KR100336196B1

KR100336196B1 - 현상 장치 및 현상 장치용 마그넷 롤러

Info

Publication number: KR100336196B1
Application number: KR1020000027937A
Authority: KR
Inventors: 이마무라츠요시; 고에츠카교타; 이시구로게니치
Original assignee: 이토가 미찌야; 가부시키가이샤 리코
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2002-05-10
Also published as: DE60000671D1; JP2000330380A; CN1274873A; EP1055977B1; CN1129041C; US6330415B1; EP1055977A1; KR20010020888A; DE60000671T2

Abstract

본 발명은 마그넷 롤러의 축 방향 자력에 의해 현상제가 치우치는 것을 방지하고, 축 방향으로 균일한 화상을 형성할 수 있는 현상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 그 현상 장치에 이용하는 축 방향의 자력이 적은 현상 장치용 마그넷 롤러를 제공한다. 표면에 현상제(4)를 담지(擔持)하는 회전이 자유로운 슬리브(3A)와, 이 슬리브(3A) 내에 설치되어, 복수 개의 자극을 갖는 고정된 마그넷 롤러(3B)와, 슬리브(3A)상에 담지된 현상제(4)의 양을 규제하는 닥터 블레이드(8)를 구비한 현상 장치(2)에 있어서, 마그넷 롤러(3B)의 복수 개의 자극 중에서 닥터 블레이드(8)에 대향하는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 축 방향 중앙 영역에 있어서 2.5% 이하가 되도록 구성하였다.

Description

현상 장치 및 현상 장치용 마그넷 롤러{DEVELOPING DEVICE AND MAGNET ROLLER FOR DEVELOPING DEVICE}

본 발명은 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 화상 형성 장치에 이용되는 현상 장치 및 이것에 이용되는 현상 장치용 마그넷 롤러에 관한 것이다.

종래부터, 상 담지체에 형성된 정전 잠상을 가시상화하여 기록 화상을 얻는 복사기, 팩시밀리, 레이저 프린터 등의 화상 형성 장치가 알려져 있다. 이 화상 형성 장치에 이용되는 현상 장치에는, 현상제 담지체로서 마그넷 롤러를 채용한 것이 있다. 마그넷 롤러는 자력을 이용하여 현상제의 담지 및 반송을 행하기 때문에, 정전기력만을 이용하여 현상제의 담지 및 반송을 행하는 비자성 롤러에 비하여 환경 변화에 대한 안정성, 고속 대응성이라는 이점이 있어서 널리 이용되고 있다. 이 현상 장치에 이용되는 현상제로는 자성 토너를 이용하는 것과, 자성 캐리어와 비자성 토너로 이루어진 2성분 현상제를 이용하는 것이 있다. 이 현상제는 화상 형성 장치의 현상 속도, 화질 등에 의해 적당한 것이 선택되고 있다.

이 현상 장치의 대표적인 것으로서, 고정된 자석(마그넷 롤러)을 내포하는 회전이 자유로운 슬리브로 이루어진 현상 롤러에 의해 2성분 현상제를 담지 및 반송하는 현상 장치가 있다. 이 현상 장치에서는, 다음과 같은 동작이 행해진다.

1. 자석의 자력에 의해 현상제를 슬리브상으로 끌어당긴다(올려놓기; lift up).

2. 현상제 규제 부재(이하, 닥터 블레이드라고 함)를 회전하는 슬리브상의 현상제에 접촉 또는 갭을 가지고 배치하며 슬리브상의 현상제의 양을 규제한다(반송).

3. 상 담지체와 대향하는 현상 영역에서 현상제를 자성 캐리어가 이어진 상태로 하여, 상 담지체상의 정전 잠상을 현상한다(현상).

4. 현상제를 현상 장치 내로 반송한다(회수).

5. 슬리브로부터 현상제를 이탈시켜, 현상 장치 내로 되돌린다(현장제 분리).

상기 동작을 행하기 위해, 현상 롤러는 도 3(a)의 단면도에 도시한 자계를 발생하고 있다. 그리고 현상 롤러의 반경 방향 자속 밀도 및 접선 방향 자속 밀도가 적절한 범위가 되도록 규정되어 있다(도 3(b) 참조).

또한, 이러한 현상 장치 중에서 도 1에 도시된 바와 같이, 소형화를 위해, 현상제를 축 방향으로 교반하기 위한 현상제 교반 부재를 구비하지 않은 것이 제안되어 있다.

이 현상 장치에서는, 보급된 토너와 현상제를 마그넷 롤러의 자력과 슬리브의 회전에 의한 자성 캐리어의 작용에 따라 교반하고 있다.

그런데, 마그넷 롤러가 발생하는 자계는 축 방향의 자력 성분을 가지고 있다. 도 4는 마그넷 롤러의 축 방향의 자속 밀도의 벡터를 나타내는 것이다. 마그넷 롤러가 축 방향의 자력을 가지고 있으면, 마그넷 롤러의 반경 방향 자속 밀도 및 접선 방향 자속 밀도가 같아도 현상제의 작용은 달라지게 된다. 마그넷 롤러의 축 방향의 자력에 의해 현상제는 축 방향으로 끌어당겨져 이동한다. 현상제의 이동은약간씩은 있지만, 반복함으로써, 시간이 경과함에 따라 무시할 수 없는 크기가 되고, 축 방향에 관하여 담지하는 현상제의 양이나 토너 농도 등의 치우침을 일으키게 된다. 이러한 축 방향에 관한 현상제의 치우침이 커지면, 현상 능력의 차를 일으키고, 축 방향에 관하여 불균일한 화상을 형성하게 된다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같은 현상제를 축 방향으로 교반하기 위한 현상제 교반 부재를 구비하고 있지 않은 현상 장치에서는, 마그넷 롤러의 자력과 슬리브의 회전에 의한 자성 캐리어의 작용에 따라서만 현상제를 교반하고 있기 때문에, 축 방향의 자력에 의한 영향은 커지게 된다.

