JP2005354005A - マグネットピースの成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 マグネットピース貼り合わせタイプのマグネットローラにおいて、磁束密度ピーク位置に対し非対称な磁束密度パターンにすることができない。
【解決手段】 マグネットピース成形金型を、成形時の一定方向の配向着磁磁場に対し、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を自由自在に変更が可能とすることにより、
マグネットピースの磁束密度パターンの自由度が向上し、複雑な磁束密度パターンが可能となる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に組み込まれるマグネットローラに関する。

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、次のように構成されているのが一般的である。

すなわち、（１）射出成形すると同時に磁化容易軸を特定方向に配向して得る複数のマグネットピースをシャフトに固定してマグネットローラを形成するものである。（特許文献１）
（２）断面形状が扇形で円弧中央部から他の三辺へのフェライト粉の磁化容易軸を配向させて磁化させたマグネットピースを射出成形した後、シャフトに複数個貼り合わせてマグネットローラを形成するものである。（特許文献２）
特開２００３−２２９３０９ 特開昭６２−２８２４２３

しかしながら、特許文献１の図２、４、５が示すように、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向は、配向ヨークに収束するように配向着磁されていることは明らか（図示されていないが）であり、単純な磁束密度パターンしか形成できないことがある。

また、特許文献２が示すように、断面形状が扇形で円弧中央部から他の三辺へのフェライト粉の磁化容易軸を配向させて磁化させたマグネットピースを射出成形した後、シャフトに複数個貼り合わせてマグネットローラを形成するため、特許文献２には示されていないが、やはり複雑な磁束密度パターンの形成は難しく、単純な磁束密度パターンしか形成できない場合がある。

本発明のマグネットピース成形金型を、成形時の一定方向の印加配向着磁磁場に対し、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を自由自在に変更することが可能とすることにより、マグネットピースの磁束密度パターンの自由度が向上し、複雑な磁束密度パターンが可能となる。

また、本発明のマグネットピース成形金型のキャビティ部分の外周部を多角形状にすることにより、一定角度ごとにキャビティ角度を変更することが可能となり、成形時の一定方向の配向着磁磁場に対し、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を一定角度ごとに変更することができ、マグネットピースの磁束密度パターンの自由度が向上し、複雑な磁束密度パターンが可能となる。

また、本発明のマグネットピース成形金型のキャビティ部分の外周部を円形状にすることにより、自由自在にキャビティ角度を変更することが可能となり、成形時の一定方向の配向着磁磁場に対し、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を自由自在に変更することができ、マグネットピースの磁束密度パターンの自由度が向上し、複雑な磁束密度パターンが可能となる。

本発明（請求項１）により、射出成形にて成形されたマグネットピースは磁束密度パターンの自由度が向上し、該マグネットピースを組み合わせて貼り合わせたマグネットローラは、複雑な磁束密度パターンに対応可能となる。

本発明（請求項２）により、射出成形にて成形されたマグネットピースは磁束密度パターンの自由度が向上し、該マグネットピースを組み合わせて貼り合わせたマグネットローラは、複雑な磁束密度パターンに対応可能となる。

本発明（請求項３）により、射出成形にて成形されたマグネットピースは磁束密度パターンの自由度が向上し、該マグネットピースを組み合わせて貼り合わせたマグネットローラは、複雑な磁束密度パターンに対応可能となる。

本発明は、射出成形時の一定方向の配向着磁磁場に対し、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を自由自在に変更できるようにしたことを特徴としたマグネットピースの成形用金型である。

従来の射出成形用のマグネットピース成形金型は、特許文献１や２のように、マグネットピースの外周面付近に配向用ヨークを配置することにより、マグネットピースの磁性粒子は該配向用ヨークに収束されるように配向着磁されている。

