JP2006024606A - マグネットローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 マグネットローラ用のマグネットピースの射出成形において、溶融樹脂磁石の流動性が悪く充填不足が発生したり、成形品の強度が弱く脱型性が悪い。
【解決手段】 強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物を成型したマグネットピースをシャフトの外周面に張り合わせて形成したマグネットローラにおいて、マグネットピースのの成型時に樹脂磁石材料の樹脂バインダーとしてエチレンエチルアクリレートを用い、ポリプロピレンやポリプロピレンとポリエチレンを添加することで、成形性が向上し、成型品の強度を保てる。
【選択図】 図６

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）樹脂バインダーとしてエチレンエチルアクリレート共重合体を使用し、メルトインデックスが１００〜２０００ｇ／ｍｉｎ、エチルアクリレート含有量を１５〜４０重量％とし、マグネットローラを射出成形するものである（特許文献１）（２）分子量が１６０００成分と２９０００成分の異なる二種類のエチレンエチルアクリレート共重合樹脂をアロイ化して母材とする複合樹脂マグネット材料組成物を用いて、金属シャフトを設置した金型内に射出成形してロール状磁石を形成し、高磁気特性のシャフトインサートタイプのマグネットロールを安価に得るものである。（特許文献２）
特開平０２−２２００８３ 特開平１１−３０７３４０

しかしながら、特許文献１は、円筒状マグネットを押出成形あるいは射出成形にて形成しているが、溶融樹脂磁石の流動性が低く、充填不足（射出成形）が発生したり、磁性粒子を十分配向できないことがあり、所望の磁束密度が得られないことがある。また、射出成形の場合、成形品（円筒状マグネット）の強度が弱く、脱型性が悪化することがある。
更に、円筒状に形成しかつ外周面に複数個の磁極を設けてなる永久磁石部材に軸を固着してマグネットローラを構成しているので、該特許文献には示されていないが、マグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせて構成するマグネットローラのように複雑な磁束密度パターンを形成することができない場合がある。

また、特許文献２は、分子量が異なる二種類のエチレンエチルアクリレート共重合体樹脂をアロイ化して母材樹脂とし、金型内に金属製シャフトを設置して溶融射出し、マグネットローラを形成しているが、溶融樹脂磁石の流動性が低く、充填不足（射出成形）が発生したり、磁性粒子を十分配向できないことがあり、所望の磁束密度が得られないことがある。また、成形体の外周面に複数の磁極を形成してマグネットローラを構成しているので、該特許文献には示されていないが、マグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせて構成するマグネットローラのように複雑な磁束密度パターンを形成することができない場合がある。

本発明のマグネットローラは、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物を成形したマグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせて形成したマグネットローラにおいて、前記樹脂バインダーとしてエチレンエチルアクリレート系樹脂を用い、該エチレンエチルアクリレート系樹脂に対しポリプロピレンを３０〜７０重量部添加することにより、溶融樹脂磁石の流動性が向上し、容積の小さなマグネットピースでも射出成形が可能となり、また成形されたマグネットピースは反りがなく、適度な硬さや可とう性を持ち、 接着性が良好となり、円筒状マグネットやシャフトインサート一体成形マグネットに比べ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ローラは、エチレンエチルアクリレート系樹脂に対しポリエチレンを８０重量部〜１２０重量部添加することにより、溶融樹脂磁石の流動性が向上し、容積の小さなマグネットピースでも射出成形が可能となり、また成形されたマグネットピースは反りがなく、硬さが増し金型からの脱型性が良好となりつつ可とう性を持ち、接着性が良好となり、円筒状マグネットやシャフトインサート一体成形マグネットに比べ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、溶融樹脂磁石の流動性が向上し、容積の小さなマグネットピースでも射出成形が可能となり、また、射出成形にて成形されたマグネットピースは、反りがなく、適度な硬さや可とう性を持ち、接着性が良好となり、該マグネットピースを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、溶融樹脂磁石の流動性が向上し、容積の小さなマグネットピースでも射出成形が可能となり、射出成形にて成形されたマグネットピースは、反りがなく、硬さが増し金型からの脱型性が良好となりつつ可とう性を持ち、接着性が良好となり、該マグネットピースを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、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物を成形したマグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせて形成したマグネットローラにおいて、前記樹脂バインダーとしてエチレンエチルアクリレート系樹脂を用い、該エチレンエチルアクリレート系樹脂に対しポリプロピレンを３０〜７０重量部添加したマグネットピースを少なくともひとつ以上使用したことを特徴とするマグネットローラである。

