JP4209290B2

JP4209290B2 - マグネットローラ用成型金型およびマグネットローラの製造方法

Info

Publication number: JP4209290B2
Application number: JP2003310148A
Authority: JP
Inventors: 憲義杉山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: JP2005074892A

Description

本発明は、樹脂バインダに磁性粉体を混合分散した樹脂材料よりなる円柱状のマグネットローラを射出成型する金型およびこの金型を用いたマグネットローラの製造方法に関し、特に、マグネットローラの反りを最小化することのできるものに関する。

複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などにおいて、感光ドラム等の潜像保持体上の静電潜像を可視化する現像方式として、回転するスリーブ内に樹脂磁石により形成されたマグネットローラを配設し、スリーブ表面に担持したトナーをマグネットローラの磁力特性により潜像保持体上に飛翔させる、ジャンピング現象によって、潜像保持体表面にトナーを供給し、静電潜像を可視化する現像方法が知られている。

このマグネットローラは、所要の磁力パターンが形成された周面を有する本体部と、本体部の軸方向両端に設けられスリーブ中心軸と同心に電子写真装置に取り付けられる両軸部とを具えて構成され、その製造に際しては、ナイロンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂のバインダにフェライト等の磁性粉体を混合分散した樹脂材料を、金型のキャビティの磁場中に射出して、磁性粉体を配向させ、円柱状のマグネットローラを製造することが広く行われており、これに用いられる金型は、キャビティ内に磁場を形成するための、例えば永久磁石よりなる磁場形成手段と、キャビティ中の溶融樹脂を冷却して固化させるための温調ジャケットとを具える。

ここで、温調ジャケットは、溶融樹脂をただ単に冷却するだけではなく、溶融樹脂が冷却する際の収縮率を全周にわたって均一なものとすることにより、不均一な収縮率に伴って発生する反りをできるだけ小さく抑える機能をも担っている。

この反りは、両軸部により特定されるマグネットローラ中心軸線に対する、本体部中心軸線の、軸方向中央部での偏心量と偏心方向とを表わすベクトル量として定義することができ、この反りが大きくなると、マグネットローラ表面とスリーブ表面との間隔は、所期の周方向にわたる均一なものとは異なったものとなり、その結果、電子写真装置での画像を悪化させてしまう。この反りに影響を与える環境条件として、金型の温度分布があるが、この温度分布が均一であったとしても、通常周方向に非対称な磁力パターンに対応して配置された磁場形成手段による非対称な磁場配向に起因して反りが発生することが分かっていて、そのため、温調ジャケットを周方向に複数個に分割し、それぞれの温調ジャケットを、反りが最小となるよう独立に温度制御することが行われている（例えば特許文献１参照。）。

しかしながら、温調ジャケットの温度を個別に制御して反りを抑える方法において、反りが非常に大きい場合には温調ジャケット相互間での温度差をそれに応じて大きくする必要があり、その結果、温調ジャケット間での熱の移動が大きくなりその分だけエネルギーの無駄が発生し、また、射出のサイクルに合わせて時間変化するキャビティの温度に正確に追従してそれぞれを所定の温度に制御することが難しくなるという問題があった。
特開平６−７９７６３号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、キャビティの周りに配置され独立に温度制御される複数の温調ジャケット間での温度差を小さなものに設定することを可能にし、かつ、マグネットローラの反りを最小のものとすることのできるマグネットローラ用成型金型を提供する。

（１）本発明は、円柱状マグネットローラを射出成型する少なくとも一つキャビティと、射出成型機から注入される磁性粉体入り樹脂材料を前記キャビティに導くランナおよびゲートと、前記キャビティの半径方向外側の所定位置に配置されキャビティ内に磁場を形成する磁場形成手段と、前記キャビティの半径方向外側に周方向に配列された複数の温調ジャケットとを具えたマグネットローラ用成型金型において、
前記キャビティを、その中心軸線が垂直に向くよう配置し、前記ゲートを、キャビティの上端もしくは下端に位置させるとともに、前記ランナを、キャビティ中心軸線に向かう水平経路部分を含んで構成し、
前記水平経路部分に対する前記磁場形成手段の相対配置を、均一なキャビティ周方向温度分布下で成型されたマグネットローラの反りの大きさが最小となるよう設定してなるマグネットローラ用成型金型である。

