JP4556649B2 - マグネットローラ製造方法 - Google Patents

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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)軸部とマグネット本体部が同一樹脂磁石材料で形成されるもので、射出成形装置の励磁源として磁極数分以上の電磁石を用いて磁性粒子を配向着磁し、マグネットローラを形成するものである。(特許文献1)(2)シャフトの外周部に溶融樹脂磁石を射出注入し形成されるもので、射出成形装置の励磁源として永久磁石を金型内に埋設し、磁性粒子を配向着磁し、マグネットローラを形成するものである。(特許文献2)
特開昭64−4008 特開平07−271192
しかしながら、特許文献1は、励磁源をすべて電磁石としている為、金型および電磁石が複雑かつ大きなものとなり、高価で取り扱いが難しく、また1個取りでは可能であるが、複数個取りは現実的には難しい面がある。
また、特許文献2は、励磁源をすべて永久磁石としている為、金型はコンパクトになり、安価となるが、主極等強い磁束密度を要求される場合、あるいは希土類磁性粉とフェライト磁性粉を用いたハイブリッド樹脂磁石材料、希土類磁性粉のみを用いた樹脂磁石材料を配向着磁するには、磁場強度不足となる場合がある。
発明は、2色射出成形方法において、同一金型にてフェライト系磁性粉を用いた樹脂磁石材料に永久磁石を励磁源として磁場を印加し、希土類樹脂磁性粉、あるいは希土類磁性粉とフェライト磁性粉を混合した磁性粉を用いた樹脂磁石材料に電磁石を励磁源として印加することを特徴とするマグネットローラの製造方法である。
また、本発明は、予め金型内にシャフトを挿入しておき、その後マグネット本体部を形成する樹脂磁石材料を金型内に注入して形成されたことを特徴とする前記のマグネットローラ製造方法である。
本発明(請求項)により、2色射出成形方法において、同一金型にてフェライト系磁性粉を用いた樹脂磁石材料を永久磁石で励磁し、希土類樹脂磁性粉、あるいは希土類磁性粉とフェライト磁性粉を混合した磁性粉を用いた樹脂磁石材料を電磁石で励磁することが可能となり、コンパクトで安価な成形装置で高磁束密度を持つマグネットローラを得ることができる。
本発明(請求項)により、シャフトからスリーブへの導通が可能なコンパクトで安価な成形装置によるマグネットローラの製造が可能となる。
本発明は、樹脂磁石材料でマグネットローラを射出成形する装置において、同一金型にて励磁源として電磁石と永久磁石とを用いることを特徴とするマグネットローラ製造方法およびマグネットローラ成形装置である。
本発明のマグネットローラの製造方法により、同一金型にてひとつの磁極を電磁石で励磁し、その他の磁極を永久磁石で励磁することができ、励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度制御が簡単になり、コンパクトで安価で複数個取り可能な成形装置でマグネットローラを得ることができる。また、本発明のマグネットローラ成形装置により、樹脂磁石材料でマグネットローラを射出成形する装置において、同一金型にて励磁源として電磁石と永久磁石とを配置することにより、コンパクトで安価なマグネットローラ成形装置が可能となる。
従来、特許文献1、2が示すように、励磁源として電磁石を用いると金型および電磁石が複雑かつ大きなものとなり、高価で取り扱いが難しく、また1個取りでは可能であるが、複数個取りは現実的には難しい面があり、また、励磁源として永久磁石を用いると金型がコンパクトで安価なものになるが、永久磁石からの発生磁場が電磁石に比べ小さいことから、高磁束密度要求の磁極には対応できない場合がある。
本発明では、図1のような金型(磁気回路部)を用い、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物により、軸部と本体部を磁石材料で一体射出成形して図2のようなマグネットローラを形成する。得られたマグネットローラの磁束密度パターンは図3のようになる。本発明では、通常、マグネットローラの磁極の中で最も高磁束密度を要求される磁極に対し、同一金型にて励磁源として電磁石を用い、その他の磁極に対しては、励磁源として永久磁石を用いる。ただし、通常はマグネットローラの磁極の中で最も高磁束密度を要求される磁極に対し、励磁源として電磁石を用いられるが、これに制限されることはない。更に、図17(金型を上から見た図)のように構成することにより、電磁石を用いても多数個取りが可能となる。