本発明では、例えば成形金型（キャビティ７）を図１のように構成することにより、電磁石あるいは永久磁石等の励磁源から発生される一定方向の磁場（平行磁場）に対し、キャビティ内の成形空間を傾けることにより、マグネットピースのラジアル方向中心線３に対し、マグネットピースの磁性粒子を傾斜させて配向着磁させることが可能となり、磁束密度ピーク位置に対して非対称な磁束密度パターン（複雑な磁束密度パターン）が得られる。得られたマグネットピースを図２のようにシャフト外周面に貼り合わせることによりマグネットローラ図３（斜視図）を形成した。

ここで、マグネットピースの磁性粒子をマグネットピースのラジアル方向中心線に対し、５°以上９０°以下に傾斜させることが望ましい。これは、傾斜が５°未満である場合は、磁性粒子を傾斜させた効果が現れない。また、９０°を超えるとマグネットピースの極性が逆転してしまうため意味がなくなる。

図２のＮ１極マグネットピース８は、図１のような磁気回路をもつ金型を用いて、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２により２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら注入し、磁性粒子を所望の方向に配向着磁し、硬化させ、該Ｎ１極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、射出成形により金型内で成形されるため、押出成形品よりも寸法精度が良好であるので、シャフトに貼り合わせた後マグネット外周寸法をそろえるための外周切削や、長さ方向の高精度の切断、等の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。また、射出成形の場合、溶融樹脂磁石の溶融粘度が押出成形等に比べはるかに低いので、磁性粒子の配向度が向上し、高磁気特性のマグネットピースが得られる。

上記マグネットピースは、異方性フェライト磁性粉の５０重量％〜９５重量％と、樹脂バインダーの５重量％〜５０重量％とからなる混合物を主体とし、必要に応じて、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、もしくは難燃剤などを添加し、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。

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、樹脂バインダーとしては、熱可塑性樹脂であれば、たとえば塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、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（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）ＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合体）、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）およびＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等、熱硬化性樹脂であれば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂およびポリイミド樹脂等があげられる。これらは１種で使用してもよく、２種類以上組み合わせて用いてもよい。

また、要求される磁束密度により、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、本発明では、図２のＳ１極、Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ２極のマグネットピース（９、１０、１１、１２）は、図４のａ、ｂ、ｃ、ｄのような磁気回路をもつ射出用金型を用いて、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、射出成形と同時にマグネットピースのラジアル方向中心線に対し平行に磁性粒子の配向着磁を行うことにより、を得られる。

上記Ｎ１極のマグネットピースの射出成形おいて、図１のような金型（キャビティ６）を用いて、一方向（一定方向）の磁場を印加させて金型内（キャビティ空間内）に注入される溶融樹脂磁石の磁性粒子を配向させる方法は、図１のように、キャビティ空間が一方向の磁場に対し所望の傾斜となるように、該キャビティ空間を四角形の非磁性体内に放電加工やワイヤーカット等で形成し、該キャビティを本体金型に組み込み、キャビティ内に溶融樹脂磁石を注入しながら磁場を印加し、成形硬化後、軸方向に成形されたマグネットピースを突き出して取り出すか、あるいは、成形直後にキャビティごと本体金型から取り出し、キャビティ内でマグネットピースを冷却硬化してから取り出してもよい。

また、ここではキャビティ６にパーティングライン５を設け、キャビティを金型本体から取り出した後にキャビティを分割しマグネットピースを取り出す方法を示しているが、キャビティのパーティングラインを無くし、キャビティを分割せず軸方向にマグネットピースを突き出して取り出してもよい。

連続成形するには、前記の非磁性体で形成されたキャビティを複数個所有し、キャビティ内のマグネットピースが冷却硬化されるまで、別のキャビティにて成形を継続すればよい。

従来の射出成形では、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を傾斜させることは困難で、マグネットピースを傾斜させることにより、アンダーカット部が発生し、取り出しが困難となる場合がある。また、前記取り出し性を良くするため、マグネットピースのアンダーカット部を切り取った形状にすると、磁気特性に悪影響を及ぼし、磁束密度強度が低下したり、磁束密度パターンが変形したりし、所望の磁束密度強度、パターンが得られなくなる場合がある。