従来、樹脂バインダーにエチレンエチルアクリレート樹脂を用いたマグネットローラは、特許文献１や２のように、シャフトの外周面にマグネットピースを貼り合わせるのではなく、円筒状のマグネット本体部（複数の磁極を有する）を成形し、該円筒状マグネットにシャフトを挿入固着したり、金型内にシャフトを設置し、該シャフトの外周に溶融樹脂磁石を射出成形してマグネットローラを形成している。

本発明では、例えば図１、図２、図３のような金型（磁気回路）にてマグネットピースの磁性粒子を配向着磁し、成形し、複数個のマグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせて図４のようなマグネットローラを構成する。
ここで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（エチレンエチルアクリレート系樹脂）を５重量％〜５０重量％とからなる混合物を主体とし、該エチレンエチルアクリレート系樹脂に対しポリプロピレンを３０〜７０重量部添加し、必要に応じて、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。

上記ポリプロピレンの数平均分子量は２０００〜６０００が好ましい。２０００未満の場合は、成形品の強度が低下し、６０００を超えると流動性が低下する。
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。

ポリプロピレン３０重量部未満の場合は、溶融樹脂磁石の流動性が低下し、充填不足が発生したり、成形品の硬度が低くなり脱型性が悪化したり、磁性粒子の配向着磁が不十分となり所望の磁束密度が得られない。また、ポリプロピレン７０重量部を超える場合は、溶融樹脂磁石の流動性が高くなり過ぎ、成形品を硬化するまでに時間がかかり（成形サイクルタイムが延びる）、高コストとなる。

前記樹脂磁石材料を用いることにより、射出成形時の溶融樹脂磁石の流動性が向上し、容積の小さなマグネットピースでも射出成形が可能となり、また、射出成形にて成形されたマグネットピースは、1)反りがなく、2)適度な硬さ持つため、ロボットによるマグネットピースの金型からの自動取り出しが可能となり、3)適度な可とう性を持つため、接着性が良好となり、クラックも発生しない。
また、前記樹脂磁石材料を用いたマグネットピースの磁性粒子を種々の方向に配向着磁し、各マグネットピースを貼り合わせてマグネットローラを形成することにより、複雑な磁束密度パターンを得ることができる。

各マグネットピース１は、図１、図２、図３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１１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、各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、現像剤かぶりが防止でき高画質となる。

また、本発明は、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物のマグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせて形成したマグネットローラにおいて、前記樹脂バインダーとしてエチレンエチルアクリレート系樹脂を用い、該エチレンエチルアクリレート系樹脂に対しポリプロピレンを３０〜７０重量部添加し、かつ該エチレンエチルアクリレート系樹脂に対しポリエチレンを８０〜１２０重量部添加したマグネットピースを少なくともひとつ以上使用したことを特徴とするマグネットローラである。
上記ポリエチレンの数平均分子量は１６０００〜２００００が好ましい。１６０００未満の場合は、ポリエチレンを添加した効果が発現せず、２００００を超えると流動性が低下し成形性が悪化する。

上記樹脂磁石材料にポリエチレンを添加することにより、溶融樹脂磁石の流動性を維持が可能であるため、容積の小さなマグネットピースでも射出成形が可能となり、また、射出成形にて成形されたマグネットピースは、1)反りがなく、2)前記成形品より硬さが増し、ロボットによるマグネットピースの金型からの自動取り出し性がより向上し、3)適度な可とう性を持つため、接着性が良好となり、クラックも発生しない。
ポリエチレンが８０重量部未満の場合は、ポリエチレンを添加した効果がでず、成形品の硬さがポリエチレンを添加しない場合とほぼ同じとなり、またポリエチレンが１２０重量部を超えると、成形品の硬さが硬くなり過ぎ、反りが発生したり、可とう性が低下したり、また成形性が低下し充填不足等が発生する。

