JPH0887178A

JPH0887178A - マグネットロールおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0887178A
Application number: JP22174894A
Authority: JP
Inventors: Keitaro Yamashita; 恵太郎山下
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Hitachi Metals Kiko Co Ltd
Current assignee: Neomax Kiko Co Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】小直径のものであっても、磁気特性および強
度を確保し、低コストで製作し得るマグネットロールお
よびその製造方法を提供する。【構成】粉末焼結磁石材料により中空円筒状に一体成
形してなる永久磁石部材に支持軸を固着して形成したマ
グネットロールにおいて、塑性変形可能な材料からな
り、一方の端部に支持軸を他方の端部の外周に複数個の
突起を有する圧入部を各々形成した軸部材を、永久磁石
部材の少なくとも一方の端部の中空部に圧入部を介して
圧入係合させると共に、前記突起の塑性変形により軸部
材が永久磁石部材に固着されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真や静電記録等に
おいて現像ロール用若しくはクリーニングロール用とし
て使用されるマグネットロールおよびその製造方法に関
するものであり、特に小口径のものを低コストで製作し
得るマグネットロールおよびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来電子写真や静電記録等において、現
像ロール用若しくはクリーニングロール用として使用さ
れるマグネットロールは、例えば図６に示すような構造
のものが最も一般的である。図６において、１は永久磁
石部材であり、例えばハードフェライトのような粉末焼
結磁石材料により、若しくは強磁性粉末材料とバインダ
ーとの混合材料により、中空円筒状に形成し、中心部に
シャフト２を同軸的に固着する。永久磁石部材１の外周
面には軸方向に延びる複数個の磁極（図示せず）を複数
個設けると共に、円周方向にこれらを等間隔若しくは不
等間隔に配設する。次にシャフト２の両方の端部２ａ，
２ｂには、平板状フランジ３およびシャフト付フランジ
４を軸受５，５を介して回転自在に装着し、平板状フラ
ンジ３およびシャフト付フランジ４の外周には中空円筒
状に形成したスリーブ６を嵌着する。なお平板状フラン
ジ３、シャフト付フランジ４およびスリーブ６は、例え
ばアルミニウム合金若しくはステンレス鋼等の非磁性材
料によって形成する。７はシール部材であり、平板状フ
ランジ３とシャフト２の端部２ａとの間に嵌着する。ま
た永久磁石部材１の直径は１０〜６０ｍｍ、長さは２０
０〜３５０ｍｍとする場合が多い。上記の構成により、
永久磁石部材１とスリーブ６との間の相対回転（例えば
永久磁石部材１を固定し、シャフト付フランジ４により
スリーブ６を回転させる）によって、スリーブ６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
現像作業等を行い、若しくは感光体表面から転写後の余
剰の磁性現像剤を吸着して所定のクリーニング作業を行
うのである。なお図６における平板状フランジ３を、図
７に示すように中心部に中空筒状の突出部３ａを設けた
構成とし、シール部材７（図６参照）を省略すると共
に、この突出部３ａを介してスリーブ６の駆動またはス
リーブ６の支持に供する場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の永久磁石部
材１を形成する場合に、まずハードフェライトのような
粉末焼結磁石材料によるものにおいては、例えばバリウ
ムフェライト粒子に適量のポリビニールアルコール（Ｐ
ＶＡ）を添加し、双腕ニーダによって混連した後、造
粒、乾燥した原材料粉末を準備する。次にこの原材料粉
末を、中心部にコアロッドを有し、かつゴム若しくはプ
ラスチックからなる薄膜の袋体中に充填して、油、グリ
セリン、水などの液体中に入れ、液圧を印加することに
よって周囲から加圧成形（静水圧成形若しくはラバープ
レス）し、焼成して中空円筒状の素材を成形する。

