JP2007103812A

JP2007103812A - 樹脂磁石材料

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Publication number: JP2007103812A
Application number: JP2005294312A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Marutani; 尚士丸谷; Masaharu Iwai; 雅治岩井
Original assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: JP4747772B2

Abstract

【課題】マグネットピースの押出成形において、クラックが発生する。
【解決手段】強磁性体粉末と、樹脂バインダーとを含む、押出成形用樹脂磁石材料において、該樹脂バインダーが、エチレンエチルアクリレート系樹脂と、粒径が１６００μｍ以下である水添スチレン系熱可塑性エラストマーとを含む押出成形用樹脂磁石材料、によって、解決する。
また、前記の水添スチレン系熱可塑性エラストマー中のスチレン含有率が、２０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の押出成形用樹脂磁石材料、によって解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂磁石材料に関する。

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、次のような樹脂磁石材料で構成されている。

背景技術としては、強磁性粒子９０〜９３重量％と、エチレン−エチルアクリレート共重合体４〜１０重量％と、シリコーンオイル０．２〜１．０重量％を含有する樹脂磁石材料を用いて、押出成形にて円筒状樹脂磁石を形成することにより、高磁力の円筒状磁石が得られるというものがある（特許文献１）。

背景技術としては、また、強磁性粉末８０〜９５重量％とエチレンエチルアクリレート共重合体および添加物とを混合してペレットを形成し、このペレットにステアリン酸塩を外添して押出成形することにより永久磁石の磁気特性が向上するというものがある（特許文献２）。
特開平１０−５０５１０号公報。特開平０６−１６８８３５号公報。

しかしながら、特許文献１では、成形された樹脂磁石を塑性変形させた場合、脆いため折れてしまったり、また、押出成形時において、成形物に微細なクラックが発生する場合があり、該クラックが磁気特性のバラツキの原因となったり、折れの原因となる場合がある。

また、特許文献２でも同様に、成形された樹脂磁石を塑性変形させた場合、脆いため折れてしまったりする場合があり、成形物を例えばシャフト等に接着する際に成形物が折れてしまう場合がある。

（１）本発明の第１は、
強磁性体粉末と、樹脂バインダーとを含む、押出成形用樹脂磁石材料において、
該樹脂バインダーが、
エチレンエチルアクリレート系樹脂と、粒径が１６００μｍ以下である水添スチレン系熱可塑性エラストマーとを含む
押出成形用樹脂磁石材料、
である。

（２）本発明の第２は、
前記の水添スチレン系熱可塑性エラストマー中のスチレン含有率が、２０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることを特徴とする、（１）に記載の押出成形用樹脂磁石材料、
である。

（３）本発明の第３は、
（１）〜（２）のいずれかに記載の押出成形用樹脂磁石材料を含むマグネットローラ、
である。

本発明（請求項１）により、押出成形時の流動性が向上するとともに、成形品の可とう性が向上し、その結果、成形品のクラックがなくなり、クラック起因の折れが減る。
これは、本発明の構成において、特に、水添スチレン系熱可塑性エラストマー粒径が１６００μｍ以下であることによって、溶融前のブレンド工程での、原料の分散性（ブレンド物の均一性）が高まるため、このような効果が得られる、と考えられる。

本発明における、粒径が１６００μｍ以下、とは、
ＪＩＳの１６メッシュの「ふるい」を使用し、該メッシュを通過した粒径のことである。

この、水添スチレン系熱可塑性エラストマー粒径が１６００μｍ以下であることによって、以下の、溶融前のブレンド工程での、原料の分散性（ブレンド物の均一性）が高まる。

本発明の一態様では、マグネットピース材料として、
磁性粉を９０重量％、樹脂バインダーを１０重量％を用いる。
まず、磁性粉と樹脂バインダーを混合する（ブレンドする）。
溶融混練し、ペレット状に成形する。
このペレットを溶融状態にし、図１の押出成形装置を用いて、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押出成形する。

このような工程を経てマグネットピースを作る場合、
水添スチレン系熱可塑性エラストマー粒径が１６００μｍ以下であることによって、溶融前のブレンド工程での、原料の分散性（ブレンド物の均一性）が高まる上で、好ましい。

このように、水添スチレン系熱可塑性エラストマー粒径が１６００μｍ以下であることによって、溶融前のブレンド工程での原料の分散性（ブレンド物の均一性）が高まるため、結果として、溶融物の押出成形時の流動性が向上するとともに、成形品の可とう性が向上し、その結果、成形品のクラックがなくなり、クラック起因の折れが減る。

本発明（請求項２）により、低コストで水添スチレン系熱可塑性エラストマーを粉砕することができる。該エラストマーを添加することにより、押出成形時の流動性が向上するとともに、成形品の可とう性が向上し、その結果、成形品のクラックがなくなり、クラック起因の折れが減る。

本発明（請求項３）により、本発明１〜２のいずれかに記載の樹脂材料を含むため、可とう性が向上し、クラックが無く、クラック起因の折れが減るという顕著な効果を有する、マグネットローラが得られる。

