JP2009272429A

JP2009272429A - 樹脂磁石組成物

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Publication number: JP2009272429A
Application number: JP2008121441A
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: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2009-11-19

Abstract

【課題】従来、複写機等に組み込まれるマグネットローラの抗折強度を向上させるため、強磁性粉末と混合する樹脂バインダーの分子量を高くする方法が採用されていた。この方法は抗折強度を向上させるものの磁気特性を低下させていた。そこで、多大なコストをかけて樹脂磁石組成物全体の水分量を制御することにより抗折強度と磁気特性のバランスを維持していた。
【解決手段】本発明では、樹脂バインダーと混合する前の強磁性粉末の水分量を０．０１−０．０６重量％に調整することにより磁気特性や成形性を犠牲にすることなく、抗折強度を向上させることができる。
【選択図】図６

Description

この発明は、樹脂磁石組成部に関し、さらに詳しくは、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とそれらの製造方法に関する。

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、合成樹脂バインダーに強磁性粉末を配合した樹脂磁石材料を成形して得られる製品、特に軸部も一体成形されてなるものが一般的である。

例えば、（１）０．０１５〜０．０８０重量％の炭素を含有し且つｐＨ７〜１０未満としたフェライト磁性粉は、樹脂バインダーとの非反応性・親和性が優れているので、樹脂バインダーと混合すると高含率で且つ分散性の良好な樹脂磁石組成物となり、これを用いて磁気特性の良好なボンド磁石を得ることができる（特許文献１）。また、（２）酸化ビスマス０．１重量％を含むフェライト粒子のｐＨを１０〜７に調整した後に表面処理剤、ポリアミド系樹脂と混練することにより、フェライト粒子表面の親和性が高まり、表面処理効果が安定し、高含率でも高流動性が実現でき、磁気特性の良好なボンド磁石を得ることができる（特許文献２）。
特開平１０−５５９０９特開平１１−２７３９４０

しかしながら、特許文献１および２においては、成形品内のボイド発生等により強度が低下し、成形されたマグネットピースまたは軸部一体型マグネットローラの軸部や本体部に折れが発生する場合がある。そこで、強度向上のために樹脂バインダーの分子量を高くしたり、添加剤の種類、使用量を選択することにより対応してきた。しかし、この方法では磁気特性の低下は避けられない。また、樹脂磁石組成物全体の水分量を制御することにより該樹脂磁石組成物の流動性を向上させつつ、成形品の強度を維持するという手段もある。しかしながら、樹脂磁石組成物全体（ペレット状態）の水分量を制御するには、該樹脂磁石組成物全体を乾燥あるいは加湿する必要があり、該樹脂磁石組成物全体となると容積が大きくなるため、乾燥あるいは加湿するために大掛かりな装置と時間が必要となり、結果的に多大なコストがかかるという問題がある。そこで、低コストで磁気特性を損なうことなく強度を向上させる方法が待望されていた。

本発明者等は、樹脂磁石組成物を製造する際に、予め強磁性体粉末の水分を特定の範囲内に調整するという簡単な操作により、磁気特性を損なうことなく強度の改良されたマグネットローラが得られることを見出し本発明に到った。

すなわち、本発明は、０．０１重量％〜０．０６重量％の水分を含有する強磁性体粉末、必要により表面処理剤、および樹脂バインダーを混合してなる樹脂磁石組成物、および、その製造方法である。

また、本発明は、上記樹脂磁石組成物にて形成した軸部一体型マグネットローラおよび、その製造方法である。

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において、０．０１重量％〜０．０６重量％の水分を含有する強磁性体粉末と樹脂バインダーとを混合してなることを特徴とする樹脂磁石組成物、である。

