JP2010050289A - マグネットローラ用成形金型およびそれを用いて成形したマグネットローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の軸一体型マグネットローラにおいては、軸方向両端部のエッジ効果による磁束密度の急激な上昇を防止するため、磁性ヨークをマグネット本体部軸方向両端部より１０ｍｍ以上長く設置していたが、要求磁束密度や磁極配置によっては、マグネット本体部軸方向端部の磁束密度が低下し、軸方向磁束密度バラツキが大きくなったり、局所的に磁束密度変化率が大きくなる場合があった。
【解決手段】 マグネット本体部軸方向端部の磁束密度が低下する磁極において、磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部（マグネット本体部軸方向端部）との距離を３ｍｍ〜８ｍｍにすることにより、上記課題が解決でき、軸方向に均一な磁束密度のマグネットローラが得られる。
【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用の成形金型及びそれを用いて成形したマグネットローラに関する。

マグネットローラとしては、金属シャフトの外周にマグネットピースを配置したマグネットローラ、あるいは、軸部と本体部が一体になった軸部一体型マグネットローラ等が知られている。特に、軸部一体型マグネットローラは低コストの利点を生かして、画像形成装置に組み込まれる現像ローラとして広く用いられている。

従来から、軸部一体型マグネットローラとして、該マグネットローラの外径と溶融樹脂磁石材料を注入するための注入口側の軸部外径との比を規定することにより、キャビティ内での溶融樹脂磁石材料の流動性を向上させて充填密度を高めることができ、その結果、高強度で、しかも優れた磁気特性を有するマグネットローラ（特許文献１）、また、溶融樹脂磁石材料の射出成形により一体に成形したマグネットローラであり、該溶融樹脂磁石材料の射出を２箇所以上からマグネットローラ中心軸に向かって求心的に行うことにより、マグネットローラ部表面での磁束密度の変動が少なく、このため複写機に用いた際より均一にトナーを搬送することができ、良好な複写をもたらすことができるマグネットローラ（特許文献２）などが提案されている。
特開２０００−３０９３３号公報 特開昭６３−３０８７５号公報

しかしながら、特許文献１および２の軸部一体型マグネットローラはともに、マグネットローラ本体部の軸方向片端部あるいは両端部において、磁束密度の急激な低下が発生し、いわゆるリップル性（局所的な磁束密度の変化率：ｍＴ／ｍｍ）が低下する場合がある。これは、従来の軸部一体型マグネットローラにおいては、マグネットローラ本体部の端部のエッジ効果による磁束密度の上昇を避けるため、磁性ヨークはスリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）よりも１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度長くし、エッジ効果を防止していたが、要求される磁束密度や磁極配置等により、上記エッジ効果が発生せず、逆に磁束密度の低下が発生する場合があった。磁束密度が低下することにより、画像濃度が低下したり、現像剤が端部からこぼれ、紙やマシンを汚す原因となる。

また、上記課題を解決するため、マグネットローラ成形後、該マグネットローラ本体部の端部のみを着磁し、端部の磁束密度低下を防止していたが、着磁工程が増える、また、着磁した磁極以外の磁極に悪影響（磁束密度低下、等）を及ぼす場合があった。

このため、要求される磁束密度や磁極配置等により、上記エッジ効果が発生せず、逆に磁束密度の低下が発生する場合でも、マグネットローラ本体部の軸方向片端部あるいは両端部において、磁束密度の急激な低下、いわゆるリップル性が低下し難い軸部一体型マグネットローラが望まれている。

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キャビティに注入し磁場印加成形する工程を含むマグネットローラ成形において、少なくとも片側の磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部との距離を３ｍｍ〜８ｍｍにした軸部一体型マグネットローラ成形用金型、である。

また、本発明は、上記金型を用いて成形してなる軸部一体型マグネットローラ、である。

本発明により、要求される磁束密度や磁極配置等により、上記エッジ効果が発生せず、逆に磁束密度の低下が発生する場合でも、マグネットローラ本体部の軸方向片端部あるいは両端部において、磁束密度の急激な低下が防止でき、リップル性が良好となり、その結果、軸方向磁束密度が均一となって良好な画質が得られる。

次に、本発明のマグネットローラ用成形金型およびそれを用いたマグネットローラについて例をあげて詳細に説明する。

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キャビティに注入し磁場印加成形する工程を含むマグネットローラ成形において、少なくとも片側の磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部との距離を３ｍｍ〜８ｍｍにした軸部一体型マグネットローラ成形用金型、である。

