JPH04504917A - 磁石ローラコアを構成する改良された棒磁石 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 磁石ローラコアを構成する 盈島皇並な豊硯石 箆術分野 本発明は、全体として、静電記録用の磁石ローラ装置、特に、磁石コア内に使用 される棒磁石の改良に関するものである。

背景技術 静電記録印刷の工程において、光伝導性部材は均一に帯電され、原文書の像に露 出される。光伝導性部材を露光することにより、原文書の像に対応する静電潜像 が得られる。この潜像は潜像フレームによって画成された領域に亙って光伝導体 に現像材料（現像材）を付与することにより現像される。典型的な二成分現像材 は摩擦電気によりキャリヤ粒子に付着するトナー粒子から成っている。このトナ ー粒子はキャリヤ粒子から潜像フレームに吸引されて、現像された像を形成し、 この像はその後コピー紙に転写されかつ融着される。

静電記録複写機及び印刷機械において、現像ステーション及び清浄化ステーショ ンのような一部の処理ステージ！凶こて、現像材を搬送するため磁石ローラが使 用されている。例えば、共有で譲受した米国特許第４．４７３．０２９号におい て、磁石ブラシローラと、二成分現像材料（現像材）とを備える現像装置が開示 されている。この磁石ブラシアプリケータは円筒状の多極磁石コア片を有する円 筒状スリーブを備えている。この現像装置は、熱可塑性トナー粒子と、飽和保磁 力（＞５００エルステツド）及び残留磁気（＞５００ガラス）の大きい強磁性キ ャリヤ粒子との混合体から成っている。かかる材料は、例えば、弱磁性材料であ る純鉄と異なる強磁性材料とみなされる。磁石コア片の回転中、現像材はスリー ブの外面に沿ってリザーバから現像領域に搬送される。この現像材は静電潜像に 接触し、トナー粒子はキャリヤ粒子から剥離されて、像の現像を行なう。像の現 像後、これらキャリヤ粒子はスリーブから剥離され、現像材リザーバに戻されて トナーを補充する。

清浄化ステージ重ンにて、キャリヤ粒子の層は別の磁石ローラのスリーブに付着 し、光伝導性部材まで動く。残留するトナー粒子はキャリヤ粒子に吸引され、集 められかつ除去（清浄）される。

全体として、多数棒コア又は単一片コアという２型式の磁石コアがある。第１図 に図示するように、従来の多数棒コア１０は典型的に中央支持体１５上に組み立 てられた一部の永久磁石１２（その各々は典型的に棒状の形状をしている）によ り形成される。この磁石１２は、半径方向を向いた交互に現れるＮ極Ｎ及びＳ極 Ｓの極面を提供する。故に、磁界は磁石１２内から開始し、Ｎ極面Ｎから出て、 Ｓ極面Ｓに入って磁石に戻る磁束線１４Ｆの回路として形成される。所定の磁石 からの磁束線Ｈは、磁束線回路内に配置された隣接する磁石を概ね通る。各磁石 は、磁束線１４Ｆを強化し得るように適当な極面方向を有している。磁石１２を 形成する材料の一般的な選択は、サマリウムコバルトのような圧縮（加圧）され た強磁石フェライト又はその他の強磁性材料である。

単一片のコア構造は、典型的にバインダにて複合化させた粉末強磁性材料から成 る円筒体である。例えば、ナイロンバインダ中のバリウム又はストロンチウムフ ェライト粉末の射出成形可能な化合物を使用することが多い。交互に現れる磁極 Ｎ及びＳは成形工程中、又はその後間もなく本体内に形成される。典型的な極の 形態はコアの外面、又は周面に配置した１２の交互に現れる極とすることが出来 る。

上記型式の磁石コアの例は従来の技術に存在している。米国特許第４．　８０６ ゜９７１号は、細粉したフライトを含む成形可能なプラスチック材料にて形成さ れた単一片コアを開示している。成形工程中、長手方向の斜めに配置した極が材 料内に形成される。米国特許第４，５５８．２９４号は、複数のプラスチック磁 石棒が多角形の支持基部にかつ相互に接合させた磁石ロールを組み立てる方法を 開示している。米国特許第４．５８０，１２１号はインペラー形状の支持体と、 所望の位置にて該支持体に取り付けられた複数のゴムマトリックス磁石棒とを有 する磁石ロールを記載している。米国特許第４，６７８，７３７号は、プラスチ ック磁石の直線状リブから成る磁石現像ロールを開示している。米国特許第４， ６３８．２８１号は永久磁石棒が射出成形可能なプラスチックにより支持基部に 固着された磁石ロールを開示している。米国特許第４．８２３．１０２号は複数 の離間した半径方向フィンが設けられた中央部分を有する磁石ロールを開示して いる。磁石はフィン間の各スペース内に固着される。

何れのコア式（多数棒又は単一片コア）のコアの磁化は強力なパルス状磁界を作 用させて行われる。従来の磁石１２の簡易化した磁石化の例が第２図に示されて いる。磁化装置（図示せず）より発生された磁力線Ｈは磁石１２の本体内で結晶 状構造体の内部磁気領域りと整列する。各磁気領域りは付与される磁界と整列し た磁気双極子モーメントを有するディスク状領域として形成することが出来る。

磁力線Ｈを除去した後、次に方向法めした領域の一部を材料の残留磁性に従って 磁化し、これにより磁化した片にその永久磁石としての性質を付与する。

単一片コアは典型的にその上に電流を運ぶ巻線が巻かれた複数の電磁極片を有す る電磁装置（図示せず）内で磁化される。磁化極片は金型の外側に沿って半径方 向に配置され、第２図の磁力線Ｈと同様の半径方向の磁界線を発生させる。これ により磁界はコアを通って磁極片から半径方向に伸長する。

単一片磁石コアは約１０，０００個のコア以上の数量にて製造した場合に限り経 済的である。最初の製造コストは射出成形金型、磁化装置、及び磁化装置を作動 させるパルス状供電装置のコストのため、極めて高額のものとなる。磁化極片イ ルを設けることは困難である。故に、単一片コア内の所望の箇所にて発生される 磁界の強度は各コイルの巻き回数により制限され、コアの外部磁界の残留磁気強 度はある適用例にとっては不十分となる。

