2009043926A - マグネットローラ

Info

Publication number: JP2009043926A
Application number: JP2007207063A
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: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】従来のマグネットピースは、磁性粒子を、該マグネットピースの両側面および内周面から外周面の一部へ収束させて配向しているため、磁束密度パターンが非対称にできず高画質化できない場合があり、また、マグネットピース側面から磁場が発生する場合があり、該マグネットピースを低磁束密度部形成領域で使用する場合、安定した低磁束密度領域を確保できず高画質化できない場合がある。
【解決手段】少なくともひとつのマグネットピースの片方の側面および内周面から外周面の一部分に磁性粒子を収束配向させたマグネットローラであり、また該マグネットピースを用いて低磁束密度領域を形成させる。さらに、マグネットピースの成形金型において、該マグネットピースの片方の側面に相当する部分に、金型ヨークから発生する磁場極性とは逆の極性を発生する励磁源を有することにより、該マグネットピース内の磁性粒子の配向方向を制御することが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザープリンタなどに使用されるマグネットローラおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、画質を改善したマグネットローラおよびその製造方法に関する。

従来のマグネットローラとしては、複数のマグネットピースを貼り合わせて形成するマグネットローラにおいて、該マグネットピースを成形する時、ヨークがマグネットピース側面に接する位置及び／又はヨークがマグネットピース側面に接する面積をマグネットピースの両側面で変えることにより、複雑な磁束密度パターンが得られるというもの（特許文献１）、あるいは、強磁性体粉末材料と高分子化合物材料を主体とする混合物を加熱溶融させた後、配向用磁界により、断面形状が扇型で円弧側から他の三辺に強磁性体粉末を配向しつつ成形した後、シャフトに複数個組み合わせて貼り合わせるというもの（特許文献２）等が提案されている。
特開２００３−１５１８２５特開平９−６８８６６

しかしながら、特許文献１および２では、いずれもマグネットピース断面の両側面方向に磁性粒子が配向されているため、非対称な磁束密度パターンが得られ難く、マグネットローラを内包しているスリーブ上の現像剤の穂立ち（現像剤は磁束線に沿って連なる）形状に悪影響を与える場合があり、例えば後端尾引等の画像不良が発生し、高画質化が困難となる場合がある。

また、該マグネットピース側面から磁場が発生する場合があり、例えば、該マグネットピースを低磁束密度部形成領域で使用する場合、該マグネットピース側面から磁場が発生することにより、上記磁束密度部がうまく形成できず、所望の磁力より高い値となる場合があり、あるいは、低磁束密度領域の極性とその両隣接する磁極とが逆極性となる場合がある。特に２成分系現像剤を使用するフルカラー機やモノクロ機においては、上記低磁力部は、現像剤を一旦スリーブ上から剥離し、現像のために消費されたトナーを補給し、トナーとキャリアの割合を常に一定にし、現像剤の入れ替え性を良好にする非常に重要な役割を担っている。しかし、低磁束密度部の磁力が高くなり、あるいは、低磁束密度領域の極性とその両隣接する磁極とが逆極性となると、上述のような現像剤の入れ替え性を良好にする重要な役割が十分に果たせなくなる場合がある。

本発明は、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物で成形したマグネットピースを複数個貼り合わせて形成したマグネットローラにおいて、少なくともひとつの該マグネットピースの片方の側面および内周面から外周面の一部分に磁性粒子を収束配向させたマグネットローラ、である。

また、本発明は、マグネットピースにおける左右の半身幅の差が３°〜３０°の範囲にある非対称な磁束密度パターンを有するマグネットローラである。

また、本発明は、上記マグネットピースを少なくともひとつ用いて磁束密度最小値が１０ｍＴ以下であり、かつ１０ｍＴ以下の領域が１０°〜７０°の範
囲にある低磁束密度領域が形成されているマグネットローラ、である。

さらに、本発明は、マグネットピースの成形金型において、該マグネットピースの片方の側面に相当する部分に設けた励磁源により、金型ヨークから発生する磁場極性とは逆の極性を発生させることを特徴とするマグネットローラの製造方法である。

