JP4538020B2

JP4538020B2 - マグネットローラ及び該マグネットローラを用いた現像装置

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Publication number: JP4538020B2
Application number: JP2007124387A
Authority: JP
Inventors: 啓介日向; 淳一大竹; 智夫和田
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: JP2008281681A

Description

本発明は、複写機やレーザービームプリンタ等の磁気ブラシ現像ローラとして用いられるマグネットローラ、及び該マグネットローラを備えた現像装置に関するものである。

従来、複写機やレーザービームプリンタ等において、内部にマグネットローラが配置された現像剤担持体により現像剤を感光ドラムに供給し、潜像を現像する方式が知られている。また、前記方式におけるマグネットローラの磁気特性には、感光ドラムの長手方向に均一に現像剤を供給するために、長手方向に乱れのない均一な磁力が必要とされる。

この種のマグネットローラは、周面に複数の磁極部を有している。マグネットローラの成形には、成形すべきマグネットローラの外形状と合致するキャビティを有し、かつ該キャビティの周囲位置に配向用磁力線の起磁極と終磁極からなる磁極対を配置した金型が使用される。そして、まず、予め溶融した樹脂磁石材料を前記金型のキャビティ内に注入し、キャビティ内を樹脂磁石材料で充満させ、磁極対の配向用磁力線によって樹脂磁石材料中の磁性体粉末を配向させる。その後、樹脂磁石材料を冷却し、金型を型開きして、成形されたマグネットローラを得る。以上の工程を順次行うことにより、マグネットローラを連続的に製造する。（例えば特許文献１）。

従来からマグネットローラに使用される磁性粉は、流動性、磁気特性の観点から、平均粒子径が数μｍの微粒子としたものが用いられていた。しかし、マグネットローラの内部に大きな気泡を発生させる問題があった。

マグネットローラは円形の厚肉形状であるため、樹脂磁石材料の溶融時に巻き込んだガスが径方向中央付近に凝集し、成形工程において大きな気泡が発生し易い。マグネットローラ内に生じた大きな気泡は、長手方向に局所的な磁力低下を起こし、磁力の均一性を悪化させ、画像不良を招くという問題がある。
特開昭６４−６４２０８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、マグネットローラの内部に大きな気泡が存在せず、長手方向の磁力が均一で画像不良を抑制することができるマグネットローラ及びそれを備えた現像装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは鋭意検討したところ、比較的細かいフェライト粉末と比較的粗いフェライト粉末を混ぜ合わせた磁性粉を用いてマグネットローラを成形することにより、上記課題を解決可能であることを見出した。

本発明に係るマグネットローラは、
樹脂バインダーと磁性粉を主成分とする樹脂磁石材料を溶融し、着磁用の永久磁石を内包する金型内に射出成形して得られる電子写真装置用のマグネットローラにおいて、
前記磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．０μｍ以上１．４μｍ以下のフェライト粉末を１質量％以上３０質量％以下、及び平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．４μｍ以上１．８μｍ以下のフェライト粉末を７０質量％以上９９質量％以下含有してなること、
前記二種のフェライト粉末の平均粒子径（Ｄ₅₀）の差が少なくとも０．１μｍ以上あること、
かつ、前記樹脂バインダーと前記磁性粉の合計１００質量部に対して、磁性粉が７０質量部以上９５質量部以下であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、内部に大きな気泡が存在せず、長手方向の磁力が均一なマグネットローラを得ることができ、そのマグネットローラを用いることで画像不良を抑制することができる。

以下に本発明の実施形態について説明する。

本発明に係る電子写真装置用のマグネットローラは、図１に示すように、マグネット部位１ａと軸１ｂ，１ｃにより構成され、該マグネット部位１ａの径方向の磁束密度は、図２に示すような磁気パターンを有する。図２には、例として、磁極Ｓ１（２）、磁極Ｎ１（３）、磁極Ｓ２（４）及び磁極Ｎ２（５）の計４極の磁極により構成されているマグネットローラを示したが、特にこの構成に限定されるわけではなく、３極以上８極以下まで増減することが可能である。マグネットローラは、着磁用の永久磁石を内包する金型内に射出成形される。現像剤担持体上での磁束密度は、特に限定されないが、通常、３０ｍＴ以上１２０ｍＴ以下の範囲に設計される。マグネットローラの形状は、電子写真装置の印刷速度や紙サイズ等の性能により決定され、特に限定されないが、通常は、マグネット部位１ａの径はφ６ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下、全長は２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下の範囲に設計される。