（２）本発明は、（１）において、前記キャビティの個数を二以上とし、これらのキャビティに樹脂材料を分配する一本のスプルーを設け、各キャビティとこのキャビティに対応するランナ、磁場形成手段、および、温調ジャケットとよりなる組を、スプルーの周りの回転操作により他の組に重なるよう配置してなるマグネットローラ用成型金型である。

（３）本発明は、（１）もしくは（２）に記載のマグネットローラ用成型金型を用いてマグネットローラを成型するに際し、
前記複数の温調ジャケットのそれぞれを、成型されたマグネットローラの反りを最小にする温度に設定したあと、前記キャビティに磁性粉体入り樹脂材料を注入するマグネットローラの製造方法である。

後述するように、マグネットローラのキャビティの中心軸線を垂直に向けて配置し、ランナに水平部分を設けた場合、ランナの水平部分の向きにより反りが影響されることが分かった。本発明によれば、磁場形成手段に影響を受けて形成される反りの成分と、ランナの水平部分に影響を受けて形成される反りの成分とを相殺させ、均一なキャビティ周方向温度分布下で成型されたマグネットローラの反りの大きさを最小にするよう磁場形成手段を配置する金型としたので、反りを最小にするよう設定された温調ジャケット相互の温度差を、磁場形成手段をこのように配置しなかった場合に必要となる温度差に比べて小さいものとすることができる。

本発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態のマグネットローラ用金型の部分断面図であり、図２は図１のII−II矢視における断面図である。二個取り用のマグネットローラ用金型１は、型開閉に際して、合わせ面Ｌを境に相互に離隔接近する移動型２Ａと固定型２Ｂとを具えてなり、これらの型２Ａ、２Ｂ同士の型締めにより二個取りに対応して二式のキャビティ３が形成される。キャビティ３は、マグネットローラの本体部及び一方の軸部に対応するキャビティ第一部分３ａと他方の軸部に対応するキャビティ第二部分３ｂとに分割され、キャビティ第一部分３ａは移動型２Ａ内に、キャビティ第二部分３ｂは固定型２Ｂ内に、それぞれ形成される。

移動型２Ａには、それぞれのキャビティ第一部分３ａに対応して、キャビティ３内に磁場を形成する磁場形成手段４と、その半径方向外側に周方向に隣接し合って配置された三個の温調ジャケット５とが設けられ、また、キャビティ３は、マグネットローラの中心軸に対応する中心軸線Ｖが垂直となるような姿勢で配置さる。

磁場形成手段４は非磁性体Uの中に配設された、例えば四枚の、永久磁石Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２およびＳ２で構成され、永久磁石Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２のそれぞれの磁力の強さおよび配置は、マグネットローラの所要の磁力パターンに応じて通常非対称に構成される。また、温調ジャケット５は、周方向に断熱材を挟んで１２０度ずつ三カ所に分割されて配置され、それぞれの温調ジャケット５には温調された温水を通過されるための水路６が設けられていて、それぞれの温調ジャケット５に設けられた温度センサ（図示せず）からの測定温度と設定温度とに基づいて、この水路６を通過する温水の温度もしくは流量をリアルタイムに制御することにより、温調ジャケット５の本体の温度が設定温度となるよう制御される。

固定型２Ｂには、射出成型機ＪのノズルＮから射出される溶融樹脂をそれぞれのキャビティ第二部分３ｂに分配するスプルー７と、それぞれのキャビティ第二部分３ｂへの溶融樹脂の経路を構成するランナ８およびゲート９とが設けられ、ゲート９は、キャビティ第二部分３ｂの上側もしくは下側（図１においては上側）に配置され、また、ランナ８は、水平部分８ａを具える。