また、本発明は、予め金型内にシャフトを挿入しておき、その後マグネット本体部を形成する樹脂磁石材料を金型内に注入して形成されたシャフト付きマグネットローラにおいて、同一金型にて励磁源として電磁石と永久磁石とを使い分けることを特徴とするマグネットローラ製造方法およびマグネットローラ成形装置である。従来、特許文献1、2が示すように、励磁源として電磁石を用いると金型および電磁石が複雑かつ大きなものとなり、高価で取り扱いが難しく、また1個取りでは可能であるが、複数個取りは現実的には難しい面があり、励磁源として永久磁石を用いると金型がコンパクトで安価なものになるが、永久磁石からの発生磁場が電磁石に比べ小さいことから、高磁束密度要求の磁極には対応できない場合がある。
本発明では、図4のようなシャフトインサート用金型(磁気回路部)を用い、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物により、予めシャフトを挿入した金型内空間(マグネット本体部)に磁石材料を射出成形し図5のようなシャフト付きマグネットローラを形成する。得られたマグネットローラの磁束密度パターンは図3のようになる。本発明では、通常、マグネットローラの磁極の中で最も高磁束密度を要求される磁極に対し、同一金型にて励磁源として電磁石を用い、その他の磁極に対しては、励磁源として永久磁石を用いる。ただし、通常はマグネットローラの磁極の中で最も高磁束密度を要求される磁極に対し、励磁源として電磁石を用いられるが、これに制限されることはない。
本発明は、射出成形時に、高磁束密度を要求される磁極に磁場を印加する励磁源が電磁石であることを特徴とするマグネットローラ製造方法およびマグネットローラ成形装置である。従来、特許文献1、2が示すように、励磁源として電磁石を用いると金型および電磁石が複雑かつ大きなものとなり、高価で取り扱いが難しく、また1個取りでは可能であるが、複数個取りは現実的には難しい面があり、励磁源として永久磁石を用いると金型がコンパクトで安価なものになるが、永久磁石からの発生磁場が電磁石に比べ小さいことから、高磁束密度要求の磁極には対応できない場合がある。
本発明のマグネットローラの製造方法により、同一金型にて高磁束密度が必要な磁極のみ電磁石で励磁し、その他の磁極は永久磁石で励磁することができ、コンパクトで安価で複数個取り可能な成形装置でマグネットローラを得ることができる。また、本発明のマグネットローラ成形装置により、射出成形時に、高磁束密度を要求される磁極に磁場を印加する励磁源が電磁石とすることができ、コンパクトで安価な成形装置が可能となる。
本発明では、図1のような金型(磁気回路部)を用い、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物により、軸部と本体部を磁石材料で一体射出成形して図2のようなマグネットローラを形成する。得られたマグネットローラの磁束密度パターンは図3のようになる。本発明では、通常、マグネットローラの磁極の中で最も高磁束密度を要求される磁極に対し、同一金型にて励磁源として電磁石を用い、その他の磁極に対しては、励磁源として永久磁石を用いることに限定する。
また、本発明は、2色射出成形方法において、最初にマグネット本体部の大部分を構成する磁極(たとえば3極分)に磁場を印加する励磁源を永久磁石とし、該磁極に使用する材料をフェライト系磁性粉とした樹脂磁石を成形し、その後、高磁束密度を要求される磁極に磁場を印加する励磁源を電磁石とし、該磁極に使用される材料として希土類樹脂磁石、あるいは希土類磁性粉とフェライト磁性粉を混合した樹脂磁石を成形することを特徴としたマグネットローラ製造方法およびマグネットローラ成形装置である。
本発明では、最初の成形として、図6のような金型(磁気回路部)を用い、強磁性体粉末(単独磁性粉:フェライト系磁性粉あるいは混合磁性粉:希土類系磁性粉+フェライト系磁性粉)と樹脂バインダーを主体とする混合物により、軸部と本体部を磁石材料で一体射出成形して図7のようなマグネットローラを形成する。その後、高磁束密度を求められる磁極(1極分)部分に強磁性体粉末(単独磁性粉、希土類系磁性粉あるいは混合磁性粉、希土類系磁性粉+フェライト系磁性粉)と樹脂バインダーを主体とする混合物を射出注入しながら、励磁源である電磁石にて磁性粒子を配向着磁し、図8のようなマグネットローラを形成する。
また、本発明は、予め金型内にシャフトを挿入しておき、その後マグネット本体部を形成する樹脂磁石材料を金型内に注入して形成されたシャフト付きマグネットローラであることを特徴とするマグネットローラ製造方法およびマグネットローラ成形装置である。
本発明のマグネットローラ成形装置により、予め金型内にシャフトを挿入しておき、その後マグネット本体部を形成する樹脂磁石材料を金型内に注入してシャフト付きマグネットローラを成形することができるコンパクトで安価なマグネットローラ成形装置が可能となる。