コアの数量が約１０．０００以下である場合、棒磁石から組み立てた多数棒コア は、通常、単一片コアよりもより経済的に製造し得る。従って、原型の磁石ロー ラは加圧したフェライト又はセラミック磁石材料にて磁石１２を構成し、コア１ ０を形成することにより製造されることが多い。かかるセラミック又はフェライ ト棒磁石は、典型的に主として強磁性材料から成り、バインダは殆ど又は全（含 まれない。非磁性バインダにて接合させた磁石材料から成る組成分よりもより大 きい磁界強度が得られるため、かかる組成が通常、選択される。

従来の磁石コア１０から所定の距離におけるピーク磁界強度は典型的に磁石コア の中心にて実現可能である。外部磁界強度は磁石ローラに使用される磁石コアを 選択するときの重要な判断基準である。磁石ローラから光伝導体（現像材ピック アップ又はＤＰＵとして公知）へのキャリヤの付着は全く望ましくなく、概ね磁 界強度の低下に伴って増大する。

接合させた磁気化合物から形成される永久磁石は、成形された片のある容積が典 型的に非磁気バインダから成るため、より小さい磁界強度を提供する。セラミッ ク棒磁石は典型的にバインダを殆ど又は全く含まないため、より大きい磁界強度 を有している。成形可能なバインダ中の磁気フェライト（例えばバリウムフェラ イト）の化合物の残留磁気（Ｂ１）は、例えば、２６５０ガウスとする。バリウ ムフェライト単独の残留磁気は３８００ガウス程度とすることが出来る。便宜上 、「セラミック磁石」という用語は、ここで全て又は実質的に全てセラミック又 はフェライト磁石材料から成る磁石を１又は２以上の非磁気バインダを含む磁石 材料成分から成る磁石から区別するために使用する。又、非セラミック磁石は典 型的に射出成形又は押出し成形のような方法で形成される。

セラミック磁石は円筒状コアに組み立て得るよう容易に整形することは出来ない 。セラミック棒磁石は、典型的に、加圧しである形状にし、磁化し、次に加熱し た乾燥又は湿潤フェライト粉末（スラリー）にて形成される。スラリーは加熱中 、体積が著しく収縮し、これにより加熱片は典型的に特定の寸法を実現するため コストのかかる機械加工を必要とする。従って、スラリーはスラブに形成し、加 熱し、次に切断して直線状の棒とすることが多い。このとき、セラミック棒磁石 は平滑で連続的な円筒状コアに組み立てるのに好適である扇状の断面形状をして いない。組み立てた棒間の顕著な空隙を許容し、各空隙間の透過性が小さい場合 、かかるコアにより実現し得る磁界強度の値が低下する。セラミック磁石は極め て固くかつ脆弱であるため、その露出された端縁は亀裂及び切り欠けが生じ易い 。

セラミック磁石は原型として組み立てたときコスト的に有利であるが、コアを大 量生産する場合に使用するためには、コストは過大である。単位当たりを基準に すると、機械加工したセラミック棒の製造コストは、同様の形状の射出成形した 棒磁石の製造コストの約１０倍となる。

しかし、かかるコアの外部磁界の強度はかかる適用例におけるＤＰＵを制御する には不十分であるため、磁石コアに非セラミック（例えば射出成形した）磁石を 使用することは制約がある。同様に、単一片コア内に射出成形可能な化合物を使 用することも制限があった。故に、磁石コアは、バインダ中の磁石材料から成る 棒磁石ではなく、セラミック棒磁石にて形成されることが多い。

発明の開示 本発明の目的は磁石コアに使用される改良された磁石を提供することである。

別の目的は改良された多数棒磁石コアを提供することである。

上記及びその他の目的は磁気領域を有する強磁性材料から成る本体にて形成され た磁石コア用の磁石により実現される。該本体は第１の磁極面と、第２及び第３ の略反対向きの磁極面とを備えている。第１の極面は第１の極性であり、第２、 第３の極面に対して略直角に配置され、第２及び第３の極面は第１の極面の極性 の逆である。磁気領域は第１の極面と第２及び第３の極面との間に路床がる曲線 状経路に沿って整列される。

好適な実施例によれば、磁石の第１の複数の磁気領域は第１の磁極面と第２の磁 極面との間にて第１の外サイクロイド曲線に従って略整列される。第２の複数の 領域は第１の磁極面と第３の磁極面との間にて第２の相補的な外サイクロイド曲 線部分に従って整列される。

このように整列されたその領域を有する棒磁石は磁石を通じて１方向にのみ整列 された領域を有する従来の比較可能な磁石よりも実質的に大きい外部磁界を呈す る。

更に別の好適な実施例によれば、上記の実施例における磁石は射出成形可能な強 磁性材料にて形成することが出来る。かかる磁石は同様の寸法のセラミック棒磁 石の磁界強度に等しく又はこれより大きい磁界強度を示す。射出成形した磁石は 軽量かつ低廉でしかも所望の形状に容易に成形し又は機械加工することが出来の 製造に適用することが出来る。

本発明の別の特徴によれば、磁石ローラ内で使用される磁石コアが提供される。

該コアは本発明により構成される複数の磁石を備えている。

好適な実施例によれば、各磁石は少なくとも２つの隣接する磁石間にて支持体上 に位置決めされ、磁石の第１の極面が交互に現れる極性であるように周縁方向に 位置決めされる。各磁石の第２及び第３の極面は隣接する磁石内の逆の極性の同 様の面に対して方向状めされる。

磁石コアは上記の磁石から組み立てられ、従ってその利点を享受する。従って、 コアは容易に組み立てられ、軽量でありかつ平滑な円筒状面を有し、磁界強度を 損なうことなく、バインダ中で強磁性材料の化合物から形成することが出来る。

本体が磁気領域を有する強磁性材料にて形成され、磁気領域を有する磁石コア用 の磁石を製造する方法が提供される。該本体は、第１の面と、略反対向きの第２ 及び第３の面とを有している。第１の面は第２及び第３の面に対して略直角に位 置決めされる。磁化手段は第１、第２及び第３の面に対して位置決めされ、第１ の面と第２及び第３の面との間の路床がる曲線状経路に沿って磁界線を発生させ る。磁化手段は該経路に沿った領域を磁化させ得るように作用させ、それぞれ第 １、第２及び第３の面にて第１、第２及び第３の残留磁極面を発生させる。第１ の極面の極性は第２及び第３の極面の極性と逆にする。

