JP2006308663A

JP2006308663A - マグネットローラおよび、その製造方法

Info

Publication number: JP2006308663A
Application number: JP2005128062A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Iwai; 雅治岩井
Original assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】マグネットピースの射出成形において、長手方向における反ゲート側の磁束密度が高くなるという課題が有る。長手方向の磁束密度を均一にするということを課題とする。
【解決手段】少なくともひとつ以上のマグネットピースにおいて、該マグネットピースの反ゲート側に、反ゲート側断面積の２０％〜７０％の穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって形成する。樹脂および添加剤を含む樹脂成分と、強磁性体粉末とを含む樹脂磁石組成物、から形成されるマグネットピースを少なくとも１つ以上含むマグネットローラであって、該マグネットピース長手方向２つの端面の内１つに、端面からマグネットピース内部に向かって、端面断面積の２０％〜７０％の断面積を有する穴（空間）を含むことを特徴とするマグネットピースを、少なくとも１つ以上有する、マグネットローラ、によって、解決する。
【選択図】図３

Description

この発明は、樹脂磁石組成物、およびその製造方法に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等における粉末トナーを用いた画像形成装置に組み込まれるマグネットローラは、次のような樹脂磁石組成物で構成されている。

（１）マグネットピースの長手方向において、中央部より両端部の厚さが小なる形状にした後、シャフトに複数個組み合わせて貼り合わせることにより、スリーブ表面上での磁気特性の直線性が良好となり、画質の均一性を向上させるというものである（特許文献１）。

（２）マグネットピースの長手方向において、両端部の幅が小なる形状に成形した後、シャフトに複数個組み合わせて貼り合わせることにより、長手方向端部まで平坦な磁気特性が得られ、良質な画像特性が実現できる（特許文献２）。
特開平０１−１１５１０９号公報特開平０９−６８８６６号公報

しかしながら、特許文献１、２では、反ゲート側の磁力の盛り上がりを抑制しきれず、長手方向に均一な磁力が得られない場合があり、また、成形用金型の構造が複雑になり、金型コストが高くなり、更に、メンテナンスも難しくコストアップの原因となる場合がある。本発明は、長手方向の磁力の均一性改善を課題とする。

（１）本発明の第１は、
樹脂および添加剤を含む樹脂成分と、強磁性体粉末とを含む樹脂磁石組成物、
から形成されるマグネットピースを少なくとも１つ以上含むマグネットローラであって、
該マグネットピース長手方向２つの端面の内１つに、
端面からマグネットピース内部に向かって、端面断面積の２０％〜７０％の断面積を有する穴（空間）を含むことを特徴とするマグネットピースを、少なくとも１つ以上有する、マグネットローラ、
である。

（２）本発明の第２は、
前記の穴（空間）の断面積が、マグネットピース長手方向の端面からマグネットピース内部に向かって、漸減することを特徴とする、（１）記載のマグネットローラ、
である。

（３）本発明の第３は、
前記穴（空間）が、前記マグネットピースの製造時のゲート側に位置する端面とは反対側、すなわち反ゲート側に存在することを特徴とする、（１）〜（２）のいずれかに記載のマグネットローラ、
である。

（４）本発明の第４は、
（１）〜（３）のいずれかに記載のマグネットローラの製造方法、
である。

（５）本発明の第５は、
樹脂および添加剤を含む樹脂成分と強磁性体粉末とをを混合した樹脂磁石組成物を成形用金型にてマグネットピースを成形する時、少なくともひとつ以上のマグネットピースにおいて、該マグネットピースの反ゲート側に、反ゲート側断面積の２０％〜７０％の穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって形成することを特徴とする、マグネットローラの製造方法、
である。

（６）本発明の第６は、
マグネットピースの反ゲート側に形成した穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって漸減する形状としたことを特徴とする、（５）に記載のマグネットローラの製造方法、
である。

（７）本発明の第７は、
（５）〜（６）のいずれかの製造方法によって作製されたことを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載の、マグネットローラ、
である。

