JP4721860B2 - マグネットローラ成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、マグネットローラ成形用金型に関し、その耐久性を改良したものに関する。

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、射出成形用金型を用いて成形され、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磁粉入材料をゲートよりキャビティ内に射出し、製品形状に成形すると共に、金型に配置された複数の磁石や電磁ヨークなどの磁力発生手段からの磁場により、射出された磁粉入材料をキャビティ内で、所望の磁力特性となるよう配向させ、この成形と同時又は成形後に所望の磁力パターンに着磁させることにより製造されるのが一般的である。

図１は、このようなマグネットローラの一例を示す斜視図であり、マグネットローラ９０は、円柱状の本体部９１と、本体部９１の長さ方向両側に突出して配設された小径軸部９２とを有する。

図２（ａ）は、このようなマグネットローラ９０を成形する、従来のマグネットローラ成形用金型を、開放した状態で示す長さ方向断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるｂ１−ｂ１矢視に対応する断面図であり、マグネットローラ成形用金型８１は、マグネットローラ９０の本体部９１を成形するキャビティ８７（図中の長さV_c0に対応する部分）、および、このキャビティ８７からその長さ方向一方の側（図２（ａ）においては右側、以下「ゲート側」という）に延在して外部に開口するキャビティ延長部８８（図中の長さV_e0に対応する部分）よりなる中空部分８９を有する金型本体８２と、キャビティ長さ方向Ｄに変位し、開口端８８ｃからキャビティ延長部８８に挿入されて、金型閉止状態において、ゲート側のキャビティ端面８７ｂを画成する入れ子８５とを具え、また、金型本体８２には、磁力発生手段として、キャビティ８７内に磁場を形成する複数の磁石９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄがキャビティ周方向に沿って配列される。なお、図中、８６は、キャビティ内に磁粉入材料を射出するゲートを示す。

ここで、キャビティ８７の壁面８７ａは、マグネットローラ本体部９１の周面９１ａに対応し、これに隣接するキャビティ延長部８８の壁面は、キャビティ壁面８７ａの端縁８７ｂからすぐに開口端８８ｃに向かう末広がりとなるテーパ状に構成されている。また、キャビティ壁面８７ａは、凹凸のない一定曲率の円筒周面で構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１１５７１４号公報

図３（ａ）は、マグネットローラ９０を成形したあと、これを金型８１から取り出す途中の状態を示す金型断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるｂ２−ｂ２矢視に対応する断面図であり、金型８１のキャビティ８７内で冷却硬化されたマグネットローラ９０を取り出すには、キャビティ８７の長さ方向他方側（図３（ａ）においては左側、以下「反ゲート側」という）からエジェクターピン８４を、マグネットローラ９０の小径軸部９２端面に押しあてながらゲート側に向かって進出させる。そして、このとき、ゲート側に待機させたクランプ９８で、エジェクターピン８４によって押し出されたマグネットローラ９０を把持し、把持後は、エジェクターピン８４の動きに同期させて、クランプ９８を反ゲート側からゲート側に向かって移動させることにより、キャビティ８７からマグネットローラ９０を排出させることができる。

ここで、ナイロンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に磁粉を分散された材料よりなるマグネットローラ９０は、キャビティ内で硬化して収縮するので、これをキャビティ８７から取り出すときには、マグネットローラ１０の直径drは、キャビティの直径dcより小さくなっていて、上記の取り出しを容易に行うことができる。

しかしながら、クランプ９８は、マグネットローラ９０を把持して、キャビティ８７の長さ方向と平行にマグネットローラ９０を引き出そうとするものの、その本体部９１は、いつも、磁力のもっとも強い磁石９６Ａの方に引き寄せられていて、キャビティ壁面８７ａの、磁石９６Ａに対応する部分に接触しながら引き出されることになり、特に、本体部９１の後端面９１ｃが、中空部分８９の、円筒壁面部分とテーパ状壁面部分との境界を通過する時には、後端面９１ｃは、それらの境界を形成する環状の角部の、磁石９６Ａに対応する部分９９だけに当たりながら引き出され、マグネットローラ９０の成形を何回も繰り返すうちに、この部分９９が集中的に摩耗していく。