また、Ｎ１極のマグネットピースの射出成形おいて、図５のような金型（キャビティ２０）を用いて、一方向（一定方向）の磁場を印加させて金型内（キャビティ空間内）に注入される溶融樹脂磁石の磁性粒子を配向させる方法は、図５のように、キャビティ空間が一方向の磁場に対し所望の傾斜となるように、該キャビティ空間を多角形（例えば７２角形）の非磁性体内に放電加工やワイヤーカット等で形成し、該キャビティを本体金型に組み込み、キャビティ内に溶融樹脂磁石を注入しながら磁場を印加し、成形硬化後、軸方向に成形されたマグネットピースを突き出して取り出すか、あるいは、成形直後にキャビティごと本体金型から取り出し、キャビティ内でマグネットピースを冷却硬化してから取り出してもよい。

また、ここではキャビティ２０にパーティングライン５を設け、キャビティを金型本体から取り出した後にキャビティを分割しマグネットピースを取り出すが、キャビティのパーティングラインを無くし、キャビティを分割せず軸方向にマグネットピースを突き出して取り出してもよい。

連続成形するには、前記の非磁性体で形成されたキャビティを複数個所有し、キャビティ内のマグネットピースが冷却硬化されるまで、別のキャビティにて成形を継続すればよい。キャビティは多角形であり、例えば７２角形であれば、マグネットピースのラジアル方向中心線３に対し５度毎に傾斜させることができ、結果的に印加磁場に対しマグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を５度毎に傾斜させることが可能となり、磁束密度ピーク位置に対して非対称な磁束密度パターン（複雑な磁束密度パターン）が得られる。得られたマグネットピース１９を図６のようにシャフト外周面に貼り合わせることによりマグネットローラ図３（斜視図）を形成した。

ここで、マグネットピースのラジアル方向中心線に対し、５°以上９０°以下に傾斜させることが望ましい。これは、傾斜が５°未満である場合は、磁性粒子を傾斜させた効果が現れない。また、９０°を超えるとマグネットピースの極性が逆転してしまうため意味がなくなる。

更に、Ｎ１極のマグネットピースの射出成形おいて、図７のような金型（キャビティ２２）を用いて、一方向（一定方向）の磁場を印加させて金型内（キャビティ空間内）に注入される溶融樹脂磁石の磁性粒子を配向させる方法は、図７のように、キャビティ空間が一方向の磁場に対し所望の傾斜となるように、該キャビティ空間を円形の非磁性体内に放電加工やワイヤーカット等で形成し、該キャビティを本体金型に組み込み、キャビティ内に溶融樹脂磁石を注入しながら磁場を印加し、成形硬化後、軸方向に成形されたマグネットピースを突き出して取り出すか、あるいは、成形直後にキャビティごと本体金型から取り出し、キャビティ内でマグネットピースを冷却硬化してから取り出してもよい。

また、ここではキャビティ２２にパーティングライン５を設け、キャビティを金型本体から取り出した後にキャビティを分割しマグネットピースを取り出すが、キャビティのパーティングラインを無くし、キャビティを分割せず軸方向にマグネットピースを突き出して取り出してもよい。

連続成形するには、前記の非磁性体で形成されたキャビティを複数個所有し、キャビティ内のマグネットピースが冷却硬化されるまで、別のキャビティにて成形を継続すればよい。キャビティは円形であるので、マグネットピースのラジアル方向中心線３に対し自由に傾斜させることができ、結果的に印加磁場に対しマグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を自由に傾斜させることが可能となり、磁束密度ピーク位置に対して非対称な磁束密度パターン（複雑な磁束密度パターン）が得られる。得られたマグネットピース２１を図８のようにシャフト外周面に貼り合わせることによりマグネットローラ図３（斜視図）を形成した。