本発明では、最初の成形として、図9のような金型(磁気回路部)を用い、強磁性体粉末(単独磁性粉:フェライト系磁性粉あるいは混合磁性粉:希土類系磁性粉+フェライト系磁性粉)と樹脂バインダーを主体とする混合物により、軸部と本体部を磁石材料で一体射出成形して図10のようなマグネットローラを形成する。その後、高磁束密度を求められる磁極(1極分)部分に強磁性体粉末(単独磁性粉、希土類系磁性粉あるいは混合磁性粉、希土類系磁性粉+フェライト系磁性粉)と樹脂バインダーを主体とする混合物を射出注入しながら、励磁源である電磁石にて磁性粒子を配向着磁し、図11のようなマグネットローラを形成する。
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。
マグネットローラは、図1、4、6、9のような金型を用いて、注入口から溶融樹脂磁石を、電磁石と永久磁石で、金型に配置した配向着磁用ヨークにより、電磁石の場合240K・A/m〜2400K・A/mの磁場を印加しながら注入し、永久磁石の場合40K・A/m〜800K・A/mの磁場を印加しながら注入し、磁性粒子を所望の方向に配向着磁し、硬化させ、マグネットローラが得られる。得られたマグネットローラは、射出成形により金型内で成形されるため、押出成形品よりも寸法精度が良好であるので、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。また、射出成形の場合、溶融樹脂磁石の溶融粘度が押出成形等に比べはるかに低いので、磁性粒子の配向度が向上し、高磁気特性のマグネットローラが得られ、現像剤の搬送性が良好となり、また現像剤かぶりが防止でき高画質となる。
ここで、磁性粉としては、MO・nFe23(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、要求磁束密度によっては、等方性フェライト磁性粉を用いてもよい。
また樹脂バインダーとして、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)、CPE(塩素化ポリエチレン)、およびPVC(ポリ塩化ビニル)などの熱可塑性樹脂の1種類あるいは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およびポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂の1種類あるいは2種類以上を混合して用いることができる。
また、請求項4、5のように、要求される磁束密度(高い磁束密度)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。
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、マグネットピース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、4極構成のマグネットロールを図示しているが、本発明は4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、マグネットピースの数量を選択し、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。
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、樹脂バインダーにナイロン6(ユニチカ(株)製A1015P)を10重量%中(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)磁性粉として異方性ストロンチウムフェライト磁性粉(SrO・6Fe23)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、励磁源として電磁石を用いる磁極をS1極(カット極)とし、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、励磁源として永久磁石を用いる磁極を、N1極(現像極)、N2極、S2極
とし、100K・A/m〜500K・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のようなマグネットローラを形成する。
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、軸部の外径はφ6とした。(本体部と軸部の材料は同一樹脂磁石材料)
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、ガウスメータにてマグネットローラの周方向磁束密度パターンを測定した。該マグネットローラの磁束密度パターンを図12に示す。
