(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性または熱硬化性樹脂と強磁性粉と添加剤とを含む樹脂磁石組成物で成形され、長手寸法２００ｍｍ以上の全長に渡る磁極部を周方向に沿って複数形成した略円柱状のマグネットロール本体と、該マグネットロール本体を両端で支持する軸部とを射出成形により一体成形してなるマグネットロールであって、成形したマグネットロールを成形金型から取り出した後、該マグネットロールが不完全硬化状態にあるうちに、マグネットロール外周の曲率に基づき形成された断面視円弧状の凹陥部を有する冷却金型を用いて、マグネットロールの反り方向に対し概ね１８０°反対側の外周部位に対し、前記凹陥部をマグネットロール本体外周における周方向に沿った全周の８分の１から２分の１の範囲で圧接させることにより局部的に冷却してマグネットロールの反りを矯正してなり、前記マグネットロール本体における磁極部と極間部の半径寸法差の最大値が０．０１ｍｍ以上で且つ当該本体の反り量が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする、複写機やファクシミリ、プリンター等の電子写真方式の現像装置に用いるマグネットロール。
【請求項２】
熱可塑性または熱硬化性樹脂と強磁性粉と添加剤とを含む樹脂磁石組成物を用いて略円柱状のマグネットロール本体と、該マグネットロール本体を両端で支持する軸部とが射出成形により一体成形されるマグネットロールの製造方法において、成形したマグネットロールを成形金型から取り出した後、該マグネットロールが不完全硬化状態にあるうちに、マグネットロール外周の曲率に基づき形成された断面視円弧状の凹陥部を有する冷却金型を用いて、マグネットロールの反り方向に対し概ね１８０°反対側の外周部位に対し、前記凹陥部をマグネットロール本体外周における周方向に沿った全周の８分の１から２分の１の範囲で圧接させることにより局部的に冷却し、マグネットロールの反りを矯正することを特徴とする、複写機やファクシミリ、プリンター等の電子写真方式の現像装置に用いるマグネットロールの製造方法。
【請求項３】
冷却金型の凹陥部に圧接させるマグネットロール外周部位は、マグネットロール長手方向に沿ったその中央部を中心に全長の４分の１以上の範囲である請求項２記載のマグネットロールの製造方法。
【請求項４】
マグネットロールを冷却金型の凹陥部に圧接させて冷却開始する時点は、前記マグネットロールを成形金型から取り出した後１２０秒以内とし、且つその圧接時間は２秒以上１２０秒以内とする請求項２又は３記載のマグネットロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やファクシミリ、プリンター等の電子写真方式の現像装置に用いられるマグネットロールやその他の用途に用いられるマグネットロール、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネットロールは、例えばナイロン等の熱可塑性樹脂とフェライト等の磁性粉と表面処理剤等の添加剤とを混合した樹脂磁石組成物を高温で溶融し、固定側金型と該固定側金型に離間可能な可動側金型とからなる分割金型内に前記溶融樹脂組成物を注入し、固化させることで、ほぼ円柱状に成形されている。
一般に、このような円柱状の成形品を作製する場合、成形後に本体を均一に冷却することで基本的に反りの少ない製品を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、マグネットロールには、その用途上、周方向に沿って分割される所定の複数部位に軸方向にわたる磁極部を設ける必要があり、マグネットロール成形の際には、前記複数部位に対応して成形金型に配置した永久磁石又は電磁石により成形中の溶融樹脂組成物に磁場を印加し、磁性粉を一定方向に配向し着磁させる磁場中成形を行うことで、前記各部位に磁極部を形成している。
前記磁極部が形成される各部位においては、磁性粉が集中することでその密度が高くなるので相対的に成形収縮率が小さくなり、マグネットロールの断面を詳細に計測すれば、図２の真円度測定形状に示す如く、磁極部が山状に且つ極間部が谷状に変形した成形品となる。この変形量は、磁力や成形条件等に左右されるため一定ではないが、大きいものでは山部と谷部の差、即ち磁極部と極間部の半径寸法差の最大値が０．１ｍｍ程になる場合がある。
【０００４】