상술한 마그넷 롤러의 축 방향의 자력에 의한 현상제의 치우침은 현상 장치의 닥터 블레이드로 슬리브상의 현상제의 양을 규제할 때에 현저하게 나타난다. 이것은 도 2에 도시된 바와 같이, 슬리브와 닥터 블레이드와의 갭을 통과한 이외의 현상제는 닥터 블레이드와의 충돌에 의해 순간적으로 슬리브에 유지되지 않고, 마그넷 롤러의 자력만을 받는 상태가 된다. 이러한 상태에서는 마그넷 롤러의 축 방향의 자력에 의한 현상제의 이동이 쉽게 일어난다. 그리고, 이러한 현상제의 이동을 반복함으로써, 축 방향의 현상제의 치우침은 현저해진다.

또한, 현상 영역 근방에 있어서도, 마그넷 롤러의 축 방향의 자력에 의한 현상제의 치우침은 발생한다. 마그넷 롤러와 상 담지체가 대향하는 현상 영역의 앞에서는, 반송되어 온 현상제가 체류하는 현상제의 괴임이라 불리는 상태가 발생한다. 이 현상제 괴임부의 현상제는 슬리브에 유지되어 있는 현상제보다 축 방향의 자력에 의한 영향을 쉽게 받는다. 이 때문에, 현상 영역 근방에서도 마그넷 롤러의 축방향의 자력에 의한 현상제의 치우침이 쉽게 발생한다.

여기서, 마그넷 롤러가 축 방향의 자력을 갖는 원인으로서, 마그넷 롤러 단부, 구체적으로는 단면으로부터 30 mm 정도의 영역에서의 자계의 단부 둘레에 형성됨에 따른 자기 회로 형성(도 4 참조)과, 마그넷 롤러의 수지 중에 배향된 페라이트 방향이 축 방향에 대하여 각도를 갖는 것을 들 수 있다. 전자는 형상으로부터 필연적인 것으로 회피하기 곤란하다. 한편, 후자는 마그넷 롤러 제조 공정 중의 성형 공정이 깊게 관여하고 있다.

마그넷 롤러의 제조 방법은 일반적으로 사출 자장 성형 또는 압출 자장 성형 방법에 의해 수지 중에서 페라이트를 축 방향으로 배향시키면서 성형한다. 사출 자장 성형의 경우는 수지의 유동 방법이나 보압 상태에서의 압력 분포에 따라 페라이트의 배향에 편차가 생긴다. 그 중에서도, 압력 분포는 컨트롤이 곤란하다. 이 때문에, 사출 자장 성형으로써 페라이트가 축 방향에 대하여 각도를 가지고 배향하는 것을 억제하며, 마그넷 롤러의 축 방향의 자력을 감소시키기는 어렵다.

한편, 압출 자장 성형의 경우는 수지의 흐름에 따라 페라이트의 배향에 편차가 생긴다. 도 7의 (a)는 압형 자장 성형에 있어서의 수지의 흐름 설명도이다. 페라이트(11: 도 7의 (b) 참조)와 수지(10)의 혼합물은, 헤드(12)에 의해, 페라이트(11: 도 7의 (b) 참조)를 배향시키는 배향 다이(orientation die: 13)를 향해 조절된다. 도 7의 (b)는 배향 다이(13) 중의 수지의 흐름 및 페라이트 방향의 설명도이다. 헤드(12)로부터 배향 다이(13)에 걸쳐 페라이트(11)와 수지(10)의 혼합물을 조절할 때, 수지(10)는 외측으로부터 중심부를 향해 흐르고, 이 흐름에 따라 배향 다이(13)의 입구부에서는, 수지(10)는 속도 경사를 가진 평행류(parallel flow), 즉, 전단류(shear flow; 15)가 된다. 더욱이, 배향 다이(13) 내에 있어서, 수지(10)의 온도 경사나 배향 다이(13)의 마찰력이 있으면, 이들에 의해 전단류(15)가 크게될 수 있다. 이 전단류(15) 때문에, 수지 중의 페라이트(11)는 축 방향에 대하여 각도를 가지고 배향하며, 마그넷 롤러 성형품(16)에는 축 방향의 자력 성분이 발생한다(도 8 참조).

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 첫 번째 목적으로 하는 바는 마그넷 롤러의 축 방향의 자력 성분에 의한 현상제의 치우침을 방지하고, 축 방향으로 균일한 화상을 형성할 수 있는 현상 장치를 제공하는 것이다. 또한 그 두 번째 목적으로 하는 바는 상기 현상 장치에 이용하는 축 방향의 자력 성분이 적은 현상 장치용 마그넷 롤러를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 현상 장치의 개략 구성도.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 현상 장치의 닥터 블레이드 부근의 현상제의 작용 설명도.