本発明の第１により、マグネットピースにおいて、長手方向に均一な磁束密度が得られる。

本発明の第２により、マグネットピースにおいて、長手方向に均一な磁束密度が得られる。

本発明の第３により、マグネットピースにおいて、長手方向に均一な磁束密度が得られる。

本発明の第３および第１により、マグネットピースの反ゲート側の磁束密度の上昇が抑えられ、長手方向に均一な磁束密度が得られる。

本発明の第３および第２により、マグネットピースの反ゲート側の磁束密度の上昇が抑えられ、長手方向により均一な磁束密度が得られる。

本発明の第４により、長手方向に均一な磁束密度を有するマグネットローラを提供することができる。

本発明の第５により、マグネットピースの反ゲート側の磁束密度の上昇が抑えられ、長手方向に均一な磁束密度が得られる。

本発明の第６により、マグネットピースの反ゲート側の磁束密度の上昇が抑えられ、長手方向に均一な磁束密度が得られる。

本発明の第７により、マグネットピースの反ゲート側の磁束密度の上昇が抑えられ、長手方向に均一な磁束密度が得られる。

本発明は、樹脂および添加剤を含む樹脂成分と、強磁性体粉末とを含み、該樹脂成分と該粉末とを混合した樹脂磁石組成物を成形用金型にてマグネットピースを成形する時、少なくともひとつ以上のマグネットピースにおいて、該マグネットピースの反ゲート側に、反ゲート側断面積の２０％〜７０％の穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって形成したことを特徴とするマグネットローラである。

本発明では、例えば図１のような射出成形装置（磁気回路構成図）により、樹脂磁石組成物の磁性粒子を配向着磁しながらマグネットピースを成形する。図２のように、該射出成形装置のキャビティの反ゲート側端面に、ゲート側へ向かった突起物を設けることにより、成形後のマグネットピースの反ゲート側に穴（空間）を設けることができる。あるいは、該突起物を設けず、マグネットピースを通常通り成形し、成形後、反ゲート側にドリル等の後加工により穴を形成してもよい。

該穴の形状に限定はないが、円（円柱）、楕円（楕円柱）、三角（三角柱）、四角形（四角柱）、等が考えられる。

上記の穴の断面積は、反ゲート側の磁束密度の上昇により適宜設定すればよいが、マグネットピース（反ゲート側）断面積の２０％〜７０％が好ましい。更には、３０％〜６０％が好ましい。上記２０％未満の場合は、穴を設けた効果が発揮できず、また、７０％を超えるとマグネットピースの反ゲート側のマグネット部分の肉厚が薄くなり、変形してしまう場合がある。

上記で成形したマグネットピースをひとつ以上用いて、図３（斜視図）のように、シャフトの外周面に貼り合わせ、図４（断面図）のようなマグネットローラを得る。

ここで上記マグネットピース材料は、磁性粉として異方性フェライト磁性粉を５０重量％〜９５重量％と、樹脂分としてエチレンエチルアクリレート共重合体と、磁性粉の表面処理剤としてシラン系やチタネート系等のカップリング剤、流動性を良好にするポリスチレン系・フッ素系滑剤等、安定剤、可塑剤、もしくは難燃剤等を５０重量％〜５重量％とする。上記の磁性粉と樹脂分を混合分散し、溶融混練し、ペレット状に成形した後に、射出成形する。

成形時に印加する配向着磁磁場は、各磁極に要求される磁束密度仕様により適宜選択すればよい。また、要求磁気特性によっては成形時に配向着磁磁場を印加せず、成形後に着磁してもよい。

前記樹脂磁石組成物を用いることにより、射出成形にて成形されたマグネットピースは、クラックがなくなり、クラック起因のマグネットピースの折れが激減し、また磁気特性が向上し、磁束密度が小さいという不良が激減する。

マグネットピースは、図１のような射出成形装置（キャビティ部断面図）を用いて、注入口から溶融樹脂磁石を、電磁石あるいは永久磁石で、金型に配置した配向着磁用ヨークにより２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら射出成形し、磁性粒子を所望の方向に配向着磁し、硬化させ、マグネットピースが得られる。得られたマグネットピースは、軟質塩ビ系樹脂磁石組成物を用いて押出成形されたマグネットピースよりもやや硬くなり、よって寸法精度が良好となり、後加工が不要となり、低コストで高寸法精度のマグネットピースが得られる。

上記に示した磁性粉の含有率が５０重量％未満では、磁性粉不足により、マグネットピースの磁気特性が低下して所望の磁力が得られにくくなり、またそれらの含有率が９５重量％を超えると、バインダー不足となり成形性が損なわれるおそれがある。

