JP5838883B2 - 中空シャフト及びマグネットロール - Google Patents

Description

本発明は、マグネットロールに使用される円筒状の中空シャフト、及び、該中空シャフトの外周面に円筒状の永久磁石が固着されてなるマグネットロールに関する。

電子写真装置においては、感光体の表面に形成された静電荷像を現像するために、非磁性体からなる円筒状のスリーブの内部に、外周面に複数の磁極を有する円筒状の永久磁石をシャフトに固着させてなるマグネットロールを設けた現像ロールが使用されている。このような電子写真装置の現像装置に組み込まれる現像ロールは、図６に示すような構成が一般的である。図６は、従来の円柱状シャフトを用いた現像ロールを示す断面図である。

図６において、１０１は円筒状の永久磁石であり、永久磁石１０１の外周面には、複数個の磁極（図示せず）が設けられている。永久磁石１０１の中空部には、円柱状のシャフト１０２が同軸的に固着されている。この永久磁石１０１とシャフト１０２とにて、マグネットロール１０３が構成される。

現像ロール１０４は、マグネットロール１０３に加えて、非磁性円筒状のスリーブ１０５と、スリーブ１０５の両端に固着したフランジ１０６，１０６と、軸受１０７，１０７と、シャフト１０２及びフランジ１０６間に嵌着されたシール部材１０８とを有する。シャフト１０２及び軸受１０７は相対的に回転自在に設けられている。

このような構成の現像ロール１０４は、永久磁石１０１とスリーブ１０５との相対回転によって、スリーブ１０５の外周面に磁性現像剤を吸着して磁気ブラシを形成し、所定の現像処理を行う。

マグネットロール１０３を構成する永久磁石１０１を成形する手段として、磁性粒子と結合材料とを主成分とする混合物を、磁場中で押し出し成形する手段が使用されている。図７は、このような押出成形装置の構成の一例を示す要部縦断面図である。

図７において、３１は押出シリンダであり、適宜の加熱手段（図示せず）を介装させ、スクリュー３２を同軸的に内蔵させている。３３はダイ、３４はマンドレルであり、リング状の成形用空間３６を有する押出成形用金型３５を形成し、押出シリンダ３１の吐出口に一体に固着する。３７はヨークであり、磁界配向コイル３８を介装させて、成形用空間３６内に配向磁界を形成する。磁界配向コイル３８は、電流制御手段を介して直流電源（図示せず）に接続されている。なお、マグネットロール１０３の配向によっては、磁界配向コイルを用いずに、ヨーク３７部分のダイ３３周囲に円周状に配向用永久磁石を配置するようにしても良い。

磁性粒子と結合材料との混合物を加熱混練した後、例えば２軸混練型押出成形機のホッパーに投入し、混練スクリューにより混練圧縮し、シュレッダにて切断した混合材料を真空室において脱気する。この混合材料を、図７に示す押出シリンダ３１及びスクリュー３２により、押出成形用金型３５から押し出して、円筒状で長尺の素材３９を得る。得られた素材３９は、冷却後に所定の長さに切断され、着磁後に、前述した現像ロール１０４に使用される円筒状の永久磁石１０１となる。

特開平５−８０６５７号公報 特開２００３−１００５１１号公報

上述したような手法にて製造される永久磁石は、押し出し時の不均一によって軸方向に湾曲した形状になることがある。例えば、スクリューにより押し出されるため、形成される永久磁石が螺旋形状をなすことがある。永久磁石とスリーブとは相対的に回転するため、永久磁石が湾曲している場合に、永久磁石がスリーブの内側に接触することになる。そこで、永久磁石の中心部に円柱状のシャフトを同軸的に固着することにより、このような永久磁石の湾曲を矯正するようにしている。

しかしながら、小型化の要求に応じて永久磁石の外径を小さくした場合、磁力の低下を補うために、永久磁石の径方向の厚さを厚くする必要がある。その結果、永久磁石に挿入されるシャフトの直径は小さくならざるを得ないので、強度の問題がある。また、現像ロールの長尺化によって、シャフトの強度を上げる必要が生じている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、外周部に複数の凹部を形成した円筒状の構成とすることにより、軽量化と強度向上とを図ることができる円筒状の中空シャフト、及び、該中空シャフトの外周面に円筒状の永久磁石が固着されてなるマグネットロールを提供することを目的とする。

本発明に係る中空シャフトは、マグネットロール用の円筒状をなす中空シャフトにおいて、軸方向に延びる複数の凹部が外周面に等配されていることを特徴とする。

本発明の中空シャフトにあっては、円筒状をなしており、その外周面に複数の凹部が軸方向に延在している。本発明の中空シャフトは、丸棒ではなく円筒状をなすので、軽量である。また、円筒状であっても、外周面に複数の凹部が設けられているため、高い強度が得られる。