도 3의 (a)는 마그넷 롤러의 발생 자계의 설명도, (b)는 마그넷 롤러의 반경 방향 및 접선 방향 자계 분포의 설명도.

도 4는 마그넷 롤러의 축 방향 자속 밀도의 설명도.

도 5는 본 발명의 실시 형태의 현상 장치에 있어서의 마그넷 롤러의 자계 설명도.

도 6의 (a)는 자극 P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 3%인 마그넷 롤러를 이용했을 때의 현상제의 양의 편차를 도시한 도면, (b)는 자극 P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 2%인 마그넷 롤러를 이용했을 때의 현상제의 양의 편차를 도시한 도면, (c)는 자극 P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 1%인 마그넷 롤러를 이용했을 때의 현상제의 양의 편차를 도시한 도면.

도 7의 (a)는 마그넷 롤러를 압형 자장 성형할 때의 수지의 흐름 설명도,(b)는 배향 다이 중의 수지의 흐름 및 페라이트의 방향 설명도.

도 8은 페라이트의 배향 방향과 축 방향 자속 밀도의 관계 설명도.

도 9는 수지의 결정 성분과 유동성의 온도 특성을 나타내는 설명도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 감광체

2 : 현상 장치

3 : 마그넷 롤러

4 : 현상제

5 : 토너

6 : 토너 탱크

7 : 아지테이터(agitator)