そして、この部分９９の摩耗は、マグネットローラの最も強い磁極（以下「主極」という）の位置における、本体部９１の形状を変化させる（太らせる）ので、主極の磁力の経時変化をもたらすことになり、所期した磁力パターンを得られなくなるという問題が引き起こす。

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、金型中空部分の、円筒壁面部分とテーパ状壁面部分との境界となる角部の、磁力のもっとも強い磁石に対応する部分が集中的に摩耗するのを抑制し、マグネットローラ主極の磁力がこれによって経時変化するのを防止することのできるマグネットローラ成形用金型を提供することを目的とする。

＜１＞は、円柱状の本体部を有するマグネットローラを成形するキャビティ、および、このキャビティから少なくともその長さ方向一方の側に延在して外部に開口するキャビティ延長部よりなる中空部分を有する金型本体と、前記開口端からキャビティ延長部に挿入されて前記一方側のキャビティ端面を画成する入れ子とを具え、金型本体に、前記キャビティ内に磁場を形成する複数の磁力発生手段をキャビティ周方向に沿って配列したマグネットローラ成形用金型において、
磁力のもっとも強い磁力発生手段に対応するキャビティ周方向位置で、
キャビティ壁面は、断面形状において周囲の壁面部分より曲率半径の小さい弧状凸部を有するとともに、前記キャビティ延長部の、少なくともキャビティに連続する部分を、キャビティ壁面を長さ方向にまっすぐ延長させて構成してなるマグネットローラ成形用金型である。
ここで、磁力発生手段とは、磁石や電磁ヨーク等の磁力を発生する手段をいう。

＜２＞は、＜１＞において、前記キャビティ延長部の壁面の一部は、開口端に向かって拡径するテーパ状に形成され、前記入れ子は、金型閉止状態においてこのテーパ状壁面に面接触する円錐面を有してなるマグネットローラ成形用金型である。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記弧状凸部の高さを1〜5mmとし、その幅を2〜10mmとしてなるマグネットローラ成形用金型である。

＜１＞によれば、磁力のもっとも強い磁力発生手段に対応するキャビティ周方向位置で、キャビティ壁面が、断面形状において周囲の壁面部分より曲率半径の小さい弧状凸部（キャビティ（空洞）側から見た凸部であり、金型（実）側から見れば凹部）を有するよう構成されているので、詳細を後述するように、マグネットローラが収縮した状態において、この弧状凸部によってマグネットローラ本体部周面上に形成された突条の高さは、金型中空部分壁面における弧状凸部の高さより小さくなることにより、金型の初期使用段階において、金型中空部分壁面の弧状凸部中央部が、マグネットローラの突条中央部に直接接触して摩耗するのを防止することができ、このことによって、マグネットローラの突条中央部に位置する主極の磁力パターンの経時変化を遅らせることができ、
さらに、キャビティ延長部の、少なくともキャビティに連続する部分を、キャビティ壁面を長さ方向にまっすぐ延長して構成したので、前記金型中空部分壁面の弧状凸部端部の摩耗が進行して、弧状凸部中央部が、マグネットローラの突条中央部に直接接触する状態に至ったとしても、この接触部分は、マグネットローラ周面の先端部分に対応する部分より長さ方向外側に位置しており、このことによっても、主極の磁力パターンの経時変化を抑えることができ、これらの相乗効果によって、金型の摩耗が進行しても、主極の磁力パターンの経時変化への影響を防止することができる。

＜２＞によれば、前記キャビティ延長部の壁面の一部を、開口端に向かって拡径するテーパ状に形成し、前記入れ子を、金型閉止状態においてこのテーパ状壁面に面接触する円錐面を具えさせたので、キャビティ延長部の壁面と入れ子の円錐面との面接触により、金型閉止時の相互の位置関係をばらつきのないものにすることができ、高精度なマグネットローラを形成することができる。