図面の簡単な説明 以下に添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明する。添付図 面において、 第１図は静電記録複写機又はプリンタの現像又は清浄ステーシラン内で使用し得 るようにした型式の一例による従来の磁石コアの該略側断面図、第２図は第１図 のコア内に使用される従来の棒磁石の該略側面図及びその磁気領域を示す図、 第３図は永久棒磁石の簡単な磁気回路の該略側断面図、第４図Ａは磁束回路の簡 易化した図を示す第１図の該磁石コアの該略側断面図、第４図Ｂは本発明による 磁気領域の新規な方向を示す改良された棒磁石を有する改良された磁石コアの該 略側断面図、第４図Ｃは本発明の実施に関する外サイクロイド曲線の線図、第５ 図は第４図Ｂの改良された棒磁石の一変形例を製造するときに使用される磁化射 出成形金型の側断面図、 第６図は第４図Ｂの改良された棒磁石内の内部磁化整列状態を示す該略図、第７ 図は改良された棒磁石の磁束線を示す第６図と同様の該略図、第８図はその内部 の磁束及び磁気領域の方向を略図で示す改良された棒磁石の全強度のＮ極及び全 強度のＳ極を示す側断面図、第９図は本発明による改良された棒磁石を使用して 組み立てられた磁石コアの半体の分解状態を示す側断面図である。

発明を実施する最良の形態 静電記録再生装置は周知であるため、以下の説明は特に本発明の一部を形成し又 は本発明と直接関係する構成要素についてのみ記載する。ここに特に図示し又は 説明しない装置は従来技術で公知のものから選択することが出来る。本発明の特 徴を一般的に理解するため、図面を参照する。図面において、全体として同様の 参照符号を使用して間−の構成要素を示す。

本発明は射出成形により多極磁石コアを製造するのを改良することを目的とする 実験に基づいている。射出成形された棒磁石、及び該棒磁石から成る多数棒コア の改良、及びその製造方法が本発明の詳細な説明に記載されている。

本発明は永久磁石用の一般化した磁気回路の簡単な説明を読んだ後に一層良く理 解されよう。第３図に図示するように、簡単な磁気回路Ｐは磁極Ｎ及びＳを有す る永久棒磁石Ｍについて説明することが出来る。該回路は磁石Ｍから開始し、空 隙Ｇ及び軟鋼の磁束戻り路を通って循環する。空隙Ｇ内における磁束密度の循環 は磁気回路から磁束が全く漏洩せず、磁石Ｎの再コイル透過性が一定であると仮 定することにより簡易化することが出来る。これはバリウムフェライト、サマリ ウム・コバルト、ネオジム・鉄・ホウ素のような近代の高強磁性材料及びその他 の材料に概ね当て嵌まる。空隙Ｇ内の磁束密度を次式でめられる。

Ｌｍ＋Ｌｇ ここで、Ｂｇ−空隙内の磁束密度、ガウスＢｒ＝磁石材料の残留磁化、ガウス Ｌｍｍ磁石の長さ ｔ、ｇ■磁気空隙の長さ く上記式の誘導に関する更なる情報は１９６２年ジ望ン・ウィルレイＵｏｈｎ　 ｆｉｌｅｙ）から出版されたパーカー（Ｐａｒｋｅｒ）　、　ＬＪ、、　ス７ウ ダーズ（Ｓｔｕｄｄｅｒｓ）　、　ＬＪ、、の７久磁　及び応用（Ｐｅｒｍａｎ ｅｎｔ　ｈ　ｅｔｓ　ａｎｄ　Ａ　１ｉｃａｔｉｏｎｓ　に見ることが出来る） 。第１図に図示するように、従来の磁石コア１０は所定の磁化を有し、この値は 典型的に各構成磁石１２内の磁気領域りの半径方向整列に対応する。次に第４図 Ａを参照すると、かかる磁石１２の磁気回路内のＬｍ及びＬｇは次のように考え ることが出来る。

ＬｍｗＬｍＩ＋Ｌｍｌ　（２） Ｌｇ−Ｌｇｔ＋Ｌｇ＊　（３） 等式（２）及び（３）は、等式（１）に照して考えた場合、磁石１２の表面付近 の外部磁界は等式（１）の右側に略比例することが分かる。

次に第４図Ｂを参照し及び本発明によると、磁束は改良された棒磁石１３０を使 用することにより改良された磁石コア１２０内でより効率的に得ることが出来る 。より具体的には、かかる磁束は改良された棒磁石１３０により示される外サイ クロイド曲線磁束線１１０により提供される。本開示の目的上、簡単な外サイク ロイド曲線が第４図Ｃに示しである。外サイクロイド曲線Ｅはより大きい半径ｒ 、を有する円Ｃ２内で回転する所定の半径ｒ１の円Ｃ１上の点Ｐにより追跡され る。

曲線Ｅは概ね位置決めした半径ｒ！から概ね広がる曲線部分Ｅ４、Ｅ２を有する とみなすことが出来る。

磁束［１１１０の一部分は各磁石１３０の所定の半径方向面間を通って磁石の外 面又は周縁面に流れる。磁束線１１０の相補的部分は対向する半径面間を通って 周縁面まで流れる。この磁束線１１０は、２つの広がる曲線部分の一方に概ね平 行な方向に磁気領域りが外サイクロイド曲線状に磁化することに起因する。第２ 図に比較して示すように、改良された棒磁石１３０の磁気領域りの整列は従来技 術の磁石１２の領域りの従来の半径方向整列と実質的に異なる。

磁束線１１０はＬｍ’　、Ｌｇ’から成ると考えることの出来る磁気経路内を循 環する。故に、外サイクロイド磁気化は、Ｌｍ’がＬｍより大きく、Ｌｇ’はＬ ｇより小さい（即ち、Ｌｇｔ＋Ｌｇｔの合計より小さい）点で顕著である。

