(57)【要約】【課題】マグネットロールは、長さ方向全域に亘って均一な磁気性能を有することが求められるが、特に大口径で長尺の磁石体は、磁石体が大きく重いため、両端で軸を支持した際に生じる撓みが大きく、磁石体の外周とスリーブ内周との隙間が中央部周辺と両端の支持部周辺とでは異なり、スリーブ表面での磁気性能に軸方向に渡って差異が生じ易い。【解決手段】円筒状のスリーブと、スリーブ内に装着されその外周がスリーブ内周と所定の隙間寸法を維持しながら相対的に回転可能に支持された磁石体とを有するマグネットロールにおいて、磁石体は軸とその外周の磁石部とを有し、磁石部は極異方配向され、その横断面において磁極部が極間部に対して凸状でスリーブと同心円の円弧または弦を有する形状であるマグネットロール。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のスリーブと、スリーブ内に装着されその外周がスリーブ内周と所定の隙間寸法を維持しながら相対的に回転可能に支持された磁石体とを有するマグネットロールにおいて、磁石体は軸とその外周の磁石部とを有し、磁石部は極異方配向され、その横断面において磁極部が極間部に対して凸状でスリーブと同心円の円弧または弦を有する形状であることを特徴とするマグネットロール。
【請求項２】
磁石部は複数の棒状磁石からなる請求項１記載のマグネットロール。
【請求項３】
前記磁極部が現像極である請求項１又は２記載のマグネットロール。
【請求項４】
全ての棒状磁石は、極異方性に磁場配向されたボンド磁石で形成されている請求項１乃至３の何れかに記載のマグネットロール。
【請求項５】
磁石部は、外周直径が３０ｍｍ〜８０ｍｍ、長さが４００ｍｍ〜１０００ｍｍである請求項１乃至４の何れかに記載のマグネットロール。
【請求項６】
撓み量が０．１ｍｍ以下である請求項５記載のマグネットロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真や静電記録等において、現像用ロール又はクリーニング用ロールとして使用するマグネットロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン、インターネットの発展と普及は著しく、それに伴い電子写真プロセスを利用する複写機、プリンター、ファクシミリは、一層の画質の向上、が求められている。このため、上記機器に現像用ロールやクリーニング用ロールとして用いられるマグネットロールは、その磁気性能にバラツキがなく、かつ磁力が高いことが望まれている。マグネットロールは、円筒状の非磁性材料よりなるスリーブと、軸部と磁石部よりなる磁石体とを備え、磁石体はスリーブ内に装着されて、磁石部の外周がスリーブ内周と所定の隙間寸法を維持しながら相対的に回転可能に支持された公知の構造を有している。
【０００３】
特許文献１には、図４に示すような、焼結マグネット又は樹脂マグネット片３１を接着剤で貼り合わせて円柱状に形成したマグネット本体部３０（上記で言う磁石部に相当）を有するマグネットローラ（上記で言う磁石体に相当）において、少なくとも一つのマグネット片の貼り合わせ面に１又は複数の非接着部を設けることによって、長期使用時のマグネットローラの反りを抑止して磁気性能の変化を生じさせないようにすることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、複数の棒状磁石を軸外周に貼り合わせた構造のマグネットロールにおいて、各磁極は一つの棒状磁石とし、各棒状磁石を等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石またはフェライト系磁石のいずれかを用い、両材質の棒状磁石を組み合せて配置したマグネットロールが開示されており、この一例として、図５に示すように、シャフト４２の外周に断面形状とその寸法が異なる横断面略多角形の棒状磁石４１を適宜組み合わせた断面異形形状の磁石体４０が記載されている。
【０００５】