本発明の中空シャフトにあっては、複数の凹部が外周面で等間隔に設けられている。よって、応力が均等化するため、効率良く強度が高まる。

本発明に係る中空シャフトは、軸方向に延びる複数の凸部が内周面に設けられており、該内周面に設けられた複数の凸部と前記外周面に設けられた複数の凹部とが周方向で同じ位置にあることを特徴とする。

本発明の中空シャフトにあっては、内周面に、外周面に設けられた複数の凹部と周方向で同じ位置に、軸方向に延びる複数の凸部が設けられている。よって、より高い強度が得られる。

本発明に係るマグネットロールは、上述したような中空シャフトと、円筒状をなし、その外周面に複数個の磁極を有し、その内周面が前記中空シャフトの外周面に固着される永久磁石とを備えることを特徴とする。

本発明のマグネットロールにあっては、作製時に永久磁石が軸方向に湾曲した場合であっても、湾曲した永久磁石を矯正できる十分な強度を中空シャフトが有しているため、軽量であっても高い強度を実現できる。

本発明に係るマグネットロールは、前記永久磁石の最も強い磁場を形成する部分と、前記中空シャフトの強度が最も高い部分とが固着していることを特徴とする。

本発明のマグネットロールにあっては、形成される磁場が最も強い永久磁石の部分と、中空シャフトの強度が最も高い部分とを一致させている。よって、磁場が強い部分でも強度を保つことができる。

本発明に係る中空シャフトは、マグネットロール用の円筒状をなす中空シャフトにおいて、軸方向に延びる複数の凹部が、外周面に等配されており、軸方向に螺旋状をなしながら延びていることを特徴とする。
本発明の中空シャフトにあっては、円筒状をなしており、その外周面に複数の凹部が軸方向に延在している。本発明の中空シャフトは、丸棒ではなく円筒状をなすので、軽量である。また、円筒状であっても、外周面に複数の凹部が設けられているため、高い強度が得られる。複数の凹部が外周面で等間隔に螺旋状をなして設けられているため、応力が均等化するので、効率良く強度が高まる。
本発明に係る中空シャフトは、軸方向に螺旋状に延びる複数の凸部が内周面に設けられており、該内周面に設けられた複数の凸部と前記外周面に設けられた複数の凹部とが周方向で同じ位置にあることを特徴とする。
本発明の中空シャフトにあっては、内周面に、外周面に設けられた複数の凹部と周方向で同じ位置に、軸方向に延びる複数の凸部が設けられている。よって、より高い強度が得られる。

本発明に係るマグネットロールは、上述したような中空シャフトと、円筒状をなし、その外周面に複数個の磁極を有し、その内周面が前記中空シャフトの外周面に固着される永久磁石とを備えることを特徴とする。
本発明のマグネットロールにあっては、作製時に永久磁石が軸方向に湾曲した場合であっても、湾曲した永久磁石を矯正できる十分な強度を中空シャフトが有しているため、軽量であっても高い強度を実現できる。

本発明の中空シャフトでは、その外周面に軸方向に延びる複数の凹部が設けられているので、軽量化と高い強度との両立を図ることができる。また、本発明のマグネットロールでは、高い強度を有する中空シャフトを使用するので、作製時に湾曲した永久磁石を矯正することができる。また、このマグネットロールを用いた現像ロールを提供することができる。

本発明の中空シャフトを用いた現像ロールの一例を示す断面図である。 本発明の中空シャフトの第１実施の形態を示す図である。 本発明の中空シャフトの第２実施の形態を示す図である。 本発明の中空シャフトの第３実施の形態を示す図である。 永久磁石の内周面に中空シャフトを固着させた状態（マグネットロールの構成）を示す断面図である。 従来の円柱状シャフトを用いた現像ロールを示す断面図である。 押出成形装置の構成の一例を示す要部縦断面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の中空シャフトを用いた現像ロールの一例を示す断面図である。現像ロールは、本発明の中空シャフトを有するマグネットロールを使用する。

図１において、１は中空円筒状の永久磁石である。永久磁石１は、例えば、磁性粒子と結合材料とを主成分とする混合物を、押出成形装置（図７参照）にて磁場を印加しながら磁場中で押し出し成形することで作製される。なお、永久磁石の構成については後述する。永久磁石１の中空部に、本願の特徴である円筒状の中空シャフト２が同軸的に固着されている。中空シャフト２はステンレス鋼製であり、中空シャフト２の外周面に永久磁石の内周面が固着される。なお、中空シャフト２の構成例については後述する。これらの永久磁石１及び中空シャフト２にて、本発明のマグネットロール１０は構成される。

