JP2007199123A - マグネットローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のマグネットローラでは、高温高湿下で吸湿し、該吸湿が原因でマグネットローラが撓みやすくなり、特に磁性ブレードが近接している場合は、磁性ブレードの方向に撓みが発生する。
【解決手段】 マグネットローラの表面に、シラン化合物を含む層を有することを特徴とするマグネットローラ、とする。一態様としては、「前記のシラン化合物が、フッ素原子を含む１価の有機基 及び／または 炭素数８以上の１価のアルキル基 を含むことを特徴とする前記のマグネットローラ」とする。また、一態様としては、「前記のシラン化合物を含む層の厚さが、最低１μｍ以上、最大３０μｍ以下である」ことが好ましい。
【選択図】 図３

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）マグネットローラは、完全密封された非磁性スリーブ内にて回転自在に支持されているため、湿気は非磁性スリーブ内に進入することがないので、マグネットローラの弾性は低下することなく、したがって撓みが増えることはないというものである（特許文献１）。
（２）マグネットローラの表面に金属メッキ層を設けることにより、マグネットローラの表面に導電性を与えることが可能となり、金属製の外装スリーブが不要となるというものである（特許文献２）。
（３）シラン系カップリング剤で表面処理された繊維状物質と、シラン系カップリング剤で表面処理された磁性粉末と、合成樹脂バインダーとの混合物でマグネットローラを成形することにより、機械的強度が大幅に改善されるというものである（特許文献３）。
特開昭６２−１３５８６０号公報。 特開平０８−００８１１３号公報。 特開昭６１−１１５３０４号公報。

しかしながら、特許文献１は、マグネットローラの軸部と軸受け部とには微少なクリアランスが発生し、実質的に完全密封は困難であり、湿気が非磁性スリーブ内部に進入し、マグネットローラが吸湿し、撓みが発生する場合がある。

また、特許文献２は、金属メッキにより吸湿を防止できる可能性はあるが、金属メッキと樹脂マグネットとの密着性が悪く、金属メッキが剥がれ、この部分から吸湿し、撓みが発生する場合がある。

また、特許文献３は、シラン系カップリング剤を繊維状物質あるいは磁性粉末の表面処理剤として使用（通常の使い方）し、機械的強度は向上するが、吸湿を防止することはできない。特許文献３では、マグネットローラ本体全体に、シラン系カップリング剤で表面処理された磁性粉末が、存在することとなる。

すなわち、従来のマグネットローラでは、高温高湿下で吸湿し、該吸湿が原因でマグネットローラが撓みやすくなり、特に磁性ブレードが近接している場合は、磁性ブレードの方向に撓みが発生する場合が有る。

（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溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうるマグネットローラにおいて、
該マグネットローラの表面に、
シラン化合物を含む層を有することを特徴とするマグネットローラ、
である。

（２）本発明の第２は、
前記のシラン化合物が、
フッ素原子を含む１価の有機基
及び／または
炭素数８以上の１価のアルキル基
を含むことを特徴とする（１）に記載のマグネットローラ、
である。

（３）本発明の第３は、
前記のシラン化合物を含む層の厚さが、最低１μｍ以上、最大３０μｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のマグネットローラ、
である。

本発明（請求項１または２）により、マグネットローラへの吸湿が防止でき、その結果、吸湿によるマグネットローラの撓みが小さくなる。シラン化合物は、金属メッキ等に比べ樹脂磁石との密着性がよいので、金属メッキのように剥離の心配が少ない。

本発明（請求項３）により、シラン化合物とマグネットローラ表面との密着性が良好となり、マグネットローラへの吸湿が防止でき、その結果、吸湿によるマグネットローラの撓みが小さくなる。

本発明では、鋭意検討の結果、従来技術の問題点・課題を、下記のように捉えなおした。「従来技術では、樹脂バインダーに例えばナイロン６樹脂のような吸湿しやすい樹脂系を用いた場合、高湿下に曝されると吸湿し、マグネットローラが撓み、軸方向磁束密度の均一性が低下したり、該マグネットローラがスリーブ内周面と接触し、マグネットローラが摩耗する」と、原因に関する推定をし、その原因を解決するための手段を検討した。結果、下記の発明を完成するに至った。

（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溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうるマグネットローラにおいて、
該マグネットローラの表面に、
シラン化合物を含む層を有することを特徴とするマグネットローラ」、
である。

（２）本発明の第２は、
「前記のシラン化合物が、
フッ素原子を含む１価の有機基
及び／または
炭素数８以上の１価のアルキル基
を含むことを特徴とする（１）に記載のマグネットローラ」、
である。