ここで、マグネットピースのラジアル方向中心線に対し、５°以上９０°以下に傾斜させることが望ましい。これは、傾斜が５°未満である場合は、磁性粒子を傾斜させた効果が現れない。また、９０°を超えるとマグネットピースの極性が逆転してしまうため意味がなくなる。

ここでバインダー樹脂は前記に示したものが使用可能であるが、金型温度を低くすることが可能な点、低コスト（１２ナイロン等より安価）である点、金型の磨耗が少ない点、成形品（マグネットピース）の接着性が良好（シアノアクリレート系瞬間接着剤が使用可能）である点、成形品に反りやクラックがない点、等の理由により、樹脂バインダーとしてはエチレンエチルアクリレート系樹脂が好ましい。

上記では、Ｎ１極の磁性粒子の配向着磁方向を傾斜させた例を示したが、要求磁束密度パターンにより適宜他の極も同様に磁性粒子の配向着磁方向を傾斜させればよい。

尚、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、本明細書においては、５極構成のマグネットロールを図示しているが、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。

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２のＮ１極用マグネットピース材料として、樹脂バインダーにエチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）を１０重量％（滑剤、安定剤等含む）、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）を９０重量％とし、これらを混合し、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の磁気回路をもつ金型を用いて、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、１２００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら溶融樹脂磁石の磁性粒子を一方向に配向着磁し、図２に示すマグネットピースＮ１極を射出成形した。Ｎ１極マグネットピースの配向着磁時は、配向着磁磁場に対し、マグネットピースのラジアル方向中心線をθ１＝３０度傾斜させた。

また、図２のＮ１極以外の極（Ｓ１極、Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ２極）用マグネットピース材料はＮ１極と同じもので、図４のａ、ｂ、ｃ、ｄの磁気回路をもつ金型を用いて、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、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一方向（マグネットピースのラジアル方向中心線に対し平行）に配向着磁し、図２に示すマグネットピースＳ１極、Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ２極を射出成形した。

上記で成形されたマグネットピース５極分を、シャフトの外周面に貼り合わせ、図３のようなマグネットローラを得た。

マグネットローラ本体部の外径はφ１３．６、マグネット本体部の長さは３２０ｍｍ、シャフト部の外径はφ６（材質ＳＵＭ２２）とした。

得ら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パターンを測定した。

測定結果を表１に示す。ここで表１の８０％半身幅とは、図９に示すように、マグネットローラ中心１７から磁束密度ピーク位置１４とを結ぶ線２３と、磁束密度ピーク値の８０％の位置を結ぶ線（θ４＋θ５）との交点によって振り分けられたθ４（Ｓ１側８０％半身幅）とθ５（Ｓ２側８０％半身幅）のことを示し、５０％半身幅も同様に、マグネットローラ中心１７から磁束密度ピーク位置１４とを結ぶ線２３と、磁束密度ピーク値の５０％の位置を結ぶ線（θ６＋θ７）との交点によって振り分けられたθ６（Ｓ１側５０％半身幅）とθ７（Ｓ２側８０％半身幅）のことを示し、他極についても同様である。

（実施例２）
Ｎ１極のマグネットピースの射出成形おいて、図５のような金型（キャビティ２０）を用いる以外はすべて実施例１と同様に行った。ただし、Ｎ１極マグネットピースの配向着磁時は、配向着磁磁場に対し、マグネットピースのラジアル方向中心線をθ２＝２０度傾斜させた。
測定結果を表１に示す。

（実施例３）
Ｎ１極のマグネットピースの射出成形おいて、図７のような金型（キャビティ２２）を用いる以外はすべて実施例１と同様に行った。ただし、Ｎ１極マグネットピースの配向着磁時は、配向着磁磁場に対し、マグネットピースのラジアル方向中心線をθ３＝２５度傾斜させた。
測定結果を表１に示す。

（比較例１）
Ｎ１極のマグネットピースの射出成形おいて、図１０のような金型（キャビティ）を用いる以外はすべて実施例１と同様に行った。ただし、Ｎ１極マグネットピースの配向着磁方向は、マグネットピースのラジアル方向中心線に対し平行にした。
測定結果を表１に示す。

