JP4338082B2 - マグネットロール及び現像装置 - Google Patents

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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、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、か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８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、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。従来は、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なければならず、構成の複雑化、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、これも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て、反発極が十分微弱（１０ｍＴ以下）で平坦な磁気特性を有する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させ、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マグネットピースの無い間隙があり、
前記間隙の両側のマグネットピースの外周面の磁極が同極であり、
前記両側のマグネットピースは、断面が略扇形の外周面中央部に集中配向させて着磁した磁石体を半分に切断したものであり、前記間隙に面した側面近傍領域の大部分では前記磁性粉の磁化方向が該側面に沿って配向していて、
各マグネットピースの外周面に略一致する円周面で測定した前記間隙における磁力が１０ｍＴ以下で且つ長手方向の磁力特性の変動が３ｍＴ以下であ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、
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マグネットピースの無い間隙があり、
前記間隙の両側のマグネットピースの外周面の磁極が同極であり、
前記両側のマグネットピースは、外周面端部側に集中配向させて着磁したものであり、前記間隙に面した側面近傍領域の大部分では前記磁性粉の磁化方向が該側面に沿って配向していて、
各マグネットピースの外周面に略一致する円周面で測定した前記間隙における磁力が１０ｍＴ以下で且つ長手方向の磁力特性の変動が３ｍＴ以下であ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、前記間隙の両側のマグネットピースは、バインダーと磁性粉を混合したものを押し出し成形したものであ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、前記間隙の両側のマグネットピースはゴムと磁性粉を混合したものであることを特徴としている。
本願請求項５の発明に係るマグネットロールは、請求項１，２，３又は４において、前記複数のマグネットピースは、少なくとも汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、剥離極をそれぞれ構成していることを特徴としている。
本願請求項６の発明に係る現像装置は、請求項１，２，３，４又は５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構成において、前記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が存在し、かつ該間隙の両側のマグネットピースの外周面の磁極が同極である場合に、該両側のマグネットピースの前記間隙に面した側面近傍領域の大部分では、前記磁性粉の磁化方向が該側面に沿って配向していることにより、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で磁束密度を測定したときに、反発極を１０ｍＴ以下に十分微弱化することが可能である。これにより、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。
また、本発明に係るマグネットロールは、複数のマグネットピースとマグネットピースの無い間隙とを含む構成であるため、間隙部分に発生する反発極を１０ｍＴ以下にするための微調整がし易い（最も高磁気特性を要求される現像極を変更することなく、間隙の幅とこの間隙を挟む２極の調整で、反発極の制御が可能となる。）。
前記間隙及びこの両側のマグネットピースの配向により反発極を抑制、制御することで、反発極を微弱化するために、余分なマグネットピースの配置は不要であり、構造の複雑化を招くことがなく、マグネットロール全体に占めるマグネットピースを削減でき、軽量化、コスト低減も可能となる。
また、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１を示し、図２はその特性図を示す。図３は本発明に係るマグネットロールの実施の形態２を示す。また、図４は従来例１のマグネットロール、図５はその特性図である。図６は従来例２のマグネットロール、図７はその特性図である。
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、従来例１，２について説明する。