また本発明は、上記マグネットピースの反ゲート側に形成した穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって漸減する形状としたことを特徴とするマグネットローラである。

例えば図１のような射出成形装置（キャビティ部断面図）により、樹脂磁石組成物の磁性粒子を配向着磁しながらマグネットピースを成形する。図２のように、該射出成形装置のキャビティの反ゲート側端面に、ゲート側へ向かった突起物（ゲート側へ向かって漸減している）を設けることにより、成形後のマグネットピースの反ゲート側に穴（空間）を設けることができる。

あるいは、該突起物を設けず、マグネットピースを通常通り成形し、成形後、反ゲート側にドリル等の後加工により穴を形成してもよい。

また、反ゲート端面からの穴の奥行き寸法は、５ｍｍ〜３０ｍｍが望ましい。反ゲート側端面からの穴の奥行き寸法が５ｍｍ未満の場合は、反ゲート側の磁束密度の上昇を解消しきれず、また、３０ｍｍを超える場合は、反ゲート側の磁束密度が低くなりすぎる場合がある。

また、本発明は、マグネットピースの反ゲート側に形成した穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって漸減する形状としたことを特徴とするマグネットローラである。
形成した穴の漸減具合、つまりテーパ角度は、５度〜３０度が望ましい。上記テーパ角度が５度未満の場合は、テーパを形成した効果が現れず、３０度を超える場合は、反ゲート側の磁束密度の上昇を解消しきれない。

また、要求される磁束密度により、強磁性体粉末が等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との混合磁性粉を使用する。等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との混合割合は要求される磁束密度により適宜決めればよいが、等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との重量割合は、２：８〜８：２が適切である。等方性希土類磁性粉の割合が２０％未満の場合は、等方性希土類磁性粉を混合した効果が発現せず、また、８０％を超える場合は、高磁気特性を得ることができるが、樹脂磁石材料が高価となってしまう。

更に、磁性粉として、異方性フェライト磁性粉、等方性フェライト磁性粉、異方性希土類磁性粉（例えばＳｍＦｅＮ系）、等方性希土類磁性粉（例えばＮｅＦｅＢ系）を単独または２種類以上を混合して使用しても良い。

上記に示した単独磁性粉あるいは混合磁性粉の含有率が５０重量％未満では、磁性粉不足により、マグネットピースの磁気特性が低下して所望の磁力が得られにくくなり、またそれらの含有率が９５重量％を超えると、バインダー不足となり成形性が損なわれるおそれがある。

また、本明細書においては、５つのマグネットピースをシャフトに貼り合わせた５極構成のマグネットロールを主に説明しているが、本発明は５極マグネットロールのみに限定されない。すなわち、所望の磁束密度と磁界分布により、マグネットピースの数量を選択し、磁極数や磁極位置も適宜設定すればよい。

さらに、成形と同時に磁場を印加する場合、成形物の脱型性の向上や、成形物のマグカス等のゴミ付着防止やマグネットピースの取り扱い性を容易にするために、成形後金型内あるいは金型外で一旦脱磁し、その後着磁してもよい。

更に、本発明は、上記で説明したマグネットピースの貼り合わせタイプに限定されず、軸一体マグネットローラ（軸部も本体部も同じ樹脂磁石材料で成形したもの）やシャフトインサートマグネットローラ（シャフト金型内にインサートしておきマグネット本体部を射出成形し一体化する、あるいは円筒状のマグネット本体部を射出成形し、その後シャフトを挿入する）にも適用することができる。

ここで、磁性粉としては、ＭＯ・ｎＦｅ₂Ｏ₃（ｎは自然数）で代表される化学式を持つ異方性フェライト磁性粉などがあげられる。式中のＭとして、Ｓｒ、Ｂａまたは鉛などの１種または２種以上が適宜選択して用いられる。

また、要求される磁束密度により、強磁性体粉末が等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との混合磁性粉を使用する。等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との混合割合は要求される磁束密度により適宜決めればよいが、等方性希土類磁性粉と異方性フェライト磁性粉との割合は、２：８〜８：２が適切である。等方性希土類磁性粉の割合が２０％未満の場合は、等方性希土類磁性粉を混合した効果が発現せず、また、８０％を超える場合は、高磁気特性を得ることができるが、樹脂磁石材料が高価となってしまう。