本発明のマグネットローラにおいては、非対称な磁束密度パターンを容易に得ることができ、また、該マグネットピース側面から磁場が発生することを抑制することができる。さらに、最適な低磁束密度部を容易に形成でき、このため現像剤の入れ替え性が向上し、高画質を得ることができる。

次に、本発明のマグネットローラについて１例をあげて詳細に説明する。

マグネットピースの材料は、樹脂バインダーとしてエチレンエチルアクリレート樹脂を１０重量％（滑剤、安定剤等を含む）、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・６Ｆｅ_２Ｏ_３）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。前記ペレットを溶融状態にして、図１に示す成形装置（金型）を用いて、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁してマグネットピース（１）を得る。

図１に示すように、マグネットピースの片側側面（成形空間）に、該側面側に発生する磁極性と同極性の永久磁石（３）を当接あるいはスペーサー等を挟んで設置する。該永久磁石を設置することにより、該マグネットピースの該片側側面の方向へ磁性粒子が配向することを防ぎ、結果的に該片側側面からの磁場の発生を防止する。

図２に、上記で成形したマグネットピース内の磁性粒子の配向方向（２）を示す。

また、図３に示す成形装置（金型）を用いて、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、通常２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁して別のマグネットピースを得る。

図４に、得られたマグネットピース内の磁性粒子の配向方向を示す。図４に示すように、該マグネットピース内の磁性粒子の配向方向は、従来通り該マグネットピースの両側面および内周面から外周面の一部に収束している。従って、このマグネットピースは、両側面からも磁場が発生することになる。

例えば、上記図２に示すマグネットピース１つと、図４に示すマグネットピース５つをシャフト（１５）の外周部に貼り合わせ、図５に示すマグネットローラを形成する。

また、図６に上記マグネットローラの磁束密度パターン（９）を示す。図６に示すように、図２に示すマグネットピース（Ｎ１極）を用いた領域の磁束密度は、磁束密度ピーク値（１０）とマグネットローラ中心（１２）を結ぶ線（１１）に対し、非対称なパターンとなっていることがわかる。この非対称な磁束密度パターンにより、マグネットローラを内包しているスリーブ（１４）上の現像剤の穂立ち（現像剤は磁束線に沿って連なる）形状に影響を与え、例えば後端尾引等の画像不良が防止でき、高画質化が可能となる。ここで、Ｎ１極の磁束密度ピーク値とマグネットローラ中心を結ぶ線に対し、該Ｎ１極磁束密
度の５０％の値上に存在する図６のＡ部分をＳ１極側半身幅、図６のＢ部分をＳ２極側の半身幅とする。この半身幅の差が結果的に磁束密度パターンの非対称となる。また、本発明の半身幅の差は３°〜３０°の範囲が好ましい。半身幅の差が３°より小さいとスリーブ上の現像剤の穂立ち形状に影響を与え難く、例えば後端尾引等の画像不良を防止し難い。また、半身幅の差が３０°より大きいと画像濃度の低下が起き易くなる。

また、本発明は、上記マグネットピースを少なくともひとつ用いて低磁束密度領域を形成したマグネットローラ、である。

図７にように、上記図２に示すマグネットピース（Ｎ２極とＮ３極）を低磁束密度領域（１３）の両側に設置する。この場合、低磁束密度領域の両側のマグネットピースは、磁場が発生しない方の側面を、低磁束密度領域を形成する側に向けて設置すればよい。このようなマグネット構成にすることにより、安定した低磁束密度領域が形成でき、このため、より安定してマグネットローラを内包したスリーブ上の現像剤を一旦スリーブ上から剥離させることができ、また、現像のために消費したトナーを補給し、トナーとキャリアを所望の割合にした現像剤を新たにスリーブ上に吸着させて現像を行うことができる。

本発明の安定した低磁束密度領域とは、磁束密度最小値が１０ｍＴ以下であり、かつ１０ｍＴ以下の領域が１０°〜７０°、好ましくは１５°〜５０°の範囲にある。１０ｍＴ以下の領域が１０°未満であると低磁束密度領域が不安定となり、現像剤剥離性が低下する傾向にあり、また、１０ｍＴ以下の領域が７０°を越えると各磁極の磁束密度が低くなり、実用的でなくなる傾向にある。