ここで、キャビティ３、磁場形成手段４、温調ジャケット５、ランナ８、およびゲート９との集まりをキャビティ組１０と称した場合、二組のキャビティ組１０は、スプルー７を通る垂直軸周りの回転操作により相互に重なり合うよう構成される。なお、図２の場合の回転操作の角度は１８０度である。

以上のように構成された金型１において、磁場形成手段４の、ランナ８の水平部分８ａに対する相対配置は、この金型で成型されるマグネットローラの表面磁力そのものには影響することはないが、反りの向きと大きさとに大きく影響する。反りを最小にするための最適な相対配置の求め方ついて以下に説明する。

図３は、図２に示すキャビティ３に対応するキャビティ組１０のうち、磁場形成手段４だけが、キャビティ中心軸Ｖの周りに９０度ずつ異なる配置の四種の金型で成型したそれぞれのマグネットローラの反りをプロットしたグラフである。またそれぞれの金型における、温調ジャケット５の設定温度は、三分割された温調ジャケット５相互で同じに設定して行った。

反りは、前述の通り、両軸部により特定されるマグネットローラ中心軸線に対する、本体部中心軸線の、軸方向中央部での偏心量と偏心方向とを表わすベクトル量として定義されるものであるが、具体的には、マグネットローラ本体部軸方向中央部の外周面にダイヤルゲージを当て、両軸部を軸支してマグネットローラを回転したときのマグネットローラ本体部外周面の半径方向の変化量を測定し、この変化量が最大振幅となる位相を反りの方向とし、最大振幅の半分を反りの大きさとして表わす。そして、図３における縦軸、横軸は、このように測定された反りを、マグネットローラ中心軸に直角な平面内の互いに直交する二つの軸、ｘ軸およびｙ軸、それぞれの方向の成分をもつポイントとしてプロットしたものである。

図３において、Ａ１〜Ａ４で示す範囲内の反りのポイントは、それぞれ、磁場形成手段４の軸Ｖの周りの角度位置を、互いに９０℃ずつ異なるＰ１〜Ｐ４とした金型に対応するものであり、図３から明らかなように、この角度位置が９０度ずつ変化するごとに反りの方向と大きさは変化し、反りのポイントは図３上で円Ａ上を移動することが分かる。このようにして、最少の反りとなるポイントＡ_ｍｉｎに対応する磁場形成手段４の角度位置Ｐ_ｍｉｎを見出すことができ、図３の場合は、磁場形成手段４の角度位置として、反りのポイントＡ３に対応する角度位置Ｐ３から反りのポイントＡ４に対応する角度位置Ｐ４の向きに角度αだけ移動した位置を、最小の反りＡ_ｍｉｎを与えるものとして求めることができる。

そして、本発明のマグネットローラの製造方法では、このようにして求められた配置に磁場形成手段４を固定した金型１を用いてマグネットローラを成型するに際し、前記三個の温調ジャケット５のそれぞれを、成型されたマグネットローラの反りが最小にする温度に設定したあと、前記キャビティに磁性粉体入り樹脂材料を注入する。金型１このように構成することにより、温調ジャケット５の温度差で調整すべき反りの量を最小とすることができ、例えば、磁場形成手段４の配置を、図３における反りのポイントＡ_ｍａｘに対応するＰ_ｍａｘとした場合に対比して、それぞれの温調ジャケットの温度差を最小とすることができる。