特許文献１、２に示されたマグネット片３１又は棒状磁石４１を貼り合わせた構造のマグネットロールは、一般に磁力パターンの自由度が大きく、磁力の高いものが得られるという特徴を有している。これは、個々のマグネット片３１又は棒状磁石４１を射出成形又は押し出し成形等で形成することができるため、容易に、目的とする磁力パターンに応じた磁極に着磁することができる上、金型のキャビティ周囲に磁場を配向した状態で成形することができるためである。また、大型のマグネットロールの製造にも適している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１５００１７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５５９１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在、マグネットロールは、例えばスリーブ外径が１２〜８０ｍｍ、長さが１５０〜１０００ｍｍのように、小口径短尺品から大口径長尺品まで種々のサイズが提供されている。マグネットロールは、長さ方向全域に亘って均一な磁気性能を有することが求められるが、特に大口径で長尺の磁石体は、磁石体が大きく重いため、両端で軸を支持した際に生じる撓みが大きく、磁石体の外周とスリーブ内周との隙間が中央部周辺と両端の支持部周辺とでは異なり、スリーブ表面での磁気性能に軸方向に渡って差異が生じ易い。また、スリーブ表面で高い磁力を得ようとした場合、マグネットの外径を大きく設定する必要があるが、撓みの影響により中央付近でマグネットとスリーブ内壁が接触するような問題が生じやすい。このため、磁石体の撓みは所定の許容値以内に抑えなければならない。スリーブ外径が３０ｍｍ以上で長さが４００ｍｍ以上の大口径で長尺のマグネットロールでは、比較的マグネット表面からスリーブ表面までの距離が大きいため距離の変動によるスリーブ表面磁力の変動は比較的小さいが、撓み量としては０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【０００８】
通常、梁部材の撓み量を抑制するためには、機械設計面から梁体自体の断面ニ次モーメントを大きくするか、梁部材自体の質量を軽くすることが検討される。マグネットロールにおいては、軸の断面ニ次モーメントを大きくすれば良く、このためには軸を太くすれば良いが、軸を太くすると、その分磁石部の厚さが薄くなって磁気特性が低下する、という問題が生じる。
特許文献１は、磁石体の変形を抑制するという点で、解決すべき課題は類似しているが、伸縮率の異なるマグネット片を接合した構造において、接合部で伸縮が拘束されることにより生じる経時的な反りを抑えることが技術課題であり、原因も作用も異なるため、その解決手段を適用することはできない。
【０００９】
一方、特許文献２における図５に示す異形断面を有する磁石体４０は、軸を中心にした磁極先端を通る円Ｇを設定した時、磁石部の横断面総面積が、円内部の全面積よりも小さくなるので、その分、軸４２に作用する質量を軽くでき、撓みを抑えることに効果がある。しかし、希土類系ボンド磁石で形成された棒状磁石は等方性磁石であり、かつ隣接する棒状磁石は側面全面では接合されていないため、少なくとも極異方性に着磁することはできず、等方性よりも磁力を強くすることができる極異方性のマグネットロールには適用できない。
従って、本発明は、磁石体の撓みができるだけ小さく、かつ磁力が強いマグネットロールを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のマグネットロールは、円筒状のスリーブと、スリーブ内に装着されてその外周面がスリーブ内周面と所定の隙間寸法を維持しながら相対的に回転可能に支持された磁石体とを有するマグネットロールにおいて、磁石体は軸とその外周の磁石部とを有し、磁石部は極異方配向され、その横断面において磁極部が極間部に対して凸状でスリーブと同心円の円弧または弦を有する形状であることを特徴とする。また、本発明における磁石部は複数の棒状磁石を組合せて形成することができる。前記磁極部は少なくとも現像磁極を含むことが好ましい。また、本発明における全ての棒状磁石は、極異方性に磁場配向されたボンド磁石で形成されていることが好ましい。本発明は、磁石部が外周直径が３０ｍｍ〜８０ｍｍ、長さが４００ｍｍ〜１０００ｍｍの大口径長尺のマグネットロールに好適に適用することができる。本発明によりこの大口径長尺のマグネットロールにおいて撓み量を０．１ｍｍ以下に抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図３は本発明のマグネットロールに係る縦断面図、図１は本発明によるマグネットロールの第１の実施の形態に係る磁石体１の横断面図、図２は本発明によるマグネットロールの第２の実施の形態に係る磁石体２の横断面図である。図３に示すように、本発明のマグネットロールの基本構成は、円筒形で非磁性のスリーブ３と、スリーブ内に収納されて相対的に回転可能な磁石体１（２）とからなるが、本発明は磁石体に技術的特徴を有するものであり、以下磁石体１（２）について説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