ここで、従来の図４のマグネットピースを低磁束密度領域の両側に設けると、各マグネットピースの側面から磁場が発生し、安定した低磁束密度領域が確保できず、該磁束密度（低磁束密度領域での磁束密度最小値）が１０ｍＴを超えたり、１０ｍＴ以下の領域が１０°未満となったり、あるいは、低磁束密度領域の両側に設けたマグネットピースの磁極と低磁束密度領域の磁極とが逆極性になってしまう場合があり、現像剤剥離性が低下する場合がある。

なお、その対策として、安定した低磁束密度領域を得るために、該低磁束密度領域両側のマグネットピースとの間にひとつ以上のマグネットピースを貼り合わせる場合があるが、しかしこの方法はコストアップの原因となる。

ただし、低磁束密度領域の両側に本発明のマグネットピースを設ける場合において、更に安定した低磁束密度領域を得るために、該両側のマグネットピースの間にひとつ以上のマグネットピースを追加してもよい。

上記では、マグネットピース材料として、樹脂バインダーにエチレンエチルアクリレート樹脂、強磁性粉末に異方性ストロンチウムフェライトを用いて説明したが、これらに制限されるものではない。

例えば、樹脂バインダーとしては、ポリアミド樹脂、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−酢酸ビニル共重合体）、ＥＶＯＨ（エチレン−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。

また、強磁性粉末としては、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ることができる。

また、要求される磁束密度により、強磁性体粉末が等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との混合磁性粉を使用する。等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との割合は、２：８〜８：２が適切である。等方性希土類磁性粉の割合が２０％未満の場合は、等方性希土類磁性粉を混合した効果が発現せず、また、８０％を超える場合は、高磁気特性を得ることができるが、樹脂磁石材料が高価となってしまう。

更に、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ＮｅＦｅＢ系）を単独または２種類以上を混合して使用してもよい。

上記に示した単独磁性粉あるいは混合磁性粉の含有率は、５０〜９５重量％の範囲が好ましい。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、マグネットピース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。

さらにまた、本発明は、マグネットピースに用いる成形金型において、該マグネットピースの片方の側面に相当する部分に設けた励磁源により、金型ヨークから発生する磁場極性とは逆の極性を発生させることを特徴とするマグネットローラの製造方法である。本発明の製造方法は、金型ヨークから発生する磁場極性とは逆の極性を発生する励磁源を設置することにより、該マグネットピースの該片側側面の方向へ磁性粒子が配向することを防ぎ、結果的に該片側側面からの磁場の発生を防止する。ここで本発明の励磁源としては、特に限定されず、公知の永久磁石や電磁石等が好適に用いられる。

また、本明細書においては、５つの磁極で構成されたマグネットローラを主に説明しているが、本発明は５極マグネットローラ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、マグネットピースの数量を選択し、磁極数や磁極位置も適宜設定すればよい。

更に、本発明においては、マグネットピースは射出成形にて形成することを主に説明しているが、マグネットピースの成形は押出成形、圧縮成形、あるいはマグネットピースごとに成形方法を変えてもよい。

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。

なお、本発明に用いた特性値の測定方法は、以下のとおりである。

（磁束密度パターンの両側の半身幅および半値幅並びに低磁束密度領域の最小磁力値と１０ｍＴの幅（領域））
得られたマグネットローラの両端軸部を支持し、マグネットローラを回転させながら、マグネットローラの中心から８ｍｍ離れた位置（スリーブ上）にプローブ（Ｂｅｌｌ社製磁束密度センサー）をセットし、ガウスメータ（Ｂｅｌｌ社製）にて周方向磁束密度値を測定する。得られた測定値を極座標上にプロットしてグラフ化し、角度を読み取る。磁極の磁束密度ピーク位置とマグネットローラの中心点とを結ぶ線を基準（基準線）とし、該磁束密度ピーク値の５０％の値の幅を、該基準線により振り分けた円周方向の幅を半身幅とし、振り分けられた半身幅を合わせたものを半値幅とする。また、隣接する磁極の極性が同極性間において、該同極性間の磁束密度値が１０ｍＴ以下の幅（円周方向の幅＝領域）を低磁束密度幅とする。
（画像評価）
得られたマグネットローラをカラーレーザープリンターＬＢＰ５９００（キ
ヤノン製）に搭載し、出力画像より、尾引、濃度低下を判断した。