この場合、希土類磁性粉として等方性希土類磁性粉を用いることにより、押出時に印加する磁場によって発生する押出樹脂磁石材料への磁気吸引力をあまり増大させることなく、比較的スムーズに押出成形することが可能となる。

樹脂としては、エチレン−エチルアクリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＥＶＡ、ＥＶＯＨ、ＰＶＣ等の１種類あるいは２種類以上、もしくは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂の１種類あるいは２種類以上を混合して用いることができる。

マグネットローラを構成する各マグネットピースにおいて、すべてのマグネットピースが同一の樹脂磁石材料を使用する必要はなく、適宜組み合わせてマグネットローラを構成してもよい。

つまり、本発明に用いるマグネットピースは、すべてが同じ材質（バインダー、磁性粉等）である必要はないので、異種のマグネットピースを任意に組み合わせ、磁気特性の合わせ込み、低コスト化を図ってもよい。

また、押出成形品はマグネットピースの貼り合わせタイプではなく、円筒状のマグネット（磁極数は任意）を当該樹脂磁石組成物で押出成形してもよい。

以下に本発明を実施例および比較例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図３のマグネットピース材料として、磁性粉を９０重量％、樹脂分を１０重量％とした。ここで磁性粉として異方性ストロンチウムフェライト磁性粉（ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃：同和鉱業製ＮＦ−３５０）を用い、樹脂としてエチレンエチルアクリレート系樹脂（射出成形用ＥＥＡ樹脂：日本ユニカー製ＰＥＳ−２５０）と添加剤（安定剤＋滑剤＋可塑剤）を用いた。これらの磁性粉と樹脂分（添加剤含む）を混合し、溶融混練し、ペレット状に成形し、このペレットを溶融状態にし、図１の射出成形装置（キャビティ部断面図）を用いて、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら溶融樹脂磁石の磁性粒子を配向着磁し、図３に示す各マグネットピースを射出成形した。図１の射出成形装置の金型の反ゲート側には、図２に示すような突起物を設けた。突起物の形状は、円柱状であり、円柱の断面積はマグネットピース端面の断面積の５０％とした。また、円柱の長手方向寸法は２０ｍｍとした。そして、成形されたマグネットピース（反ゲート側に穴あり）をシャフト外周面に貼り合わせてマグネットローラを形成した。

マグネットローラ本体部（マグネット部）の外径はφ１３．６（外径１３．６ｍｍ、半径６．８ｍｍ）、マグネット本体部の長さは３２０ｍｍ、シャフトの外径はφ６（外径６ｍｍ）で、材質はＳＵＭ２２を使用した。

形成されたマグネットローラの両端軸部を支持し、マグネットローラを回転させながら、マグネットローラの軸の中心から８ｍｍ離れた位置（スリーブ上）にプローブ（磁束密度センサー）をセットし、ガウスメータにてマグネットローラの周方向磁束密度および長手方向磁束密度パターンを測定した。長手方向磁束密度パターンは、マグネット本体部の長手方向端部からもう一方の端部までプローブをスキャンさせて連続的に磁束密度を測定した。

ここで、図５に示すように、長手方向磁束密度判定領域（Ｐ１〜Ｐ３間）全域での最大磁束密度と最小磁束密度の差を算出し、その差が６ｍＴ以下を良品（○）と判定した。

測定結果を表１に示す。

なお、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は周方向の磁束密度測定ポイントである。

Ｐ１点はマグネット本体部の片端部（ゲート側）から１０ｍｍ長手方向内側（中心側）に入ったところのポイントである。

Ｐ３点はもう一方の片端部（反ゲート側）から１０ｍｍ長手方向内側（中心側）に入ったところのポイントである。

Ｐ２はマグネット本体部の長手方向中心である。

（実施例２）
図２の突起物の円柱の断面積がマグネットピース端面の断面積の２０％とする以外はすべて実施例１と同様に行った。

（実施例３）
図２の突起物の円柱の断面積がマグネットピース端面の断面積の７０％とする以外はすべて実施例１と同様に行った。

（実施例４）
図２の突起物の円柱の断面積がマグネットピース端面の断面積の３０％とする以外はすべて実施例１と同様に行った。

（実施例５）
図２の突起物の円柱の断面積がマグネットピース端面の断面積の６０％とする以外はすべて実施例１と同様に行った。

（実施例６）
図２の突起物の円柱の長手方向寸法を５ｍｍとする以外はすべて実施例２と同様に行った。

（実施例７）
図２の突起物の円柱の長手方向寸法を３０ｍｍとする以外はすべて実施例２と同様に行った。

（実施例８）
図２の突起物の円柱の長手方向寸法を５ｍｍとする以外はすべて実施例３と同様に行った。

（実施例９）
図２の突起物の円柱の長手方向寸法を３０ｍｍとする以外はすべて実施例３と同様に行った。

（実施例１０）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を５度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例６と同様に行った。