また、上記樹脂磁石材料を用いたマグネットピースの磁性粒子を種々の方向に配向着磁し、各マグネットピースを貼り合わせてマグネットローラを形成することにより、複雑な磁束密度パターンを得ることができる。
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。

各マグネットピース１は、図１、図２、図３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１１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、各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、現像剤かぶりが防止でき高画質となる。

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。
マグネットローラを構成するマグネットピースの少なくともひとつ以上の樹脂バインダーとして、エチレン−エチルアクリレート系樹脂を用いる。

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。

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前記樹脂磁石材料を使用する必要はなく、例えばポリアミド系樹脂磁石でもよく、また、成形方法も押出成形を用いて、塩ビ系樹脂磁石でマグネットピースを成形してもよく、これらを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、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５のＮ１極は、マグネットピース材料として、樹脂バインダー１０重量％中（可塑剤、安定剤含む）エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（日本ユニカー製ＮＵＣＧ−１０７７）の重量比を１０：３とし、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３の金型を用いて、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、１５００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら溶融樹脂磁石の磁性粒子を極異方的に配向着磁し、図５に示すマグネットピースＮ１極を射出成形した。

また、Ｓ１極は上記と同じマグネットピース材料を用いて、図１の金型に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的に配向着磁し、図５に示すマグネットピースＳ１極を射出成形した。ここで、Ｓ１極の磁性粒子の配向着磁方向は、マグネットピース中心線に対し３０°傾斜させて成形を行った。

Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ２極も上記と同じマグネットピース材料を用いて、図７に示すような金型にて注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、８００〜１２００Ｋ・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的に配向着磁し、図５に示すマグネットピースＮ２極、Ｎ３極、Ｓ２極を射出成形した。
ここで、Ｎ２極、Ｎ３極、Ｓ２極の磁性粒子の配向着磁方向は、マグネットピース中心線に対し平行にして成形を行った。

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５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。

マグネットピースの硬さはゴム硬度計（ＡＳＫＥＲ製ＲＵＢＢＥＲ ＴＥＳＴＥＲ ＴｙｐｅＡ）で測定し、マグネットピースの抗折強度は万能試験機（島津製作所製ＡＧＳ−Ｈ ５ｋＮ）で図８のようにマグネットピース２３をマグネット固定治具２４に固定し矢印の方向へ加圧治具２２を５０ｍｍ／ｍｉｎのスピードで加圧して測定した。
マグネットピースの反り量は、マグネットピースを定盤の上に置き、隙間の最大量を測定した。

また、Ｎ１極のマグネットピース２６を５０ｍｍにカットし、シャフト外周面に接着し、シャフトをシャフト固定治具２７に固定し、図９のように片側から矢印の方向へバネ計でマグネットピースを押し接着強度を測定した。
さらに、シャフトの外周面に各マグネットピースを貼り合わせてマグネットローラとした状態で、ヒートサイクルテスト（条件：−４０℃×３ｈｒ⇔７０℃×３ｈｒを４０サイクル）を行った後、マグネットピースの剥がれ及びクラックの有無を観察した。
測定結果を表１に示す。ここで表１の８０％半身幅とは、図６に示すように、マグネットローラ中心から磁束密度ピーク位置とを結ぶ線１４と、磁束密度ピーク値の８０％の位置を結ぶ線（θ１＋θ２）との交点によって振り分けられたθ１（Ｎ１側８０％半身幅）とθ２（Ｎ２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から磁束密度ピーク位置とを結ぶ線と、磁束密度ピーク値の５０％の位置を結ぶ線（θ３＋θ４）との交点によって振り分けられたθ３（Ｎ１側５０％半身幅）とθ４（Ｎ２側８０％半身幅）のことをいう。

（実施例２）
樹脂バインダー１０重量％中エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０−Ｐ）の重量比を１０：７とする以外は実施例１と同様に行った。

（実施例３）
樹脂バインダー１０重量％中エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０−Ｐ）とポリエチレン（日本ユニカー製ＮＵＣＧ−１０７７）の重量比を１０：５：８とする以外は実施例１と同様に行った。

（実施例４）
樹脂バインダー１０重量％中エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０−Ｐ）とポリエチレン（日本ユニカー製ＮＵＣＧ−１０７７）の重量比を１０：５：１２とする以外は実施例１と同様に行った。