＜３＞は、前記弧状凸部の高さを1〜5mmとし、その幅を2〜10mmとするものであり、弧状凸部の高さを1mm未満としたり、幅を2mm未満としたりした場合には、弧状凸部による摩耗防止効果が小さく、金型の摩耗がわずか発生しただけでも、マグネットローラの、主極における磁力パターンを変化させてしまう。一方、弧状凸部の高さを5mmを越えるものとしたり、弧状凸部の幅を10mmを越えるものとした場合には、マグネットローラが収納されるスリーブの内径は決まっているので、凸条以外の部分を小さくする必要があり、必要な磁力パターンが得られなくなってしまう。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図４（ａ）は、本発明に係るマグネットローラ成形用金型によって形成されるマグネットローラの斜視図であり、図４（ｂ）は、その断面図であり、また、図５は、このマグネットローラの周方向磁力パターンを、横軸に周方向角度（度）をとり、縦軸に、各周方向角度に対する磁力（mT）をとって例示したものであり、この磁力（mT）は、ローラ本体部周面１１ａより所定距離、例えば1mmだけ、半径方向外側に位置する点において測定された磁束密度の半径方向成分で表わしたものである。

マグネットローラ１０は、円柱状の本体部１１と、本体部１１の長さ方向両側に突出して配設された小径軸部１２とを有して構成される。図５に例示したように、この磁力パターンの場合には、N極（Ｎ１、Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ１、Ｓ２）それぞれ2個の磁極を有し、それぞれの磁極における磁力は、Ｆ_１〜Ｆ_４であるが、これら磁力のうちＮ１極の磁力がＦ_１でもっとも弱く、次いで、Ｆ_２のＳ１極、Ｆ_４のＳ２極と弱い順に並び、Ｎ２極が磁力Ｆ_３でもっとも強い。そして、これら4個の磁極における磁力は、マグネットローラ１０の長さ方向には均一な分布を有するのが望ましい。なお、ここに示したマグネットローラの構造や、周方向磁力パターンは、このほかにも種々のものが考えられ、上記は、説明のため、単に一例を示したに他ならない。

さらに、このマグネットローラ１０において、特徴的なことは、磁力のもっとも強い磁極（この例の場合には、Ｎ２極、以下「主極」という）に対応する周方向位置で、マグネットローラ長さ方向に延在する断面弧状の突条１３が周面１１ａに形成されていることであるが、これに関する作用については詳細を後述する。

図６（ａ）は、このマグネットローラ１０を成形する金型を開放した状態で示す長さ方向断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の矢視ｂ３−ｂ３に対応する断面図であり、マグネットローラ成形用金型１は、マグネットローラ１０の本体部１１を成形するキャビティ７（図中の長さV_cに対応する部分）、および、このキャビティ７からそのゲート側に延在して外部に開口するキャビティ延長部８（図中の長さV_eに対応する部分）よりなる中空部分９を有する金型本体２と、キャビティ長さ方向Ｄに沿って変位し、開口端８ｃからキャビティ延長部８に挿入されて、金型閉止状態において、前記ゲート側のキャビティ端面７ｂを画成する入れ子５とを具え、また、金型本体２には、キャビティ７内に磁場を形成する複数の磁石１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄをキャビティ周方向に沿って配列して構成され、これらの磁石１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄのうち、磁石１６Ａは、最も強い磁力を有する、マグネットローラ１０の主極Ｎ２を形成する磁石である。この実施形態の例では、磁力発生手段として、磁石１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄを例示したが、これらの磁石に変えて、コイルに電流を流すことにより磁力を発生する電磁ヨークを用いることもできる。キャビティ内に磁界を形成する磁力発生手段を構成するものであり、なお、図中、６は、キャビティ内に磁粉入材料を射出するゲートを示す。

ここで、キャビティ７の壁面７ａは、マグネットローラ１０の本体部１１の周面１１ａに対応し、キャビティ壁面７ａは、磁石１６Ａの近傍に対応する周方向部分を除いて、一定の曲率半径R₁の円周面で構成され、一方、磁石１６Ａの近傍に対応する周方向部分には、断面が、R₁より小さな一定の曲率半径R₂の弧状凸部３を有する。そして、この弧状凸部３の幅方向中央部は、磁石１６Ａの周方向中央部に対向するように配置される。ここで弧状凸部３は、キャビティから見ると凸部となるが、金型から見ると凹部となる部分である。