本発明は、また、上記混合物において、強磁性粉末と、表面処理剤および樹脂バインダーとを混合してなることを特徴とする、樹脂磁石組成物、である。

本発明は、また、前記樹脂磁石組成物にて形成されていることを特徴とする軸部一体型マグネットローラ、である。

本発明は、また、強磁性粉末の水分含有量を０．０１〜０．０６重量％に調節した後に樹脂バインダーと混合することを特徴とする樹脂磁石組成物の製造方法、である。

本発明は、また、上記混合において、水分を調整した強磁性粉末と、表面処理剤および樹脂バインダーとを混合することを特徴とする、樹脂磁石組成物の製造方法、である。

本発明は、また、前記の樹脂組成物を用いて成形したことを特徴とする軸部一体型マグネットローラの製造方法、である。

本発明の樹脂磁石組成物により、マグネットローラーの磁気特性を犠牲にすることなく強度を向上させることが容易に、且つ低コストでできる。

本発明では、まず、強磁性体粉末と樹脂バインダーとを混合する前に、強磁性粉末の水分量を０．０１重量％〜０．０６重量％に調整する。市販の強磁性粉末は購入時通常０．０７〜０．１０程度の水分を含んでいる。保管状態によっては、水分量は更に大きくなる。従って、通常のケースでは、加熱により水分量の調整を行う。加熱方法、条件は特に限定されない。それらは磁性粉末の種類、性状、水分量などにより異なるので一概には規定できないが、例えば、８０℃〜１２０℃のギアオーブンで１〜５時間程度加熱することにより容易に調節可能である。

ここで、上記水分量はＪＩＳＫ０１１３（カールフィッシャー法）に準拠して測定される。また、逆に、乾燥等により、強磁性粉末の水分量が０．０１重量％未満となっている場合は加湿する必要がある。加湿方法は、特に限定されないが、例えば、該強磁性粉末に加湿器などを使用して所望の水分量となるまで水分を補充する。また、予め水分量を上記範囲内に調整した強磁性粉末を購入し、あるいは水分量が大きく変わらないように保存しておき、必要に応じ樹脂バインダーや表面処理剤と混合してもよい。

水分が０．０１重量％未満の場合は、通常、該強磁性粉末の流動性向上等を目的とした表面処理剤が十分に加水分解されず、該強磁性粉末と該表面処理剤との反応が進みにくくなり、結果的に該強磁性粉末の流動性が向上されず、成形品の磁気特性が低下する。また、０．０６重量％を超える場合は、通常、水分過剰のため、成形品内にボイドが多発し、強度が低下する。

次いで、水分が０．０１重量％〜０．０６ｗｔ％となるように調整した強磁性体粉末と樹脂バインダー、必要に応じ更に表面処理剤とを混合して樹脂磁石組成物とし、これを用いてマグネットローラーを製造する。該製造方法について一例を挙げて説明する。まず、水分量を調整した異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末９０重量％と、ポリアミド系樹脂を１０重量％（滑剤、安定剤等含む）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のようなマグネットピース（５ピース）を得る。次いで図２のマグネットピース（５ピース）をシャフト外周部に貼り合わせて、図３のようなマグネットローラを形成する。

従来のマグネットピースでは、該マグネットピースの強度不足により、金型から取り出す時に折れが発生したり、また、該マグネットピースをシャフトに貼り合わせる作業中に折れが発生する場合があった。しかしながら、本発明のように磁性粉の水分量を調整することにより、マグネットピースの強度が向上し、各工程での折れの発生が防止できる。

また、本発明は、上記樹脂磁石組成物にて形成した軸部一体型マグネットローラである。上記ペレットを溶融状態にして、図４あるいは図５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６にような軸部一体型マグネットローラを得る。図４は通常の射出成形で、成形空間内に上記溶融ペレットを射出注入して軸部一体型マグネットローラを得る。図５の（ａ）は、上記溶融ペレットを射出注入する前の金型状態であり、スライド金型により成形空間が最小となっている。その後、上記溶融ペレットが成形空間内に注入され、該溶融ペレット圧あるいは付勢手段によりスライド金型が後退し、図５の（ｂ）の状態でスライド金型が停止し、上記溶融ペレットの射出注入が完了する。
ここで上記マグネットピースや軸部一体型マグネットローラは、強磁性粉末を５０重量％〜９５重量％と、樹脂バインダーを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、強磁性粉末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。上記に示した強磁性粉末の含有率が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。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。

