JP2010109025A

JP2010109025A - マグネットローラ成形用金型およびそれを用いて成形したマグネットローラ

Info

Publication number: JP2010109025A
Application number: JP2008277673A
Authority: JP
Inventors: Masa Kuishi; 雅九石; Masaharu Iwai; 雅治岩井
Original assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp; Tochigi Kaneka Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】従来の軸部一体型マグネットローラ用金型では、成形品の磁極位置がずれた場合は、金型全体を分解し、金型内磁場発生用ヨークの側面等にスペーサーを挿入したり、金型内磁場発生用ヨークの片側あるいは両側の金型（非磁性部）を切削加工する等により金型内磁場発生用ヨークの位置を適正化し、磁極位置が所望の位置になるようにしていた。しかしながら、この方法では加工時間が長くかかり、また金型費用のコストアップの原因となっていた。
【解決手段】金型内磁場発生用ヨークの先端部分の少なくとも片側に切り欠きを設けることにより、短時間の加工で磁極位置の調整が可能となり、金型費用のコストダウンとなる。
【選択図】図４

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、金型の隣接する励磁用同極間に該同極より励磁界の小さい反対励磁ヨークを設け、該反対励磁極の磁界の強さを調整して隣接する同極間の残留磁束密度が０又はそれに近い値になる着磁パターンが得られるようにしたマグネットローラ（特許文献１）、また、金型の入れ子には、その側壁の円周方向に穿孔する長孔の取付孔を複数個配設し、磁石ホルダーを、取付孔を介して留め具により入れ子に固着させると共に、キャビティスリーブの径サイズにより配向用磁石の挟持位置を変更させる配向用磁石の挟持位置変更手段を有しており、磁石ホルダーの入れ子への固着位置によりキャビティスリーブに対する配向用磁石の角度を変更することにより、同一金型で複数の磁気パターンが得られ、また、径の大きさが変えられるマグネットロール（特許文献２）などが提案されている。
特開昭６４−４００８号公報。特開平８−２８８１６５号公報。

しかしながら、特許文献１の軸部一体型マグネットローラは、金型の加工精度や組立精度の誤差や、金型内の発生磁場のバランスの乱れ、等により、成形されたマグネットローラの磁極位置が所望の極位置に対し１〜５°程度ずれる場合がある。前記磁極位置がずれることにより、磁極位置が要求値からはずれる割合が多くなり、結果的に収率が低下しコストアップの原因となったり、また、現像剤の搬送性が低下したり、画質が低下する原因となる場合がある。

上記金型において、磁極位置がずれた場合は、金型全体を分解し、金型内磁場発生用ヨークの側面等にスペーサーを挿入したり、金型内磁場発生用ヨークの片側あるいは両側の金型（非磁性部）を切削加工する等により金型内磁場発生用ヨークの位置を適正化し、磁極位置が所望の位置になるようにしていた。しかしながら、この従来法では多くの時間がかかり、また金型費用のコストアップの原因となっていた。

このため、磁極位置調整の短時間化、磁極位置調整の為の金型加工費用の低コスト化が望まれていた。

特許文献２では、配向用磁石位置が自由に設定できるようになっており、極位置のズレの修正は可能であるが、金型装置が大がかりなものとなり、コストアップの原因となり、
また、マグネットローラの生産性を向上させる場合、ベース金型に２〜６個程度のキャビティ金型を埋設し、取り個数を２〜６個取りとすることが通常であるが、上記金型では複数個取りすることは構造上難しく、たとえ可能となってもベース金型が複雑になり、非常に高価なものとなってしまう場合がある。

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、金型内磁場発生用ヨークの先端部分の少なくとも片側に切り欠きを設けた軸部一体型マグネットローラ成形用金型、である。

さらに、本発明は、磁性ヨーク幅をＡ°、切り欠き幅をＢ°、切り欠き高さをＣｍｍ、キャビティスリーブ外径をＤｍｍとしたとき、上記切り欠きの形状が、以下の式を満足させた軸部一体型マグネットローラ成形用金型である。
Ａ°／１０≦Ｂ°≦Ａ°／２
πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×０．８≦Ｃmm≦πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×１．５
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、マグネットローラ成形品の磁極位置の調整時間が短縮でき、磁極位置が良好なマグネットローラを提供できる。また、磁極位置調整の為の金型加工費用も安価となる。