（比較例１）
樹脂バインダー１０重量％中エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０−Ｐ）の重量比を１０：２．５とする以外は実施例１と同様に行った。

（比較例２）
樹脂バインダー１０重量％中エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０−Ｐ）の重量比を１０：７．５とする以外は実施例１と同様に行った。

（比較例３）
樹脂バインダー１０重量％中エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０−Ｐ）とポリエチレン（日本ユニカー製ＮＵＣＧ−１０７７）の重量比を１０：２．５：７．５とする以外は実施例１と同様に行った。

（比較例４）
樹脂バインダー１０重量％中エチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とポリプロピレン（三洋化成製ビスコール５５０−Ｐ）とポリエチレン（日本ユニカー製ＮＵＣＧ−１０７７）の重量比を１０：７．５：１２．５とする以外は実施例１と同様に行った。

（比較例５）
樹脂バインダー１０重量％すべてをエチレンエチルアクリレート（日本ユニカー製ＤＰＤＪ−９１６９）とする以外は実施例１と同様に行った。

（比較例６）
樹脂バインダー１０重量％すべてをナイロン１２（宇部興産（株）製Ｐ３０１２Ｕ）とする以外は実施例１と同様に行った。

実施例１、２と比較例１、２を比べると、実施例１、２は成形性が良好（充填時間が短い、脱型性が良好）であることがわかる。
以上より、エチレンエチルアクリレートに対するポリプロピレンの重量比は１０：３〜
１０：７が良好であることがわかる。

実施例３、４と比較例３、４を比べると、実施例３、４は成形性が良好（充填時間が短い）、ヒートサイクルテスト後の剥がれ、クラック、反りが無く、Ｎ１極ピーク磁束密度が高いことがわかる。

以上より、エチレンエチルアクリレートに対するポリプロピレン及びポリエチレンの重量比は１０：３：８〜１０：７：１２が良好であることがわかる。
実施例１、２と比較例５を比べると、実施例１、２は成形性（充填性、充填時間が短い）が良好であることがわかる。

実施例１、２と比較例６を比べると、実施例１、２は反りが無く、ヒートサイクル後の剥がれやクラック無く、接着強度も高いことがわかる。
また、Ｓ１極のように磁性粒子の配向着磁角度を傾斜させることにより、磁束密度ピーク位置に対し非対称な磁束密度パターン（複雑な磁束密度パターン）が得られることがわかる。

マグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 マグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 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ローラの斜視図 本発明のマグネットローラの断面図 本発明のマグネットローラのスリーブ上の磁束密度パターン マグネットピースの射出用成形金型の磁気回路部 マグネットピースの抗折強度の測定を説明する図 マグネットピースの接着強度の測定を説明する図

符号の説明

１ マグネットピース
２ 磁性粒子配向着磁方向
３ パーティングライン
４ 電磁石あるいは永久磁石
５ 配向着磁用ヨーク（磁性体）
６ マグネットピース
７ マグネットピース
８ シャフト
９ マグネットローラ本体部
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 マグネットピース
１４ マグネットピース
１５ マグネットローラ中心点
１６ マグネットピースのラジアル方向中心線
１７ 磁束密度ピーク位置
１８ 磁束密度パターン
１９ スリーブ表面
２０ マグネットローラ中心点と磁束密度ピーク位置を結ぶ線
２１ マグネットピース
２２ 加圧治具
２３ マグネットピース
２４ マグネットピース固定治具
２５ ベース台
２６ マグネットピース
２７ シャフト固定治具

Claims (2)

1. 強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物を成形したマグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせて形成したマグネットローラにおいて、前記樹脂バインダーとしてエチレンエチルアクリレート系樹脂を用い、該エチレンエチルアクリレート系樹脂１００重量部に対しポリプロピレンを３０〜７０重量部添加したマグネットピースを少なくともひとつ以上使用したことを特徴とするマグネットローラ。
2. エチレンエチルアクリレート系樹脂１００重量部に対し、ポリプロピレン３０〜７０重量部、ポリエチレンを８０重量部〜１２０重量部添加したことを特徴とする請求項１記載のマグネットローラ。

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