【０００４】上記素材の中空穴に別途準備したシャフト
（図６における符号２参照）を接着剤を介して固着した
後、所定の加工を施し、外周面に軸線方向に延びる複数
個の磁極を設けるのである。しかしながら上記のような
手段によるときには、原材料粉末から素材を成形する作
業が比較的煩雑であることに加えて、素材の中空穴にシ
ャフトを固着する作業もまた煩雑であり、製作組立工程
数が大となり、製作コストが高騰するという問題があ
る。特に素材の中空穴とシャフトとは遊合状態であるた
め、両者の間隔に接着剤を完全に充填する必要があり、
このため素材とシャフトとを組み合わせた場合に、余剰
の接着剤を除去清掃する必要がある。更に接着剤の硬化
のための加熱が必要であるという欠点がある。

【０００５】一方フェライト粒子と熱可塑性樹脂材料と
の混合物を主成分とする所謂ボンド磁石によって永久磁
石部材１を成形する手段も常用されている。この場合に
は射出成形用金型を使用し、予め成形用空間の所定個所
にシャフト２をインサートしておき、上記熱可塑性樹脂
材料を加熱溶融状態として、成形用空間内に注入充填
し、冷却固化後に取り出せばよい。なお磁気特性を向上
させるために、上記射出成形用金型中に磁場発生手段を
設けておき、異方性を付与する磁場中成形手段が常用さ
れている。上記のような異方性ボンド磁石によって製作
された永久磁石部材は、比較的製作工数が小であると共
に、軽量であるという利点がある反面において、射出成
形用金型が複雑となると共に、磁極数が多い場合には磁
場中成形が不可能な事態も発生する。特に永久磁石部材
の直径が、例えば２０ｍｍ以下の小径のものにおいて
は、磁場発生手段相互間が接近、若しくは当接すること
となり、実質的に射出成形用金型の製作が不可能な場合
がある。従って着磁パターンの自由度が小であるという
問題点がある。

【０００６】また上記のようなボンド磁石によるマグネ
ットロールの例として、中心部のシャフト２を省略し、
かつ全長に亘って等径に形成したものも提案されている
（例えば特開昭６２−８１００９号、実開平５−５０４
６９号公報参照）。このような構成とすることにより、
シャフト２を必要とせず、磁気設計が容易に行えると共
に小径でも充分な磁力が得られるとしている。しかしな
がら上記構成のマグネットロールにおいては、全長に亘
って等径に形成されているため、軸受部分の寸法が必然
的に大となり、装置全体を大型化するという欠点があ
る。そこで軸受部分を成形若しくは加工によって小径化
することにより、装置全体の小型化を図ることが考えら
れる。この場合、軸受部分を小径化するための加工は容
易ではあるが、軸受部分の耐摩耗性および強度が不足す
るため、耐久性が劣るという問題点がある。また上記等
径の円柱状磁石の両端部に、キャップ状のシャフト付の
支持金具を設けるという提案もされている（例えば実開
平５−５５５０８号公報参照）。この提案によれば、軸
受部分の小径化が可能となり、耐摩耗性を向上させるこ
とができる。しかしながら、支持金具の同心度および強
度についてはなお問題があり、低コスト化についても疑
問があり、実用性の点で更に改良を要するところがあ
る。

