JP4669623B2

JP4669623B2 - 磁気ローラ及びその製造方法並びに現像装置と画像形成装置

Info

Publication number: JP4669623B2
Application number: JP2001090422A
Authority: JP
Inventors: 文人増渕
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002287505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真や静電記録などで画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置、とりわけ当該画像形成装置を構成する要素の一つである磁気ブラシ現像装置に内蔵される磁気ブラシ形成のための磁気ローラに関するものである。この磁気ローラは、現像剤転写後の潜像担持体表面に残留した磁性現像剤を除去するクリーニングローラにも応用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ローラは、その材料から、磁性材料を焼き固めた焼結磁石を用いたローラと、樹脂に磁性材料を練り込んで固めたボンド磁石を用いたローラに大別される。前者、即ち、焼結磁石を用いたものは強い磁力を得られるが、焼結行程と組み立て行程の為にコストが高いという問題を有する。また後者、即ち、ボンド磁石を用いたものは製造が容易で廉価であるが磁力が弱いという欠点を有している。今のところ、ボンド磁石の素材をローラの形に整形して着磁するという製造方法が、最もコストを低くできる。
【０００３】
一方で、キャリア飛散の問題などから、磁界の強い磁気ローラが求められている。このために従来は、ボンド磁石中の要所要所に焼結磁石を埋め込み、更に例えば特許第２６８５１３６号に開示されるように、希土類元素などの磁力の強い材料を用いることが考えられている。希土類元素は高価であり、したがってこれらの方法は、いずれも磁気ローラの製造コストを著しく上昇させることになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、ハルバッハ配列と呼ばれる磁石の配列方法を用いて、例えば磁石の配列を図７(a)から図７(b)のように変更することで、弱いが安価な磁石の組み合わせでもって低コストながら強力な磁界を発生する磁気ローラを構成することが可能である。
【０００５】
しかしながら、図７(b)に示した配列では、磁界の向きが９０°異なる磁石を隣接させる必要がある為に、ローラを整形してから着磁することが困難である。そのため、ローラ製造時に組立て行程が更に必要となって、これがコスト増の要因となっている。
【０００６】
そこで本発明は、複雑な磁石構成を可能としながら、コスト低減可能な磁気ローラを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意検討した結果、図１に示すように、面の位置によって異なる方向に着磁したシート状磁石を、略同心状に重ねて配置した構成の磁気ローラとすることにより、磁界の向きが９０°異なる磁石を隣接させるなど、複雑な磁石構成が可能で、且つ製造コストの低い磁気ローラを得られることを見出し、本発明に至った。即ち、本発明は、面方向位置により異なる方向に着磁されたシート状磁石を、略同心状に巻き重ねて配置した構成とすることを特徴とする磁気ローラである。
【０００８】
また、上記シート状磁石をローラ軸に巻き付けて同心状に重ねて配置し、このローラ軸に巻き付けられたシート状磁石がローラ周方向端部に近づくにつれてシート厚みが薄くなっていることによっても、上記課題を解決できる。
【０００９】
更に、同心状に重ねて配置した上記シート状磁石は、その着磁状態により、少なくとも、シート面長手方向に平行に着磁された領域と、シート厚みの方向に着磁された領域を備えていることによっても、上記課題を解決できる。ローラ周方向で同じ角度位置にある複数層の磁石シートが同一方向に着磁されているのも好都合である。シート状磁石を構成する磁性材料が磁気異方性を有する微粒子からなり、当該微粒子の磁化容易方向が着磁方向と同一であれば、なお良い。
【００１０】
磁性体シートを面方向により異なる方向に着磁した後、そのシート状磁石をローラ軸の周囲に巻き付けることで、上記磁気ローラを製作するにあたり、シート状の磁性材料／熱架橋性樹脂組成物を磁界中で加熱することにより、着磁と架橋を同時に行い、且つ着磁中の領域以外のシート部分は冷却して架橋を防ぐようにするのが、好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
通常、ボンド磁石によって磁気ローラを製造するやり方は次のようになる。即ち、磁性材料粉末と樹脂の混合物を射出成形などでローラ形状に成形し、例えば図２で模式的に示すように磁石又は電磁石により磁場を与えて着磁を行う。このようなやり方では磁石の組立工程などが無い為、製造コストが非常に低いという利点がある。しかし、前述のハルバッハ配列のように、磁極の向きが９０°異なる磁石を隣接させるようなことは、図２を見ただけでも非常に困難なことが認識できる。
【００１２】
問題は、ローラの非常に厚い磁性体層中に細かい磁極構成を構築することにある。音楽テープや磁気ディスクなどの磁気記録においては、記録密度の上限は磁性体層の厚みに依存することが知られている。例えば、長手方向で磁気記録可能な最小周期は磁性体の厚みの約２倍であり、それより周期を短くすると記録信号の強度が著しく減じる。
【００１３】
磁気ローラでハルバッハ配列を実現する為に磁極構成を細かくすることは、磁気記録で記録密度を上げることに他ならず、少なくとも着磁の際には磁性体層の厚みを薄くすることが必要になる。
【００１４】
例えば、周方向を向いた磁極の周方向幅を２ｍｍに設定すると、磁性体層の厚みは最大でも１ｍｍ以下にする必要があり、矩形に近い磁極構成を得る為には、更に薄く、０．１ｍｍオーダーにする必要がある。
【００１５】
しかし、ただ薄くするだけでは、たとえ細かい磁極構成を実現できても、薄くした分だけ磁束密度が不足する。そこで、着磁の段階では薄い磁性体シートに着磁してシート状磁石とし、これを略同心状に重ねて配置して磁気ローラを構成することで、シート状磁石が重なり合って磁性体層を厚くでき、必要な磁束密度を確保可能となる。しかも、このような構成であれば、例えばローラの周方向で同じ角度位置にある複数層の磁性体シート、したがって重なっている層の磁極の向きを揃えることで非常に強力な磁石も簡単に構成することができる。また磁極構成も層毎に設定可能なので、単層の場合よりもさらに複雑な磁極構成を備えた磁気ローラも実現できる。