図１の（ａ）、（ｂ）に示すような成形装置を用いて、軸部一体型のマグネットローラを成形する。図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、ゲート口から溶融状態の樹脂磁石材料を射出注入し、スライド金型をキャビティ容積が増大する方向に移動させながら、励磁源（５箇所）から発生させた磁場（２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍ）により該溶融樹脂磁石材料を配向着磁し、所定の位置で該スライド金型の移動を停止し、冷却固化させて、図３に示すような軸一体型マグネットローラを形成する。この場合、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、用いる金型は、主極であるＮ１極用のゲート側端部の磁性ヨークを通常より短くし、磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）との距離を３〜８ｍｍとした。ここで図１のＡは、本発明の磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）との距離を示しており、ノギス等通常の長さを測定する器具を用いて測定することができる。

通常の金型では、マグネットローラ本体部の端部のエッジ効果による磁束密度の上昇を避けるため、磁性ヨークはスリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）よりも１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度長くし、エッジ効果を防止していた。しかしながら、この金型では、要求される磁束密度や磁極配置等により、上記エッジ効果が発生せず、逆に磁束密度の低下が発生する場合があり、課題となっていた。

従来、上記課題を解決するため、マグネットローラ成形後、該マグネットローラ本体部の端部のみを着磁し、端部の磁束密度低下を防止していたが、着磁工程が増える、また、着磁した磁極以外の磁極に悪影響（磁束密度低下、等）を及ぼす場合があった。

そこで、上記のように端部の磁性ヨークを従来に比べ短くする、つまりスリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）より３〜８ｍｍ長くする（磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部との距離を３ｍｍ〜８ｍｍにする）ことにより、エッジ効果を発生させ、これを利用して、磁束密度の低下を防止し、金型端部の発生磁場を上昇させることができる。

上記磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）との距離が３ｍｍ未満の場合は、エッジ効果が大きくなり過ぎて、金型端部の発生磁場が高くなり、マグネットローラ本体部軸方向端部の磁束密度が大きくなり過ぎる場合がある。また、８ｍｍを超える場合は、エッジ効果が小さくなり、金型端部の発生磁場を高くできず、マグネットローラ本体部軸方向端部の磁束密度の低下を防止できない場合がある。

また、本発明は、上記金型を用いて成形してなる軸部一体型マグネットローラ、である。

要求される磁束密度や磁極配置等により、上記エッジ効果が発生せず、逆に磁束密度の低下が発生する場合でも、図１、図２に示す金型を用いて軸部一体型マグネットローラを成形することにより、軸方向の磁束密度が均一となり、良好な画質を得ることができる。

図４に従来品のＮ１極軸方向磁束密度パターン（ａ）と本発明のＮ１極軸方向磁束密度パターン（ｂ）を示す。上記図４の（ａ）（ｂ）より、従来品では軸方向端部に磁束密度の低下（ダレ）が見られるが、本発明品では磁束密度の低下（ダレ）は見られなかった。

上記のようにスリーブ金型端部の磁性ヨークの出っ張りを従来に比べ短くする、つまり磁性ヨークの軸方向長さを、スリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）より３〜８ｍｍ程度長くする（磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部との距離を３ｍｍ〜８ｍｍにする）ことにより、エッジ効果を発生させ、これを利用して、該金型端部の発生磁場を高くすることにより、成形されたマグネットローラの端部の磁束密度の低下を防止でき、このため、軸方向の磁束密度が均一となり、良好な画質を得ることができる。

上記磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部（マグネットローラ本体部軸方向端部）との距離が３ｍｍ未満の場合は、エッジ効果が大きくなり過ぎ、金型端部の発生磁場が高くなり過ぎ、マグネットローラ端部で磁束密度が急激に上昇し、その結果リップル性が低下し、現像剤の連れ回りや溢れ等の原因となる場合があり、また、８ｍｍを超える場合は、エッジ効果が小さく、金型端部の発生磁場が低く、マグネットローラ端部の磁束密度の低下が防止できず、リップル性が改良できない場合がある。

上記発明は、キャビティ内にスライド金型を設置し、該スライド金型を後退させながら
溶融樹脂磁石をキャビティ内に徐々に充填させるという成形方法で説明したが、通常の射出成形方法で行ってもよい。

上記発明では、マグネットローラ材料として、以下のような強磁性体粉末および樹脂バインダーを用いることができる。

強磁性体粉末としては、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種類または２種類以上が適宜選択して用いられる。

また、強磁性体粉末として、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ＮｄＦｅＢ系）を単独または２種類以上を混合して用いてもよい。要求される磁束密度により適宜選択すればよい。

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（エチレンー酢酸ビニル共重合体）、ＥＶＯＨ（エチレンー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は５０〜９５重量％の範囲が好ましい。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、樹脂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。