【０００７】上記ボンド磁石によるものの強度上の問題
点を解決するために、本出願人はフェライト系焼結磁石
材料により全長に亘って一体の円筒体を形成し、この円
筒体の両端部に中間部より小径の軸部を形成する、とい
う内容の提案を行っている（特願平５−１３７１５３
号）。上記の提案により、磁気特性が高く、着磁パター
ンの自由度が大であるマグネットロールを比較的容易に
製作できる、という効果が期待できるが、未だ若干の問
題点が存在する。すなわちフェライト系焼結磁石材料か
ら円筒体は硬質であるため、両端部に軸部を形成するに
は研削作業に依存しなければならないと共に、軸部を形
成するための研削代が大であるため、研削作業に時間を
要するという問題点がある。またフェライト系焼結磁石
材料は脆性であるため、研削により形成された軸部の強
度が不足し、研削加工以後の着磁工程その他の作業工程
における取扱い中において、非所望な折損、欠損等の事
故が発生し易いという問題点がある。本発明は上記従来
技術および改良発明に存在する問題点を解決し、小直径
のものであっても、磁気特性および強度を確保し、低コ
ストで製作し得るマグネットロールおよびその製造方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、まず第１の発明においては、粉末焼結磁石材料によ
り中空円筒状に一体成形してなる永久磁石部材に回転軸
を固着して形成したマグネットロールにおいて、塑性変
形可能な材料からなり、一方の端部に支持軸を他方の端
部の外周に軸方向に伸長する複数個の突状を有する圧入
部を各々形成した軸部材を、永久磁石部材の少なくとも
一方の端部の中空部に圧入部を介して圧入係合させると
共に、前記突起の塑性変形により軸部材が永久磁石部材
に固着されるように構成する、という技術的手段を採用
した。上記の発明において、軸部材をアルミニウム合
金、Ｚｎ合金、真ちゅう等の非鉄合金により形成するこ
とができる。この場合において突状の山および谷の部分
に丸味を付してもよい。また圧入部の突状は下記のよう
な寸法関係に設定することが好ましい。ｄ₂＝ｄｉ＋（０．２〜０．５ｍｍ）ｄ_P＝（ｄ₁＋ｄ₂）／２≒ｄｉＬ₃＝５〜２０ｍｍ但し、ｄｉ：永久磁石部材の端部の中空部の内径ｄ₁ ：突条の谷の直径ｄ₂ ：突条の山の直径ｄ_P ：突条のピッチ径Ｌｓ：軸部材の圧入部の軸方向長さ

【０００９】上記の場合において、ｄ₂がｄｉ＋０．２
ｍ未満であると軸部材の圧入による固着強度が不足する
ため好ましくない。一方ｄ₂がｄｉ＋０．５ｍｍを越え
ると、圧入代が大となりすぎて、軸部材の永久磁石部材
への圧入が固着作業が困難となるのみならず、圧入部の
塑性変形量が大となり、ばりその他の余剰材料がはみ出
すこととなるため不都合である。またＬｓが５ｍｍ未満
では、圧入部の軸方向長さが不足して、軸部材の曲げに
対する強度が確保できず、軸部材に所謂「倒れ」が発生
し易くなり、永久磁石部材との軸線の同一性を損なうこ
ととなるため好ましくない。一方Ｌｓが２０ｍｍを越え
ると、圧入部の軸方向長さが過大となり、軸部材の永久
磁石部材への圧入固着作業が困難となるため不都合であ
る。なお突条のピッチ径ｄ_Pは、中空の内径ｄｉと略等
しく設定すると、軸部材の固着強度を確保し得ると共
に、軸部材の永久磁石部材への圧入固着作業を容易に行
い得る。

【００１０】次に第２の発明においては、粉末焼結磁石
材料により中空円筒状に一体成形してなる永久磁石部材
に支持軸を固着して形成したマグネットロールの製造方
法において、永久磁石部材の外周を加工し、塑性変形可
能な材料からなり、一方の端部に回転軸を他方の端部の
外周に軸方向に伸長する複数個の突条を有する圧入部を
各々形成した軸部材を、永久磁石部材の両端部の中空部
に圧入部を介して圧入固着し、永久磁石部材の外周を基
準として軸部材の支持軸の外周を加工する、という技術
的手段を採用した。更に第３の発明においては、粉末焼
結磁石材料により中空円筒状に一体成形してなる永久磁
石部材に支持軸を固着して形成したマグネットロールの
製造方法において、永久磁石部材の両端部の中空部を基
準として永久磁石部材の外周を加工し、塑性変形可能な
材料からなり、一方の端部に支持軸を他方の端部の外周
に軸方向に伸長する複数個の突条を有する圧入部を各々
形成した軸部材を、永久磁石部材の両端部の中空部に圧
入部を介して圧入固着する、という技術的手段を採用し
た。