8 : 닥터 블레이드

10 : 수지

11 : 페라이트

12 : 헤드

13 : 배향 다이

14 : 냉각수

15 : 전단류

16 : 성형품

상기 첫 번째 목적을 달성하기 위해, 청구범위 제1항의 발명은 표면에 현상제를 담지하는 회전이 자유로운 슬리브와, 이 슬리브 내에 설치되어, 복수 개의 자극을 갖는 고정된 마그넷 롤러와, 상기 슬리브상에 담지된 현상제의 양을 규제하는 현상제 규제 부재를 구비한 현상 장치에 있어서, 상기 마그넷 롤러의 복수 개의 자극 중에서 상기 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 축 방향 중앙 영역에서 2.5% 이하가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제1항의 현상 장치에 있어서는 마그넷 롤러의 단부 영역, 구체적으로는 형상에 따라 자계가 둘레에 형성됨에 따른 축 방향의 자력 성분이 발생하는 영역을 제외한 축 방향 중앙 영역에서의 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비를 2.5% 이하로 하여, 축 방향의 자력을 작게 하였다. 이와 같이, 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 축 방향의 자력을 작게 한 마그넷 롤러를 이용한 현상 장치에서의 축 방향의 현상제의 양의 시간 경과에 따른 변동을 도 6의 (b), (c)에 도시한다. 이러한 현상 장치에서는 현상제 규제 부재와의 충돌에 따라 순간적으로 마그넷 롤러에 유지되지 않고, 마그넷 롤러의 자력만을 받는 상태가 된 현상제도 축 방향으로 이동하기 어려워진다. 그리고, 도 6의 (b), (c)에 도시된 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 축 방향의 자력을 작게 한 마그넷 롤러를 이용한 현상 장치에서는, 축 방향에 관한 현상제의 치우침이 시간 경과에 따라 허용되는 범위가 되는 것을 알 수 있다. 한편, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비를 2.5% 이상으로 한 마그넷 롤러를 이용한 현상 장치에서는, 현상제는 축 방향의 자력에 의해 이동을 반복함으로써, 축 방향에 관한 현상제의 치우침이 시간 경과에 따라 허용되는 범위가 되지 않는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 축 방향 중앙 영역에서의 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비를 2.5% 이하로 한 마그넷 롤러를 이용한 현상 장치에서는, 축 방향에 관한 현상제의 치우침은 쉽게 발생하지 않게 되고, 축 방향에 관해서 균일한 화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 청구범위 제2항의 발명은 청구범위 제1항의 현상 장치에 있어서, 상기마그넷 롤러의 자극 중에서 현상극이 되는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 축 방향 중앙 영역에서 2.5% 이하가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제2항의 현상 장치에 있어서는 축 방향 중앙 영역에서의 현상극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비를 2.5% 이하로 하고, 현상극의 축 방향의 자력을 작게 하였다. 이와 같이, 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 축 방향의 자력에 더하여, 현상극의 축 방향의 자력을 작게 한 마그넷 롤러를 이용하기 때문에, 현상 영역 근방의 현상제 괴임부의 현상제도 축 방향으로 이동하기 어렵게 된다. 이 때문에, 더욱이 축 방향에 관한 현상제의 치우침은 발생하기 어렵게 되고, 축 방향에 관해서 균일한 화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 청구범위 제3항의 발명은 청구범위 제1항의 현상 장치에 있어서, 상기 마그넷 롤러의 각 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 축 방향 중앙 영역에서 2.5% 이하가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제3항의 현상 장치에 있어서는 축 방향 중앙 영역에 있어서의 각 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비를 2.5% 이하로 하고, 모든 자극의 축 방향의 자력을 작게 하였다. 이와 같이 모든 자극의 축 방향의 자력을 작게 한 마그넷 롤러를 이용하기 때문에, 마그넷 롤러 둘레 방향 전역에 있어서, 현상제가 축 방향으로 이동하기 어렵게 된다. 이 때문에, 더욱이 축 방향에 관한 현상제의 치우침은 발생하기 어렵게 되고, 축 방향에 관하여 균일한 화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 청구범위 제4항의 발명은 청구범위 제1항, 제2항 또는 제3항의 현상 장치에 있어서 현상제를 축 방향으로 교반하기 위한 현상제 교반 부재를 구비하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제4항의 현상 장치에 있어서는, 현상제를 축 방향으로 교반하기 위한 현상제 교반 부재를 구비하고 있지 않은 현상 장치에 있어서도, 축 방향의 자력이 작은 마그넷 롤러를 이용하기 때문에, 축 방향의 현상제의 치우침이 작아지고, 축 방향에 관해서 균일한 화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 상기 두 번째 목적을 달성하기 위해, 청구범위 제5항 및 제6항의 발명은 청구범위 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항의 현상 장치에 이용되는 현상 장치용 마그넷 롤러로서, 압형 자장 성형에 의해 페라이트를 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중에 배향시켜 성형 제조한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제5항 및 제6항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서는, 압형 자장 성형을 행할 때, 전단류를 작게 할 수 있는 수지를 이용하여 마그넷 롤러를 성형 제조함으로써, 축 방향의 자력을 작게 한다. 일반적으로, 수지를 적당한 저유동 영역에서 사용하면, 배향 다이 입구부에서 발생하는 속도 경사는 점차로 완화되어 나가고, 전단류는 작아진다. 즉, 전단류를 작게 하기 위해서는 상기 적당한 저유동 영역에서 수지를 사용할 필요가 있다. 도 9에 수지의 유동성의 온도 특성을 나타낸다. 이와 같이, 수지의 유동성은 온도 특성을 지니므로, 수지를 상기 적당한 저유동 영역에서 사용하고자 할, 수지의 온도를 관리하는 것이 중요해진다. 그러나, 결정성 수지는 유동성의 온도 의존성이 크고, 상기 적당한 저유동 영역을 얻는 온도로 관리하기가 어렵다. 더욱이, 배향 다이 내에 있어서, 열원으로부터의 거리에 의한 온도 경사에 따라 유동성 분포가 생기기 쉽고, 전단류가 커지기 쉽다. 한편, 비결정 성분을 포함하는 수지인 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA)는 유동성의 온도 의존성이 작고, 상기 적당한 저유동 영역을 얻는 온도 범위는 넓기 때문에, 온도 관리가 하기 쉽다. 이 때문에, 용이하게 저유동 영역에서 사용할 수 있다. 또한 배향 다이 내에 있어서의 온도 경사가 있다고 해도 유동성 분포가 생기기 어렵기 때문에, 전단류가 쉽게 커지지 않는다. 그래서, 비결정 성분을 포함하는 수지인 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체를 저유동 영역에서 이용함으로써, 압형 자장 성형시에 발생하는 전단류를 작게 한다. 수지의 전단류가 작아지면, 페라이트는 축 방향에 대하여 속도를 갖지 않고, 배향 다이를 따라 배향한다. 따라서, 마그넷 롤러의 축 방향의 자력의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 청구범위 제7항의 발명은 청구범위 제5항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA)의 에틸아크릴레이트(EA)분이 25%∼35%인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제7항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서는 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 비결정 성분인 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 컨트롤함으로써, 수지의 비결정 성분의 비율을 조정한다. 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율이 낮고, 비결정 성분이 적으면, 수지의 유동성의 온도 의존성은 커진다. 이 때문에, 안정한 저유동 영역에서 압형 자장 성형을 행하기 어렵고, 전단류를 작게 할 수 없다. 이 결과, 페라이트는 축방향에 대해서 각도를 가지고, 축 방향의 자력은 소망의 범위보다 커지게 된다. 또한, 결정 성분이 많기 때문에, 성형시에 표면 균열이 발생하기 쉽다고 하는 문제도 있고, 성형성이 손상되어 버린다. 그래서, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 높임으로써, 비결정 성분을 많게 하면, 수지의 유동성의 온도 의존성은 작아진다. 이 때문에, 안정한 저유동 영역에서 압형 자장 성형을 행하는 전단류를 작게 할 수 있다. 이와 같이, 전단류를 작게 하고, 축 방향의 자력 발생을 소망의 범위로 억제하기 위해서는 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 25% 이상으로 할 필요가 있는 것을 실험에 의해 알았다. 그런데, 비결정 성분이 지나치게 많아지면, 수지의 탄성이 높아지기 때문에, 성형시의 변동이 크고, 형상의 편차를 발생시키는 원인이 된다. 이러한, 성형시의 형상 안정성을 얻기 위해서는, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 35% 이하로 하는 것이 필요하다는 것을 실험에 의해 알았다. 이상으로부터, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 25%∼35%의 범위로 함으로써, 축 방향의 자력의 발생이 적고, 또 안정한 형상의 마그넷 롤러를 얻을 수 있다.

또한, 청구범위 제8항 및 제9항의 발명은 청구범위 제5항, 제6항 또는 제7항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서, 윤활제로서 저분자량 폴리프로필렌(PP)을 첨가하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제8항 및 제9항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서는 윤활제로서 저분자량 폴리프로필렌(PP)을 첨가함으로써, 배향 다이와 수지와의 미끄럼성이 좋고, 또한 전단류를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 페라이트는 배향 다이를 따라 배향하기 쉬워지고, 마그넷 롤러의 축 방향의 자력 발생을 억제할 수 있다.