また、キャビティ壁面７ａに隣接するキャビティ延長部８の壁面は、キャビティ壁面７ａの端縁７ｂから、キャビティ壁面７ａをゲート側方向に向けてまっすぐ延長させてできる円筒壁面８ａ（長さV_e1に対応する部分）と、円筒壁面８ａに隣接し開口端８ｃに向かって末広がりとなるテーパ状壁面８ｂ（長さV_e2に対応する部分）とで構成されている。そして、入れ子５の周面もこれに対応して、円筒壁面８ａに対向する周面５ａと、テーパ状壁面８ｂによって位置決めされるテーパ状壁面５ｂを有する。

図７は、マグネットローラ１０を成形したあと、これを金型１から取り出す途中の状態を示す金型断面図であり、金型１のキャビティ７内で冷却硬化されたマグネットローラ１０を取り出すには、キャビティ７の反ゲート側からエジェクターピン４を、マグネットローラ１０の小径軸部１２端面に押しあてながらゲート側に向かって進出させる。そして、このとき、ゲート側に待機させたクランプ２１で、エジェクターピン４によって押し出されたマグネットローラ１０を把持し、把持後は、エジェクターピン４の動きに同期させて、クランプ２１を反ゲート側からゲート側に向かって移動させることにより、キャビティ７からマグネットローラ１０を排出させることができる。

ここで、マグネットローラ１０を金型１より取り出すに際して、マグネットローラ１０は、ナイロンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に磁粉を分散された材料よりなっていて、これらの材料はキャビティ７内で硬化して収縮するので、これをキャビティ７から取り出すときには、キャビティ壁面７ａとマグネットローラ１０の周面１１ａとの間には、マグネットローラ１０の収縮による隙間が形成され、上記の取り出しを容易に行うことができることについては、先に説明したとおりである。

そして、クランプ２１は、マグネットローラ１０を把持して、キャビティ７の長さ方向に沿ってマグネットローラ１０を引き出そうとするものの、その本体部１１は、いつも、もっとも磁力の強い磁石１６Ａの方に引き寄せられていて、キャビティ壁面７ａの、磁石１６Ａに対応する部分に接触しながら引き出されることになり、特に、本体部１１の後端面１１ｃが、キャビティ延長部８の、円筒壁面８ａとテーパ状壁面８ｂとの境界を通過する時には、後端面１１ｃは、それらの境界を形成する角部の、磁石１６Ａに対応する部分１９だけに当たりながら引き出され、マグネットローラ１０の成形を何回も繰り返すうちに、この部分１９が集中的に摩耗していくことについても、従来技術について説明した通りである。

しかし、本発明の金型１が従来のものと異なっている点は、円筒壁面８ａとテーパ状壁面８ｂとの境界に位置して集中的に摩耗する部分１９が、キャビティ７の端縁７ｂより円筒壁面８ａの幅、すなわち、V_e1だけ、長さ方向ゲート側に寄っていることであり、このことによって、部分１９で摩耗が進行しても、この金型１によって形成されたマグネットローラ１０の磁気特性に影響が及ぶことを防止できる。

さらに、キャビティ壁面７ａに弧状凸部３が形成されたことによっても、マグネットローラ１０の磁気特性への影響を減じることができ、以下にその説明をする。図８（ａ）は、図７のｂ５−ｂ５矢視に対応する断面図であり、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、それぞれ、金型使用開始直後、および、金型を長期に使用したあとの状態における金型キャビティの弧状凸部周辺を示す断面図であり、マグネットローラ１０は、金型１内で冷却硬化されて収縮し、キャビティ７内を磁石１６Ａの方に引き寄せられながら、金型本体２から取り出されるが、このとき、前記収縮に伴って、キャビティ壁面７ａの弧状凸部３の幅方向中央部３ｃと、マグネットローラ１０の凸条１３の幅方向中央部１３ｃとの間には、隙間dxが形成されるため、キャビティ壁面７においては、弧状凸部３の幅方向中央部３ｃでは摩耗が発生せず、代わりに、弧状凸部３の幅方向端部３ｅにおいて摩耗が進行することになり、幅方向端部３ｅでの摩耗が進んで、図８（ｃ）に示すように、弧状凸部３の幅方向中央３ｃと、マグネットローラ１０の凸条１３の幅方向中央部１３ｃとが接触し始めた時点で、弧状凸部３の幅方向中央部３ｃでの摩耗が始まることになる。