本発明の一態様としては、強磁性体粉末と樹脂バインダーを用いた押出成形用樹脂磁石材料において、前記樹脂バインダーがエチレンエチルアクリレート系樹脂を主成分とし、該樹脂バインダーに水添スチレン系熱可塑性エラストマーを粉砕し、粒径を１６００μｍ以下にしたものを添加したことを特徴とする押出成形用樹脂磁石材料である。

本発明の一態様では、マグネットピース材料として、
磁性粉を９０重量％、樹脂バインダーを１０重量％を用いる。

まず、磁性粉と樹脂バインダーを混合する（ブレンドする）。
溶融混練し、ペレット状に成形する。
このペレットを溶融状態にし、図１の押出成形装置を用いて、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押出成形する。

従来、特許文献１や２のように、強磁性体粉末とエチレンエチルアクリレート系樹脂を主とした押出成形樹脂磁石材料を用いて、マグネットピースあるいは円筒状マグネットを押出成形していた。

本発明では、例えば図１のような押出成形装置により、樹脂磁石材料の磁性粒子を配向着磁しながら成形し、マグネットピースを得て、該マグネットピースをシャフトの外周面に貼り合わせ図２（斜視図）図３（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＋水添スチレン系熱可塑性エラストマー＋添加剤＝１００部）を５重量％〜５０重量％とからなる混合物とし、添加剤としては、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、これらの磁性粉と樹脂バインダーを混合分散し、溶融混練し、ペレット状に成形した後に、押出成形する。ここで、水添スチレン系熱可塑性エラストマーは、−１００℃程度で冷凍し、その後粉砕機にて１６００μｍ以下に粉砕したものを使用し、添加部数は１０〜４０とすることが好ましい。

粒径が１６００μｍ以下であることによって、
溶融する前のブレンド工程において、ブレンド物が均一に混ざるという効果を有する。

粒子の形状は、特に制限を受けるものではなく、球形でも、不定形でも良い。

粉砕方法については、機械粉砕でも、冷凍粉砕でも良いが、コストが低いという点から、機械粉砕が好ましい。

スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、特に限定を受けず、公知のものが好適に使用されうる。水添スチレン系熱可塑性エラストマーとは、水素添加型のスチレン系熱可塑性エラストマーである。水素添加により、一態様では、ブタジエンの２重結合が切れ、水素と結合するといわれている。

水添スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、特に限定を受けず、公知のものが好適に使用されうる。例えば、ＪＳＲ製ＤＹＮＡＲＯＮ１３２０Ｐ、タフテック製Ｈ１２２１Ｇ、タフテック製Ｈ１０５２Ｇ、タフテック製Ｈ１０４１Ｇ、タフテック製Ｈ１０４３Ｇ、などが好ましく用いられるが、これらに限定を受けるものではない。

上記水添スチレン系熱可塑性エラストマーの添加部数を１０未満とした場合は、添加効果が現れず、マグネットピースにクラックが発生し、また、添加部数が４０を超えた場合は、マグネットピースの磁性粒子の配向が阻害され磁気特性が低下するとともに、成形品が硬くなり過ぎ、結果的にクラックが発生する。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。

前記樹脂磁石材料を用いることにより、押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する。

マグネットピースは、図１のような押出成形装置を用いて、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押出成形し、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材料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。

また、本発明の一態様は、添加する水添スチレン系熱可塑性エラストマーのスチレン含有率が２０ｗｔ％〜６０ｗｔ％であることを特徴とする押出成形用樹脂磁石材料である。

なお、水添スチレン系熱可塑性エラストマー中のスチレン含有率は、重合（配合）時の原料投入量から計算されるものである。水添スチレン系熱可塑性エラストマーの状態になったものであっても、原料が規定された状態では、ＮＭＲ分析等公知の方法を組み合わせて、スチレン含有率は、分析・計算可能である。

水添スチレン系熱可塑性エラストマーのスチレン含有率が２０ｗｔ％未満の場合は、該エラストマーの強度が低く、機械粉砕できなくなる傾向が有り、スチレン含有率が６０ｗｔ％を超える場合は、該エラストマーの強度が高すぎ、機械粉砕が困難になる傾向が有る。

本発明の一態様である該エラストマーはスチレン含有率が高い（２０ｗｔ％〜６０ｗｔ％）ので、強度が高く、冷凍することなく、低コストで機械粉砕が可能となり、該エラストマーを１６００μｍ以下に粉砕することができる。

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。
マグネットピースの主な樹脂バインダーとしては、エチレンエチルアクリレート共重合体樹脂である。