［従来例１］
磁性粉としてフェライト粉、ＮｄＦｅＢ系磁性粉等を使用し、バインダーとしてエポキシ樹脂やナイロン樹脂と混合する。その混練物を断面が略扇型で棒状に成形した後、着磁し（いわゆるボンド磁石体とし）、図４の汲み上げ極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に使用する。各マグネットピースは必要とする特性に合わせて適宜磁性粉やバインダーをそれぞれ選定すればよい。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間に間隙８を設けるようにシャフト７の外周に貼り合わせる。シャフト７は通常、鉄等の磁性体である。
この場合、間隙８の両側に位置する汲み上げ極１と剥離極５における磁性粉の磁化方向は、図中矢印で示すように汲み上げ極１、剥離極５の断面扇形形状の外周面に効率的に強力な磁極が形成されるように配向されており、間隙部分での反発極抑制にとくに配慮の無いものである。
前記図４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き、着磁パターン（マグネットロールを囲む円周面での角度と表面磁束密度との関係）は図５のグラフ（但し、右回り（時計回り）に表面磁束密度を測定）のようになる。この従来例１では、図５に示されるように反発極が無視できない強さで生じ、且つ、逆極になりやすく、また間隙部分にフラットな磁力パターンを形成することが困難である。
［従来例２］
上記従来例１のマグネットピースＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５と同じ磁石体を汲み上げ極１、搬送極２、現像極３，回収極４、剥離極５に使用し、さらに別の反発極を抑制するように予め着磁したマグネットピースＰ６を、図６の汲み上げ極１と剥離極５との間に、マグネットロールの断面が円形になるようにシャフト７外周に貼り合わせる。その他は従来例１と同じである。
前記図６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き、着磁パターン（マグネットロールを囲む円周面での角度と表面磁束密度との関係）は図７（Ａ）のグラフ（但し、右回り（時計回り）に表面磁束密度を測定）のようになる。また、間隙部分における反発極のマグネットロール長手方向の磁力分布は図７（Ｂ）のようになり、長手方向両端部で反発極がやや強くなるきらいがある。
［実施の形態１］
磁性粉としてフェライト粉、ＮｄＦｅＢ系磁性粉等を使用し、バインダーとしてエポキシ樹脂やナイロン樹脂と混合する。その混練物を断面が略扇型で棒状に成形した後、着磁し（いわゆるボンド磁石体とし）、図１の汲み上げ極１と剥離極５以外の磁極、つまり、搬送極２、現像極３，回収極４をそれぞれ構成するマグネットピースＰ２，Ｐ３，Ｐ４に使用する。各マグネットピースＰ２，Ｐ３，Ｐ４は必要とする特性に合わせて適宜磁性粉やバインダーをそれぞれ選定すればよい。
また、磁性粉として磁気異方性フェライト粉（異方性Ｓｒフェライト、異方性Ｂａフェライト等）を使用し、バインダーとしてのゴム（ニトリルゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム等）とを混合する。その混練物を断面が略扇型で棒状に磁場中で押し出し成形して、着磁し、間隙８の両側に位置する汲み上げ極１と剥離極５となるマグネットピースＰ１，Ｐ５に使用する。この場合の磁性粉の磁化の配向は、図１中矢印に示すように、マグネットピースＰ１，Ｐ５の径方向（換言すれば、内周面から外周面への放射方向）であって、且つ、マグネットピースＰ１，Ｐ５の間隙８に面した側面Ｐ１ａ，Ｐ５ａの近傍領域では、磁性粉の磁化方向が該側面に沿っている。但し、前記磁性粉の磁化の配向は、前記マグネットピース側面Ｐ１ａ，Ｐ５ａに平行な方向からマグネットピースＰ１，Ｐ５の中央部の径方向に平行方向までの角度範囲であればよい。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間に間隙８を設けるようにシャフト７の外周に貼り合わせる。シャフト７は通常、鉄等の磁性体である。
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き、着磁パターンは図２（Ａ）のグラフ（但し、右回り（時計回り）に表面磁束密度を測定）となり、極１，５間の磁力を１０ｍＴ以下（図示の例では７ｍＴ以下）に低減でき、フラットなパターンを形成できている。また、間隙部分における反発極のマグネットロール長手方向の磁力分布は図２（Ｂ）のようになり、長手方向の磁力特性の変動は少なく、その変動を３ｍＴ以下に抑制できる。この点は、長手方向両端部で反発極が強くなる従来例２よりも優れている。
［実施の形態２］
図３は本発明の実施の形態２であり、間隙８の両側に位置する汲み上げ極１と剥離極５となるマグネットピースＰ１，Ｐ５において、磁性粉の磁化の配向を、図３中矢印に示すように、マグネットピースＰ１，Ｐ５を合わせた幅の略扇形断面の外周面中央部に集中配向させて着磁した磁石体を半分に切断した向きに設定する。この場合も、マグネットピースＰ１，Ｐ５の間隙８に面した側面の近傍領域の大部分では、磁性粉の磁化方向が該側面に沿っている。
その他の構成は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
