JP4006653B2

JP4006653B2 - 円筒状樹脂磁石

Info

Publication number: JP4006653B2
Application number: JP19911796A
Authority: JP
Inventors: 卓造柴; 健志吉田
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2016-07-29
Also published as: JPH1050510A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子写真や静電記録等において現像ロール用として使用されるマグネットロールを構成する円筒状樹脂磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真や静電記録等では、画像担体（感光体、誘電体）の表面に静電荷像を形成し、トナーを含む磁性現像剤（一成分系磁性トナー又はトナーと磁性キャリアからなる二成分系現像剤等）を現像ロールにより現像領域に搬送して静電荷像を現像し、得られたトナー像を転写部材（普通紙等）に転写し、次いで加熱及び／又は加圧により定着して画像が形成される。
【０００３】
上記の現像ロールとしては、例えば図４に示す構造のマグネットロールが多用されている。図４において、１は永久磁石部材であり、表面に軸方向に伸長する複数個の磁極を有する円筒状永久磁石１１とその中心部に同軸的に固着された軸１２とを有する。永久磁石部材１は、円筒状に形成したスリーブ２の内部に収容され、軸１２の両端部においてフランジ３ａ、３ｂに軸受４，４を介して支持されている。スリーブ２とその両端に固着されたフランジ３ａ，３ｂはアルミニウム合金又はオーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料で形成されている。５はシール部材（オイルシール）である。上記の構成により、永久磁石部材１とスリーブ２との間の相対的回転（例えば永久磁石部材１を固定し、フランジ３ａを回転させる）により、スリーブ２の表面に磁性現像剤を吸着し、現像領域（画像担体とスリーブとが対向する領域）に搬送して静電荷像が顕像化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記マグネットロールを構成する円筒状永久磁石は、通常外径（Ｄ）が１０〜６０mm、長さ（Ｌ）が２００〜３５０mmで、Ｌ／Ｄ≧５といった細長いもので、例えば強磁性粒子と樹脂を主成分とする樹脂磁石で形成される。この樹脂磁石は、例えば原料混合物を加熱混練し次いで磁場中で押出成形した後、所定の着磁パターンに従って着磁することにより製造される。この手法によれば、寸法精度が高くかつ高能率で生産できる等の利点がある（例えば特公昭６０−３５８０６号、特開昭６３−１８２８０３号参照）。
【０００５】
しかしながら、従来の磁場中押出成形の手法では、原料混合物が溶融後固化するまでの間に強磁性粒子の磁化容易軸が所定の着磁パターンと同方向に配向されるような磁場（直流磁場）を印加しているが、特定の磁極（例えば現像磁極）の表面磁束密度を高くする（例えば磁石表面で１６００Ｇ）ことが必要な場合には対応できないという問題がある。
そこで配向度を高めるために、磁場強度を大きくすることが考えられるが、そのためには、磁場発生手段（磁場コイル又は永久磁石）が大型化し、磁極数が多い場合には対応できなくなるという別の問題を伴う。更に磁場強度を徒らに大きくしても配向度が過飽和状態になり、それ以上の配向度の向上を期待できないという問題がある。
【０００６】
したがって本発明の目的は、上記従来技術に存在する問題点を解消し、高い表面磁束密度を有する円筒状樹脂磁石を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、強磁性粒子と熱可塑性樹脂と分散剤及び滑剤を含む原料混合物を磁場中で押出成形して得られた長さ（Ｌ）と外径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が５以上である円筒状成形体の表面に複数個の磁極を有する円筒状樹脂磁石において、前記混合物は、磁気異方性を有する強磁性粒子９０〜９３重量％と、エチルアクリレートを３０〜４５重量％含むエチレン−エチルアクリレート共重合体４〜１０重量％を含有すると共に、前記分散剤及び滑剤のほかにさらに２５℃における粘度が５０〜２００センチストークの範囲にあるジメチルシリコーンオイル０．２〜１．０重量％を含有する、という技術的手段を採用した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、まず成形用原料を準備する。すなわち少なくとも強磁性粒子と熱可塑性樹脂を、例えばミキサにより乾式混合し、この混合物を加熱混練し、次いで数mm以下に粉砕した後造粒することにより原料が得られる。上記の混練及び造粒は、例えば二軸混練押出機により１００〜２００℃の温度で行うことができる。