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ローラ（強磁性体粉末と樹脂バインダーとを含む溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうるマグネットローラ）において、前記樹脂バインダーとしてポリアミド系樹脂を１０重量％（滑剤、安定剤等含む）、強磁性体粉末として異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃）粉末を９０重量％とし、これらを混合して溶融混練し、ペレット状にする。このペレットを溶融状態にして、図１のような成形装置（金型）にて、注入口から溶融樹脂磁石を成形空間内へ射出注入し、１５０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁して、図２にような軸部と本体部を同一樹脂磁石材料で形成したマグネットローラを得る。該マグネットローラは、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ローラが得られる。

本発明のマグネットローラは、図３のように、得られたマグネットローラの表面に、シラン化合物を含む層を有することを特徴とするマグネットローラである。

シランとは、Ｓｉ_nＨ_2n+2の組成をもつ水素化ケイ素（パラフィン炭化水素に対応する有機ケイ素化合物）の総称である（岩波 理化学辞典 第４版（１９８７年）の定義）。

本発明でいう「シラン化合物」とは、前記シランの水素原子の少なくとも１以上が、１価の有機基で置換されている化合物のことを言う（前記の１価の有機基が複数個有る場合、それぞれの１価の有機基は独立で、それぞれ同一であっていても良いし、異なっていても良い）。

本発明の一態様では、
前記のシラン化合物が、
フッ素原子を含む１価の有機基
及び／または
炭素数８以上の１価のアルキル基
を含むことが好ましい。

このようなシラン化合物は、一般にシランカップリング剤として好適に用いられる化合物を含む。

本発明の一態様としては、マグネットローラの表面に、シラン化合物を含む層を形成する。

例えば、フッ素原子を含む１価の有機基を含むシラン化合物としては、ＣＦ₃Ｃ₂Ｈ₄Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃（トリフルオロプロピルトリメトキシシラン）が挙げられる。

また、例えば、炭素数８以上の１価のアルキル基を含むシラン化合物としては、ｎ−Ｃ₈Ｈ₁₇Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃（ｎ−オクチルトリエトキシシラン）、ｎ−Ｃ₁₀Ｈ₂₁Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃（ｎ−デシルトリメトキシシラン）、
また、例えば、フッ素原子を含む１価の有機基及び炭素数８以上の１価のアルキル基
を含むシラン化合物としては、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₃Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃（トリフルオロプロピルトリメトキシシラン）、ｎ−Ｃ₈Ｆ₁₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃（パーフルオロオクチルエチルトリエトキシシラン）等が挙げられる。

通常、上記シラン化合物（一般にシランカップリング剤として好適に用いられる化合物を含む）は、有機樹脂（例えばナイロン樹脂等）と無機物（例えば磁性粉末）とのなかだちの役目を果たし、物理強度を向上させたり、無機物の有機樹脂への充填量を増やしたりするために使用されている。

しかしながら、本発明では、上記のような通常の使用方法をするのではなく、マグネットローラ表面に、シラン化合物を含む層を有する（一態様として該シラン化合物を含む表面層を形成する）ことにより、防湿効果を発揮させ、該マグネットローラの吸湿による撓みを防止するというものである。

表面層を形成する手段に制限はないが、ディッピング方式、塗布方式、ロールコーター方式、等が挙げられ、簡易に低コストで表面層を形成することができる。

また、上記シラン化合物は、金属メッキ等に比べ樹脂磁石との密着性がよいので、金属メッキのように剥離の心配が少ない。

（３）本発明の第３は、
前記のシラン化合物を含む層の厚さが、最低１μｍ以上、最大３０μｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のマグネットローラ、
である。

更に、上記シラン化合物の層の厚さを最低１μｍ以上、最大３０μｍ以下とすることにより、マグネットローラ表面との密着性が良好となり、吸湿を防止し、該マグネットローラの撓みを防止できる。

層厚が１μｍ未満の場合は、シラン化合物を表層に形成した効果が現れる傾向が少なく、吸湿し、マグネットローラは撓んでしまう場合もありうる。層厚が３０μｍを超えると、何らかの外力が加わった場合、該シラン化合物が剥離してしまう場合もありうる。

なお、本発明の一態様においては、マグネットローラのローラ円筒部分、シャフト部分など、外界の空気等と接触する部分全てにおいて、シラン化合物を含む層を有することが好ましい。

本発明の一態様としては、ローラ円筒部分、シャフト部分など、それぞれの部位において、シラン化合物を含む層の厚みが同一である必要は無く、それぞれが最低１μｍ以上、最大３０μｍ以下であることが好ましい。

ここで上記マグネットローラは、
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（ポリアミド系樹脂）を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、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。

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。すなわち、本発明は、「強磁性体粉末と樹脂バインダーとを含む溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうるマグネットローラ」であるが、前記の磁場印加成形の磁場がゼロである場合を含むものである。

ここで、強磁性粉末としては、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、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。

樹脂バインダーとしては、ポリアミド樹脂、エチレンエチルアクリレート樹脂、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（ポリフェニレンスフィド）、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）及びＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの１種類または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及びポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂の１種類または２種類以上を混合して用いることができる。