또한, 청구범위 제10항, 제11항, 제12항 및 제13항의 발명은 청구범위 제5항, 제7항, 제8항 또는 제9항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서, TiN 표면 처리를 실시한 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제10항, 제11항, 제12항 및 제13항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서는 TiN 표면 처리한 배향 다이를 이용함으로써, 수지와 배향 다이와의 마찰은 작아지고, 또한 전단류를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 페라이트는 배향 다이를 따라 배향하기 쉬워지고, 마그넷 롤러의 축 방향의 자력 발생을 억제할 수 있다.

또한, 청구범위 제14항, 제15항, 제16항 및 제17항의 발명은 청구범위 제5항, 제7항, 제8항 또는 제9항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서, 배향 다이의 길이(L)와 직경(D)의 비 L/D가 3.3∼4.3인 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구범위 제14항, 제15항, 제16항 및 제17항의 현상 장치용 마그넷 롤러에 있어서는, 배향 다이의 길이(L)와, 직경(D)의 비를 규정함으로써, 배향 다이의 형상을 전단류를 작게 하기 쉬운 것으로 한다. 전술한 바와 같이, 저유동성 수지를 이용하면, 배향 다이 입구부의 전단류의 속도 경사는 배향 다이를 흐름에 따라 점차로 완화되고, 전단류는 작아진다. 그래서, 배향 다이 내에서 속도 경사가 완화되기 위한 충분한 시간을 얻을 수 있도록, 배향 다이의 길이(L)와, 직경(D)의 비를 규정한다. 배향 다이의 직경(D)에 대한 배향 다이의 길이(L)가 지나치게 짧으면,전단류의 속도 경사가 완화되는데 충분한 시간을 얻을 수 없다. 한편, 배향 다이의 직경(D)에 대한 배향 다이의 길이(L)가 지나치게 길면, 배향 다이와 수지와의 마찰력에 의해, 오히려 전단류가 커지게 된다. 이 때문에, 배향 다이의 직경(D)에 대한 길이(L)를 적당한 범위로 하는 것이 요구된다. 실험적으로, 길이(L)와 직경(D)의 비 L/D가 3.3∼4.3인 배향 다이를 이용하여 마그넷 롤러를 제조한 결과, 전단류가 작아지고, 페라이트는 축 방향을 따라 배향하며, 마그넷 롤러의 축 방향의 자력 발생을 억제할 수 있었다.

이하, 본 발명을 화상 형성 장치인 전자 사진 방식의 레이저 프린터(이하, 프린터라 함)에 이용되는 현상 장치와 이것에 이용되는 현상 장치용 마그넷 롤러에 적용한 일실시 형태에 대해서 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 현상 장치(2)의 개략 구성과 현상 롤러(3)의 발생 자계의 설명도이다. 현상 장치(2)는 현상 롤러(3)와, 현상 롤러(3)로 공급하는 토너(5)를 수용한 토너 탱크(6)와, 토너 탱크(6) 내의 토너(5)를 교반하는 아지테이터(7)와, 현상 롤러(3)에 담지된 현상제(4)를 규제하기 위한 닥터 블레이드(8) 등을 구비하고 있다. 현상 롤러(3)는 회전 가능하게 설치된 원통형의 슬리브(3A)와, 이 슬리브(3A) 내에 설치된 마그넷 롤러(3B)로 구성되어 있다. 마그넷 롤러(3B)는 고정되고, 슬리브(3A)는 마그넷 롤러(3B)에 대하여 축선 주위로 회전하도록 되어 있다. 현상제(4)는 비자성 토너(5)와 자성 캐리어(9)로 이루어진 2성분 현상제이다.

여기서, 마그넷 롤러(3B)에는 현상 영역에 대응한 부분에 자극(S극) P1이,현상 영역 통과후의 위치에 대응한 부분에 자극(N극) P2가, 토너(5)가 보급되는 위치에 대응한 부분에 자극(S극) P3이, 닥터 블레이드(8)에 대응한 부분에 자극(N극) P4가 형성되어 있다. 도 3의 (a)는 마그넷 롤러(3B)의 발생 자계의 벡터의 단면도이다. 또한 도 3의 (b)는 마그넷 롤러(3B)의 롤러 반경 방향 자속 밀도 및 접선 방향 자속 밀도롤 도시한 도면이다.

다음에, 현상 장치(2)의 동작에 대해서 설명한다.

현상 장치(2) 내의 현상제(4)는 마그넷 롤러(3B)의 자극 P3의 자력에 의해 마그넷 롤러(3B)로 끌어당겨져 슬리브(3A)상에 담지된다. 담지된 현상제(4)는 슬리브(3A)의 회전에 의해 닥터 블레이드(8)의 위치로 반송되고, 이 닥터 블레이드(8)에 의해 현상제의 양이 규제된다. 닥터 블레이드(8)의 규제에 의해 소정량으로 된 현상제(4)가 슬리브(3A)의 회전과 함께 상 담지체로서의 감광체(1)와 대향하는 현상 영역까지 반송된다. 현상 영역에서는, 자극 P1에 의해 현상제(4)는 자성 캐리어가 이어진 상태가 되고, 이 현상제(4)가 감광체(1)상의 정전 잠상을 현상한다. 현상 영역에서 사용되지 않던 현상제(4), 즉, 닥터 블레이드(8)로 규제된 현상제(4)는 슬리브(3A)로부터 이탈하고, 토너(5)의 보급구측[토너 탱크(6)의 저부측]으로 되돌아온다. 이러한 동작을 행하기 위해, 롤러 반경 방향 자속 밀도 및 접선 방향 자속 밀도가 적절한 범위로 규정되어 있다.