先に、金型長さ方向には、摩耗部分９９がマグネットローラ１０の磁気特性を形成する有効領域から外れていることを説明したが、金型長さ方向に直交する断面においても、摩耗部分３ｅは、磁気特性を形成する有効領域、すなわち、弧状凸部３の幅方向中央部点３ｃを中心とする狭い領域から外れることになる。すなわち、本発明においては、マグネットローラ１０を金型１から取り出す際の摩耗部分を、金型長さ方向、および、それと直交する方向のいずれにおいても、マグネットローラ１０の磁気特性形成有効領域から外すことによって、マグネットローラ１０の磁力性能に悪影響を及ぼすことのない、マグネットローラ成形用金型１を提供することができるのである。

ここで、弧状凸部３の幅Wは1〜5mmとするのが好ましく、その高さHは2〜10mmとするのが好ましく、その理由については先に説明した通りである。

このマグネットローラ成形用金型は、種々の形状や磁力パターンのマグネットローラに適用することができる。

従来の金型を用いて形成されたマグネットローラを示す斜視図である。 従来の金型を示す断面図である 従来の金型からマグネットローラを取り出す際の状態を示す概念図である。 本発明に係るマグネットローラ形成用金型によって形成されたマグネットローラを例示する斜視図および断面図である。 本発明に係るマグネットローラ形成用金型によって形成されたマグネットローラの周方向磁力パターンを示す模式グラフである。 本発明に係るマグネットローラ形成用金型を示す断面図である。 金型からマグネットローラを取り出す際の状態を示す概念図である。 金型の弧状凸部と、マグネットローラの凸条との関係を示す断面図である。

符号の説明

１ マグネットローラ成型用金型
２ 金型本体
３ 弧状凸部
３ｃ 弧状凸部の幅方向中央
３ｅ 弧状凸部の幅方向端部
４ エジェクターピン
５ 入れ子
６ ゲート
７ キャビティ
７ａ キャビティ壁面
７ｂ キャビティ端縁
８ キャビティ延長部
８ａ 円筒壁面
８ｂ テーパ状壁面
８ｃ 開口端
１０ マグネットローラ
１１ 本体部
１１ａ 本体部周面
１１ｂ、１１ｃ 本体部端面
１２ 小径軸部
１３ 凸条
１３ｃ 凸条の幅方向中央
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ 磁石
１９ 摩耗部分

Claims (3)

1. 円柱状の本体部を有するマグネットローラを成形するキャビティ、および、このキャビティから少なくともその長さ方向一方の側に延在して外部に開口するキャビティ延長部よりなる中空部分を有する金型本体と、前記開口端からキャビティ延長部に挿入されて前記一方側のキャビティ端面を画成する入れ子とを具え、金型本体に、前記キャビティ内に磁場を形成する複数の磁力発生手段をキャビティ周方向に沿って配列したマグネットローラ成形用金型において、
   磁力のもっとも強い磁力発生手段に対応するキャビティ周方向位置で、
   キャビティ壁面は、断面形状において周囲の壁面部分より曲率半径の小さい弧状凸部を有するとともに、前記キャビティ延長部の、少なくともキャビティに連続する部分を、キャビティ壁面を長さ方向にまっすぐ延長させて構成してなるマグネットローラ成形用金型。
2. 前記キャビティ延長部の壁面の一部は、開口端に向かって拡径するテーパ状に形成され、前記入れ子は、金型閉止状態においてこのテーパ状壁面に面接触する円錐面を有してなる請求項１に記載のマグネットローラ成形用金型。
3. 前記弧状凸部の高さを1〜5mmとし、その幅を2〜10mmとしてなる請求項１もしくは２に記載のマグネットローラ成形用金型。
   
   

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