そして、特に磁極が周方向に等間隔でないものや、各磁極の磁力が大きく異なるもの、更には所定の強磁力を得るため断面形状を非対称としたものにあっては、成形の際に金型内でほぼ均一に冷却するにも拘わらず、必然的に反りが生じ、その硬化後の反り量は、マグネットロールの寸法にもよるが、長手寸法が約２００ｍｍ以上のマグネットロールにおいては無視できない大きさとなる。例えば、長手寸法３５０ｍｍ前後のＡ３サイズ用マグネットロールの場合、従来０．３〜０．５ｍｍ程度の大きな反りを生じていた。
【０００５】
このマグネットロールの反りに起因する問題は、現像装置内のマグネットロールと現像面との離間距離のばらつきとなって顕在化し、軸方向の磁束密度のばらつきが大きくなることで画像に濃度むらができる原因となる。
【０００６】
本発明は係る現況に鑑み為されたもので、磁極部と極間部の半径寸法差の大きいものであっても反り量が小さく、現像装置に用いる場合に濃度むらの生じない良好な画像品質が得られるマグネットロール及びその製造方法を提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、熱可塑性または熱硬化性樹脂と強磁性粉と表面処理剤等の添加剤とを含む樹脂磁石組成物（以下、単に「樹脂磁石」と称す。）で成形され、長手寸法２００ｍｍ以上の全長に渡る磁極部を周方向に沿って複数形成した略円柱状のマグネットロール本体と、該本体を両端で支持する軸部とを射出成形により一体成形してなるマグネットロールであって、成形したマグネットロールを成形金型から取り出した後、該マグネットロールが不完全硬化状態にあるうちに、マグネットロール外周の曲率に基づき形成された断面視円弧状の凹陥部を有する冷却金型を用いて、マグネットロールの反り方向に対し概ね１８０°反対側の外周部位に対し、前記凹陥部をマグネットロール本体外周における周方向に沿った全周の８分の１から２分の１の範囲で圧接させることにより局部的に冷却してマグネットロールの反りを矯正してなり、前記マグネットロール本体における磁極部と極間部の半径寸法差の最大値が０．０１ｍｍ以上で且つ当該本体の反り量が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする、複写機やファクシミリ、プリンター等の電子写真方式の現像装置に用いるマグネットロールを提供する。このような反り量の小さいマグネットロールにあっては、各磁極による磁束密度が長手方向に沿ってほぼ均一となり、現像装置に用いる場合には濃度むらのない良好な画像が得られる。
【０００８】
また本発明は、熱可塑性または熱硬化性樹脂と強磁性粉と表面処理剤等の添加剤とを含む樹脂磁石を用いて略円柱状のマグネットロール本体と、該マグネットロール本体を両端で支持する軸部とが射出成形により一体成形されるマグネットロールの製造方法において、成形したマグネットロールを成形金型から取り出した後、該マグネットロールが不完全硬化状態にあるうちに、マグネットロール外周の曲率に基づき形成された断面視円弧状の凹陥部を有する冷却金型を用いて、マグネットロールの反り方向に対し概ね１８０°反対側の外周部位に対し、前記凹陥部をマグネットロール本体外周における周方向に沿った全周の８分の１から２分の１の範囲で圧接させることにより局部的に冷却し、マグネットロールの反りを矯正することを特徴とする、複写機やファクシミリ、プリンター等の電子写真方式の現像装置に用いるマグネットロールの製造方法をも提供する。
【０００９】
このように所定部位を局部的に冷却することで、不完全硬化状態にあるマグネットロールの前記所定部位には厚い硬化層が形成され、冷却されない他の半硬化部分は相対的に前記冷却側と反対側に寄せられる。このように所定部位を局部的に冷却してマグネットロール全体の収縮率の分布を意図的に変更することで、反りの拡大を防止したり反りを矯正したりすることが可能となる。そして、上記外周部位を局部的に冷却することで、当該部位に硬化層が形成され、全体を冷却するに際しては前記凸方向の半硬化部分が主に収縮し、全体の反りが相殺されることで結果的に反り量の少ないマグネットロールが得られる。
【００１０】
ここで、冷却金型の凹陥部に圧接させるマグネットロール外周部位は、マグネットロール長手方向に沿ったその中央部を中心に全長の４分の１以上の範囲であることが好ましい。
【００１１】
また、マグネットロールを冷却金型の凹陥部に圧接させて冷却開始する時点は、前記マグネットロールを成形金型から取り出した後１２０秒以内とし、且つその圧接時間は２秒以上１２０秒以内とすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１乃至図６は本発明の代表的実施形態を示し、図中Ｍはマグネットロール、Ａ１、Ａ２は成形金型、Ｂは冷却金型をそれぞれ示している。