なお、上記実施の形態２において、マグネットピースＰ１，Ｐ５を合わせた幅の略扇形断面の外周面中央部に集中配向させて着磁した磁石体を半分に切断して各マグネットピースＰ１，Ｐ５として使用する代わりに、予め所要形状のマグネットピースＰ１，Ｐ５を形成するとともに、その略扇形断面の外周面端部側（図３中実線矢印で示す配向イメージのように外周面中央と端部の間）に集中配向させて着磁した集中配向磁石体を使用することもできる。この際、集中配向させている端部側を、間隙８側に位置するようにマグネットピースＰ１，Ｐ５をシャフト７に固着する。
それらの実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
(1) 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、汲み上げ極１と剥離極５の間隙を埋めるようにマグネットピースを付加することなく、設計上必要としている極数のみで、反発極が十分微弱（円筒状スリーブ外周で１０ｍＴ以下）で平坦な磁気特性を有するマグネットロールを実現可能である。また、シャフト７に各マグネットピースを固着後の再着磁は不要であり、製造工程の簡素化を図ることができる。
(2) 反発極制御用に汲み上げ極１と剥離極５間にマグネットピースが配置されていると、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があるが、汲み上げ極１と剥離極５間に間隙８を設けることにより、前記長手方向におけるマグネットロール両端部の磁気特性の盛り上りを抑制でき、前記長手方向の磁力特性の変動を３ｍＴ以下に抑制できる。
(3) マグネットロールの円柱形状全てにマグネットピースを設けた構造に比べて、間隙部分を残すことで、コスト高の磁石体部分を削減でき、軽量化することも可能となる。
(4) マグネットロールを構成する各マグネットピースは、樹脂と磁性粉（磁石粉）とを混合したもの、あるいはゴムと磁性粉（磁石粉）を混合したものでよいが、好ましくは、間隙８の両側に位置するマグネットピースＰ１，Ｐ５は、ゴムと磁性粉を混合した磁石体とする。本実施の形態のように、間隙を有するマグネットロールにおいて、エポキシ等の樹脂と磁性粉の混合物の射出成形にて製造されたマグネットピースは、その成形方法の性質上、両端部における磁力に差が生じる可能性が高いため、間隙８を挟むマグネットピースＰ１，Ｐ５はゴム等と磁性粉の混合物を押し出し成形して製造されることがより好ましい。
また、図８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マグネットロールを用いることにより、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。
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１を示す横断面図である。 実施の形態１の場合の着磁パターンであって、（Ａ）は周方向磁力分布、（Ｂ）は長手方向磁力分布を示すグラフである。 本発明に係るマグネットロールの実施の形態２を示す横断面図である。 従来例１のマグネットロールを示す横断面図である。 従来例１のマグネットロールの着磁パターンを示すグラフである。 従来例２のマグネットロールを示す横断面図である。 従来例２の場合の着磁パターンであって、（Ａ）は周方向磁力分布、（Ｂ）は長手方向磁力分布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
３０ 現像装置
４０ マグネットロール
５０ 円筒状スリーブ
６０ 感光ドラム
Ｐ１〜Ｐ６ マグネットピース

Claims (6)

  1. 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マグネットピースの無い間隙があり、
    前記間隙の両側のマグネットピースの外周面の磁極が同極であり、
    前記両側のマグネットピースは、断面が略扇形の外周面中央部に集中配向させて着磁した磁石体を半分に切断したものであり、前記間隙に面した側面近傍領域の大部分では前記磁性粉の磁化方向が該側面に沿って配向していて、
    各マグネットピースの外周面に略一致する円周面で測定した前記間隙における磁力が１０ｍＴ以下で且つ長手方向の磁力特性の変動が３ｍＴ以下であることを特徴とするマグネットロール。
  2. 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マグネットピースの無い間隙があり、
    前記間隙の両側のマグネットピースの外周面の磁極が同極であり、
    前記両側のマグネットピースは、外周面端部側に集中配向させて着磁したものであり、前記間隙に面した側面近傍領域の大部分では前記磁性粉の磁化方向が該側面に沿って配向していて、
    各マグネットピースの外周面に略一致する円周面で測定した前記間隙における磁力が１０ｍＴ以下で且つ長手方向の磁力特性の変動が３ｍＴ以下であることを特徴とするマグネットロール。
  3. 前記間隙の両側のマグネットピースは、バインダーと磁性粉を混合したものを押し出し成形したものである請求項１又は２記載のマグネットロール。
  4. 前記間隙の両側のマグネットピースはゴムと磁性粉を混合したものである請求項１，２又は３記載のマグネットロール。
  5. 前記複数のマグネットピースは、少なくとも汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極、剥離極をそれぞれ構成している請求項１，２，３又は４記載のマグネットロール。
  6. 請求項１，２，３，４又は５記載のマグネットロールを備えた現像装置。
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