또한, 토너 탱크(6) 내의 토너(5)는 시계 방향으로 회전하는 아지테이터(7)에 의해 교반되고, 현상 영역에서 소비된 만큼, 현상제(4)에 보급된다. 이 보급된 토너(5)는 마그넷 롤러(3B)의 자력과 슬리브(3A)의 회전에 의한 자성 캐리어(9)의작용에 따라 현상제(4)와 함께 교반된다.

그리고, 본 실시 형태의 현상 장치(2)에서는, 마그넷 롤러(3B)로서, 닥터 블레이드(8)에 대응하는 자극 P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 마그넷 롤러(3)의 단부 30 mm를 제외한 중앙 영역에서 2.5% 이하로 한 것을 이용한다. 이와 같이 자극 P4의 축 방향의 자력을 작게 하면, 닥터 블레이드(8)를 통과시키지 않으며, 닥터 블레이드(8)와의 충돌에 의해 순간적으로 슬리브(3A)에 담지되지 않으며, 마그넷 롤러(3B)의 자력만을 받는 상태가 된 현상제(4)의 축 방향의 이동이 억제되고, 시간이 경과함에 따라서도 현상제 담지량이나 토너 농도의 치우침이 거의 문제가 되지 않는 레벨이 된다. 도 6의 (a)∼(c)는 자극 P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 각각 다른 마그넷 롤러(3B)를 이용하여 연속적으로 현상을 행했을 때의 현상제의 양의 변동을 나타낸다. 도 6의 (b)는 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 2%, 도 6의 (c)는 1%인 마그넷 롤러를 이용한 것이다. 또한, 6(a)는 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 3%인 마그넷 롤러를 이용한 것이다. 이 결과, 도 6의 (b), (c)에 도시된 바와 같이, 자극 P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도를 2%, 1%로 한 마그넷 롤러(3B)에서는, 연속적으로 현상을 행했을 때에도, 축 방향의 현상제 담지량은 허용 범위 내가 되는 것이 확인되었다. 그리고, 축 방향에 관하여 균일한 화상을 형성할 수 있었다. 한편, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 자극 P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도를 3%로 한 마그넷 롤러(3B)에서는, 축 방향의 현상제의 이동을 반복함으로써, 시간 경과에 따라서는현상제 담지량의 편차가 허용 범위외가 되고, 축 방향에 관하여 불균일한 화상을 형성하게 되었다.

더욱이, 마그넷 롤러(3B)로서, 현상 영역에 대응하는 자극 P1의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 마그넷 롤러(3B) 단부 30 mm를 제외한 중앙 영역에서 2.5% 이하로 한 것을 이용한다. 자극 P4에 더하여, 이와 같이 자극 P1의 축 방향의 자력을 작게 하면, 현상 영역 직전의 현상제 괴임부의 현상제(4)도 축 방향으로 이동하기 어려워진다. 이 때문에, 더욱이 축 방향에 관한 현상제의 치우침이 발생하기 어렵고, 축 방향에 관해서 균일한 화상을 형성할 수 있다.

게다가, 마그넷 롤러(3B)로서, 모든 자극 P1, P2, P3, P4의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 마그넷 롤러(3B)의 단부 30 mm를 제외한 중앙 영역에서 2.5% 이하로 한 것을 이용한다. 이와 같이 모든 자극의 축 방향의 자력을 작게 하면, 슬리브(3A)의 둘레 방향 전역에 있어서, 현상제(4)가 축 방향으로 이동하기 어렵게 된다. 이 때문에, 또한 축 방향의 현상제의 치우침은 발생하기 어렵고, 축 방향에 관하여 균일한 화상을 형성할 수 있다.

이러한 현상 롤러(3)를 이용함으로써, 현상제를 축 방향으로 교반하기 위한 현상제 교반 부재를 구비하지 않고, 마그넷 롤러(3B)의 자력과 슬리브(3A)의 회전에 의해 현상제를 교반하는 현상 장치(2)에서도, 축 방향의 현상제의 치우침의 발생을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 소형이고, 축 방향에 관해서 균일한 화상을 형성하는 화상 장치를 얻을 수 있다.

여기서, 마그넷 롤러(3B)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

마그넷 롤러(3B)는 압형 자장 성형에 의해 페라이트(11)를 수지(10) 중에 배향시켜 성형 제조한다. 도 7의 (a)는 마그넷 롤러(3B)를 압형 성형할 때의 수지(10)의 흐름 설명도, 도 7의 (b)는 배향 다이(13) 중의 수지(10)의 흐름 및 페라이트(11) 방향의 설명도이다. 일반적인 압출 성형에서는, 헤드(12)로부터 배향 다이(13)에 걸쳐 페라이트(11)와 수지(10)의 혼합물을 조절할 때, 수지(10)는 외측으로부터 중심부를 향하여 흐르고, 이 흐름에 따라 배향 다이(13) 입구부에서는, 수지(10)는 속도 경사를 가진 평행류, 즉, 전단류(15)가 된다. 또한 배향 다이(13) 내에 있어서, 수지(10)의 온도 경사나 배향 다이(13)와의 마찰력이 있으면, 이들 전단류(15)가 커진다. 이 전단류(15)를 위해 수지 중의 페라이트(11)는 축 방향에 대해서 각도를 가지고 배향되며, 일반 마그넷 롤러 성형품(16)에서는 축 방향의 자력이 발생한다(도 8 참조).