【００１３】
本発明に係るマグネットロールＭは、図１に示す如く、長手寸法２００ｍｍ以上を有する略円柱状のマグネットロール本体１と該本体１を両端で支持する軸部２、３とから構成され、熱可塑性または熱硬化性樹脂のバインダー樹脂と強磁性粉末と表面処理剤その他の添加剤とを含む樹脂磁石が成形材料として使用される。そして、このマグネットロール本体１には、図２に真円度測定形状で示す如く、全長に渡る磁極部４ａ、・・・が周方向に沿って複数形成されるとともに、磁極部と隣接磁極部間の極間部４ｂ、・・・では、磁性粉密度分布のばらつきによる成形収縮率の違いに基づき各半径寸法の差で最大０．０１ｍｍ以上の変形が生じているにも拘わらず、マグネットロール本体の反り量は０．１ｍｍ以下に抑えられている。
【００１４】
マグネットロール本体１と軸部２、３は、後述の図３〜５に示す成形金型Ａ１又はＡ２を用いてそれぞれ同じ樹脂磁石材料により一体成形され、一方の軸部２には位置決め或いは駆動力伝達用の切欠部２ａが形成されている。そして、前記成形金型Ａ１又Ａ２から取り出された後の不完全硬化状態にある時間内に、所定の部位が強制冷却されることで、その反りが矯正されるのである。
前記樹脂磁石に配合する強磁性粉末としては、マンガン、ストロンチウムを含むフェライト系、希土類系（ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系）、ＭｎＡｌＣ系、アルニコ系、ＳｍＦｅＮ系等から１種又は２種以上が選択でき、樹脂バインダーとしては、６６ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリフタルアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリサルホン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、エポキシ樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂等から適宜選択できる。前記樹脂バインダーには必要に応じて難燃剤、補強剤等を配合することも可能である。
【００１５】
成形金型Ａ１は、図３及び図４に示す如く、マグネットロール本体を形成する円筒状メイン成形型５と、該メイン成形型５の一端部に配置されて前記マグネットロールの軸部２を形成する端部成形型６と、前記メイン成形型５内に進退自在に配設されて前記マグネットロールの軸部３を形成するとともに溶融状態の樹脂磁石材料の注入に伴い後退側に移動してメイン成形型５内に成形空間８を形成するスライド型７とから構成される。
前記メイン成形型５には、磁場配向手段として前記成形空間８を囲む形で永久磁石９が配置され、溶融樹脂磁石の注入開始から該溶融樹脂磁石が固化又は半固化するまでの期間に磁性粒子の配向及び磁化を行うことでマグネットロール本体に複数の磁極部が形成される。また、同じくメイン成形型５には、冷却手段として前記成形空間８を囲む形で温水等の媒体を流通させる流通路１０が配設され、メイン成形型５全体を適当な温度に維持することで注入した溶融樹脂磁石は冷却固化される。端部成形型６には、軸部２を形成する成形空間６ａ及び該成形空間６ａに連通する導入路６ｂが設けられ、図示しない射出成形機の可塑化装置で加熱溶融された溶融樹脂磁石材料が当該可塑化装置に接続された前記導入路６ｂを通じて成形空間６ａ内に高圧で注入される。スライド型７の成形空間に臨む一端には、マグネットロールの軸部３を形成する成形空間７ａが設けられるとともに、他端にはアクチェータ１１が接続され、該アクチェータ１１は溶融樹脂磁石材料の注入による当該スライド型７の後退動作に対して一定の制動力を付与している。尚、前記メイン成形型５に設ける磁場配向手段は、永久磁石の替わりに電磁石を用いても良い。
【００１６】
また、本発明に係るマグネットロールＭは、例えば図５に示すような分割成形金型Ａ２を使用して成形しても良い。図示した分割成形金型Ａ２は、成形空間２１ａを有する可動側金型２１と成形空間２２ａを有する固定側金型２２とから構成され、可動側金型２１には、成形後にマグネットロールの取出しを行う突き出しピン２３が、固定側金型２２には、磁場配向手段２４及び成形空間２２ａに開口する溶融樹脂磁石材料の導入路２２ｂがそれぞれ設けられている。
【００１７】
マグネットロールの所定部位を局部的に冷却する方法としては、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す如く、マグネットロールＭの外周曲率に合わせて形成された断面視円弧状で長手方向に略真直な形状の凹陥部１２ａを有する冷却金型Ｂを設け、マグネットロールＭを図中矢印に示すように下方へ押圧することで、該凹陥部１２ａに対しマグネットロール外周所定部位１ａを圧接させる方法が好適に採用される。