本発明のマグネットローラは、樹脂バインダー及び磁性粉（フェライト粉末の混合粉）を主成分とし、樹脂バインダーと磁性粉の合計１００質量部に対して磁性粉を７０質量部以上９５質量部以下含有してなる。磁性粉の量を当該範囲に調整することにより、電子写真装置として必要とされる磁力をマグネットローラに付与することができ、さらに、樹脂磁石材料の溶融物の流動性が良好となり、マグネットローラを成形しやすくなる。

前記磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．０μｍ以上１．４μｍ以下のフェライト粉末を１質量％以上３０質量％以下、平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．４μｍ以上１．８μｍ以下のフェライト粉末を７０質量％以上９９質量％以下となるように混合したフェライト粉末の混合粉を用いることができる。以下、平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．０μｍ以上１．４μｍ以下のフェライト粉末を「細フェライト粉末」と略し、平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．４μｍ以上１．８μｍ以下のフェライト粉末を「粗フェライト粉末」と略す。このとき、前記二種のフェライト粉末（細フェライト粉末と粗フェライト粉末）の平均粒子径（Ｄ₅₀）の差が少なくとも０．１μｍ以上あることが必要である。また、前記二種のフェライト粉末の平均粒子径（Ｄ₅₀）の差は０．２μｍ以上あることがより好ましく、０．４μｍ以上あることがさらに好ましい。

また、磁性粉の平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．１５μｍ以上１．７５μｍ以下となるように混合した磁性粉を用いることが好ましい。なお、平均粒子径（Ｄ₅₀）とは、レーザ回折式粒度分布計を用いて測定した粒度分布測定データにおける、粒子径の小さい側からの微粒子の累積数が５０％に達した時の粒子の粒径を示す。

また、細フェライト粉末は、その平均粒子径（Ｄ₁₀）が０．１μｍ以上１．０μｍ以下で、平均粒子径（Ｄ₉₀）が２．０μｍ以上４．０μｍ以下のものを用いることが好ましい。さらには、その平均粒子径（Ｄ₁₀）が０．３μｍ以上０．８μｍ以下で、平均粒子径（Ｄ₉₀）が３．０μｍ以上４．０μｍ以下のものを用いることが好ましい。

また、粗フェライト粉末は、その平均粒子径（Ｄ₁₀）が０．１μｍ以上１．０μｍ以下で、平均粒子径（Ｄ₉₀）が３．０μｍ以上８．０μｍ以下である場合が好ましい。さらには、その平均粒子径（Ｄ₁₀）が０．５μｍ以上１．０μｍ以下で、平均粒子径（Ｄ₉₀）が４．０μｍ以上６．０μｍ以下のものを用いることが好ましい。

上記細フェライト粉末と粗フェライト粉末を混合して磁性粉とすることにより、マグネットローラに均一な磁束密度を付与することができる。どちらか片方のフェライト粉末を磁性粉とした場合にはマグネットローラの均一な磁束密度は期待できない。原因は詳しくは分かっていないが、平均粒子径の異なるフェライト粉末を混合して、磁性粉の粒度分布を比較的広くすることにより、磁束密度に影響を与える気泡の発生を抑えることができるためと考えられる。また、樹脂磁石材料の溶融物の流動性が改善され、良好な成形をすることができるためと考えられる。

なお、発生した気泡がφ１．５ｍｍより小さければ磁束密度に与える影響はなく、図３に示すように、そのマグネットローラの長手方向の磁束密度は均一な磁気特性を示す。

また、細フェライト粉末を３０質量％以下とし粒子の比表面積を抑えることにより、樹脂磁石材料の溶融物の流動性が良好となり、充填不良等を原因とする成形不良を生じさせることなく、マグネットローラを製造することができる。

フェライト粉末の平均粒子径（Ｄ₅₀）は、市販のフェライト粉末を公知の方法、例えばハンマーミルやウェットミル等で粉砕し、気流分級装置等で分級することにより調整できる。