그래서, 압형 자장 성형을 행할 때, 전단류(15)를 작게 할 수 있는 수지를 이용하여 마그넷 롤러(3B)를 성형 제조함으로써, 축 방향의 자력 성분을 작게 한다. 일반적으로 수지(10)를 적당한 저유동 영역에서 사용하면, 배향 다이(13) 입구부에서 발생하는 속도 경사가 점차로 완화되어 전단류(15)가 작아진다. 즉, 전단류(15)를 작게 하기 위해서는 적당한 저유동 영역에서 수지(10)를 사용할 필요가 있다. 도 9에 수지(10)의 유동성 온도 특성을 나타낸다. 이와 같이, 수지(10의 유동성은 온도 특성을 갖기 때문에, 수지(10)를 상기 적당한 저유동 영역에서 사용하도록 수지(10)의 온도를 관리할 필요가 있다. 그러나 결정성 수지는 유동성의 온도 의존성이 크고, 적당한 저유동 영역을 얻는 온도로 관리하기는 어렵다. 더욱이,배향 다이(13) 내에 있어서, 열원으로부터의 거리에 의한 온도 경사에 따라 유동성 분포가 생기기 쉽고, 전단류가 커지기 쉽다. 한편, 비결정 성분을 포함하는 수지인 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA)는 유동성의 온도 의존성이 작고, 적당한 저유동 영역을 얻는 온도 범위는 넓기 때문에, 온도 관리가 하기 쉽다. 따라서, 용이하게 저유동 영역에서 사용할 수 있다. 또한, 배향 다이(13) 내에 있어서의 온도 경사가 있다고 해도, 유동성 분포가 생기기 어렵기 때문에, 전단류가 커지기 어렵다. 그래서, 비결정 성분을 포함한 수지인 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체를 저유동 영역에서 이용함으로써, 압형 자장 성형시에 발생하는 전단류(15)를 작게 한다. 수지(10)의 전단류(15)가 작아지면, 페라이트(11)는 축 방향에 대해서 각도를 갖지 않고, 배향 다이(13)를 따라 배향한다. 따라서, 마그넷 롤러(3B)의 축 방향의 자력 발생을 억제할 수 있다.

이와 같이, 수지(10)로서는 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA)를 이용하고, 페라이트(11)로서는 Sr 페라이트 또는 Ba 페라이트를 90∼92 wt% 혼합한 재료를, 필요한 극에 대응한 자장 배향 다이(13)를 이용하여 압형 자장 성형을 행한다. 여기서, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 비결정 성분인 에틸아크릴레이트(EA)의 비율이 적고, 비결정 성분이 적으면, 수지(10)의 유동성의 온도 의존성은 커진다. 이 때문에, 안정한 저유동 영역에서 압형 자장 성형을 행하기 어렵고, 전단류(15)를 작게 하는 것은 불가능하다. 이 결과, 페라이트(11)는 축 방향에 대하여 각도를 가진, 축 방향의 자력은 소망의 범위보다 커지게 된다. 또한, 결정 성분이 많기 때문에, 성형시에 표면 균열이 발생하기 쉽다고 하는 문제도 있고, 성형성이 손상된다. 그래서, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 높임으로써, 비결정 성분을 많게 하면, 수지(10)의 유동성의 온도 의존성은 작아진다. 따라서, 안정한 저유동 영역으로 압형 자장 성형을 행하고, 전단류(15)를 작게 할 수 있다. 이와 같이, 전단류(15)를 작게 하고, 축 방향의 자력 발생을 소망의 범위로 억제하기 위해서는, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 25% 이상으로 할 필요가 있는 것을 실험에 의해 알았다. 그런데, 비결정 성분이 지나치게 많으면, 수지(10)의 탄성이 높아지기 때문에, 성형시의 변동이 크고, 형상의 변화를 발생시키는 원인이 된다. 이러한 성형시의 형상 안정성을 얻기 위해서는 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레아트(EA)의 비율을 35% 이하로 할 필요가 있다는 것을 실험에 의해 알았다. 이상으로부터, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중의 에틸아크릴레이트(EA)의 비율을 25%∼35%의 범위로 함으로써, 축 방향의 자력 발생이 적고, 또, 안정한 형상의 마그넷 롤러를 얻을 수 있다.

더욱이, 윤활제로서 저분자량(PP)을 첨가하면, 배향 다이(13)와의 미끄럼성이 좋고, 또한 전단류(15)를 작게 할 수 있다. 또한 내열성을 향상시키기 위해 인계나 페놀계의 산화 방지제를 첨가할 수 있다.

또한, TiN 표면 처리를 실시한 배향 다이(13)를 이용하면, 수지(10)와 배향 다이(13)의 마찰이 작아지고, 또한 전단류(15)를 작게 할 수 있다.