（実施例１）
マグネットピースの材料として、樹脂バインダーにエチレンエチルアクリレート樹脂（日本ユニカー製ＰＥＳ２１０）を１０重量％（滑剤、安定剤を含む）、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・６Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末（日本弁柄工業株式会社製ＮＦ−３５０）を９０重量％とし、これらを混合して溶融混練し、ペレット状にした。このペレットを溶融状態にして
、図１に示す成形装置（金型）を用いて、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出
注入し、２０００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁したものを用いて、１つマグネットピース（Ｎ１極）を成形した。

また、上記と同じペレットを図３に示す成形装置（金型）を用いて、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁したものを用いて、５つのマグネットピース（Ｎ２極、Ｓ１極、Ｓ２極、Ｓ３極、０Ｇ極）を成形した。

上記で得られた６つのマグネットピース（Ｎ１極、Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ１極、Ｓ２極、０Ｇ極）をシャフト外周部の所定の位置に瞬間接着剤を用いて、貼り合わせて図６に示すようなマグネットローラを形成した。

マグネットピースの軸方向長さは３２０ｍｍとし、上記シャフトの材質はＳＵＭ２２、シャフト外径はφ６ｍｍ、シャフト全長は３７０ｍｍとした。また、シャフト外周面にマグネットピースは貼り合わせて形成したマグネットローラ本体部（マグネットピースを貼り合わせた部分）の外径はφ１３．６ｍｍとした。上記測定方法にて、得られたマグネットローラのＮ１極磁束密度パターンの両側の半身幅（ＡおよびＢ）および半値幅（Ａ＋Ｂ）および得られたマグネットローラのＮ２極とＮ３極間に発生する低磁束密度領域の最小磁力値と１０ｍＴの幅（領域）を測定した。測定結果を表１に示す。上記では、Ｓ２極側ではスリーブ上に現像剤の穂はほぼ感光体に向かうようになるが、Ｓ１極側では現像剤の穂がほとんど感光体側に向かわなくなり、結果的に画像後端側の尾引が防止できる。

また、上記測定方法にて画像評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例２）
図１に示す成形装置（金型）を用いて、Ｎ２極およびＮ３極を、図３示す成形装置（金型）を用いて、Ｎ１極、Ｓ１極およびＳ２極を、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁して成形し、５つのマグネットピースを得た。上記で得られた５つのマグネットピース（Ｎ１極、Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ１極、Ｓ２極）をシャフト外周部の所定の位置に瞬間接着剤を用いて貼り合わせて図７に示すようなマグネットローラを形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。上記測定方法にて、得られたマグネットローラのＮ１極磁束密度パターンの両側の半身幅（ＡおよびＢ）および半値幅（Ａ＋Ｂ）および得られたマグネットローラのＮ２極とＮ３極間に発生する低磁束密度領域の最小磁力値と１０ｍＴの幅（領域）を測定した。結果を表１に示す。

（実施例３）
図１に示す成形装置（金型）を用いて、Ｎ１極、Ｎ２極およびＮ３極を、図３示す成形装置（金型）を用いて、Ｓ１極およびＳ２極を、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁して成形し、５つのマグネットピースを得た。上記で得られた５つのマグネットピース（Ｎ１極、Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ１極、Ｓ２極）をシャフト外周部の所定の位置に瞬間接着剤を用いて貼り合わせて図８に示すようなマグネットローラを形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。得られたマグネットローラのＮ１極磁束密度パターンの両側の半身幅および半値幅、Ｎ２極とＮ３極間に発生する低磁束密度領域の最小磁力値と１０ｍＴの幅（領域）を測定した。結果を表１に示す。