以下、図１を基に説明する。
磁石体１は、軸４と、軸４の外周に接して互いに接合された複数の棒状磁石からなる磁石部１０を有し、一つの棒状磁石の周方向ほぼ中央部に一つの磁極が異方性的に着磁されている。棒状磁石としてはボンド磁石を用いる。ボンド磁石は、磁性体粉末と結合樹脂との混合物を押出し成形又は射出成形で形成するので、所望の磁気特性に合わせて、所定磁性体粉末を使用した所定寸法形状のものを所定数、容易に成形することができる。従って、これらの棒状磁石を所定の配置に組み付けて接合することで、磁力が強く磁力パターンの自由度が高い磁石体を得ることができる。また、樹脂を約５〜１５重量％程度含有しているので、ほとんどが磁性粉末からなる焼結磁石に比べて軽くすることができる。
【００１３】
また、棒状磁石は、着磁時に所定の磁力パターンで所定の磁気特性が確実に得られるように、成形時に異方性的に磁場配向される。磁性体粉末としては、フェライト粉末や、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金などの希土類合金粉末などを使用することができ、所望の磁気特性に合わせて適宜選択し、棒状磁石を成形するとよい。結合樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン系樹脂、エチレン−エチルアクリート共重合体樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＶＣ樹脂、ゴム、エラストマー、その他の熱可塑性高分子重合体などが用いられ、これらを単独或いは２種以上組み合わせて使用するとよい。
【００１４】
図１は、断面が略９０°の扇形の略同一形状の４本の棒状磁石を、円筒状の軸４回りに密接に組付けて接着した４極の磁石体の例を示しているが、上述したようにマグネットロールの仕様に合わせて、棒状磁石の本数は、５、６、７本など適宜の本数とすることができるし、その寸法形状も、本数や使用する磁性体粉末の種類などによって合わせて個々に変えることができる。また、軸の構造も四角形、５角形など多角形状としたり、中実体など適宜設定することができる。本発明の主要な目的は磁石体の撓みを小さくすることであり、磁石部１０の質量を軽くするという手段を採用し、軸４に作用する曲げモーメントを低減させるものであるが、磁気特性を損なわないように質量低減を図ることが重要となる。このため、磁石部１０の横断面外形形状を図４に示す磁石部３０のような円形とせず、外周線が、軸を中心として最先端の磁極を通るように形成した外周円よりも外側に出ないようにすることを基本とするが、断面形状の設定に当っては、着磁仕様により定まる磁路を基に、磁路がほとんど形成されない磁気的には無駄な部分をできるだけ含まないようにすることを特徴としている。
【００１５】
図１は、磁石部１０が極異方性的に磁場配向されて着磁された場合を示しており、磁路Ａは、磁極の中心ではほぼ法線方向を向いているが、中心から離れる程法線方向から傾き、磁極間の中央部でほぼ接線方向を向くような略円弧状をしている。磁極の幅ｈは、所望の磁力と磁石材料の飽和磁束密度から規定されるが、磁路Ａは、隣接する磁極の幅端部同士を直線で結んだ時、少なくとも該直線より外周側に出ることはない。これより、磁石部１０の断面形状は、所望の磁気特性、棒状磁石の大きさ、材質などによる成形性や組立性などの面を考慮して、例えば図１（ａ）〜（ｃ）のような形状とすることができる。
【００１６】
図１（ａ）で示す磁石部１０ａの断面形状について説明する。
磁石部１０ａは４本の棒状磁石１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）で構成されており、各棒状磁石は、成形時に周方向のほぼ中央部表面に磁極１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）が形成されるように配向される。磁極１６の外周線は、軸４を中心とした円周の一部からなり、磁極１６を含む円周方向領域に、磁極幅ｈと同一か少し大きな寸法の幅Ｗを有した円弧状に形成する。図１（ａ）では、磁極外周線は、同一半径の円Ｅの円周部で形成された例を示しているが、円弧を横断する長さＷの弦からなる平面状としてもよい。