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の製造方法について例をあげて詳細に説明する。

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１の（ａ）、（ｂ）に示すように、ゲート口（１）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（６）をキャビティ容積が増大する方向に移動させながら、金型内磁場発生ヨーク（以下磁性ヨークと呼ぶ）（５箇所）（９）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２に示すような軸一体型マグネットローラを形成する。本発明では、図４の金型の断面図に示すように、Ｓ１極用の磁性ヨークの片側に切り欠き（１４）を設けている。

図３に従来金型の断面図を示す。通常、磁性ヨーク（９）の配置は、金型内磁場シミュレーションや過去の知見により決めているが、金型部品の微妙な加工のズレ、シミュレーションでの励磁源(１０)の発生磁場と実際に金型内に組み込む永久磁石の発生磁場の微妙な差異、成形条件、等により、所望位置に磁極が形成できない場合が多い。よって、最終的には以下に示した手法を用い、トライアンドエラーで最適化していた。

従来、マグネットローラ成形後、磁極位置が所望値からずれていることが判明した場合、金型を分解し、磁性ヨーク（９）間にある非磁性部(１１)の部材を切削加工、新規作製等により作り直し、再度金型を組立していた。しかしながら、磁極位置修正には時間とコストがかかり、大きな課題となっていた。

また、上記金型で非磁性部(１１)を複数のスペーサーで形成し、磁極位置を修正する場合、該スペーサーの組合せを変更し、金型を組立ていた。しかしながら、この方法相当数のスペーサーを準備していても微妙な調整は難しく、複数のスペーサーを固定するのに時間がかかり、結果的に金型修正に多大な時間を費やしており、大きな課題となっていた。

そこで、図４に示したように磁性ヨーク（９）に切り欠き(１４)を追加工することにより、磁性ヨーク（９）からの発生磁場の方向を制御し、磁極位置を変更することが可能であることを見出し、本発明に到達した。

本発明の金型は磁性ヨークに切り欠きを追加工するだけであり、金型修正時間が従来３〜７日間かかっていたものが、１〜２日間程度に短縮され、かつ加工費用も削減することができた。

本発明の切り欠きの形状（幅や高さ）については特に制限はないが、以下のような形状（幅や高さ）が好ましい。

すなわち、図６に示すように、磁性ヨーク幅をＡ°、切り欠き幅をＢ°、切り欠き高さをＣｍｍ、キャビティスリーブ外径をＤｍｍとすると、
切り欠き幅は、Ａ°／１０≦Ｂ°≦Ａ°／２
切り欠き高さは、
πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×０．８≦Ｃmm≦πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×１．５
とすることが好ましい。

切り欠き幅Ｂ°がＡ°／２を超えると、磁性ヨークからの発生磁場が低下し、マグネットローラの所望の磁束密度が得られない場合がある。また、切り欠き幅がＡ°／１０未満となると、切り欠きによる磁極位置を移動させる効果が発揮できない場合がある。また、
切り欠き高さがπＤmm×（Ｂ°／３６０°）×１．５を超えると、加工に時間がかかったり、磁性ヨークの強度が低下する場合がある。また、切り欠き高さがπＤmm×（Ｂ°／３６０°）×０．８未満の場合は、切り欠き部からの漏れ磁場が強くなり、磁極位置を移動させる効果を阻害する場合がある。

また、本発明の切り欠きを設ける磁性ヨークは１つの磁極だけではなく、複数の磁極に設けてもよい。

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。

上記金型を用いることにより、金型修正時間が短縮され、加工費用も削減できるため、
精度良いマグネットローラを顧客へ短い納期でかつ安価に納入することが可能となった。また、磁極位置が精度高くなることにより、収率が向上するとともに、良好な画質を得ることができる。

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２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２に示すような軸一体型マグネットローラを形成した。

上記マグネットローラ本体部の外径をφ１３．６ｍｍ、マグネットローラ軸部の外径をφ６ｍｍ、マグネットローラ本体部の軸方向長さを３１５ｍｍ、マグネットローラ全長を３５０ｍｍとした。

図４に示すように、各磁性ヨークを所望の位置に設置し、Ｓ１極用磁性ヨーク（ヨーク幅３０°）の片側（Ｎ２極側）に切り欠きを設け、またキャビティスリーブ金型の外径Ｄはφ１４．６ｍｍとした。該切り欠きの形状は、切り欠き幅Ｂ°＝９°、切り欠き高さＣｍｍ＝１．３８ｍｍ、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、各磁極のピーク位置を検知した。測定結果および各磁極位置の要望値を表１に示す。