従って、等式（１）を参照すると、改良された棒磁石１３０の磁気回路の空隙Ｂ １内の磁束密度は該磁石の残留磁化Ｂ、に一層比例する。これにより改良された 棒磁石１３０の表面付近の磁束密度は従来の磁化した棒磁石１２により提供され る値よりも大きくなる。

このように本発明はその作用（周縁）面から所定の点にて磁界強度をより効率的 に画成する磁化を有する改良された棒磁石１３０を提供するものである。上記の 計算から理解されるように、かかる改良された棒磁石１３０の使用可能な磁界エ ネルギーは、その磁気領域を広がる曲線状経路に沿って磁化し、Ｌｇを小さくし 、Ｌｍを大きくさせることにより最大となる。

改良された磁石コア１２０の残留磁界強度を分析すると、かかるコアの磁気性能 は従来の磁化したコアよりも著しく優れることが分かる。実際上、この型式の磁 気領域方向法めを採用すれば、使用可能な磁界強度の３０％を改良することが出 来た。

次に第５図を参照して、改良された棒磁石１３０の構造について説明する。改良 された棒磁石１３０は、射出成形を利用して製造し、選択された寸法及び磁気極 性の棒を提供することが望ましい。勿論、磁石材料を押出し成形し、又は圧縮粉 末構造の磁石材料にて形成するようなその他の公知の磁石製造法及び技術が適用 可能である。磁石の射出成形は当該技術分野で周知であり、故に、以下に従来の 成形方法と異なる本発明の点について説明する。しかしながら、ここに説明し又 は図示しない装置及び方法は当該技術分野で公知であると考えることが出来る。

改良された棒磁石１３０の一実施例１３ＯＮの製造に適した金型１５０の好適な 実施例が第５図に図示されている。金型キャビティ１５２には、強磁性材料のフ ィラーが充填される。該フィラーは高分子（熱可塑性）バインダ中の粉末化した 保磁力の極めて強いフェライト材料の合成物のような成形可能なバインダ中の強 磁性材料の混合体であることが望ましい。かかる合成物の一例はバリウムフェラ イト（例えば、＆ｉ０・６Ｆｅ２０．又はＢａＦｅ、□０１．）のような磁気酸 化物を含んでいる。

バリウムフェライト化合物の市販の入所可能な例は３ＭＢ−１０６１として公知 であり、ミネソタ州、セントボールのスリーエム（３Ｍ）カンパニーの電気製品 部門から入手可能である。別の好適な合成物はＦＭＧ４１１８Ｗとして公知のス トロンチウムフェライト合成物であり、日本、東京の住友ベークライト株式会社 から入手可能である。これら例の残留磁気又は残留誘電（Ｂ、）、固有の保磁力 （Ｈ，、）及びエネルギー積（Ｂ−Ｈ，、、）は以下に掲げである。

合成物　磁石材料　月ユ　Ｈ，、Ｂ−Ｈ・・・Ｂ−１０６１バリウムフェライト 　２６５０Ｇ　３０００ｏｅ　１．８舅ＧＯＦＭＧ４１１８Ｗ　ｙ、トａンチウ ムフエライト　２９００Ｇ　３０５０ｏｅ　２．０ＭＧＯしかし、全ての永久磁 石材料は本発明の教示内容に従って、磁束パターン部分１１０′内で特別な外サ イクロイド曲線整列を実現し得るように磁化することが出来ることが理解されよ う。かかる合成物はコバルト希土類合金及びネオジム鉄ホウ素（Ｎｅ−Ｆｅ−８ ）のような保磁力の極めて大きい材料を含む。しかし、リストに掲げたスリーエ ム及び住友の合成物は低置な価格の材料にて良好な磁石機能を発揮し得るため望 ましい材料である。

従って、当業者はキャビティ１５２内のフィラーに代えて実質的にセラミックの 磁石材料（バインダ無し、例えば加圧されたブロック）を選択するであろう。

僅かな改造を加えることにより、金型１５０は磁界１５４を使用して磁化を行な うブロックを受け入れることが出来よう。この場合、残留磁化の極めて大きいセ ラミック組成物から成る改良された棒磁石１３０を実現しなければならない。し かし、セラミック材料の磁石は高分子バインダ材料にて接合される好適な実施例 の改良された棒磁石１３ＯＮはど容易に取り扱いかつ機械加工することが出来な い。改良された棒磁石のセラミック型磁石は又、本発明の背景の部分で説明した セラミック棒に伴うその他の欠点がある。

好適な射出成形可能な化合物のフィラーは公知の成形方法に従って射出され、こ れによりキャビティ１５２を充填する。図示した実施例において、金型キャビテ ィ１５２は直線で囲まれた形状の断面として示しであるが、その他の断面形状と することも出来る。別の好適な実施例（図示せず）において、キャビティ１５２ の断面は底部よりもその頂部の方が幅が広（、即ち扇状の形状であり、成形され た棒磁石を円筒状コア内に組み立てるのを容易にする（かかる形状の更に詳細な 説明は第９図に関して行なう）。

金型１５０は金型キャビティ１５２の上方に配置され、成形中に励起させてフィ ラー内に望ましい外サイクロイド曲線磁界１５４を生じさせる誘電コイル１５１ を備えている。明確にするため、該コイル１５１は電流により励起され、フィラ ーの領域りを２つの分岐する曲線部分に沿って方向決めする状態で示しである。

一方の部分はキャビティ１５２の左側１５２Ｌにて生強度のＳ極面Ｓ間を通って 伸長し、金型キャビティ１５２の頂部側１５２Ｔの全強度のＮ極面Ｎに略達して いる。相補的な部分が同一の全強度の極面Ｎ間を通って伸長し、右側１５２Ｒの 生強度極面Ｓに達している。しかし、コイル電流を逆にすると、上記の極面の極 性が逆になることが理解されよう。コイル１５１は金型キャビティの上方に配置 され、励起された磁界の強度を所定の通りに制御すると共に、方向決めした領域 を磁化させるのに十分な方向及び大きさの新規な外サイクロイド曲線状磁界パタ ーンを提供する。好適な射出成形可能な化合物を使用することにより、かかる強 度は約１０．０００ガウスに達する。

好適な実施例１３ＯＮにおいて、生強度極面Ｓはそれぞれの全強度極面の磁界強 度に略等しくかつその組み合わせた大きさも略等しい。ある適用例において、領 域りは磁化させ、それぞれ全強度極面の６０％及び４０％、又は３５％及び３５ ％といった各種の異なる強度の２つの生強度極面を提供することも考えられる。