また、励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度を表1に示す。
(実施例2)
図4の金型を用いて、溶融樹脂磁石材料を射出注入する前に、金型内にシャフトを挿入しておき、シャフトの外周部に注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、励磁源として電磁石を用いる磁極をN1極(現像極)とし、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、励磁源として永久磁石を用いる磁極を、S1極(カット極)、N2極、S2極とし、100K・A/m〜500K・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5のようなマグネットローラを形成し、
マグネットローラ本体部の外径をφ13.6、マグネット本体部の長さを320mm、シャフト部の外径をφ6とし、シャフト材質をSUM22とする以外はすべて実施例1と同様に行った。
励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度を表1に示す。
(実施例3)
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、励磁源として電磁石を用いる磁極をN1極(現像極)とし、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、励磁源として永久磁石を用いる磁極を、S1極(カット極)、N2極、S2極とし、100K・A/m〜500K・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のようなマグネットローラを形成する以外はすべて実施例1と同様に行った。
励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度を表1に示す。
(実施例4)
図7のマグネットローラ材料として、樹脂バインダーにナイロン6(ユニチカ(株)製A1015P)を10重量%中(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)磁性粉として異方性ストロンチウムフェライト磁性粉(SrO・6Fe23)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、まず最初の成形として、図6のような金型(磁気回路部)を用い、溶融樹脂磁石を金型内へ注入することにより、軸部と本体部(現像極部除く)を、励磁源として永久磁石を用い、S1極(カット極)、N2極、S2極を100K・A/m〜500K・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7のようなマグネットローラを形成する。その後、高磁束密度を求められる磁極(1極分)部分においては、マグネット本体部の現像極部に相当する金型部材を後退させ、現像極部を形成する空間を作り、該空間に樹脂バインダーにナイロン6(ユニチカ(株)製A1015P)を10重量%(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)磁性粉として異方性SmFeN系磁性粉を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たものを射出注入しながら、励磁源である電磁石により、2400K・A/mの磁場を印加しながら磁性粒子を配向着磁し、図8のようなマグネットローラを形成する以外は、すべて実施例1と同様に行った。
励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度を表1に示す。
(実施例5)
現像極部に射出注入する磁石材料を、樹脂バインダーにナイロン6(ユニチカ(株)製A1015P)を10重量%(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)磁性粉として異方性SmFeN系磁性粉と異方性フェライト磁性粉を1:1の割合で混合したものを90重量%とする以外はすべて実施例4と同様に行った。
励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度を表1に示す。
(実施例6)
図9の金型を用いて、シャフトインサート成形を行う以外は、すべて実施例4と同様に行った。
励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度を表1に示す。
(実施例7)
図9の金型を用いて、シャフトインサート成形を行う以外は、すべて実施例5と同様に行った。