【０００９】
強磁性粒子としては、例えば、バリウムフェライトおよび／又はストロンチウムフェライト、またはＲ−Ｃｏ系もしくはＲ−Ｆｅ−Ｂ系のような希土類系磁石粉末等の磁気異方性定数の大きい磁性粒子を用いることができ、磁気特性、成形性、生産性の点から平均粒径０．５〜３μｍの粒子を用いることが好ましい。特にフェライト粒子としては、平均粒径が１．３〜１．６μｍで、ＢＥＴ比表面積が１．３〜１．７ｍ²／ｇのものが好ましい。樹脂材料との濡れ性を改善するために、強磁性粒子の表面を例えば有機ケイ素化合物（シランカップリング剤）又は有機チタネート化合物（チタンカップリング剤）で処理してもよい。この強磁性粒子は、磁気特性の点から原料の全重量中８８重量％以上（より好ましくは９０重量％以上）含有させることが好ましい。ただし磁性粒子の含有量が多くなると、樹脂分が不足して機械的強度が不足し、又成形が困難となるので、９４重量％以下が好ましい。
【００１０】
樹脂成分としては、細長い円筒体を押出成形するために、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）を用いる。ＥＥＡは、エチルアクリレート（ＥＡ）の含有量が増加すると非晶質（ゴム状）になるが、ある程度の量になると非晶質の割合は変わらなく（飽和する）。一方、ＥＡの含有量が少なすぎると、溶融した原料の流動性が高くなりすぎてしまうので、このようなＥＥＡは押出成形には適さない。ＥＥＡの重量平均分子量（Ｍｗ）は、２〜１０万の範囲が好ましく、より好ましい範囲は４〜７万である。したがってＥＡの含有量は３０〜４５重量％の範囲が好ましい。ＥＡの含有量がこの範囲であれば、良好な押出成形が可能となり、しかも得られた成形体は適度な弾性を持ち、成形体のハンドリングに支障をきたすことはない。
ＥＥＡの含有量が少ないと成形が困難となり、その含有量が多すぎると、強磁性粒子の充填密度が低くなり、磁気特性が低下するので、樹脂磁石全体の内の４〜１０重量％の範囲が好ましく、より好ましい範囲は４〜８重量％である。
【００１１】
本発明では必須成分として、上記強磁性粒子及びＥＥＡと共に、シリコーンオイルを含有する。磁場中押出成形の手法により磁気特性の高い樹脂磁石を得るためには、強磁性粒子が印加磁場方向に配向される（高配向度）ことが必要であり、そのためには、強磁性粒子が原料中で均一に分散していることが必要である。また原料が金型出口から押出される時に金型との界面にて摩擦力を受けるので、この摩擦力を低減し（離型性を高める）、もってヒビ割れやキレツの無い健全な成形体を得ることが必要である。そこで本発明者等が種々検討したところ、原料中にシリコーンオイルを含有することにより、配向度と離型性（滑性）が向上することがわかった。
すなわち強磁性粒子とＥＥＡを含む原料中にシリコーンオイルを特定量だけ添加することにより、強磁性粒子の均一分散性が向上すると共に、原料の滑性が向上するので、原料を十分に混練することが可能となる。なお原料を十分に混練するためには成形機（例えば原料にせん断力を加えながら加熱溶融し、押出す装置）の吐出量を大きくすることが必要であるが、シリコーンオイルの添加により、吐出量の増大が達成できる。
このシリコーンオイルは原料中に０．２〜１．０重量％添加されていることが必要である。添加量が０．２重量％未満ではその効果がなく、一方添加量が１．０重量％を越えると、原料の滑性が大きくなりすぎて、混練時にすべりを生じ、せん断力が原料に有効に働かなくなるので、不都合である。
シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、ジエチルシリコーンオイル、メチルエチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等があるが、本発明では、ジメチルシリコーンオイル（耐熱型ストレートシリコーン）を用いることが望ましい。