【００１６】
重ねた磁性体シートのより具体的な構成として次のものが考えられる：１枚のシート状磁石をローラ軸の周りに巻き重ねた構成である。これは、磁性体シートをシート面長手方向位置で各々異なる方向に着磁した後、この磁石シートをローラ軸に周囲に巻き付けて製作される。このとき、シートの端は段差になるので、この段差を軽減する為に、シート端部に近づくほどシート厚みを薄くするように形成しているのがよい。
【００１７】
シート状磁石は、シート面に対して垂直な方向に着磁した領域と、シート面に平行な方向に着磁した領域を備え得るものである。これにより、ハルバッハ配列のような複雑な磁極構成も可能になる。
【００１８】
磁性体シートは、フェライトに代表される磁性材料の微粒子と、結着剤としての樹脂とで構成されている。磁性材料微粒子としては、磁気等方性の材料を用いる場合と、磁気異方性の材料を使用する場合が考えられる。後者の場合は、微粒子の磁化容易方向が着磁方向と略同一であることが望ましい。
【００１９】
そのためには、結着剤樹脂として熱又は放射線で架橋可能な樹脂を用い、磁界中で熱又は放射線により架橋を行うことが望ましい。もちろん、その前段階から磁性体シートに磁界をかけて微粒子の磁化容易方向を揃えておくこともできる。
【００２０】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
図１は、本発明に係る磁気ローラの断面模式図である。図１(a)に全体断面構成、図１(b)に部分拡大構成が示されている。
【００２１】
磁気ローラ１は、ＳＵＳ、アルミニウム、真鍮、樹脂、セラミックなどからなる直径１０ｍｍの軸芯２と、その外周にラーメンのナルトのように巻き付けられたフェライト系ボンド磁石からなるシート状磁石３で構成される。図では、シート状磁石３の厚みを強調して示してあり、実際のシート状磁石３の厚みは例えば約０．５ｍｍである。また、シート状磁石の端部によって段差が生じているが、図３(b)のように端部をテーパー状に加工すること（端面テーパー化処理）によって端部の段差を減じることもできる。
【００２２】
図１(b)ではシート状磁石３の一部を拡大図示しているが、ここで矢印は磁極の向きを示している。シート状磁石３は三層重なっていて、且つ各層はローラの略放射方向に着磁された領域４とローラの略周方向に着磁された領域５の２つの領域で構成されている。
【００２３】
着磁領域は周方向に１６分割され、一つの周方向幅は最外周において約２ｍｍとした。これら２つの領域はハルバッハ配列に則った並びかたをしている。また、層同士で周方向の位置（ローラ角度位置）が一致している場所は着磁の方向も同じになるように重ねられているので、全体として、シート状磁石３の三層分約１．５ｍｍの厚みを有した磁石でハルバッハ配列が構成されることとなる。四層以上の構成も容易に製造可能であることは言うまでもない。
【００２４】
また、図では、外周になるほど着磁領域の周方向幅が長くなっているが、内周と外周で幅を不変としたり、また外周にいくほど短くなる領域も容易に作ることができる。また、図４に示すように着磁していない領域も残すことができ、従来の５極構成、６極構成の磁気ローラも製造可能である。
【００２５】
着磁のやり方として、磁性体シートの面に垂直な方向に着磁する場合は、図５に示すように直線状の電磁石６または磁石を用いることができる。図５では磁性体シート９の上下に電磁石６を配置しているが、片側だけに電磁石６を配置することもできる。また、片側に電磁石６、反対側に補助磁極（電磁石からコイルを除いたものに相当）を配置することもできる。
【００２６】
磁気異方性の磁性体粒子を用いる場合には、この着磁行程で磁性体粒子を配向し、シートを架橋・硬化する必要がある。図５では、電磁石６の周辺から温風を磁性体シートに送り込むことによりシートを加熱して熱架橋させている。このとき着磁する領域以外が架橋することを防ぐ為、冷却部材８を磁性体シート９に接触させて磁性体シートを冷却している。
【００２７】
磁性体シートの面に沿った方向、即ち、長手方向に着磁する場合は、図６に示すようなリング状の電磁石６または磁石を用いることができる。図では、磁性体シート９が右から左に流れていて、着磁する領域が電磁石の部分にきたらシートの搬送を停止し、磁界を印加する。このとき、着磁領域の幅を変更可能とするように、ギャップ間隔を変更可能に構成することが好ましい。図６においてはシートの上下にリング状の電磁石６を配置しているが、片側だけに電磁石６を配置することもできる。
【００２８】
なお、着磁の方向は、ローラ表面に対する略長手方向または略放射方向のみに限らず、上記２種類の着磁手段においても、電磁石を傾けることにより、２種類の着磁手段の組み合わせでほぼすべての向きに着磁することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来よりも複雑な磁石構成に対応することが可能で、且つコストの低い磁気ロールを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気ローラ構成の断面模式図であって、(a)は全体構成を、(b)は部分拡大を示す。
【図２】従来のボンド磁石による磁気ローラの着磁方法を示す断面模式図である。
【図３】シート状磁石を巻き付けた形態の例を示す模式図であって、(a)は端面テーパー化処理なし、(b)は端面テーパー化処理ありを示す。
【図４】本発明の別の構成に係る磁気ローラ構成の断面模式図であって、(a)は全体構成を、(b)は部分拡大を示す。
【図５】磁性体シートを長手方向に対し垂直な方向に着磁する装置の概略構成図である。
【図６】磁性体シートを長手方向に着磁する装置の概略構成図である。
【図７】ハルバッハ配列の例を示す磁気ローラの断面模式図であって、(a)はハルバッハ配列でない磁石の配列を、(b)はハルバッハ配列に則った磁石の配列を示す。
【符号の説明】
１磁気ローラ
２軸芯
３シート状磁石
４ローラ表面に対して垂直方向に磁化した磁石領域
５ローラ表面に対して長手方向に磁化した磁石領域
６電磁石
８冷却部材
９磁性体シート