中空シャフト２の両端部には、フランジ３，３を軸受４，４を介して回転自在に装着し、フランジ３，３には中空円筒状に形成したスリーブ５が嵌着される。スリーブ５は、非磁性材（アルミニウム合金、ステンレス鋼など）によって作製される。また、シール部材６が、フランジ３と中空シャフト２との間に嵌着されている。このシール部材６により、現像剤のスリーブ５内への侵入を防止するようにしている。本発明の現像ロール２０は、マグネットロール１０と、これらのフランジ３、軸受４、スリーブ５及びシール部材６とにて構成される。

このような構成を有する現像ロール２０は、現像装置内の感光ドラムに対向する如く位置決めされ、永久磁石１とスリーブ５との相対回転（例えば、永久磁石１を固定し、フランジ３を回転させる）によって、スリーブ５の外周面に磁性現像剤を吸着して磁気ブラシを形成し、所定の現像処理を行う。

以下、中空シャフト２の構成例について説明する。
（第１実施の形態）
図２は、中空シャフト２の第１実施の形態を示す図であり、図２Ａはその断面図、図２Ｂはその平面図である。

中空シャフト２ａは、内径４ｍｍ，外径７ｍｍの円筒状をなしており、その外周面には、軸方向に直線的に延びる３つの凹部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが周方向で等間隔に設けられている。各凹部２１ａ，２１ｂ，２１ｃの形状は同一であり、凹面は円弧状をなしており、その最長深さは０．５ｍｍである。

（第２実施の形態）
図３は、中空シャフト２の第２実施の形態を示す図であり、図３Ａはその断面図、図３Ｂはその平面図である。

中空シャフト２ｂは、内径４ｍｍ，外径７ｍｍの円筒状をなしており、その外周面には、第１実施の形態と同様に、軸方向に直線的に延びる３つの凹部２２ａ，２２ｂ，２２ｃが周方向で等間隔に設けられている。各凹部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの形状は同一であり、凹面は円弧状をなしており、その最長深さは０．５ｍｍである。

また、中空シャフト２ｂの内周面には、軸方向に直線的に延びる３つの凸部２３ａ，２３ｂ，２３ｃが周方向で等間隔に設けられている。各凸部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの形状は同一であり、凸面は円弧状をなしており、その最長高さは０．５ｍｍである。各凹部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと各凸部２３ａ，２３ｂ，２３ｃとは、周方向で同じ位置にある。

（第３実施の形態）
図４は、中空シャフト２の第３実施の形態を示す図であり、図４Ａはその断面図、図４Ｂはその平面図である。

中空シャフト２ｃは、内径４ｍｍ，外径７ｍｍの円筒状をなしており、その外周面には軸方向に螺旋状に延びる３つの凹部２４ａ，２４ｂ，２４ｃが周方向で等間隔に設けられている。各凹部２４ａ，２４ｂ，２４ｃの形状は同一であり、凹面は円弧状をなしており、その最長深さは０．５ｍｍである。

上記の第１〜第３実施の形態の中空シャフトでは、従来のような円柱状でなく、外周面に複数の凹部を設けた円筒形状としたので、軽量化と高い強度との両立を図ることができる。また、この中空シャフトを使用するマグネットロール及び現像ロールでは、十分な強度を維持した状態で軽量化を実現することができる。

次に、マグネットロール１０（現像ロール２０）における永久磁石１の構成、及び、永久磁石１と中空シャフト２との関係について説明する。なお、中空シャフト２は、第１実施の形態の中空シャフト２ａ（図２参照）とする。

図５は、永久磁石１の内周面に中空シャフト２ａを固着させた状態（マグネットロール１０の構成）を示す断面図である。図５には、現像ロール２０のスリーブ５表面の磁束密度分布も示している。具体的には、スリーブ５表面にあって、法線方向の磁束密度を測定し、その測定値の絶対値を法線方向の外方にとって示した分布を図５に示す。スリーブ５表面で図５に示すような非対称分布の磁束密度分布となるように、永久磁石１の外周面には複数個の磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３が設けられる。これらの複数個の磁極による磁束密度分布ＢＮ１，ＢＳ１，ＢＮ２，ＢＳ２，ＢＳ３は、スリーブ５表面での磁束密度分布を示す。各磁束密度分布は山型をしており、山型の頂上部分が最大磁束密度を示す。