これにより全強度極面上方におけるピーク磁界強度の位置を移動させることが出 来る。しかし、説明の目的上、本発明のその他の実施例において、生強度極面の 強度はその他の比率にすることが出来ることを理解してそのように表示する。

金型を冷却させ、励起された磁界１５４を除去した後、改良された棒磁石１３Ｏ Ｎを形成する磁化しかつ成形済みフィラー内で残留磁束パターンを実現する。

第６図には、改良された棒磁石１３ＯＮ内の残留磁束１５６の拡大図が示されて いる。全強度磁極面Ｎは磁石の頂部側１３０Ｔに形成され、２つの生強度極面Ｓ は対向する側面１３０Ｌ、１３０Ｒにある。磁束ベクトル１５６は面１３０Ｌ。

１３０Ｒに入り、棒１３ＯＮの頂部面１３０Ｔから出る（棒磁石１３０は円筒体 内に組み立てることを目的とするため、頂部面１３０Ｔは周縁面として示し、側 面１３０Ｌ、１３０Ｒは対向する半径方向表面として示すことが出来る。しかし 、磁石の構造は不変である）。図面から明らかであるように、磁束の配分から、 小さい磁束１５６が棒１３ＯＮの底面１３０Ｂを通って進むことが明らかになる 。

改良された棒磁石１３０の別の実施例は又、本発明の教示内容に従って製造され 、ここで磁石１３ＯＮのベクトル１５６、極面Ｎ及びＳはその極性が逆になって いる。棒領域りは誘電コイル１５１内で逆の極性とされた電流により方向決めさ れかつ磁化される。この別の実施例は棒磁石１３０Ｓとして示されており、第８ 図に関して以下に更に詳細に説明する。

第７図には、改良された棒磁石１３０により発生される残留磁束１５６の拡大図 が示されている（１３ＯＮ又は１３０Ｓの両型式を示すため、磁束のベクトル方 向は図示していないが、適当な極性であると仮定する）。付加的な棒磁石１３０ ′は棒磁石１３０に隣接して配置されているものと仮定するが、棒磁石１３０に より発生される磁束のみが示しである。磁束１５６の大部分は半径方向面１３０ Ｌ、１３０Ｒ及び棒磁石１３０の頂部面１３０Ｔを通って進む。これにより、殆 どの磁束線１５６は（全強度の極面を出るとき）１つの空隙のみを横断する一方 、第１図の従来の半径方向磁束１４Ｆは完全な回路を形成するためには、２つの 空隙を通らなければならない。

本発明に従って形成される改良された棒磁石１３ＯＮ又は１３０Ｓは、逆ｒＴＪ 字形が極面の位置を描く点で「丁字形棒磁石」であると特徴付けることが出来る 。

周縁面及び半径方向面から内方に描いた垂線が逆ｒＴＪ字形を描く。ｒＴＪ字形 の垂直部分は磁石の全強度極面を指す。ｒＴＪ字形の水平部分の両端はそれぞれ ２つの生強度極面を指す。全強度極面は何れかの生強度極面に対して概ね対角状 態に位置決めされていると考えられる。しかし、このｒＴＪ字形の関係は単に一 例にしか過ぎず、限定的なものではなく、本発明の教示内容から逸脱しない程度 に変更することが可能である（逆ｒＹＪ字形の関係となるように）。

第８図に図示するように、改良された棒磁石１３０は全強度のＮ極面Ｎを有する 第１の型１３ＯＮ又は全強度のＳ極面を有する第２の型１３０Ｓとして製造され る。第８図を第２図と比較すると、幾つかの特徴により、改良された棒磁石１３ ＯＮ又は１３０Ｓを従来技術により製造された従来の棒磁石１２と区別し得るこ とが理解されよう。従来の棒磁石１２において、Ｎ極Ｎ及びＳ極Ｓの極面は磁石 １２の反対側の垂直方向に対向する面にあり、これらは同一強度である。磁気領 域りは全て略平行であり、磁束の大部分は磁石１２の頂部面及び底部面を通って 半径方向に進む。改良された棒磁石１３０において、全強度極面の各々に対して ２つの生強度極面がある。磁気領域りは平行ではな（、外サイクロイド曲線状に 方向決めされ、磁束の大部分を頂部面１３０Ｔ及び２つの半径方向面１３０Ｌ。

１３０Ｒを通って進ませる一方、極めて僅かな磁束が底面１３０Ｂを通って進む 。

これにより全強度極面上方の選択可能な箇所における外側磁界強度は、従来の半 径方向に整列させた磁石上方の同様の箇所における磁界強度よりも大きくなる。

改良された射出成形磁石１３０の機能を同一寸法ではあるが組成及び磁化の異な るその他の棒磁石と比較するため、ピーク磁束密度Ｂを幾つかの磁石の作用面よ り０．２５４ｍｍ　（０，０１０インチ）上方の位置にて測定した。比較のため 、スリーエムのＢ−１０６１合成物（Ｂ、＝２６５０　Ｇ）から成る改良された 磁石１３０の磁束密度は１０００ガウスであることが判明している。住友ＦＭＧ ４１１８Ｗ合成物から成る改良された棒磁石１３０において、測定された磁束密 度は１３００ガウスであり、これはセラミック棒磁石の上方の位置で測定した半 径方向磁化の磁束密度を昔しく上回るものである。これら結果は以下の表に掲げ である。

虱　働１２１１　Ｂ、（Ｇ、）　ｉｉ３框塀３ｉ±半径方向３ＭＢ−１０６１２ ６５０７７６半径方向　セラミック　３４００　９９０丁字形棒　３ＭＢ−１０ ６１２６５０１０００Ｔ字形棒　ＦＭＧ４１１８Ｗ　２９００　１３００第９図 に示すように、改良された高機能の磁石コア１７０は緊密に接合する扇状の改良 された棒磁石１３ＯＮ、１３０８の相補体を組み立てることにより構成すること が出来る（コア組立体の上方部分のみを図示したが、他の部分は上方部分と対称 であり、明確にするため省略した）。棒磁石１３ＯＮ、１３０Ｓの好適な断面は 幾つかの磁石を平滑な円筒状コア内に緊密に組み立てるのを許容する扇形又は同 様の外形をしている。この断面は磁石を機械加工し又は成形して所望の形状とな るようにすることで提供される。好適な実施例において、棒磁石１３ＯＮ、１３ ０Ｓの周縁面は磁石コア１７０の外面を形成する。改良された棒磁石は接着剤に よりその半径方向面１３０Ｌ、１３０Ｒにて隣接する磁石の相補的表面に取り付 け、及びその底面１３０Ｂにて支持体１６５に取り付けることが出来る。