【００１１】

【作用】上記の構成により、永久磁石部材の成形が容易
であることは勿論のこと、軸部材の固着強度を大幅に向
上させ得る。また軸部材の回転軸と永久磁石部材との同
心度が確保されると共に、その固着作業が容易となり、
製造コストを低減させ得るのである。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部断面構成説
明図である。図１において永久磁石部材１は、フェライ
ト焼結磁石（日立金属製ＹＢＭ−３）により、例えば
外径ｄｍ＝１３．７ｍｍ、内径ｄｉ＝４ｍｍ、軸方向長
さＬｍ＝２２３ｍｍの中空円筒状に形成する。このよう
な中空円筒状の永久磁石部材１を形成するには、前記の
ような静水圧成形若しくはラバープレスによっても成形
可能であるが、押出成形手段によっても成形することが
できる。次に永久磁石部材を構成する原材料について記
述する。まず粒径０．７〜１．５μｍのマグネトプラン
バイト型結晶構造を有するフェライト粒子（ＭＯ・ｎＦ
ｅ₂Ｏ₃：Ｍ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂの内１種以上、ｎ＝５〜
６）と、水およびアルコールのような混合液とを充分に
混合して泥状若しくは軟膏状の原材料を作製する。この
場合において、フェライト粒子の粒径が小さすぎると押
出成形時の成形性が低下し、一方粒径が大きすぎると、
焼結体の密度が低下し、磁気特性が低下するため好まし
くない。従って粒径は０．７〜１．５μｍの範囲のもの
を使用するのがよい。

【００１３】フェライト粒子に添加する混合液の量が少
なすぎると、原材料の粘性が大となり、押出成形時の成
形性が低下すると共に、成形体の密度に局部的バラツキ
を発生し、焼結時においてクラックを発生させることと
なるため好ましくない。一方混合液の添加量が多すぎる
と、成形体の乾燥時においてクラックを発生し、また成
形時における高密度が得られなくなるため不都合であ
る。従って混合液の添加量はフェライト粒子に対して１
０〜３０重量％の範囲とするのがよい。なおフェライト
粒子にメチルセルローズ、カルボキシメチルセルローズ
のような有機結合剤を添加することにより、成形性を向
上させることができる。しかしながら、有機結合剤の添
加量が多すぎると、押出成形時にクラックが発生し、焼
結時においてこのクラックを進展させることとなるため
好ましくない。従ってフェライト粒子に対する上記有機
結合剤の添加量は２重量％以下、好ましくは０．５〜
１．０重量％とするのがよい。更にフェライト粒子に
０．１〜３重量％のＢ₂Ｏ₃，ＣａＯ，ＳｉＯ₂のような
酸化物を添加することにより、焼結体の密度を向上さ
せ、磁気特性を向上させることができる。上記のように
して調製した原材料を公知の押出成形手段により、押出
成形し、所定の長さに切断した後、乾燥工程を経て前記
混合液を除去し、所定温度で焼結して焼結体を形成す
る。上記のようにして形成した焼結体は、次に従来技術
におけると同様に外周面を研削加工により平滑化した
後、所定寸法に仕上げられる。永久磁石部材を構成する
ための上記焼結体は、直径寸法と比較して軸方向の長さ
寸法が大である長尺状の円筒体であるため、および焼結
体の硬度が大であるため、寸法精度（フレなど）の点か
ら外周面の加工は芯なし研削加工によることが好まし
い。上記芯なし研削加工によると、外径寸法公差２０〜
５０μｍの高精度の加工が可能であり、真直度の高い中
空円筒状の永久磁石部材が得られる。特に本発明の軸部
圧入固定方式には機械的強度の高い焼結永久磁石材料が
最適である。