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、マグネットローラ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、図２や図３において、磁極の数は明示していない。すなわち、所望の磁束密度と磁界分布により、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ローラ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。

上記では軸一体型マグネットローラについて説明したが、シャフト（金属等）にマグネットピースを貼り合わせるタイプにおいても本発明は適用できる。マグネットピースをシャフト外周面に貼り合わせ後、マグネット部の外周面全域にシラン化合物の層を形成することにより、吸湿を防止し、各マグネットピースの吸湿による反りが防止でき、該マグネットピースのシャフトあるいは隣接するマグネットピースからの剥がれを防止することができる。

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のマグネットローラ材料として、樹脂バインダー１０重量％中（可塑剤、安定剤含む）ナイロン６（ユニチカ製Ａ１０１５Ｐ）、強磁性粉末として異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃）粉末（日本弁柄工業製ＮＦ−３５０）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、１５０Ｋ・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２に示す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（直径１３．６ｍｍ）、マグネット本体部の長さは３２０ｍｍ、軸部の外径はφ６（直径６ｍｍ）とし、軸部を含む全長は３７０ｍｍとした（本体部と軸部の材料は同一樹脂磁石材料である）。

ディッピング方式にて、得られたマグネットローラの外周面全域に、層厚３５μｍのシラン化合物であるＣＦ₃Ｃ₂Ｈ₄Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃（トリフルオロプロピルトリメトキシラン）の層を形成する。

外周面全域にシラン化合物の層を形成したマグネットローラを、４０℃×９５％ＲＨの環境下へ１００ｈｒ投入し、その後の吸湿量を測定した。

吸湿量はカールフィッシャー水分計により測定した。

また、図４のように、マグネットローラ中心から８．１ｍｍの位置に、磁性ブレード：ＳＫ鋼（幅１０ｍｍ×長さ３７０ｍｍ×厚み２．０ｍｍ）をマグネットローラ中心方向に向けて設置し、４０℃×９５％ＲＨの環境下に入れ、該マグネットローラと該磁性ブレードとの磁気吸引力により、該マグネットローラが該磁性ブレードの方向に曲がり、該マグネットローラと該磁性ブレードとの隙間をレーザーにて測定し、該隙間の変化量を「撓み量」とした。

ここで、磁性ブレードにはマグネットローラのＮ１極の磁極ピークを対向させた。

Ｎ１極の磁束密度は、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、ガウスメータにて周方向磁束密度値を測定した。

表１には、マグネットローラの吸湿率％（（水分／水分を含む全重量）×１００）、撓み量ｍｍ、Ｎ１極磁束密度、の測定結果を示した。

（実施例２）
ディッピング方式にて、得られたマグネットローラの外周面全域に、層厚３０μｍのシラン化合物であるＣＦ₃Ｃ₂Ｈ₄Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃（トリフルオロプロピルトリメトキシラン）の層を形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。

（実施例３）
ディッピング方式にて、得られたマグネットローラの外周面全域に、層厚１μｍのシラン化合物であるＣＦ₃Ｃ₂Ｈ₄Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃（トリフルオロプロピルトリメトキシラン）の層を形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。

（実施例４）
ディッピング方式にて、得られたマグネットローラの外周面全域に、層厚１５μｍのシラン化合物であるｎ−Ｃ₈Ｈ₁₇Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃（ｎ−オクチルトリエトキシシラン）の層を形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。

（比較例１）
得られたマグネットローラの外周面には、シラン化合物の表面層を形成せず、通常通りの成形したままとする以外はすべて実施例１と同様に行った。

マグネットローラの成形装置（金型） 成形直後マグネットローラ斜視図 表面層を形成したマグネットローラの断面図（本体部） マグネットピースの撓み量測定装置

符号の説明

１ 成形用金型
２ 成形空間
３ 溶融樹脂磁石注入口
４ マグネットローラ本体部
５ マグネットローラ軸部
６ シラン化合物の層
７ 磁性ブレード
８ 磁性ブレード固定治具
９ マグネットローラ固定治具
１０ マグネットローラ中心から磁性ブレードまでの距離
１１ 磁性ブレード長さ
１２ 磁性ブレード幅
１３ マグネットローラ外周面と磁性ブレードとの隙間
１４ ピックテスター
１５ 励磁源

Claims (3)

1. 強磁性体粉末と樹脂バインダーとを含む溶融状態の混合物を磁場印加成形する工程を含む製造方法で得られうるマグネットローラにおいて、
   該マグネットローラの表面に、
   シラン化合物を含む層を有することを特徴とするマグネットローラ。
2. 前記のシラン化合物が、
   フッ素原子を含む１価の有機基
   及び／または
   炭素数８以上の１価のアルキル基
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネットローラ。
3. 前記のシラン化合物を含む層の厚さが、最低１μｍ以上、最大３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネットローラ。

Images