特に好適な実施例において、各磁石は磁石の下面１３０Ｂに成形し又は機械加工 した一組の長手方向に離間した穴１６０により支持体１６５の上に保持される。

各穴１６０は支持体１６５から伸長する相補的な分岐部分１６２を受け入れる。

コア１７０は接着剤を使用せずに、磁石１３０を各分岐部分１６２上にスナップ 嵌合させることにより組み立てられる。

図示したコア１７０と同様の射出成形したバリウムフェライト丁字形棒磁石１３ ０の改良された１２極の磁石コアはコア面から１．２５ｍｍ（０，０５０インチ ）上方の箇所にて測定したときの磁束密度は８３４ガウスであった。同様の形状 の従来のコア（直線状の８つのセラミック棒磁石により提供される半径方向磁界 を有する）の磁束密度は８９９ガウスであった。射出成形したバリウムフェライ トＴ字形棒から組み立てられる改良されたコア１７０の１０極を有する型式のも のの磁束密度は約１３００ガウスであった。バリウムフェライト化合物の半径方 向に磁化した欅の同様の寸法のコアのピーク磁束密度は約１１７５ガウスであっ た。故に、改良されたコア１７０は磁石ローラに使用するのに極めて適している 。

要するに、本発明により構成される改良した棒磁石１３０は同様の組成の従来の 半径方向に整列させた棒磁石により提供されるものと比較して改良された外部磁 界及び磁束密度を提供するものである。故に、磁気材料を適正に選択することに より、本発明に従って改良された棒磁石を射出成形することが出来、しかも同様 の寸法の従来の磁化したセラミック棒磁石により提供されるよりも大きい磁束密 度が得られる。かかる改良は改良された棒磁石における新規な外サイクロイド曲 線方向及び磁気領域の磁化に起因するものであり、これは付与される外サイクロ イド曲線状磁界によって実現される。射出成形される改良した棒磁石は従来の半 径方向に整列させたセラミック棒磁石よりも低コストでかつより多機能性を備え ている。

磁気ローラの原型製造及び製品製造により十分に多量の棒が製造されるならば射 出成形による改良した棒磁石の経済性を向上させることが出来る。射出成形した 磁石は容易に切断しかつ機械加工することが出来るため、−組の単純な棒から広 範囲の寸法のコアを形成することが出来る。このように、これら射出成形した磁 石は磁気ローラの原型の製造に使用するのに特に望ましいものである。

多数の磁石を製造する工程の場合、射出成形による改良した棒磁石は又好適な扇 状の断面のような任意の所望の形状にすることが出来る。磁石は支持タブ、穴、 溝等のような構造上の特徴部分を備えるように設計することが出来る。かかる複 数の磁石は成形工程の完了後、直ちにかつ容易にコアに組み立てることが出来る 。

これとは別に、標準型の寸法を過大にした棒を成形し、次に機械加工して所定の 半径に適合させ、選択された径及び磁極数を有する円筒体となるようにすること が出来る。

改良された棒磁石１３０は扇形の形状に形成することが出来るため、これら棒磁 石は選択可能な寸法及び機能を有する改良された平滑な空隙無しの磁気コアに容 易に組み立てることが出来る。従って、改良された磁気コアは、セラミック棒磁 石のような残留磁気のより大きい材料から形成された多数の棒コアと比べて、機 能の点でより優れたものとなる。

改良された磁気コア１７０は又、従来の磁化工程により形成される単一片の磁石 コアよりもより大きい磁界強度を実現する。改良された棒磁石１３０を製造する 磁化装置において、典型的に単一片の磁石コアを磁化する装置内で利用可能なス ペースよりもより大きい数の誘電コイルの回数に対するスペースがある。従って 、射出成形による改良された棒磁石１３０には、射出成形した単一片のコアの比 較可能な部分にて発生されるよりもより強力でかつ良好に焦点決めした磁界が発 生される。故に、改良された多数棒コア１７０の残留磁界は同様の寸法及び組成 の従来の磁化した単一片のコアよりも太き（なる。

更に、ここに記載した方法は比較的小さい寸法の改良された多数の棒コアを製造 する場合に有用であると考えられる。例えば、極めて小さいが非常に磁化させた 改良した棒磁石１３０は、例えば約１５ｍｍ　（０，６０インチ）の径の磁石コ ア内に組み立てられる。かかるコアはトナーキャリヤを掃除する（掃除装置の） 磁石ローラに有用である。

好適な実施例に関して本発明の詳細な説明したが、本発明の精神及び範囲内で変 形例及び応用例が可能であることが理解されよう。

ＦＩ６．５ Ｆｌθ７ ゜・　２ 、ｈ 要　約　書 磁石ローラコアを構成する改良された棒磁石豐約 静電記録印刷機械の処理ステーション内に使用される磁石（１３０）の組立体を 備える改良された棒磁石（１３０）及びその製造方法並びに改良された磁石コア （１７０）である。改良された棒磁石（１３０）は永久磁石材料にて形成され、 外サイクロイド曲線部分（Ｅｌ、　Ｅ２）に沿って磁化された磁気領域（Ｄ）を 有している。外部磁束密度は従来の磁化された磁石よりも改良される。改良され た棒磁石（１３０）内で磁気領域（Ｄ）に特別な外サイクロイド曲線整列を実現 する射出成形金型（１５０）が提供される。

国際調査報告

Claims (41)