（比較例１）
図３示す成形装置（金型）を用いて、すべての極（Ｎ１極、Ｎ２極、Ｓ１極、Ｓ２極、Ｓ３極、０Ｇ極）を、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁して成形し、６つのマグネットピースを得た。上記で得られた６つのマグネットピース（Ｎ１極、Ｎ２極、Ｓ１極、Ｓ２極、Ｓ３極）をシャフト外周部の所定の位置に瞬間接着剤を用いて、貼り合わせて図９に示すようなマグネットローラを形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。得られたマグネットローラのＮ１極磁束密度パターンの両側の半身幅および半値幅、Ｎ２極とＮ３極間に発生する低磁束密度領域の最小磁力値と１０ｍＴの幅（領域）を測定した。結果を表１に示す。

（比較例２）
図３示す成形装置（金型）を用いて、すべての極（Ｎ１極、Ｎ２極、Ｓ１極、Ｓ２極、Ｓ３極）を、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁して成形し、５つのマグネットピースを得た。上記で得られた５つのマグネットピース（Ｎ１極、Ｎ２極、Ｓ１極、Ｓ２極、Ｓ３極）をシャフト外周部の所定の位置に瞬間接着剤を用いて、貼り合わせて図１０に示すようなマグネットローラを形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。得られたマグネットローラのＮ１極磁束密度パターンの両側の半身幅および半値幅、Ｎ２極とＮ３極間に発生する低磁束密度領域の最小磁力値と１０ｍＴの幅（領域）を測定した。結果を表１に示す。

実施例１・３と比較例１を比べると、実施例１・３は画像の後端にあたるＳ１極側の半身幅がＳ２極側の半身幅より小さくなっており、その結果、画像不良のひとつである尾引が防止できている。

実施例２・３と比較例２を比べると、実施例２・３の低磁束密度領域の最小磁力は、低磁束密度の両側の極性と同じ極性で５ｍＴとなり、１０ｍＴ以下の幅も３５°と広くなっているが、比較例２の低磁束密度領域の最小磁力は、低磁束密度の両側の極性とは逆の極性で７ｍＴとなっている。その結果、実施例２・３は濃度の低下が防止できているが、比較例１は濃度低下している。

ここで、比較例２の１０ｍＴ幅は４０°広くなっているが、低磁束密度の両側の極性とは逆の極性となっているため、低磁束密度領域での現像剤入替が不十分となり、濃度低下につながっている。

マグネットピース成形装置（金型）マグネットピースマグネットピース成形装置（金型）マグネットピース本発明のマグネットローラ断面図本発明のマグネットローラ断面図と磁束密度パターン別の本発明のマグネットローラ断面図と磁束密度パターン別の本発明のマグネットローラ断面図と磁束密度パターン従来のマグネットローラ断面図と磁束密度パターン別の従来のマグネットローラ断面図と磁束密度パターン

符号の説明

１マグネットピース
２磁性粒子の配向着磁方向
３永久磁石
４励磁源
５ヨーク
６マグネットピース内周面
７マグネットピース側面
８マグネットピース外周面
９磁束密度パターン
１０磁束密度ピーク位置
１１磁束密度ピーク位置とマグネットローラ中心点を結ぶ線
１２マグネットローラ中心点
１３低磁束密度領域
１４スリーブ
１５シャフト

Claims

強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物で成形したマグネットピースを複数個貼り合わせて形成したマグネットローラにおいて、少なくともひとつの該マグネットピースの片方の側面および内周面から外周面の一部分に磁性粒子を収束配向させたことを特徴とするマグネットローラ。
マグネットピースにおける左右の半身幅の差が３°〜３０°の範囲にある
非対称な磁束密度パターンを有する請求項１記載のマグネットローラ。
マグネットピースを少なくともひとつ用いて磁束密度最小値が１０ｍＴ以下であり、かつ１０ｍＴ以下の領域が１０°〜７０°の範囲にある低磁束密度領域が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のマグネット
ローラ。
請求項１から３のいずれかに記載のマグネットピースに用いる成形金型において、該マグネットピースの片方の側面に相当する部分に設けた励磁源により、金型ヨークから発生する磁場極性とは逆の極性を発生させることを特徴とするマグネットローラの製造方法。