細フェライト粉末が３０質量％より大きく、粗フェライト粉末が７０質量％未満の磁性粉では、平均粒子径が１．１５未満であった場合、比表面積が大きいフェライト粉末が多いため、流動性が悪くなり、充填不良等の成形不良を生じ易い。また、細フェライト粉末が１質量％未満で、粗フェライト粉末が７０質量％より大きい混合粉で、平均粒子径が１．７５より大きい場合、粒子間の間隙が大きく、成形時に巻き込んだガスが凝集しやすく、比較的大きな気泡を発生しやすい。

フェライト粉末としては、従来公知のものを使用することができ、例えば、ストロンチウム（Ｓｒ）フェライト、バリウム（Ｂａ）フェライト等を挙げることができる。とくに異方性フェライトであることが好ましい。

前記樹脂バインダーとしては、樹脂バインダーとして通常用いられる樹脂を使用することができるが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール及び変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。とくに、ポリアミド６が成形性や磁性粉との親和性に優れることから好適に用いられる。また、樹脂バインダーとしては、数平均分子量８０００以上１３０００以下のものを用いることが好ましい。本発明ではポリアミド６は、数平均分子量８０００以上１３０００以下のものを用いた。当該範囲の数平均分子量の樹脂バインダーを用いることにより、樹脂磁石材料の溶融物の流動性が良好で成形性に優れるようになり、また、マグネットローラに充分な強度を付与することができる。

本発明の樹脂磁石材料には、上記の磁性粉及び樹脂バインダーに加えて、必要に応じて、磁性粉分散剤、滑剤、可塑剤等の各種添加剤を適量添加することができる。

なお、φ１．５ｍｍを超える気泡を含む場合、図４に示すように、マグネットローラの長手方向に局所的な磁力低下を起こし、長手方向磁束密度の変化量の最大値（１ｍｍピッチ・リップル）が０．６ｍＴ以上となり、磁力の均一性が悪化する。気泡がφ１．５ｍｍ以下の場合は、その発生数にかかわらず、マグネットローラのリップルには影響がなく、実用上問題はない。

次に本発明の現像装置について説明する。図５に示すように、現像容器１２内に現像剤１４が収納され、回転駆動される現像剤担持体１０が設けられている。この現像剤担持体１０には本発明のマグネットローラ１が非回転に内装固定されている。マグネットローラ１の現像剤の層厚を規制する層厚規制極Ｎ１極に対向する位置には、現像剤の層厚を規制するブレード１３が設けられている。電源１１は、現像剤担持体１０と感光ドラム９の間に電圧を印加するために設けられている。ここで、現像装置の動作について説明する。現像剤１４は、現像容器１２内に貯蔵されており、マグネットローラ１の搬送極Ｓ２極によって現像剤担持体１０上へと引き寄せられる。現像剤担持体１０上の現像剤は、現像剤担持体１０の回転による摩擦で電荷を与えられ、現像剤の層厚を規制するブレード１３の位置まで担持搬送される。現像剤１４は、ブレード１３と層厚規制極Ｎ１極との間に生ずる磁界と、ブレード１３と現像剤担持体１０の間隙により、ある一定の厚みに規制される。現像剤担持体１０上の現像剤１４は、さらに回転して感光ドラム９と対向する。感光ドラム９と対向した現像剤１４は、現像極Ｓ１極の磁力によって穂立ちし、感光ドラム９上の静電潜像と現像剤担持体１０との間に印加される交番電界の作用によって、潜像電荷のあるところだけに付着する。現像に使われなかった残りの現像剤担持体上の現像剤は、回収磁極Ｎ２極によって、現像容器１２内へと回収される。

以下、具体的な実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。

［実施例１］
外径φ９．５ｍｍ、マグネット部位の長さ２２０ｍｍ、全長２５０ｍｍのマグネットローラを成形した。

成型装置として、竪型射出成型機（（株）ニイガタマシンテクノ製商品型番「ＭＤＶＲ７５Ｓ」）、及び金型温調機（クボタカラートロニック（株）製商品型番「ＳＴＰ」）を使用した。金型内の配向用永久磁石は、最大エネルギー積が３５ＭＧＯｅのネオジ系磁石を用いた。