本発明の強磁性粉末としては、ＭＯ・ｎＦｅ_２Ｏ_３（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、強磁性粉末として、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。

上記において、必要に応じ表面処理剤が強磁性粉末、樹脂バインダーと混合される。この表面処理剤は、磁性体の表面を改質して磁性体とバインダー樹脂との親和性を高めて、樹脂磁石組成物の流動性と強度向上に大きく寄与するものである。使用量は樹脂磁石組成物に対し通常０，１−１重量％である。０．１重量％以下では流動性や強度の改善効果が少なく、一方、１重量％以上使用しても構わないが、通常１重量％を超えてもそれ以上効果の向上を期待できない。表面処理剤としては、シラン系やチタネート系のカップリング剤が一般に使用できるが、軸部強度確保の面からは少なくともシラン系カップリング剤が一種含まれるのが好ましい。

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、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、成形物の成形時に生成したバリが脱落してできたマグネットのカス等のゴミ付着防止や成形物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６のマグネットローラ材料として、樹脂バインダー１０重量％（可塑剤、安定剤含む）ナイロン６（ユニチカ製Ａ１０２０）、強磁性粉末として異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末（日本弁柄工業製ＮＦ−３５０）を９０重量％とした。上記異方性ストロンチウムフェライトの水分量は０．１０％であったため、該異方性ストロンチウムフェライトを１００℃のギアオーブン中に３時間投入し０．０３ｗｔ％に調整した。前記樹脂バインダーと強磁性粉末を混合し、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５つのマグネットピースを得た。

得られたマグネットピースをシャフトの外周部に貼り合わせ図３のようなマグネットローラを形成した。

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、シャフトの外径はφ６、材質はＳＵＭ２２とし、シャフトを含む全長は３７０ｍｍとした。

得られたマグネットローラの磁束密度は、マグネットローラの両端シャフト部を支持し、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、主極（最も磁束密度が高い極）であるＮ１極の磁束密度値を表１に記載した。ここで、上記Ｎ１極磁束密度は９０ｍＴ以上が好ましい。

また、図７の（ａ）のように、抗折強度測定装置（島津製作所製ＡＧＳ−Ｈ５ｋＮ使用）により、Ｎ１極用マグネットピースの両端２０ｍｍを固定し、矢印の方向へ加圧治具を５０ｍｍ／ｍｉｎのスピードで加圧し、Ｎ１極用マグネットピースの抗折強度を測定し、表１に記載した。Ｎ１極用マグネットピースの断面は扇形状であり、扇開き角度が６０°となっており、外周面は６．８Ｒ、内周面は３Ｒとなっている。ここで、上記Ｎ１極用マグネットピースの抗折強度は８０Ｎ以上が好ましい。

（実施例２）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．０１ｗｔ％に調整する以外は実施例１と同様に行った。

（実施例３）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．０６ｗｔ％に調整する以外は実施例１と同様に行った。

（実施例４）
図６のマグネットローラ材料として、樹脂バインダー１０重量％（可塑剤、安定剤含む）ナイロン６（ユニチカ製Ａ１０２０）、強磁性粉末として異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末（日本弁柄工業製ＮＦ−３５０）を９０重量％とした。当初上記異方性ストロンチウムフェライトの水分量は０．１０％であったため、実施例１と同様の方法で０．０３ｗｔ％に調整した。前記樹脂バインダーと強磁性粉末を混合し、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４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６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φ９．６、マグネット本体部の長さは２２０ｍｍ、軸部外径をφ５．４とし、軸部を含む全長を２７０ｍｍとした。

得られたマグネットローラの磁束密度は、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６ｍｍ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、主極（最も磁束密度が高い極）であるＮ１極の磁束密度値を表１に記載した。
ここで、Ｎ１極磁束密度は７５ｍＴ以上が好ましい。