（実施例２）
切り欠き幅Ｂ°＝９°、切り欠き高さＣｍｍ＝１．７１ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例３）
切り欠き幅Ｂ°＝９°、切り欠き高さＣｍｍ＝０．９２ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例４）
切り欠き幅Ｂ°＝９°、切り欠き高さＣｍｍ＝１．８３ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例５）
切り欠き幅Ｂ°＝９°、切り欠き高さＣｍｍ＝０．８３ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例６）
切り欠き幅Ｂ°＝３°、切り欠き高さＣｍｍ＝０．４６ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例７）
切り欠き幅Ｂ°＝１５°、切り欠き高さＣｍｍ＝２．２９ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例８）
切り欠き幅Ｂ°＝２°、切り欠き高さＣｍｍ＝０．３１ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例９）
切り欠き幅Ｂ°＝１８°、切り欠き高さＣｍｍ＝２．７５ｍｍとする以外は実施例１と同様に行った。測定結果を表１に示す。

（実施例１０）
図５に示すように、Ｓ１極用磁性ヨーク（ヨーク幅３０°）の片側（Ｎ２極側）に切り欠きを設け、該切り欠きの形状は、切り欠き幅Ｂ°＝９°、切り欠き高さＣｍｍ＝１．３８ｍｍとし、さらに、Ｓ２極用磁性ヨーク（ヨーク幅２０°）の片側（Ｎ３極側）にも切り欠きを設け、該切り欠きの形状は、切り欠き幅Ｂ°＝６°、切り欠き高さＣｍｍ＝０．９２ｍｍ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）
図３に示すように、各磁性ヨークを所望の位置に設置し、Ｓ１極用磁性ヨーク（ヨーク幅３０°）に切り欠きを設け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）
各磁性ヨークを図３と同じ配置とし、Ｓ１極用磁性ヨーク（ヨーク幅３９°）のみをＮ１極側に９°ヨーク幅を広げ、かつ、Ｓ１極用磁性ヨークに切り欠きを設け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。

実施例１〜８と比較例１を比べると、実施例１〜８のＳ１極の極位置はいずれも要望値（７０°±３°）内に入っているが、比較例１のＳ１極の極位置は要望値から外れている。また、切り欠きを設けたことによる他磁極の磁極位置や磁束密度への影響は少ない。なお、この比較例の場合、従来であれば、Ｓ１極の極位置を要望値内望ましくは要望値の中央値（７０°）とするために、Ｓ１極用の磁性ヨーク全体をＮ１極側シフトし、トライアンドエラーしながら該磁性ヨーク位置を決める必要がある。

また、実施例４と５は好ましい切り欠き高さ「πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×０．８≦Ｃmm≦πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×１．５」の範囲外となっており、そして、実施例８と９は好ましい切り欠き幅「Ａ°／１０≦Ｂ°≦Ａ°／２」の範囲外となっているが、要望値内には入っている。

更に、比較例２のＳ１極の極位置は要望値内に入っているが、Ｓ１極用磁性ヨーク幅を広げたため、磁性ヨークから発生する磁場が収束せず、結果的にＳ１極の磁束密度が要望値から外れている。

本発明のマグネットローラを成形する金型（ａ）はキャビティ容積が最小の時（ｂ）はキャビティ容積が最大（所望の容積）の時本発明のマグネットローラ斜視図従来金型の断面図本発明の金型の断面図別の本発明の金型の断面図切り欠き寸法を説明する図

符号の説明

１ゲート口
２固定側金型
３キャビティ
４可動側金型
５励磁源
６スライド金型
７マグネットローラ軸部
８マグネットローラ本体部
９磁性ヨーク
１０励磁源
１１非磁性部
１２キャビティスリーブ
１３キャビティ
１４切り欠き部
１５切り欠き部

Claims

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、金型内磁場発生用ヨークの先端部分の少なくとも片側に切り欠きを設け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。
磁性ヨーク幅をＡ°、切り欠き幅をＢ°、切り欠き高さをＣｍｍ、キャビティスリーブ外径をＤｍｍとしたとき、上記切り欠きの形状が、以下の式を満足することを特徴とする請求項１記載の軸部一体型マグネットローラ成形用金型。
Ａ°／１０≦Ｂ°≦Ａ°／２
πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×０．８≦Ｃmm≦πＤmm×（Ｂ°／３６０°）×１．５
請求項１または２に記載の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。