励磁源として電磁石を用いた磁極の磁束密度を表1に示す。
(比較例1)
図13の金型(励磁源はすべて永久磁石)を用いて、S1極に印加する磁場を500K・A/mとし、図2のようなマグネットローラを成形する以外はすべて実施例1と同様に行った。
励磁源として永久磁石を用いた磁極(S1極)の磁束密度を表1に示す。
(比較例2)
図14の金型(励磁源はすべて永久磁石)を用いて、N1極に印加する磁場を500K・A/mとし、図5のようなマグネットローラを成形する以外はすべて実施例2と同様に行った。
励磁源として永久磁石を用いた磁極(N1極)の磁束密度を表1に示す。
(比較例3)
図13の金型(励磁源はすべて永久磁石)を用いて、N1極に印加する磁場を500K・A/mとし、図2のようなマグネットローラを成形する以外はすべて実施例3と同様に行った。
励磁源として永久磁石を用いた磁極(N1極)の磁束密度を表1に示す。
(比較例4)
図15の金型(励磁源はすべて永久磁石)を用いて、N1極に印加する磁場を500K・A/mとし、図8のようなマグネットローラを成形する以外はすべて実施例4と同様に行った。
励磁源として永久磁石を用いた磁極(N1極)の磁束密度を表1に示す。
(比較例5)
図15の金型(励磁源はすべて永久磁石)を用いて、N1極に印加する磁場を500K・A/mとし、図8のようなマグネットローラを成形する以外はすべて実施例5と同様に行った。
励磁源として永久磁石を用いた磁極(N1極)の磁束密度を表1に示す。
(比較例6)
図16の金型(励磁源はすべて永久磁石)を用いて、N1極に印加する磁場を500K・A/mとし、図8のようなマグネットローラを成形する以外はすべて実施例6と同様に行った。
励磁源として永久磁石を用いた磁極(N1極)の磁束密度を表1に示す。
(比較例7)
図16の金型(励磁源はすべて永久磁石)を用いて、N1極に印加する磁場を500K・A/mとし、図8のようなマグネットローラを成形する以外はすべて実施例7と同様に行った。
励磁源として永久磁石を用いた磁極(N1極)の磁束密度を表1に示す。
Figure 0004556649
実施例1と比較例1を比べると、励磁源として電磁石を用い強い磁場2400K・A/mで配向着磁することにより、S1極の磁束密度が約4%アップすることがわかる。(永久磁石で発生可能な磁場は500K・A/m程度)
他の実施例(2〜6)及び比較例(2〜6)も上記と同様に、励磁源として電磁石を用いることにより、電磁石により配向着磁された磁極の磁束密度は約3〜25%アップすることがわかる。
したがって、本発明により、特定磁極を電磁石による発生磁場により配向着磁し、その他の極を永久磁石で配向着磁することにより、成形装置(金型周辺)がコンパクトで安価となり、複数個取りも可能となり、特定磁極の磁束密度アップが可能となる。
本発明のマグネットローラの成形用金型断面図(磁気回路) 本発明のマグネットローラの斜視図 本発明のマグネットローラの磁束密度パターン 別の本発明のマグネットローラの成形用金型断面図(磁気回路) 別の本発明のマグネットローラの斜視図 別の本発明のマグネットローラの成形用金型(磁気回路) 別の本発明のマグネットローラの断面図 別の本発明のマグネットローラの斜視図 別の本発明のマグネットローラの成形用金型(磁気回路) 別の本発明のマグネットローラの断面図 別の本発明のマグネットローラの斜視図 別の本発明のマグネットローラの磁束密度パターン 従来のマグネットローラの成形用金型(磁気回路) 別の従来のマグネットローラの成形用金型(磁気回路) 別の従来のマグネットローラの成形用金型(磁気回路) 別の従来のマグネットローラの成形用金型(磁気回路) 本発明のマグネットローラの多数個取りの成形用金型(磁気回路)
符号の説明
1 電磁石(コイル)
2 ヨーク
3 永久磁石
4 マグネット本体部
5 パーティングライン
6 固定側金型
7 可動側金型
8 シャフト部(樹脂磁石材料)
9 磁束密度パターン
10 磁束密度ピーク位置
11 スリーブ
12 シャフト(金属)
13 後退可能な金型部材
14 空間(溝)
15 希土類樹脂磁石あるいは希土類+フェライトの樹脂磁石

Claims (2)

  1. 2色射出成形方法において、同一金型にてフェライト系磁性粉を用いた樹脂磁石材料を永久磁石で励磁し、希土類樹脂磁性粉、あるいは希土類磁性粉とフェライト磁性粉を混合した磁性粉を用いた樹脂磁石材料を電磁石で励磁することを特徴とするマグネットローラの製造方法。
  2. 予め金型内にシャフトを挿入しておき、その後マグネット本体部を形成する樹脂磁石材料を金型内に注入して形成されたことを特徴とする請求項1記載のマグネットローラ製造方法。
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