【００１４】次に図１おいて１１は軸部材であり、塑性
変形可能な材料、例えばＡ３００３，Ａ５０５２，Ａ５
０５６等のアルミニウム合金により、一方の端部に支持
軸１２を、他方の端部に圧入部１３を各々形成し、中間
部にストッパ部１４を形成する。なお圧入部１３は、外
径４．５ｍｍで、全周に亘って所定間隔をおいて突条を
形成し、その軸方向長さＬｓを１５ｍｍとする。一方支
持軸１２の外径ｄｓは、組込まれる装置の仕様と対応し
て定められるが、例えば６ｍｍに形成する。図２（ａ）
は図１における圧入部１３を示す要部拡大説明図であ
り、外周部には軸方向に伸長する複数の突条１５が形成
されている。なおｄ₁，ｄ₂，ｄ_Pは夫々突条の谷の直
径、山の直径、およびピッチ径である。この場合ｄ_Pは
（（ｄ₁＋ｄ₂）／２）に形成され、前記図１に示す永久
磁石材料１の端部の中空部１ａの内径ｄｉと略等しく形
成されるのが好ましい。上記の構成により、軸部材１１
を図１に示すようにして圧入部１３を介して中空部１ａ
に圧入すれば、軸部材１１を永久磁石部材１の端部に強
固に固着することができる。この場合、図２に示す突条
１５が図１に示す中空部１ａによって塑性変形するか
ら、軸部材１１の圧入作業を容易にすると共に、中空部
１ａと強固に密着するため、固着強度を向上させること
ができる。なお圧入部１３と中空部１ａとに接着剤を併
用することもできる。

【００１５】次に図３は本発明の実施例における圧入治
具の例を示す縦断面図であり、例えばステンレス鋼によ
り中空円筒状に形成する。圧入治具１６内には支持部１
７，１８，１９を夫々設けるが、これらの支持部１７〜
１９の形状寸法は夫々前記図１に示す支持軸１２、スト
ッパ部１４および永久磁石部材１の形状寸法と対応させ
て形成する。図４は図３の圧入治具１６による圧入の態
様を示す説明図である。図４において、まず圧入治具１
６内に軸部材１１を挿入し、軸部材１１の支持軸１２お
よびストッパ部１４を各々圧入治具１６内の支持部１
７，１８内に位置決めする。次に永久磁石部材１を圧入
治具１６の支持部１９に沿って矢印方向に圧入すれば、
軸部材１１の圧入部１３が永久磁石部材１の中空部１ａ
内に圧入され、軸部材１１を永久磁石部材１に前記のよ
うな態様により強固に固着することができるのである。

【００１６】本発明の対象であるマグネットロールは、
永久磁石部材１の軸線と軸部材１１の軸線とを同心にす
ることが要求されるのであるが、上記両軸線を同心にす
るための製造手段について次に説明する。まず第１の手
段としては、図１に示す永久磁石部材１の外周を、例え
ばセンタレス研削によって加工した後、図４に記すよう
にして軸部材１１を圧入固着する。次に永久磁石部材１
の外周を基準として軸部材１１の支持軸１２の外周を、
例えば研削若しくは旋削によって加工すれば、永久磁石
部材１の軸線と軸部材１１の軸線とを同心に形成するこ
とができる。次に第２の手段としては、まず図１に示す
永久磁石部材１の両端部の中空部１ａを回転センターの
基準部とする。そしてこの基準部にマンドレル（図示せ
ず）を嵌入させ、例えば両端支持により永久磁石部材１
の外周を研削加工する。その後マンドレルを除去して、
支持軸１２と圧入部１３とを同心に形成された軸部材１
１を、前記図４に示すようにして永久磁石部材１に圧入
固着するのである。