また、必ずしも全ての磁極外周線は同一半径の円による円周又は弦で形成される必要はなく、磁極毎に要求される磁力の強さ等に合わせて、半径が多少異なるようにしてもよい。このように磁極幅ｈを確保することにより磁力パターンにおける半値幅が大きくなり、静電潜像担持体と現像剤担持体（スリーブ）との間で形成される現像領域を周方向に長く設定することができる。静電潜像を速い速度で搬送して画像形成をおこなうと静電潜像は極めて短時間のうちに現像領域を通過する。現像領域を周方向に長く設定することにより、現像が行なわれる時間をより長く確保することができ、高速現像でも高品質の画像を得ることができる。磁極１６以外の外周線は、隣接する棒状磁石間で、前記設定した磁極外周線の端部同士を直線Ｂで結ぶことによって形成する。これにより、磁石部１０の横断面総面積は円Ｅ内部の全断面積より小さくなり、その分質量は低減される。この場合は、断面積削減率はあまり大きくないが、磁路が切断されることはなく、磁気特性には影響を及ぼさない。
【００１７】
次に、図１（ｂ）で示す磁石部１０ｂの断面形状について説明する。
磁石部１０ｂは４本の棒状磁石１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）で構成されており、各棒状磁石は、成形時に周方向のほぼ中央部表面に磁極１７（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ）が形成されるように配向される。磁極１７の外周線は図１（ａ）における磁極１６の場合と同様である。上記と同様に磁極１７以外の外周線は、隣接する棒状磁石間で、前記設定した磁極外周線の端部同士を凹状円弧Ｃで結んで形成する。円弧の曲率半径は、磁極１７の端部を通過する磁力線が形成する曲率半径に近い値とするのがよいが、磁気特性が許す限りできるだけ深い凹状（小さな曲率半径）とする。この場合は、図１（ａ）における場合より断面積削減率は大きくなり、軽量化に効果がある。
【００１８】
次に、図１（ｃ）で示す磁石部１０ｃの断面形状について説明する。
磁石部１０ｃは４本の棒状磁石１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）で構成されており、各棒状磁石は、成形時に周方向のほぼ中央部表面に磁極１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）が形成されるように配向される。磁極１８の外周線は図１（ａ）における磁極１６の場合と同様にして形成する。この場合の磁極１８は、前記と同様に設定した磁極外周線の幅Ｗ分が寸法Ｄだけ出っ張った凸状となっている。磁極１８以外の外周線は、磁極１８を通る同心円の半径よりＤだけ小さな半径の同心円Ｆにほぼ一致するように形成する。磁極外周線と前記磁極以外の外周線は、磁極外周線の端部から適宜下ろした線分で接続する。線分は直線であってもよいし、同心円Ｆとの交点Ｋ近傍を適宜円弧等で面取りしてもよい。部幅Ｗを規定する直線と同心円Ｆの円周線との交点Ｋで交わることになる。なお、磁極１８以外の外周線は、同心円Ｆの円弧で形成する場合の他に、交点Ｋ同士を結ぶ直線としてもよいし、図１（ｂ）で示したような凹状円弧としてもよい。どのような外周線形状とするかは、磁極１８の突出高さＤと、棒状磁石１３の成形性を考慮して決定すればよい。なお、突出高さＤが大きい程断面積削減率は大きくなるが、表面に近い磁路の中には切断されるものもでてくるため、磁気特性への影響程度を考慮しながら、適切なＤ寸法と外周線形状を決めるとよい。該して、突出高さＤを大きくする場合は、連結する外周線は同心円状か直線状とする方がよい。
【００１９】
（実施の形態２）
図２に、実施の形態２による磁石体２の磁石部２０の横断面形状の例を示す。磁石部２０は、２本の棒状磁石が軸４の回りに接合されて形成されている。本例は、一つの棒状磁石２１ａに１つの磁極が形成されているが、もう一つの棒状磁石２１ｂ中に複数（図２では３つ）の磁極が形成される場合を示しており、磁石体２としては４極を有しており、基本的な構成、形状などは実施の形態１と同様である。即ち、図１における４本の棒状磁石のうち、３本の棒状磁石を一体に成形した形態であり、例えば、図１（ｃ）における棒状磁石１３ａが本形態の棒状磁石２１ａに相当し、棒状磁石１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを一本に一体化したものが本形態の棒状磁石２１ｂに相当する。
【００２０】