（比較例２）
Ｎ１極のマグネットピースの射出成形おいて、図１１のような金型（キャビティ）を用いる以外はすべて実施例１と同様に行った。ただし、Ｎ１極マグネットピースの配向着磁時は、配向着磁磁場に対し、マグネットピースのラジアル方向中心線を３０度傾斜させかつ、アンダーカット部２５を切り取った形状とした。
測定結果を表１に示す。

表１より、実施例１、２、３と比較例１を比べると、実施例１のＮ１極の磁束密度パターンは、磁束密度ピークに対し非対称なパターンとなっているが、比較例１のＮ１極の磁束密度パターンは、磁束密度ピークに対し対称的なパターンとなっている。 これは、実施例１のＮ１極のマグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向が、マグネットピースのラジアル方向中心線に対し、磁性粒子を傾斜させることにより実現できていることがわかる。つまり、上記Ｎ１極のようにマグネットピースの磁性粒子を傾斜させて配向させることにより、磁束密度ピークに対し、非対称な磁束密度パターンが得られ、複雑な磁束密度パターンが可能となることがわかる。非対称な磁束密度パターンは、現像剤の搬送性、現像剤規制ブレードの通過性、現像剤の剥離性等が向上し、良好な画質が得られる。

表１より、実施例１と比較例２を比べると、実施例１のＮ１極の磁束密度ピーク置は１０４ｍＴとなっているが、比較例２のＮ１極の磁束密度ピーク置は１００ｍＴなっている。また、比較例２のＮ１極の磁束密度パターンは、磁束密度ピークに対し非対称なパターンとなっているが、実施例１のＮ１極と比べると、その非対称性が小さくなっていることがわかる。これらは、比較例２のＮ１極のマグネットピースの一部に図１１のアンダーカット部２５（切り欠き部）が存在し、該アンダーカット部２５（切り欠き部）が磁束密度ピーク値を下げ、また非対称性を小さくしていることがわかる。

本発明のマグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 本発明のマグネットピースを貼り合わせた図と磁束密度パターン 本発明のマグネットローラの斜視図 従来のマグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 別の本発明のマグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 別の本発明のマグネットピースを貼り合わせた図 別の本発明のマグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 別の本発明のマグネットピースを貼り合わせた図 磁束密度パターン半身幅を説明する図 従来のマグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 従来のマグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部

符号の説明

１ 電磁石
２ 配向着磁用ヨーク
３ マグネットピースのラジアル方向中心線
４ 磁性粒子配向着磁方向
５ パーティングライン
６ キャビティ
７ マグネットピース
８ マグネットピース
９ マグネットピース
１０ マグネットピース
１１ マグネットピース
１２ マグネットピース
１３ 磁束密度パターン
１４ 磁束密度ピーク位置
１５ シャフト
１６ スリーブ
１７ マグネットローラ中心点
１８ マグネットローラ本体部（マグネットピース貼り合わせ部）
１９ マグネットピース
２０ キャビティ
２１ マグネットピース
２２ キャビティ
２３ マグネットローラ中心点と磁束密度ピーク位置とを結ぶ線
２４ マグネットピース
２５ アンダーカット部（切り欠き部）
２６ マグネットピース

Claims (3)

1. マグネットピースの成形用金型であって、成形時の一定方向の配向着磁磁場に対し、マグネットピースの磁性粒子の配向着磁方向を自由自在に変更できるようにしたことを特徴とするマグネットピースの成形用金型。
2. マグネットピースの成形用金型のキャビティ部分の外周部を多角形状にしたことを特徴とする請求項１記載のマグネットピースの射出成形用金型。
3. マグネットピースの成形用金型のキャビティ部分の外周部を円形状にしたことを特徴とする請求項１記載のマグネットピースの射出成形用金型。

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