樹脂磁石材料は、磁性粉が９０質量％、樹脂バインダーが１０質量％となるように混合して調製した。なお、樹脂バインダーは、ポリアミド６（宇部興産（株）製商品名「Ｐ１０１０」、数平均分子量１００００）を用いた。

また、前記磁性粉は、分級した平均粒子径（Ｄ₅₀）１．０μｍ、のＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．３μｍ、Ｄ₉₀：３．０μｍ）が３０質量％、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．４μｍ、のＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．５μｍ、Ｄ₉₀：４．０μｍ）が７０質量％となるように混合して調製した。なお、磁性粉の平均粒子径（Ｄ₅₀）は１．１５μｍであった。なお、Ｓｒフェライト粉末は戸田工業（株）製商品名「ＭＡ−９５１」を用いた。

主要な成形条件としては、金型温度を１２０℃、樹脂温度を３００℃、射出時間を４ｓｅｃ、保圧を５０ＭＰａとして成形を行った。

得られたマグネットローラの長手方向のリップルは、全域で０．４ｍＴ以下となり、良好な磁気特性が得られた。このマグネットローラを用いて現像剤担持体を構成し、現像装置に装着し印刷したところ、黒いスジ等の画像不良は認められず、良好な画像が得られた。

また、このマグネットローラを長手方向に半分に割り、内部の気泡の存在を確認したところ、φ１．５ｍｍ未満の気泡が分散していたが、φ１．５ｍｍ以上の気泡は認められなかった。前述のとおり、φ１．５ｍｍ未満の気泡はリップルに影響を与えず、実用上問題はない。

［実施例２］
実施例２における磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．２μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．５μｍ、Ｄ₉₀：３．５μｍ）が１５質量％、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．６μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．８μｍ、Ｄ₉₀：５．０μｍ）が８５質量％となるように混合して調製した。なお、磁性粉の平均粒子径（Ｄ₅₀）は１．５μｍであった。また、磁性粉以外は、実施例１と同じ条件でマグネットローラを成形した。

得られたマグネットローラの長手方向のリップルは、全域で０．４ｍＴ以下となり、良好な磁気特性が得られた。このマグネットローラを現像装置に装着して、印刷したところ、良好な画像が得られた。

また、このマグネットローラを長手方向に半分に割り、内部の気泡の存在を確認したところ、φ１．５ｍｍ未満の気泡が分散していたが、φ１．５ｍｍ以上の気泡は認められなかった。

［実施例３］
実施例３における磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．４μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．８μｍ、Ｄ₉₀：４．０μｍ）が１質量％、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．８μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：１．０μｍ、Ｄ₉₀：６．０μｍ）が９９質量％となるように混合して調製した。なお、磁性粉の平均粒子径（Ｄ₅₀）は１．７５μｍであった。また、磁性粉以外は、実施例１と同じ条件でマグネットローラを成形した。

［比較例１］
比較例１における磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．０μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．３μｍ、Ｄ₉₀：３．０μｍ）が３１質量％、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．４μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．５μｍ、Ｄ₉₀：４．０μｍ）が６９質量％となるように混合して調製した。なお、磁性粉の平均粒子径（Ｄ₅₀）は１．１μｍであった。また、磁性粉以外は、実施例１と同じ条件でマグネットローラを成形した。その結果、樹脂材料の流動性が悪く、金型キャビティの末端まで到達しない充填不良を生じた。

また、このマグネットローラを長手方向に半分に割り、内部の気泡の存在を確認したところ、実施例と同様に大きな気泡はなく、φ１．５ｍｍ未満の小さな気泡が多数分散していた。但し、充填不良であったため、製品として使用できる品質ではなかった。

［比較例２］
比較例２における磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．４μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．８μｍ、Ｄ₉₀：４．０μｍ）が０．５質量％、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．８μｍのフェライト粉末（Ｄ₁₀：１．０μｍ、Ｄ₉₀：６．０μｍ）が９９．５質量％となるように混合して調製した。なお、磁性粉の平均粒子径（Ｄ₅₀）は１．７６μｍであった。また、磁性粉以外は、実施例１と同じ条件でマグネットローラを成形した。