また、図７の（ｂ）のように、抗折強度測定装置（島津製作所製ＡＧＳ−Ｈ５ｋＮ使用）により、マグネットローラ両端部１０ｍｍを固定し、矢印の方向へ加圧治具を５０ｍｍ／ｍｉｎのスピードで加圧し、マグネットローラ本体部の抗折強度を測定し、表１に記載した。ここで、マグネットローラ本体部の抗折強度は１００Ｎ以上が好ましい。

（実施例５）
図６のマグネットローラ材料として、樹脂バインダー１０重量％（可塑剤、安定剤含む）ナイロン６（ユニチカ製Ａ１０２０）、強磁性粉末として異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末（日本弁柄工業製ＮＦ−３５０）を９０重量％とした。上記異方性ストロンチウムフェライトの水分量を実施例１と同様の方法で０．０３ｗｔ％に調整した。前記樹脂バインダーと強磁性粉末を混合し、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５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６ニ示すようなマグネットローラを得た。

（実施例６）
樹脂磁石組成物に対し０．５ｗｔ％のシラン系カップリング剤（チッソ株式会社製サイラエースＳ３３０）を添加する以外は実施例１と同様に行った

（比較例１）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．００５ｗｔ％に調整する以外は実施例１と同様に行った。

（比較例２）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．０８ｗｔ％に調整する以外は実施例１と同様に行った。

（比較例３）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．００５ｗｔ％に調整する以外は実施例４と同様に行った。

（比較例４）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．０８ｗｔ％に調整する以外は実施例４と同様に行った。

（比較例５）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．００５ｗｔ％に調整する以外は実施例５と同様に行った。

（比較例６）
加熱時間を調整して異方性ストロンチウムフェライトの水分量を０．０８ｗｔ％に調整する以外は実施例５と同様に行った。

（比較例７）
樹脂磁石組成物に対し０．５ｗｔ％のシラン系カップリング剤（チッソ株式会社製サイラエースＳ３３０）を添加する以外は比較例１と同様に行った。

実施例１〜３と比較例１〜２を比べると、実施例は磁気特性を維持しつつ、抗折強度も十分実用範囲にあることがわかる。

実施例４〜５と比較例３〜６を比べると、実施例は磁気特性を維持しつつ、抗折強度も十分実用範囲にあることがわかる。

実施例６と比較例７を比べると、表面処理剤を使用した場合、水分量を予め調節する効果がより顕著に現れることを示している。

マグネットピースの成形装置（金型）マグネットピースの斜視図マグネットローラの斜視図マグネットローラの成形装置（金型）別のマグネットローラの成形装置（金型）軸一体型マグネットローラマグネットピースおよびマグネットローラ本体部の抗折強度試験装置

符号の説明

１マグネットピース
２磁性粒子配向方向
３励磁源
４ヨーク
５マグネットピース
６シャフト
７固定側金型
８可動側金型
９成形空間
１０励磁源
１１注入口
１２スライド金型
１３軸部一体型マグネットローラの本体部
１４軸部一体型マグネットローラの軸部
１５加圧治具
１６マグネットピース固定治具
１７マグネットピース抗折強度試験装置ベース台
１８マグネットローラ本体部固定治具
１７マグネットローラ本体部抗折強度試験装置ベース台

Claims

強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物において、０．０１重量％〜０．０６重量％の水分を含有する強磁性体粉末と樹脂バインダーとを混合してなることを特徴とする樹脂磁石組成物。
上記混合物において、強磁性粉末と、表面処理剤および樹脂バインダーとを混合してなることを特徴とする請求項１記載の樹脂磁石組成物。
請求項１または２記載の樹脂磁石組成物にて形成されていることを特徴とする軸部一体型マグネットローラ。
強磁性粉末の水分含有量を０．０１〜０．０６重量％に調節した後に樹脂バインダーと混合することを特徴とする樹脂磁石組成物の製造方法。
上記混合において、水分を調整した強磁性粉末と、表面処理剤および樹脂バインダーとを混合することを特徴とする請求項４記載の樹脂磁石組成物の製造方法。
請求項１または２に記載の樹脂組成物を用いて成形したことを特徴とする軸部一体型マグネットローラの製造方法。