【特許請求の範囲】
1. １．磁石コア用の磁石にして、 磁気領域を有する強磁性材料の本体と、第１の磁極面と、概ね相互に反対の第２ 及び第３の磁極面とを備え、第１の磁極面が第１の極性であり、概ね前記第２、 第３の極面に対して略直角に配置され、第２及び第３の極面の極性が第１の極面 と反対の極性であり、前記領域が第１の極面と第２及び第３の極面との間にて略 広がる湾曲経路に沿って整列される磁石。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の磁石にして、第１の複数の磁気領域が第１の磁極 面と第２の磁極面との間にて第１の外サイクロイド曲線部分に従って略整列され 、第２の複数の領域が第１の磁極面と第３の磁極面との間にて第２の相補的な外 サイクロイド曲線部分に従って整列される磁石。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の磁石にして、第１及び第２の複数の領域がそれぞ れ第１の磁極面と第２の磁極面との間を流動する外部磁束の第１の部分と、第１ の磁極面と第３の磁極面との間を流動する外部磁束の第２の部分とを提供する磁 石。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の磁石にして、組み合わせた第２及び第３の極面の 外部磁界強度が第１の極面の外部磁界強度の０．７倍以上の強さである磁石。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の磁石にして、第１、第２及び第３の極面が、内方 に描いたとき逆「Ｔ」字形を画成する法線を有するそれぞれの面内に配置される 磁石。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の磁石にして、強磁性材料がバインダを更に備える 磁石。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の磁石にして、磁石本体が長く、前記本体の断面の 形状が扇形である磁石。
8. ８．磁石コア用の磁石にして、 反対の第１及び第４の面と、相互に反対の第２及び第３の面とを有する強磁性材 料から成る本体と、 第１の面と関係する第１の極性の磁極面、第２及び第３の面と関係する逆の極性 の磁極面を形成し得るように整列された磁気領域を有する強磁性材料とを備え、 前記領域が第１の極面と第２及び第３の極面との間にて略広がる湾曲経路に沿っ て整列される磁石。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の磁石にして、組み合わせた第２及び第３の極面の 外部磁界強度が第１の極面の外部磁界強度の０．７倍以上である磁石。
10. １０．請求の範囲第９項に記載の磁石にして、第２及び第３の極面の外部磁界強 度が略等しい磁石。
11. １１．請求の範囲第８項に記載の磁石にして、第１、第２及び第３の極面が、第 １、第２及び第３の極面から内方に描いたとき逆「Ｔ」字形を画成する法線を有 するそれぞれの面内に配置される磁石。
12. １２．請求の範囲第８項に記載の磁石にして、強磁性材料がバインダを更に備え る磁石。
13. １３．請求の範囲第８項に記載の磁石にして、本体が長く、本体の断面形状が扇 形である磁石。
14. １４．請求の範囲第８項に記載の磁石にして、第１の複数の磁気領域が第１の磁 極面と第２の磁極面との間にて第１の外サイクロイド曲線部分に従って略整列さ れ、第２の複数の磁気領域が第２の磁極面と第３の磁極面との間にて第２の外サ イクロイド伏曲線部分に従って略整列される磁石。
15. １５．請求の範囲第８項に記載の磁石にして、第１及び第２の複数の領域がそれ ぞれ第１の磁極面と第２の磁極面との間を流動する外部磁束線の第１の部分と、 第１の磁極面と第３との磁極面との間を流動する外部磁束線の第２の部分とを提 供する磁石。
16. １６．磁石コア用の磁石にして、 磁気領域と、第１、第２及び第３の磁極面とを有する強磁性材料から成る本体で あって、第１の極面が第２及び第３の極面に隣接しかつ該第２及び第３の極面と 連続的に配置される本体と、 第１の極面と反対の極性を有する第２及び第３の極面とを備え、前記領域が第１ の極面と第２及び第３の極面との間の略広がる湾曲経路に沿って整列され、第２ 及び第３の極面の位置の作用が第１の極面における外部磁界強度を増加させる磁 石。
17. １７．請求の範囲第１６項に記載の磁石にして、第１、第２及び第３の極面が、 第１、第２及び第３の極面から内方に描いたとき逆「Ｔ」字形を画成する法線を 有するそれぞれの面内に配置される磁石。
18. １８．請求の範囲第１６項に記載の磁石にして、強磁性材料がバインダ中に磁気 酸化物合成物を更に備える磁石。
19. １９．請求の範囲第１８項に記載の磁石にして、磁気酸化物がバリウムフェライ ト材料を更に備える磁石。
20. ２０．請求の範囲第１６項に記載の磁石にして、前記本体が長く、前記本体の断 面形状が扇形である磁石。
21. ２１．請求の範囲第１６項に記載の磁石にして、組み合わせた第２及び第３の極 面の外部磁界強度が第１の極面の外部磁界強度の０．７倍以上である磁石。
22. ２２．請求の範囲第２１項に記載の磁石にして、第２及び第３の極面における磁 界強度が略等しい磁石。
23. ２３．請求の範囲第１６項に記載の磁石にして、第１の複数の磁気領域が第１の 磁極面と第２の磁極面との間にて外サイクロイド状曲線部分に従って整列され、 第２の複数の領域が第１の磁極面と第３の磁極面との間にて相補的な外サイクロ イド曲線部分に従って整列される磁石。
24. ２４．請求の範囲第２３項に記載の磁石にして、第１及び第２の複数の領域の整 合がそれぞれ第１の磁極面と第２の磁極面との間を流動する外部磁束線の第１の 部分と、第１の磁極面と第３との磁極面との間を流動する外部磁束線の第２の部 分とを提供する磁石。