前記冷却金型Ｂはステンレスやアルミニウム等の熱伝導性の良好な素材を用いて作製され、冷却手段として温水等の媒体を流通する単又は複数の流通路１２ｂが配設されている。また前記断面視円弧状の凹陥部１２ａの大きさは、マグネットロール本体１の外周における周方向に沿った全周の８分の１〜２分の１の範囲で且つ長手方向に沿ったその中央部を中心に全長の４分の１以上の範囲の所定部位１ａに圧接するように適宜設定される。
【００１８】
前記マグネットロール本体１の所定部位１ａは、当該マグネットロールＭの反り方向、即ち凸状に張り出す方向に対して概ね１８０°反対側の外周部位であり、詳しくは、成形するマグネットロールＭと素材、形状、磁力等の各条件が同一である単又は複数の試作品を同一の成形装置で作成し、それぞれ自然放置により室温度まで完全に冷却したときの反り方向及び反り量を予め測定しておき、当該測定データを予測される反りとみなした上、その反り方向に対し概ね１８０°反対側の外周部位を冷却すべき部位として特定する。
【００１９】
冷却金型Ｂによる冷却を開始するタイミングは、マグネットロールＭを成形金型Ａ１又はＡ２から取り出した後、該マグネットロールＭの表面温度が８０〜１８０℃、好ましくは１３０℃前後で芯部がまだ半硬化状態にある１２０秒以内とし、冷却金型Ｂ内の流通路１２ｂに流通させる温水の温度、即ち冷却金型Ｂの温度は、マグネットロールＭの反りの矯正に必要な時間が適当で且つ制御が容易な３０〜６０℃の範囲で適宜選択することが望ましい。そして、冷却金型ＢによるマグネットロールＭの冷却時間は、２〜１２０秒、好ましくは１０〜３０秒に設定される。
【００２０】
【実施例】
次に、同一の成形金型を用いて同一条件で成形された複数のマグネットロール（実施例１〜４）について、それぞれ異なる温度に設定した同一の冷却金型を用いて冷却する際の反り量の変化を測定した。
【００２１】
材料である樹脂磁石は、強磁性粉としてストロンチウムフェライトの表面に樹脂バインダーとの結合を強固にするシラン系カップリング剤を表面処理したもの８８重量部と、バインダー樹脂として６ナイロン樹脂１２重量部と、微量の滑剤及び安定剤とを配合したものを使用し、また、冷却金型の凹陥部は、マグネットロール外周の３分の１の範囲で且つマグネットロール本体の長手全長に対して僅かに短い範囲に圧接される寸法とした。
そして、実施例１〜４の各マグネットロールは、それぞれ成形金型から取出した後、その表面温度が１３０℃前後の不完全硬化状態にあるうちに、予めサンプルで測定した予測される反り方向に対し１８０°反対側の本体外周部位を、前記冷却金型の凹陥部に２〜６０秒間押付けた。
冷却金型の温度は金型内を流通させる温水の温度で制御され、実施例１のマグネットロールは３０℃、実施例２は４０℃、実施例３は５０℃、実施例４は６０℃で冷却し、それぞれ反り量を測定した。測定結果は図７に示している。
【００２２】
図７によれば、実施例１〜４の全てのマグネットロールは、冷却金型に圧接される冷却時間の経過につれて次第にその反り量が小さくなるが、冷却時間があまり長くなると反り量は逆に大きくなり、結果として冷却時間１０〜３０秒で反り量が最小になることが分かる。これは、各実施例のマグネットロールがサンプルに基づいて予測された反り方向と１８０°反対側を冷却されたことで、冷却当初においては前記冷却側に反りが矯正され、冷却時間があまりに長すぎると過剰に矯正されて、逆に冷却側に張り出すことが原因である。
以上の結果より、予測される反り方向と反り量に応じてマグネットロールの冷却箇所を定め、その冷却温度と冷却時間を適宜設定することで、断面形状が磁極部形成時に変形したもの或いは必要な磁気分布を得るため非対称としたものなど、通常の射出成形で成形する場合には大きな反りを生じてしまうマグネットロールであっても、反りの少ないものが得られることが分かる。尚、反り方向及び反り量の予測は、上述の如く予めサンプルを成形して測定する方法以外に、例えば樹脂磁石の組成、本体の基本断面形状、着磁位置、着磁される磁力の大きさ等により各部の熱収縮率を算出し、該熱収縮率に基づいて冷却過程における反り方向及び反り量を理論的に予測することも好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