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。

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。

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。

（３）本発明の第３は、
（１）〜（２）のいずれかに記載の押出成形用樹脂磁石材料を含むマグネットローラ、
である。

また、本明細書の一態様においては、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３のマグネットピース材料として、
磁性粉を９０重量％、
樹脂バインダーを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）を用いた。
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（ＥＥＡ樹脂：日本ユニカー製ＰＥＳ−２２０）７７部（重量部、以下同じ。）に、
−１００℃程度で冷凍粉砕して粒径を１６００μｍ以下にした水添スチレン系熱可塑性エラストマー（ＪＳＲ製ＤＹＮＡＲＯＮ１３２０Ｐ：スチレン含有率１０ｗｔ％）を２０部添加し、かつ
添加剤（安定剤＋滑剤＋可塑剤）を３部
添加したものを用いた。（実施例１では７７部＋２０部＋３部＝合計１００部である。ただし、以下の実施例では、合計で１００部ではない場合も有る。）
これらの磁性粉と樹脂バインダーを混合し、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の押出成形装置を用いて、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押出成形した。成形されたマグネットピース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）、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。

また、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−Ｈ５ｋＮ）で図４のようにマグネットピースを固定治具に固定し矢印の方向へ加圧治具を５０ｍｍ／ｍｉｎのスピードで加圧し、抗折強度と折れるまでのたわみ量を測定した。たわみ量はマグピースが折れるまでのたわみ寸法とした。

更に、マグネットピースの外観を目視により、クラックの有無を判断した。

測定結果を表１に示す。

（実施例２）
水添スチレン系熱可塑性エラストマーを（タフテック製Ｈ１２２１Ｇ：スチレン含有率１０ｗｔ％）とする
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例３）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０５２Ｇ：スチレン含有率２０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを２０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例４）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４１Ｇ：スチレン含有率４０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを５部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例５）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４１Ｇ：スチレン含有率４０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを１０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例６）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４１Ｇ：スチレン含有率４０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを２０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例７）
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（日本ユニカー製ＰＥＳ−２２０とＰＥＳ−２５０とをそれぞれ６０：１００の重量割合で混合したもの）７７部に、水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４１Ｇ：スチレン含有率４０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを２０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例８）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４１Ｇ：スチレン含有率４０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを４０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例９）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４１Ｇ：スチレン含有率４０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを５０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例１０）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４３Ｇ：スチレン含有率６０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍ以下としたものを２０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（実施例１１）
水添スチレン系熱可塑性エラストマーを、（タフテック製Ｈ１０４３Ｇ：スチレン含有率７０ｗｔ％）とする以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（比較例１）
水添スチレン系熱可塑性エラストマーを添加しない以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

（比較例２）
水添スチレン系熱可塑性エラストマー（タフテック製Ｈ１０４１Ｇ：スチレン含有率４０ｗｔ％）を機械粉砕し、粒径を１６００μｍを超えるものとしたものを２０部添加する
以外はすべて実施例１と同様に行った。
測定結果を表１に示す。

ここでは、一例として、スチレン含有率：４０ｗｔ％である、タフテック製Ｈ１０４１Ｇを使用した場合について、いくつかの実施例・比較例を元に整理する。

（実施例４，５，６，８，９）によれば、
タフテック製Ｈ１０４１Ｇの粒径が１６００μｍ以下である場合には、樹脂バインダー中での、水添スチレン系熱可塑性エラストマー樹脂の部数を、
５，１０，２０，４０，５０部数と、増大していくにつれて、
抗折強度が、０．５、０．６、０．６５、０．７６、０．８ｋｇ・ｆ／ｃｍ²と、増大する傾向が有る。
その内、水添スチレン系熱可塑性エラストマー樹脂の部数が１０，２０，４０部の場合（実施例５，６，８）に、たわみ量が４．８〜６．３ｍｍと高めの範囲に有り、クラックが無いことがわかる。

一方、（比較例２）によれば、
タフテック製Ｈ１０４１Ｇの粒径が１６００μｍを超える場合に、
抗折強度が、０．６３ｋｇ・ｆ／ｃｍ²で、たわみ量が３．８ｍｍと低めであり、クラックが有ることがわかる。

（比較例１）によれば、
水添スチレン系熱可塑性エラストマー樹脂の部数が０部の場合に、
抗折強度が、０．４８ｋｇ・ｆ／ｃｍ²で、たわみ量が４．１ｍｍであり、クラックが有ることがわかる。

マグネットピースの押出成形装置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マグネットピースの抗折強度およびたわみ量の測定を説明する図

符号の説明

１電磁石あるいは永久磁石
２ヨーク
３押出成形用金型
４シリンダー
５スクリュー
６樹脂磁石材料
７マグネットピース
８軸部
９加圧治具
１０マグネットピース固定治具
１１マグネットピース固定治具ベース台
１２マグネットピースたわみ量

Claims

強磁性体粉末と、樹脂バインダーとを含む、押出成形用樹脂磁石材料において、
該樹脂バインダーが、
エチレンエチルアクリレート系樹脂と、粒径が１６００μｍ以下である水添スチレン系熱可塑性エラストマーとを含む
押出成形用樹脂磁石材料。
前記の水添スチレン系熱可塑性エラストマー中のスチレン含有率が、２０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の押出成形用樹脂磁石材料。
請求項１〜２のいずれかに記載の押出成形用樹脂磁石材料を含むマグネットローラ。