棒状磁石２１ａに、最も高い磁力が要求される磁極、例えば現像極が形成されるとすると、棒状磁石２１ａはＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系合金などの希土類合金磁石とし、希土類合金粉末と結合樹脂との混合物を押出し成形又は射出成形で所定の形状に成形したボンド磁石を用いる。なお、より強い磁力が要求される場合は希土類焼結磁石を用いることができるが、ボンド磁石に比して比重が大きいので、できるだけ小さな容量で成形して、軽量化を図ることが好ましい。棒状磁石２１ｂは、フェライト粉末と結合樹脂との混合物を押し出し成形又は射出成形で所定の形状に成形したボンド磁石とする。各棒状磁石は、成形時に磁極は極異方性的に着磁されるが、棒状磁石２１ｂは３つの磁極に磁場配向させるような成形装置を使用する。磁石体２として組み立てられた時の横断面形状は、図１（ａ）〜（ｃ）と同様な形態をとることができる。
【００２１】
以上、図１において磁石体の代表的な外周形状について説明したが、一つの磁石体の中に図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような形状が混在するようにしてもよい。また、磁極ピッチが小さい磁極間など一部の外周線については、その外周線は磁極を通る同心円と同一になるようにしてもよい。また、例えば現像極のように強い磁力を要求される磁極を形成する棒状磁石には、磁気特性の高い希土類合金粉末のボンド磁石又は焼結磁石を用いてもよい。この場合、現像磁極の幅は他の磁極の幅よりも小さくすることができるため、該棒状磁石は他の棒状磁石よりも狭幅の形状とすることができる。これにより高価な希土類合金粉末の使用量を抑えることができる。
【００２２】
（実施例）
４本の棒状磁石と軸を接着接合し、組立後の横断面外周形状が図１（ａ）〜（ｃ）で示すような３種類の磁石体を形成した。いずれも磁極外周線の半径は１６．１５ｍｍ、幅Ｗは１０  ｍｍとした。図１（ｂ）における凹状外周線の曲率半径は３０．４ｍｍ、図１（ｃ）における磁極間の外周線半径は１４ｍｍとした。また、比較例として、横断面外周形状が図４に示すような円形で、半径が１６．１５ｍｍのものを製作した。いずれも、棒状磁石はフェライトボンド磁石とし、長さは９４７ｍｍ、軸は外径２０ｍｍ、内径１６ｍｍの鉄材を使用した。組立乾燥後の上記４種類の磁石体を、磁極を上になるようにして軸の両端を定盤上のＶブロックで支持し、定盤上を移動できるようにセットしたダイアルゲージを磁極に当てて長手方向に移動し、磁石部の撓みを測定した。最大撓み量は、磁極両端の測定値平均から中央部の測定値を引いて求めた。
【００２３】
表１に測定値の一覧を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
実施例はいずれも比較例に対し大幅に撓みが少なくなっていることがわかる。なお、実施例１は好ましい撓み量０．１ｍｍ以下に対しわずかに上回っているが、実施時に対応できるレベルである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマグネットロールは、全ての棒状磁石或いは大部分の棒状磁石を比重の軽いボンド磁石とし、かつ成形時に異方性に配向するので、軽量で撓みが小さく、かつ磁力を大きくすることができる。さらに、磁路がほとんど形成されない部分には磁石を形成しないので、より一段と軽量化を図ることができ、一層の撓み低減に対し効果を有する。この効果は大口径長尺のマグネットロールにおいて特に顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における、３種類の磁石体の横断面図。
【図２】第２の実施形態における磁石体の横断面図。
【図３】本発明に係るマグネットロールの縦断面図。
【図４】従来例における磁石体の横断面図。
【図５】別の従来例における磁石体の横断面図。
【符号の説明】
１，２…磁石体、  ３…スリーブ、  ４…軸、
１０，２０…本発明の磁石部、
１１，１２，１３，２１，３１，４１…棒状磁石、
１６，１７，１８…磁極、３０，４０…従来の磁石部、
Ａ…磁路、  Ｂ，Ｃ，Ｆ…磁極外周線以外の外周線、
Ｄ…磁極突出寸法、Ｅ…磁極外周線と同一半径の円、
ｈ…磁極幅、  Ｗ…磁極外周幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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