上記ジメチルシリコーンオイルを原料に添加する場合、その粘度が高すぎると分散しにくくなり、原料に浸透させるために溶媒に希釈させる必要が生じる。一方、粘度が低すぎると、原料への浸透速度が速くなり過ぎ、均一分散が困難になる。
したがってジメチルシリコーンオイルとしては、分散性と取扱いの容易さを考慮すると、２５℃における粘度が５０〜２００センチストークのものが好ましく、９０〜１１０センチストークのものがより好ましい。また上記ジメチルシリコーンオイルの表面張力が大きすぎると、シリコーンオイルを原料に分散する時の濡れ性が低下するので、２５℃における表面張力が２２dyne/cm以下であるものが好ましく、２０〜２１dyne/cmのものがより好ましい。
【００１２】
上記の必須成分の他に、原料中に磁粉分散剤、滑剤、可塑剤などを添加することができる。これらの添加量は合計で３重量％以下が好ましく、より好ましくは１〜２重量％である。分散剤としては、フェノール系、アミン系などを用い得る。滑剤としては、ワックス類（パラフィンワックス、マイクロリスタリンワックス等）、脂肪酸（ステアリン酸、オレイン酸等）、脂肪酸塩（ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等）などを用い得る。可塑剤としては、例えばフタル酸ジ２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）等のフタル酸エステルを用い得る。
【００１３】
上記の原料混合物は成形装置に投入され、その先端部分に配設された配向金型を通過する時に異方性化される。得られた円筒状成形体は、冷却、脱磁され次いで所定長さに切断される。この円筒状成形体はその中心部に軸が固着された後、表面に複数個の磁極（通常は３〜８極）が着磁されて図４に示す永久磁石部材が得られる。
ここで上記の成形装置の構成を図１及び２により説明する。図１は成形装置の要部を示す縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。図１において、６は二軸混練タイプの押出機であり、一端側にホッパー６１を有する、複数個に分割されたバレル６２と、その内部に配設された２本のスクリュー６３（図では１本のみ示す）と、バレル６２の先端に設置されたアダプタ６４とを有する。アダプタ６４の吐出口には、配向用金型７が接続される。この金型７は、リング状スペーサ７１とマンドレル７２と両者の間に形成された円筒状の成形空間７３とを有すると共に、リング状スペーサ７１の周囲に配設された磁場発生部材７４を有する。
【００１４】
磁場界発生部材７４は、強磁性体からなる円筒ヨーク７５の内部に、成形空間７３を取囲むように配設された複数個の磁石ユニット７６を配設した構成を有する。各磁石ユニットは強磁性体からなるスペーサ７７、半径方向に磁化された永久磁石７８及び強磁性体からなる磁極片７９とを含む。
【００１５】
上記の成形装置によれば次のようにして異方性樹脂磁石が得られる。ホッパー６１を介してバレル６２内に投入された原料は、一対のスクリュー６３の回転によりせん断力が加えられると共に、１５０〜２３０℃の温度で加熱溶融されながら配向金型７に搬送され、そこで磁場を受けながら所定の断面積に絞り込まれて成形空間内を通過する。
【００１６】
異方性化された成形体は金型から押出された後、所定長さ（Ｌ／Ｄ≧５以上）に切断され、冷却・固化及び脱磁される。次いでこの成形体を軸に固着して図４に示す永久磁石部材１が得られる。具体的な磁場強度としては３０〜５０ＫＯｅであればよい。磁場強度が低すぎると、十分な配向度が得られず、高すぎても配向度の向上に寄与しない（飽和してしまう）ので、このような範囲が望ましい。
【００１７】
【実施例】
次に本発明を次の実施例及び比較例により更に具体的に説明する。
まず平均粒径１μｍのＳｒフェライト粒子と、エチレン−エチルアクリレート共重合体（日本ユニカ−社製ＭＢ−８７０：Ｍｗ＝43,000、ＥＡ含有量＝４１重量％）と、分散剤（アデカアーガス社製ＤＨ−３７）、滑剤（日本化成社製スリパックスＥ）とをミキサーで混合し、得られた混合物を１５０℃で加熱混練し、冷却固化後直径５mm以下の粒子に粉砕し、シリコーンオイル［信越化学工業社製ＫＦ９６８：粘度＝１００センチストークス（２５℃）、表面張力＝２０．８dyne/cm（２５℃）］を添加した後１５０℃の温度で造粒することにより、表１に示す７種類の原料を調整した。なお混練と造粒は二軸混練押出機で行った。