（実施例１１）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を３０度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例６と同様に行った。

（実施例１２）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を５度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例７と同様に行った。

（実施例１３）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を３０度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例７と同様に行った。

（実施例１４）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を５度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例８と同様に行った。

（実施例１５）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を３０度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例８と同様に行った。

（実施例１６）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を５度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例９と同様に行った。

（実施例１７）
ゲート側に向かう穴のテーパ角度を３０度とすることにより、穴の断面積を漸減させる以外はすべて実施例９と同様に行った。

（比較例１）
マグネットピースの反ゲート側に穴を開けない以外はすべて実施例１と同様に行った。

（比較例２）
円柱の断面積はマグネットピース端面の断面積の１０％とする以外はすべて実施例１と同様に行った。

（比較例３）
円柱の断面積はマグネットピース端面の断面積の８０％とする以外はすべて実施例１と同様に行った。

実施例１〜９と比較例１〜３を比べると、実施例１〜９の長手方向磁束密度差（Ｐ１〜Ｐ３間）は６ｍＴ以下となっているが、比較例１〜３の長手方向磁束密度差は６ｍＴを超えている。

よって、穴の断面積は、反ゲート側断面積の２０％〜７０％が適切であることがわかる。

また、実施例６〜９と実施例１０〜１７を比べると、実施例１０〜１７の方が更に長手方向磁束密度差が小さいことがわかる。

よって、穴を漸減させる（テーパ角度をつける）ことにより、長手方向磁束密度差が更に小さくなることがわかる。

射出成形装置（磁気回路構成図）本発明のキャビティ構造図マグネットローラ斜視図マグネットローラ本体部断面図マグネットローラ長手方向と磁束密度の関係

符号の説明

１電磁石あるいは永久磁石
２ヨーク
３マグネットピース
４磁性粒子配向方向
５反ゲート側の突起物
６キャビティブロック
７ゲート
８マグネットローラ本体部
９軸部
１０穴
１１長手方向磁束密度（反ゲート側の穴無し）
１２Ｐ１〜Ｐ３間の最大磁束密度
１３Ｐ１〜Ｐ３間の最小磁束密度
１４長手方向磁束密度（反ゲート側の穴有り）

Claims

樹脂および添加剤を含む樹脂成分と、強磁性体粉末とを含む樹脂磁石組成物、
から形成されるマグネットピースを少なくとも１つ以上含むマグネットローラであって、
該マグネットピース長手方向２つの端面の内１つに、
端面からマグネットピース内部に向かって、端面断面積の２０％〜７０％の断面積を有する穴（空間）を含むことを特徴とするマグネットピースを、少なくとも１つ以上有する、マグネットローラ。
前記の穴（空間）の断面積が、マグネットピース長手方向の端面からマグネットピース内部に向かって、漸減することを特徴とする、請求項１記載のマグネットローラ。
前記穴（空間）が、前記マグネットピースの製造時のゲート側に位置する端面とは反対側、すなわち反ゲート側に存在することを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載のマグネットローラ。
請求項１〜３のいずれかに記載のマグネットローラの製造方法。
樹脂および添加剤を含む樹脂成分と強磁性体粉末とをを混合した樹脂磁石組成物を成形用金型にてマグネットピースを成形する時、少なくともひとつ以上のマグネットピースにおいて、該マグネットピースの反ゲート側に、反ゲート側断面積の２０％〜７０％の穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって形成することを特徴とする、マグネットローラの製造方法。
マグネットピースの反ゲート側に形成した穴を、反ゲート側端面からゲート側端面に向かって漸減する形状としたことを特徴とする、請求項５に記載のマグネットローラの製造方法。
請求項５〜６のいずれかの製造方法によって作製されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の、マグネットローラ。