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する。

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。

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のマグネットローラ用材料として、樹脂バインダーにナイロン６樹脂（ユニチカ製Ａ１０１５Ｐ）を１０重量％（滑剤、安定剤を含む）、強磁性体粉末に異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃）粉末（ＤＯＷＡエフテック社製ＮＦ−３５０）を９０重量％とし、これらを混合して溶融混練し、ペレット状に成形した。図１、図２に示す成形装置を用いて、ゲート口から上記ペレットを溶融状態にした樹脂磁石材料を射出注入し、スライド金型をキャビティ容積が増大する方向に移動させながら、励磁源（５箇所）から発生させた磁場（２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍ）により該溶融樹脂磁石材料を配向着磁し、所定の位置で該スライド金型の移動を停止し、冷却固化させて、図３に示すような軸一体型マグネットローラを形成した。

この場合、用いた金型は、ゲート側のＮ１極用磁性ヨークのみスリーブ金型端部から５ｍｍ軸方向へ突出させ、ゲート側のＮ１極用以外の磁性ヨーク及び反ゲート側の全磁極用磁性ヨークは、両端部をスリーブ金型端部から１０ｍｍ軸方向へ突出させた。

マグネットローラ本体部の外径をφ１３．６、両端軸部の外径をφ６とし、マグネットローラ本体部の軸方向長さを３２０ｍｍ、両端軸部を含むマグネットローラの軸方向長さを３５５ｍｍとした。

得られたマグネットローラを、マグネットローラの両端軸部を支持し、マグネットローラの中心からラジアル方向に８ｍｍ離し、かつマグネットローラ軸方向の中心にガウスメータ用プローブ（Ｂｅｌｌ社製磁束密度センサー）先端を設置し、マグネットローラを回転させ、該マグネットローラの周方向の磁束密度を測定し、主極の磁束密度ピーク位置を検知し、その位置にて主極の軸方向磁束密度を測定し、さらに、軸方向磁束密度バラツキ（最大磁束密度と最小磁束密度の差）および局所的な磁束密度変化率（ｍＴ／ｍｍ：リップル）を測定した。ただし、マグネットローラ軸方向本体部の両端６ｍｍを除く範囲で上記軸方向磁束密度バラツキ及び磁束密度変化率（リップル）を判定した。

測定結果を表１に示す。ここで、主極磁束密度ピーク値は８５ｍＴ以上が好ましい。また、軸方向磁束密度バラツキは６ｍＴ以下が好ましく、軸方向の局所的な磁束密度変化率（リップル）は０．５ｍＴ／ｍｍ以下が好ましい。

（実施例２）
ゲート側のＮ１極用磁性ヨークのみスリーブ金型端部から３ｍｍ軸方向へ突出させた金型を用い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）
ゲート側のＮ１極用磁性ヨークのみスリーブ金型端部から８ｍｍ軸方向へ突出させた金型を用い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）
ゲート側のＮ１極用磁性ヨークのみスリーブ金型端部から２ｍｍ軸方向へ突出させた金型を用い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２）
ゲート側、反ゲート側のすべての磁極用磁性ヨークをスリーブ金型端部から１０ｍｍ軸方向へ突出させた金型を用い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１〜３と比較例１〜２を比べると、実施例の軸方向磁束密度バラツキおよび軸方向磁束密度変化率が小さく、軸方向磁束密度が均一であることがわかる。

本発明のマグネットローラを成形する装置（金型端部付近）＜（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図＞ 本発明のマグネットローラを成形する装置（金型全体）＜（ａ）は溶融樹脂磁石材料注入前の状態、（ｂ）は本体部への溶融樹脂磁石材料注入完了の状態＞ 本発明のマグネットローラ斜視図 従来の軸方向磁束密度パターンと本発明の軸方向磁束密度パターン

符号の説明

１ 磁性体スリーブ
２ スリーブ金型
３ 励磁源
４ 磁性ヨーク
５ スリーブ金型から磁性ヨークの出っ張りを短くしたもの
６ 非磁性体
７ 金型端部付近
８ 固定側金型
９ 可動側金型
１０ スライド金型
１１ ゲート口
１２ 成形空間
１３ 励磁源
１４ マグネットローラ軸部
１５ マグネットローラ本体部
１６ 従来品のＮ１極軸方向端部磁束密度低下部（端部磁束密度ダレ有り）
１７ 本発明品のＮ１極軸方向端部磁束密度（端部磁束密度ダレ無し）

Claims (2)

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キャビティに注入し磁場印加成形する工程を含むマグネットローラ成形において、少なくとも片側の磁性ヨーク端部とスリーブ金型端部との距離を３ｍｍ〜８ｍｍにしたことを特徴とする軸部一体型マグネットローラ成形用金型。
2. 上記金型を用いて成形してなることを特徴とする軸部一体型マグネットローラ。