더욱이, 배향 다이(13)의 형상에 따라 전단류(15)를 작게 하기 쉽게 할 수 있다. 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA)를 이용하면, 배향 다이(13) 입구부의전단류(15)의 속도 경사는 배향 다이(13)를 흐르게 함에 따라 점차로 완화되고, 전단류(15)는 작아진다. 그래서, 배향 다이(13) 내에서 속도 경사가 완화되기 위한 충분한 시간을 얻을 수 있도록, 배향 다이(13)의 길이(L)와, 직경(D)의 비를 규정한다. 배향 다이(13)의 직경(D)에 대한 배향 다이(13)의 길이(L)가 지나치게 짧으면, 전단류(15)의 속도 경사가 완화되는데 충분한 시간을 얻을 수 없다. 한편, 배향 다이(13)의 직경(D)에 대한 배향 다이(13)의 길이(L)가 지나치게 길면, 배향 다이(13)와 수지(10)와의 마찰력에 의해 오히려 전단류가 커진다. 따라서, 배향 다이(13)의 직경(D)에 대한 길이(L)를 적당한 범위로 하는 것이 요구된다. 실험적으로, 길이(L)와 직경(D)의 비 L/D가 3.3∼4.3인 배향 다이(13)를 이용하여 마그넷 롤러(3)를 제조한 결과, 전단류(15)가 작아지고, 페라이트(11)는 축 방향을 따라 배향하며, 마그넷 롤러(3)의 축 방향의 자력 발생을 억제할 수 있었다.

이상 본 발명을 2성분 현상제를 현상 장치 및 이것에 이용하는 마그넷 롤러를 이용하여 설명하였지만, 이 이외에도 자성 현상제를 이용하는 현상 장치 및 이것에 이용하는 마그넷 롤러에도 적용할 수 있으며, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

청구범위 제1항 내지 제4항의 발명에 따르면, 마그넷 롤러의 축 방향의 자력에 의한 현상제의 치우침을 방지하고, 축 방향에 균일한 화상을 형성할 수 있는 현상 장치를 얻을 수 있다고 하는 우수한 효과가 있다.

특히, 청구범위 제4항의 발명에 따르면, 소형이고, 축 방향에 관해서 균일한 화상을 형성하는 현상 장치를 얻을 수 있다고 하는 우수한 효과가 있다.

또한, 청구범위 제5항 내지 제17항의 발명에 따르면, 축 방향의 자력이 적은 현상 장치용 마그넷 롤러를 얻을 수 있다고 하는 우수한 효과가 있다.

특히, 청구범위 제7항의 발명에 따르면, 축 방향의 자력 발생이 적고, 또 안정한 형상의 마그넷 롤러를 얻을 수 있다고 하는 우수한 효과가 있다.

Claims

표면에 현상제를 담지하는 회전이 자유로운 슬리브와, 이 슬리브 내에 설치되어, 복수 개의 자극을 갖는 고정된 마그넷 롤러와, 상기 슬리브상에 담지된 현상제의 양을 규제하는 현상제 규제 부재를 구비한 현상 장치에 있어서,

상기 마그넷 롤러의 복수 개의 자극 중에서 상기 현상제 규제 부재에 대향하는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 축 방향 중앙 영역에서 2.5% 이하가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 현상 장치.
제1항에 있어서, 상기 마그넷 롤러의 자극 중에서 현상제가 되는 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 축 방향 중앙 영역에서 2.5% 이하가 되도록 구성한 것인 현상 장치.
제1항에 있어서, 상기 마그넷 롤러의 각 자극의 반경 방향 자속 밀도에 대한 축 방향 자속 밀도의 비가 축 방향 중앙 영역에서 2.5% 이하가 되도록 구성한 것인 현상 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 현상제를 축 방향으로 교반하기 위한 현상제 교반 부재를 구비하고 있지 않은 것인 현상 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 현상 장치에 이용되는 현상 장치용 마그넷 롤러로서,

압형 자장 성형에 의해, 페라이트를 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중에 배향시켜 성형 제조한 것을 특징으로 하는 현상 장치용 마그넷 롤러.
제4항에 기재한 현상 장치에 이용되는 현상 장치용 마그넷 롤러로서,

압형 자장 성형에 의해, 페라이트를 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA) 중에 배향시켜 성형 제조한 것을 특징으로 하는 현상 장치용 마그넷 롤러.
제5항에 있어서, 상기 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체(EEA)의 에틸아크릴레이트(EA)분이 25%∼35%인 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제5항에 있어서, 윤활제로서 저분저량 폴리프로필렌(PP)을 첨가한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제7항에 있어서, 윤활제로서 저분저량 폴리프로필렌(PP)을 첨가한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제5항에 있어서, TiN 표면 처리를 실시한 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제7항에 있어서, TiN 표면 처리를 실시한 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제8항에 있어서, TiN 표면 처리를 실시한 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제9항에 있어서, TiN 표면 처리를 실시한 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제5항에 있어서, 배향 다이의 길이(L)와 직경(D)의 비 L/D가 3.3∼4.3인 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제7항에 있어서, 배향 다이의 길이(L)와 직경(D)의 비 L/D가 3.3∼4.3인 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제8항에 있어서, 배향 다이의 길이(L)와 직경(D)의 비 L/D가 3.3∼4.3인 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.
제9항에 있어서, 배향 다이의 길이(L)와 직경(D)의 비 L/D가 3.3∼4.3인 배향 다이를 이용하여 성형 제조한 것인 현상 장치용 마그넷 롤러.