図５においては、最大磁束密度が最も高い磁極Ｎ２が現像極であり、その他の磁極は補助極である。同一極性の磁極Ｓ１と磁極Ｓ３とが隣り合って着磁されて、磁束密度分布ＢＳ１と磁束密度分布ＢＳ３との山が形成され、両者の反発磁界を利用して現像剤の付着を除去する。この隣り合う同一極性の両磁極の中間部は磁束密度が０である脱離極となる。そして、この脱離極を形成するために、永久磁石１の該当部分に、外周面から内周面に到る切欠き１ａを設けている。

永久磁石１の内周面及び／または中空シャフト２の外周面に予め接着剤を塗布しておき、永久磁石１と中空シャフト２との軸方向及び周方向の位置関係を合わせてから、切欠き１ａと周方向で略１８０度離れた位置の永久磁石１の外周面を押し治具で押した状態で、永久磁石１の中空部１ｂに中空シャフト２を挿入して、永久磁石１及び中空シャフト２を固着させる。

この際、永久磁石１と中空シャフト２との位置合わせは、最大磁束密度が最も高くなる永久磁石１の部分（磁極Ｎ２）と、中空シャフト２の強度が最も高い部分とが、周方向で同じ位置になるように行う。よって、最大磁束密度が高い部分でも高い強度を保つことができる。図５においては、中空シャフト２の軸方向に直線的に延びる凹部の一つと、最大磁束密度が最も高くなる永久磁石１の部分（磁極Ｎ２）とが円周方向で略同じ位置となるように位置合わせされている。

また、永久磁石１の内径を中空シャフト２の外径よりも少し小さくしておき、永久磁石１の外周面を押し治具で押す際の永久磁石１の中空部１ｂの広がりを利用して、永久磁石１及び中空シャフト２の強固な固着を実現する。

本発明のマグネットロール１０及び現像ロール２０では、上述したように軽量化と高強度との両立を図れる中空シャフト２（２ａ，２ｂ，２ｃ）を使用するので、軽量であっても強度が高い。また、本発明のマグネットロールでは、使用する中空シャフトの強度が高いので、作製時に湾曲した永久磁石を容易に矯正することができる。

なお、中空シャフト２の例として第１〜第３実施の形態について説明したが、第２実施の形態及び第３実施の形態を組み合わせた構成も可能である。即ち、中空シャフトにあって、その外周面に軸方向に螺旋状に延びる３つの凹部を設けるとともに、その内周面に軸方向に螺旋状に延びる３つの凸部を、周方向で前記凹部と同じ位置に、設けた構成をなすようにしても良い。

なお、上述した実施の形態では、３つの凹部及び／または凸部を設けるようにしたが、この数は３つに限るものではなく、２つまたは４つ以上であっても良い。但し、これらの複数の凹部または凸部は、応力均等化の観点から、周方向で等間隔に配置することが好ましい。

また、上述した実施の形態では、永久磁石が極異方性を有するとしたが、要求される磁束密度があまり大きくない場合には、極異方性とせずに、等方性としても良い。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 永久磁石
１ａ 切欠き
１ｂ 中空部
２，２ａ，２ｂ，２ｃ 中空シャフト
３ フランジ
４ 軸受
５ スリーブ
６ シール部材
１０ マグネットロール
２０ 現像ロール
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 凹部
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 凸部
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 凹部

Claims (7)

1. マグネットロール用の円筒状をなす中空シャフトにおいて、
   軸方向に延びる複数の凹部が外周面に等配されていることを特徴とする中空シャフト。
2. 軸方向に延びる複数の凸部が内周面に設けられており、該内周面に設けられた複数の凸部と前記外周面に設けられた複数の凹部とが周方向で同じ位置にあることを特徴とする請求項１記載の中空シャフト。
3. 請求項１または請求項２に記載の中空シャフトと、
   円筒状をなし、その外周面に複数個の磁極を有し、その内周面が前記中空シャフトの外周面に固着される永久磁石と
   を備えることを特徴とするマグネットロール。
4. 前記永久磁石の最も強い磁場を形成する部分と、前記中空シャフトの強度が最も高い部分とが固着していることを特徴とする請求項３記載のマグネットロール。
5. マグネットロール用の円筒状をなす中空シャフトにおいて、
   軸方向に延びる複数の凹部が、外周面に等配されており、軸方向に螺旋状をなしながら延びていることを特徴とする中空シャフト。
6. 軸方向に螺旋状に延びる複数の凸部が内周面に設けられており、該内周面に設けられた複数の凸部と前記外周面に設けられた複数の凹部とが周方向で同じ位置にあることを特徴とする請求項５記載の中空シャフト。
7. 請求項５または請求項６に記載の中空シャフトと、
   円筒状をなし、その外周面に複数個の磁極を有し、その内周面が前記中空シャフトの外周面に固着される永久磁石と
   を備えることを特徴とするマグネットロール。

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