この方法によって、得られたマグネットローラは、現像極の中央部が８０ｍＴであり、リップルは局所的に最大で０．６５ｍＴで、長手方向に不均一な磁気特性となった。このマグネットローラを現像装置に装着し印刷したところ、リップルが０．６ｍＴ以上のポイントに黒いスジが発生する画像不良を生じた。

また、このマグネットローラを半分に割り、内部の気泡の存在を確認したところ、φ１．５ｍｍ以上の大きな気泡が見られた。

［比較例３］
比較例３における磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．４μｍのＳｒフェライト粉末（Ｄ₁₀：０．５μｍ、Ｄ₉₀：４．０μｍ）のみを使用した以外は、実施例１と同じ条件でマグネットローラを成形した。

この方法によって、得られたマグネットローラは、現像極の中央部が８０ｍＴであり、リップルは局所的に最大で０．６２ｍＴで、長手方向に不均一な磁気特性となった。このマグネットローラを現像装置に装着し印刷したところ、リップルが０．６ｍＴ以上のポイントに黒いスジが発生する画像不良を生じた。

表１に、上記実施例と比較例の結果を示す。なお、比較例３においては、平均粒子径（Ｄ₅₀）１．４μｍのフェライト粉末は細フェライト粉末と粗フェライト粉末のどちらにも該当するが、粗フェライト粉末の欄に記載した。

比較例１では、細フェライトの混合比が高いため流動性が悪く、成形することができなかった。比較例２では、粗フェライトの混合比が高いため、画像領域にφ１．５ｍｍ以上の気泡が発生し、画像不良を生じた。比較例３では、粗フェライトのみのため、画像領域にφ１．５ｍｍ以上の気泡が発生し、画像不良を生じた。

以上、表１より、本発明の構成を有するマグネットローラは、磁束密度に影響を与えるφ１．５ｍｍ以上の大きな気泡はなく、リップルに優れており、本発明に係るマグネットローラにより画像不良を抑制することができることがわかった。

マグネットローラの正面図である。マグネットローラの径方向の磁束密度のグラフである。本実施例のマグネットローラの長手方向の断面図と磁気特性を示すグラフである。比較例２のマグネットローラの長手方向の断面図と磁気特性を示すグラフである。本発明の現像装置の断面図である。

符号の説明

１・・・マグネットローラ
１ａ・・・マグネット部位
１ｂ，１ｃ・・・軸
２・・・磁極Ｓ１
３・・・磁極Ｎ２
４・・・磁極Ｓ２
５・・・磁極Ｎ１
６・・・気泡（φ１．５ｍｍ以下）
７・・・気泡（φ１．５ｍｍ以上）
８・・・磁束密度の落込み
９・・・感光ドラム
１０・・・現像剤担持体
１１・・・電源
１２・・・現像容器
１３・・・ブレード
１４・・・現像剤

Claims

樹脂バインダーと磁性粉を主成分とする樹脂磁石材料を溶融し、着磁用の永久磁石を内包する金型内に射出成形して得られる電子写真装置用のマグネットローラにおいて、
前記磁性粉は、平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．０μｍ以上１．４μｍ以下のフェライト粉末を１質量％以上３０質量％以下、及び平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．４μｍ以上１．８μｍ以下のフェライト粉末を７０質量％以上９９質量％以下含有してなること、
前記二種のフェライト粉末の平均粒子径（Ｄ₅₀）の差が少なくとも０．１μｍ以上あること、
かつ、前記樹脂バインダーと前記磁性粉の合計１００質量部に対して、磁性粉が７０質量部以上９５質量部以下であることを特徴とする電子写真装置用のマグネットローラ。
前記磁性粉の平均粒子径（Ｄ₅₀）が１．１５μｍ以上１．７５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマグネットローラ。
前記樹脂バインダーがポリアミド６であり、その数平均分子量が８０００以上１３０００以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネットローラ。
現像剤を担持搬送して感光ドラムに供給する現像剤担持体であって、
請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載のマグネットローラを内部に備えたことを特徴とする現像剤担持体。
請求項４に記載の現像剤担持体を備えたことを特徴とする現像装置。