なお、上述の実施形態においては、金型１を二個取りとしたが、これを三個、四個等の多数個取りとすることもでき、また、一個取りのものとすることもできるが、いずれの場合においても、キャビティを、その中心軸線が垂直に向くよう配置し、ゲートを、キャビティの上端もしくは下端に位置させ、ランナを、キャビティ中心軸線に向かう水平経路部分を含んで構成すること、および、均一なキャビティ周方向温度することは必須の要件である。
また、金型１における磁場配向手段４の配置の決定は、前述のように、複数の金型を試作して行われるものであり、また、この金型１を用いてマグネットローラを成型するに先だって行う温調ジャケット５の温度設定は、複数回の試行の後に決定されるものである。

図２に示す磁場形成手段４の配置を、図３に示す角度位置Ｐ_ｍｉｎとした金型を実施例とし、そのときの、反りを最小にする三個の温調ジャケット５の設定温度を、表１に示した。そして、磁場形成手段４を、図３の反りのポイントＡ_ｍａｘに対応する角度位置Ｐ_ｍａｘに配置した金型を比較例１とし、また、これらと同じ磁場形成手段４と同じキャビティ３とを有するがランナは水平部分をもたないものとした金型を比較例２として、これら比較例１、２についても、反りを最小にする三個の温調ジャケット５の設定温度を、表１に合わせて示した。なお、温調ジャケットは、それぞれの例ごとに、設定温度の高い順にＡ、Ｂ、Ｃとした。

表１から明らかなように、実施例の金型は、比較例１、比較例２の金型の何れと比べても、三個の温調ジャケット相互の温度差をもっとも小さくすることができ所期の目的を達成できることを示している。

本発明によれば、磁場形成手段に影響を受けて形成される反りの成分と、ランナの水平部分に影響を受けて形成される反りの成分とが相殺するように磁場形成手段を配置する金型としたので、反りを最小とするよう設定した温調ジャケット相互の温度差を、磁場形成手段をこのように配置しなかった場合に必要となる温度差に比べて小さいものとすることができる。

本発明の実施形態のマグネットローラ用金型の部分断面図である。図２は図１のII−II矢視における断面図である。図１のII−II矢視における断面図である。マグネットローラの反りを示すグラフである。

符号の説明

１マグネットローラ用金型
２Ａ移動型
２Ｂ固定型
３キャビティ
３ａキャビティ第一部分
３ｂキャビティ第二部分
４磁場形成手段
５温調ジャケット
６水路
７スプルー
８ランナ
８ａランナの水平部分
９ゲート
１０キャビティ組
Ｊ射出成型機
Ｎ射出成型機のノズル
U 非磁性体
Ｖキャビティ中心軸線

Claims

円柱状マグネットローラを射出成型する少なくとも一つキャビティと、射出成型機から注入される磁性粉体入り樹脂材料を前記キャビティに導くランナおよびゲートと、前記キャビティの半径方向外側の所定位置に配置されキャビティ内に磁場を形成する磁場形成手段と、前記キャビティの半径方向外側に周方向に配列された複数の温調ジャケットとを具えたマグネットローラ用成型金型において、
前記キャビティを、その中心軸線が垂直に向くよう配置し、前記ゲートを、キャビティの上端もしくは下端に位置させるとともに、前記ランナを、キャビティ中心軸線に向かう水平経路部分を含んで構成し、
前記水平経路部分に対する前記磁場形成手段の相対配置を、均一なキャビティ周方向温度分布下で成型されたマグネットローラの反りの大きさが最小となるよう設定してなるマグネットローラ用成型金型。
前記キャビティの個数を二以上とし、これらのキャビティに樹脂材料を分配する一本のスプルーを設け、各キャビティとこのキャビティに対応するランナ、磁場形成手段、および、温調ジャケットとよりなる組を、スプルーの周りの回転操作により他の組に重なるよう配置してなる請求項１に記載のマグネットローラ用成型金型。
請求項１もしくは２に記載のマグネットローラ用成型金型を用いてマグネットローラを成型するに際し、
前記複数の温調ジャケットのそれぞれを、成型されたマグネットローラの反りを最小にする温度に設定したあと、前記キャビティに磁性粉体入り樹脂材料を注入するマグネットローラの製造方法。