Claims

周方向に複数の磁極を配列した磁気ローラにおいて、面方向位置により異なる向きに着磁されたシート状磁石を、同心状に巻き重ねて配置するように構成したことを特徴とする磁気ローラ。
周方向に複数の磁極を配列した磁気ローラにおいて、面方向位置により異なる向きに着磁されたシート状磁石を、ローラ軸に巻き付けて同心状に重ねて配置するように構成し、ローラ軸に巻き付けられたシート状磁石がローラ周方向端部に近づくにつれてシート厚みが薄くなることを特徴とする磁気ローラ。
周方向に複数の磁極を配列した磁気ローラにおいて、面方向位置により異なる向きに着磁されたシート状磁石を、同心状に重ねて配置し、その着磁状態により、少なくとも、シート面長手方向に平行に着磁された領域と、シート厚みの方向に着磁された領域を備えることを特徴とする磁気ローラ。
ローラ周方向で同じ角度位置にある複数層の磁石シートが同一方向に着磁されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気ローラ。
シート状磁石を構成する磁性材料が磁気異方性を有する微粒子からなり、当該微粒子の磁化容易方向が着磁方向と同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気ローラ。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気ローラを備えた現像装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気ローラを備えた画像形成装置。
磁性体シートを面方向により異なる方向に着磁した後、そのシート状磁石をローラ軸の周囲に巻き付ける磁気ローラ製造方法において、
シート状の磁性材料／熱架橋性樹脂組成物を磁界中で加熱することにより、着磁と架橋を同時に行い、且つ着磁中の領域以外のシート部分は冷却して架橋を防ぐことを特徴とする磁気ローラ製造方法。