上記原料を図１に示す成形装置（但し、配向金型は断面矩形状のキャビティを有するものを用い、直流磁場コイルに装着して使用）に投入し、１５０〜２００℃の温度で混練しながら金型から押出し（約１００ＫＯｅの磁場を印加）、８×１０×１００mmのブロック形状を有する樹脂磁石を作成した。各樹脂磁石成形時の成形機の吐出量とその残留磁束密度（Ｂｒ）の測定結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
表１から、シリコーンオイルを０．２〜１．０重量％含有する原料（例１〜５）を用いることにより、吐出量が大で、かつ、残留磁束密度（Ｂｒ）も高いことがわかる。ただし、シリコーンオイルの添加量が過多の原料（例６）を用いた場合には、例４、５の場合と比べて吐出量とＢｒがともに低下することがわかる。これはシリコーンオイルの添加量が多すぎると、原料とスクリューやシリンダとの間で滑りが生じ、原料に十分なせん断力が作用しなくなるためと考えられる。なお、シリコーンオイル無添加の原料（例７）を用いた場合は、安定吐出領域が約２ｋｇ／ｈ以下で、モータ負荷は３０Ａに達し、これ以上の吐出量になると、モータ負荷が急激に上昇して成形不能となるが、シリコーンオイルを添加した原料を用いた場合は、吐出量の増加に伴いモータ負荷は増大するが、成形機の限界（５０Ａ）を越えても成形可能であることが確認された。
【００２０】
またシリコーンオイルを１．０重量％原料を用いて吐出量とＢｒの関係を求めた。その結果を図３に示す。図３から、シリコーンオイルの添加により、吐出量が増大しても、Ｂｒの変動が少ないことがわかる。これは、シリコーンオイルの添加により原料中に強磁性粒子が均一に分散されかつ成形機の絞り部における原料の摩擦抵抗が軽減されるためと考えられる。
【００２１】
次に、例４の組成においてフェライトとＥＥＡの配合比率を変えた以外は上記と同様の条件で表２に示す８種類の原料を準備し、２００〜３００℃の温度で混練しながら金型から押出し、所定長さに切断し、中心部に軸を固着した後非対称５極の着磁を施して図４に示す永久磁石部材を得た。この永久磁石部材は外径１４．５ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒状永久磁石の中心部に外径５ｍｍの軸（ＳＵＭ材）を固着したものである。
【００２２】
【表２】

【００２３】
表２（例１０〜１４）から、フェライトの含有量が増加するに伴い、樹脂磁石の表面磁束密度（Ｂ₀）が向上し、特にフェライトの含有量が９０重量％以上であれば、目標とする７００Ｇ以上のＢ₀を達成できることがわかる。但しフェライトの含有量が少なすぎると（例８，９）、円筒状成形体が得られず（変形してしまう）、フェライトの含有量が多すぎると（例１４、１５）、原料の混練ができないことが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明によれば、樹脂中に強磁性粒子を分散した原料混合物中にシリコーンオイルを配合して押出成形体を作成するので、強磁性粒子の配向度が向上し、もって高磁力の円筒状樹脂磁石が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における成形装置の要部縦断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】残留磁束密度と吐出量の関係を示す図である。
【図４】本発明により得られた円筒状樹脂磁石を含むマグネットロールの縦断面図（ａ），同横断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１永久磁石部材、１１円筒状永久磁石、６押出機、
７配向用金型

Claims

強磁性粒子と熱可塑性樹脂と分散剤及び滑剤を含む原料混合物を磁場中で押出成形して得られた長さ（Ｌ）と外径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が５以上である円筒状成形体の表面に複数個の磁極を有する円筒状樹脂磁石において、前記混合物は、磁気異方性を有する強磁性粒子９０〜９３重量％と、エチルアクリレートを３０〜４５重量％含むエチレン−エチルアクリレート共重合体４〜１０重量％を含有すると共に、前記分散剤及び滑剤のほかにさらに２５℃における粘度が５０〜２００センチストークの範囲にあるジメチルシリコーンオイル０．２〜１．０重量％を含有することを特徴とする円筒状樹脂磁石。