25. ２５．磁石ローラ内に使用される磁石コアにして、支持体と、 前記支持体の周縁に沿って取り付けられた複数の磁石と、各々が磁気領域と、第 １の磁極面と、第２及び第３の略相互に反対の磁極面とを有する強磁性材料から 成る本体を有する磁石であって、第１の極面が第１の極性でありかつ前記第２及 び第３の極面に対して略直角に配置され、第２及び第３の極面が第１の極面と逆 の極性であり、前記領域が第１の極面と第２及び第３の極面との間にて略広がる 湾曲経路に沿って整列される磁石とを備え、前記磁石の各々が少なくとも２つの 隣接する磁石間にて支持体上に位置決めされ、磁石の第１の極面が交互に変化す る極性にて周縁に沿って位置決めされ、各磁石の第２及び第３の極面が隣接する 磁石の逆の極性の同様の面に向けて方向決めされる磁石コア。
26. ２６．請求の範囲第２５項に記載の磁石コアにして、前記磁気領域の第１の部分 が第１及び第２の磁極面との間にて外サイクロイド曲線部分に従って整列され、 前記領域の第２の部分が第１の磁極面と第３の磁極面との間にて相補的な外サイ クロイド状曲線部分に従って整列される磁石コア。
27. ２７．請求の範囲第２５項に記載の磁石コアにして、第２及び第３の極面の外部 磁界強度が第１の極面の外部磁界強度の０．７倍以上である磁石コア。
28. ２８．請求の範囲第２５項に記載の磁石コアにして、第１、第２及び第３の極面 が、第１、第２及び第３の極面から内方に描いたとき逆「Ｔ」字形を画成する法 線を有するそれぞれの面内に配置される磁石コア。
29. ２９．請求の範囲第２５項に記載の磁石コアにして、少なくとも１つの磁石がバ インダ中に磁気酸化物合成物を更に備える磁石コア。
30. ３０．請求の範囲第２９項に記載の磁石コアにして、磁気酸化物がバリウムフェ ライト材料を更に備える磁石コア。
31. ３１．請求の範囲第２９項に記載の磁石コアにして、前記本体が長く、前記本体 の断面形状が扇形である磁石コア。
32. ３２．磁石コア用の磁石を製造する方法にして、磁気領域と、第１の面と、第２ 及び第３の相互に略反対の面とを有し、第１の面が第２及び第３の面に対して略 直角に位置決めされる、強磁性材料から成る本体を形成することと、 第１の面と第２及び第３の面との間にて略広がる湾曲経路に沿って磁界線を発生 させるように動作可能である磁化手段を第１、第２及び第３の面に関して位置決 めすることと、 前記磁化手段を作用させ、前記経路に沿った領域を磁化すると共に、それぞれ第 １、第２及び第３の面に第１、第２及び第３の残留磁気の磁極面を発生させ、第 １の極面が第１の極性であり、第２及び第３の極面が第１の極面の極性と逆の極 性であるようにすることとを含む方法。
33. ３３．請求の範囲第３２項に記載の方法にして、第１の面から離間した位置に誘 電コイルを位置決めし、第１の面を通りかつ広がって第２及び第３の面に入り又 は該第２及び第３の面から出る経路に沿って磁化磁界線を発生させることを更に 備える方法。
34. ３４．請求の範囲第３２項に記載の方法にして、強磁性材料をバインダにより混 合し、フィラーを提供することと、第１の側部、第２及び第３の略反対の側部を 有する金型キャビティであって、第１の側部が第２及び第３の側部に対して略直 角に位置決めされ、それぞれ第１、第２及び第３の面を形成する金型キャビティ を提供することと、本体を形成するのに十分な方法にて金型キャビティ内にフィ ラーを射出することと、 キャビティの第１の側部から離間した位置に誘電コイルを位置決めし、第１の側 部を通って伸長しかつ広がり、第２及び第３の側部に入り又は該第２及び第３の 側部から出る経路に沿って磁界線を発生させることと、形成された本体を固化し て少なくとも半剛性状態にし、磁石を提供することとを含む方法。
35. ３５．請求の範囲第３４項に記載の方法にして、本体を機械加工し、所定の形状 にすることを更に含む方法。
36. ３６．磁石コア内に使用される磁石にして、請求の範囲第３２項又は第３４項の 方法により形成される磁石。
37. ３７．周縁面を有する多数の棒磁石コアを製造する方法にして、複数の棒磁石を 提供することであって、各磁石を提供することが、（ａ）磁気領域を有する強磁 性材料から成る本体を形成することと、（ｂ）第１及び第２の複数の磁気領域を 磁化し、第１の磁極面、第２及び第３の相互に略反対の磁極面を提供することと を含み、第１の磁極面が第１の極性を有し、前記第２及び第３の磁極面に対して 略直角に位置決めされ、第２及び第３の磁極面が第１の磁極面の極性と逆の極性 であり、第１及び第２の複数の領域が第１の極面と第２及び第３の極面との間に て略広がる湾曲経路に沿って整列されるようにすることを含む棒磁石を提供する ことと、各棒磁石の第１の極面をコアの周縁面にて方向決めすることと、各磁石 の第２及び第３の磁極面をそれぞれ隣接する棒磁石の第２及び第３の磁極面に隣 接して方向決めすることと、 方向決めした磁石を相互に接続し、堅いコアを形成することとを含む方法。
38. ３８．請求の範囲第３７項に記載の方法にして、前記接続することが、各棒磁石 を支持体上の第１の保持手段の選択された１つに、及び棒磁石上の第２の相補的 な保持手段に取り付けることを更に含む方法。
39. ３９．請求の範囲第３７項に記載の方法により形成される多数棒磁石コア。
40. ４０．磁石コア用の磁石にして、 磁気領域を有する強磁性材料から成る本体を形成することと、第１及び第２の複 数の磁気領域を磁化し、第１の磁極面、第２及び第３の相互に反対の磁極面を提 供することとを含み、第１の磁極面が第１の極性であり、前記第２及び第３の磁 極面に対して略直角に位置決めされ、第２及び第３の磁極面が第１の磁極面の極 性と逆の極性であり、第１及び第２の複数の領域が第１の磁極面と第２及び第３ の磁極面との間にて略広がる湾曲経路に沿って整列されるようにする方法により 製造される磁石。
41. ４１．磁石コア用の磁石にして、 磁気領域と、第１の面と、第２及び第３の相互に略反対の面とを有し、第１の面 が第２及び第３の面に対して略直角に位置決めされる本体を強磁性材料にて形成 することと、 第１の面と第２及び第３の面との間にて略広がる湾曲経路に沿って磁界線を発生 させるように動作可能な磁化手段を第１、第２及び第３の面に関して位置決めす ることと、 前記磁化手段を作用させ、前記経路に沿った領域を磁化すると共に、それぞれ第 １、第２及び第３の面にて第１、第２及び第３の残留磁磁極面を発生させ、第１ の極面が第１の極性であり、第２及び第３の極面が第１の極面の極性と逆の極性 であるようにすることとを含む方法により製造される磁石。