【００１７】上記の実施例においては、永久磁石部材１
をフェライト系の焼結磁石材料によって形成した例につ
いて記述したが、希土類系の焼結磁石材料によって形成
することもできる。また軸部材１１を形成する材料とし
ては塑性変形可能であり、所定の機械的強度を具有する
ものである限り、非磁性材料または磁性材料を使用する
ことができ、エンジニアリングプラスチック等の非金属
材料も使用することができる。更に図２（ｂ）に示すよ
うに軸部材１１に形成する圧入部１３の一部のみに突条
１５を形成してもよい。また軸部材１１を永久磁石部材
１の一方の端部に設け、他方の端部の支持手段として永
久磁石部材１の外周若しくは中空部を直接的に摺動面と
する態様としてもよい。更に永久磁石部材の中空部の形
状は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように非円形にしても
よい。これにより中空部に圧入された軸部材の円周方向
の回り止めをより強固に行うことができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏することができる。（１）永久磁石部材を粉末焼結磁石材料によって形成す
るため、小直径のものであっても磁気特性および強度を
確保することができる。（２）軸部材の圧入部の塑性変形によって永久磁石部材
と圧入固着するため、固着強度を向上させ得る。（３）軸部材と永久磁石部材との軸線を同心にすること
ができ、マグネットロールに要求される特性を向上させ
得る。（４）軸部材と永久磁石部材との圧入固着作業が容易で
あるため、製造コストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部断面構成説明図であ
る。

【図２】図１における圧入部１３を示す要部拡大説明図
である。

【図３】本発明の実施例における圧入治具の例を示す縦
断面図である。

【図４】図３の圧入治具１６による圧入の態様を示す説
明図である。

【図５】本発明における永久磁石部材の他の形状を示す
側面図である。

【図６】従来のマグネットロールの例を示す一部省略縦
断面図である。

【図７】従来のマグネットロールの他の例を示す要部縦
断面図である。

【符号の説明】

１永久磁石部材、１１軸部材、１３圧入部、
１５突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉末焼結磁石材料により中空円筒状に一
体成形してなる永久磁石部材に回転軸を固着して形成し
たマグネットロールにおいて、塑性変形可能な材料からなり、一方の端部に支持軸を他
方の端部の外周に軸方向に伸長する複数個の突条を有す
る圧入部を各々形成した軸部材を、永久磁石部材の少な
くとも一方の端部の中空部に圧入部を介して圧入係合さ
せると共に、前記突起の塑性変形により軸部材が永久磁
石部材に固着されるように構成したことを特徴とするマ
グネットロール。
【請求項２】軸部材を非鉄合金により形成したことを
特徴とする請求項１記載のマグネットロール。
【請求項３】ｄ₂＝ｄｉ＋（０．２〜０．５ｍｍ）ｄ_P＝（ｄ₁＋ｄ₂）／２≒ｄｉＬ₃＝５〜２０ｍｍ但し、ｄｉ：永久磁石部材の端部の中空部の内径ｄ₁ ：突状の谷の直径ｄ₂ ：突状の山の直径ｄ_P ：突状のピッチ径としたことを特徴とする請求項２記載のマグネットロー
ル。
【請求項４】粉末焼結磁石材料により中空円筒状に一
体成形してなる永久磁石部材に回転軸を固着して形成し
たマグネットロールの製造方法において、永久磁石部材の外周を加工し、塑性変形可能な材料から
なり、一方の端部に支持軸を他方の端部の外周に軸方向
に伸長する複数個の突条を有する圧入部を各々形成した
軸部材を、永久磁石部材の両端部の中央部に圧入部を介
して圧入固着し、永久磁石部材の外周を基準として軸部
材の支持軸の外周を加工することを特徴とするマグネッ
トロールの製造方法。
【請求項５】粉末焼結磁石材料により中空円筒状に一
体成形してなる永久磁石部材に支持軸を固着して形成し
たマグネットロールの製造方法において、永久磁石部材の両端部の中空部を外周加工の基準とし、
永久磁石部材の外周を加工し、塑性変形可能な材料から
なり、一方の端部に支持軸を他方の端部の外周に軸方向
に伸長する複数個の突条を有する圧入部を各々形成した
軸部材を、永久磁石部材の両端部の中空部に圧入部を介
して圧入固着することを特徴とするマグネットロールの
製造方法。