以上にしてなる本願発明に係るマグネットロールとその製造方法によれば、長手寸法が２００ｍｍ以上であって、本体における磁極部と極間部の半径寸法差が最大で０．０１ｍｍ以上で且つ反り量が０．１ｍｍ以下であることで、断面形状が真円状でないものや特殊な磁気分布を得るために断面形状を非対称にしたものであっても反りが小さく現像部の磁気分布が均一となり、複写機やプリンターにおいて濃度むらのない良好な画像が得られる。
【００２４】
とくに、成形したマグネットロールを成形金型から取り出した後、該マグネットロールが不完全硬化状態にあるうちにその所定部位を局部的に冷却して該部位の収縮率を小さくするので、マグネットロールの反りの拡大を防止したり反りを矯正されるように該マグネットロール全体の収縮率の分布を意図的に変更できる。
【００２５】
さらに、マグネットロール外周の曲率に基づいて形成された断面視円弧状の凹陥部を有する冷却金型を設け、該凹陥部に対しマグネットロール外周所定の部位を圧接させることで当該マグネットロールを局部的に冷却するので、前記冷却する所定部位の位置決めが容易であるとともに当該部位を効率良く冷却できる。また、前記凹陥部は圧接力の作用するマグネットロールの受け型として機能し、当該圧接力による反りの矯正作用も同時に行うことができる。
【００２７】
また、マグネットロールの反り方向に対して概ね１８０°反対側の外周部位を局部的に冷却することで、全体を冷却するに際して前記反り方向の半硬化部分が主に収縮して反りが相殺され、結果的に反り量の少ないマグネットロールが得られ、とくにマグネットロール本体外周における周方向に沿った全周の８分の１から２分の１の範囲としたので、マグネットロールの片面が均一に冷却され、反りの生じたマグネットロールを全体としてほぼ真直な状態に矯正できる。
【００２８】
また、冷却金型の凹陥部に圧接させるマグネットロール外周所定の部位をマグネットロール長手方向に沿ったその中央部を中心に全長の４分の１以上の範囲とすることで、マグネットロールの片面が均一に冷却され、反りの生じたマグネットロールを全体としてほぼ真直な状態に矯正できる。
【００２９】
また、マグネットロールを冷却金型の凹陥部に圧接させて冷却開始する時点を成形金型から取り出した後１２０秒以内とし且つその圧接時間を２秒以上１２０秒以内とすることで、芯部が半硬化状態にあるマグネットロールの反りを迅速且つ確実に矯正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的実施形態にかかるマグネットロールを示す説明斜視図。
【図２】同じくマグネットロールの真円度測定形状を示す説明図。
【図３】同じくマグネットロールを成形する成形金型を示す簡略断面図。
【図４】同じく成形金型の成形空間に溶融樹脂磁石を注入している様子を示す簡略断面図。
【図５】同じくマグネットロールを成形する別の成形金型を示す簡略断面図。
【図６】（ａ）は、同じくマグネットロールを冷却する冷却金型とこれに圧接されるマグネットロールを示す説明図。
（ｂ）は、同じく軸方向からみた説明図。
【図７】実施例１〜４の各々において、冷却時間と反り量の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
Ｍ  マグネットロール        Ａ１、Ａ２  成形金型
Ｂ  冷却金型                １  本体
１ａ  所定部位              ２  端部
２ａ  切欠部                ３  端部
４ａ  磁極部                ４ｂ  極間部
５  メイン成形型            ６  端部成形型
６ａ  成形空間              ６ｂ  導入路
７  スライド型              ７ａ  成形空間
８  成形空間                ９  永久磁石
１０  流通路                １１  アクチェータ
１２ａ  凹陥部              １２ｂ  流通路
２１  可動側金型            ２１ａ  成形空間
２２  固定側金型            ２２ａ  成形空間
２３  突き出しピン          ２４  磁場配向手段
【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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【図６】
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【図７】
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