JP4608343B2 - マグネットローラの射出成形装置及びマグネットローラの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やレーザービームプリンタ等の磁気ブラシ現像ローラーとして用いられる、樹脂磁石材料で形成されたマグネットローラの製造方法及び射出成形装置に関するものである。

従来、この種のマグネットローラは、配向用の磁極対を有する金型内に樹脂磁石材料の溶融体が直接射出されて成形されると共に、樹脂磁石材料中に含有される磁性粉を配向させることにより製造されてきた。

前記従来技術では、成形品であるマグネットローラは変形の起きない状態に固化するまで、金型から取り出すことができないため、冷却に長時間を要し、このため、成形サイクルが長くなり、生産効率が低いという問題がある。

そこで、前記課題を解決するために、成形すべきマグネットローラの外形状と合致する内形状の成形キャビティを有する非磁性材料製の筒体を配向用磁極対を有する射出成形用金型内キャビティに挿入し、前記筒体内に溶融した樹脂磁石材料を射出した後、固化する前に該筒体を射出成形金型から取り出し、更に冷却を継続して固化させることよりなる改良法が提案された（例えば、特許文献１参照。）。

前記改良法によると、射出成形用金型内での冷却時間が短縮され、生産性は向上する。ただ、筒体を射出成形用金型より取り出した時点で配向用磁力線の印加が停止されることになるため、取り出しのタイミングが早過ぎると、筒体内の溶融状態にある一部の樹脂磁石材料中に含まれる磁性粉の配向が崩れ、マグネットローラの表面磁束密度が低下し易かった。従って、取り出しのタイミングを大幅に早めることができず、生産性の向上がある程度に限定された。

そこで、更に改善するために、成形すべきマグネットローラの外形状と合致する内形状の成形キャビティを有し、かつ配向用磁力線の起磁極と終磁極からなる磁極対及び永久磁石を前記成形キャビティの周囲位置に埋設した非磁性材料製の駒と、該駒の外形状に合致する金型内キャビティを有する射出成形用金型とを準備し、前記金型を閉じることにより前記金型内キャビティに前記駒を装着する工程と、前記成形キャビティ内に、磁性粉を含有する樹脂磁石材料の溶融体を射出してマグネットローラを成形すると共に、前記マグネットローラに磁極対を形成するために、該マグネットローラ内の前記磁性粉に前記配向用磁力線を印加する工程と、前記配向用磁力線の印加を継続させつつ、前記マグネットローラが固化する前に、前記射出成形用金型を開き、前記駒を取り出す工程と、前記配向用磁力線の印加を継続させつつ前記駒を冷却することにより、前記マグネットローラを固化させる工程と、前記駒より固化したマグネットローラを取り出すことよりなる改良法が提案された（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、前記改良法は、成形後に前記駒を取り出した後、ただちに予備加熱した別の駒を挿入することになるため、金型の開閉時間が長くなり、生産性の向上がある程度に限定される。また、前記駒の入替えを行うためには、高精度のロボットが必要となり、設備のコストアップの要因となる。
特開平５−１９０３１７号公報 特開平６−２１０６５０号公報

本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであり、生産効率が高く、かつ表面磁束密度が低下しないマグネットローラの射出成形法及び射出成形装置を提供することである。

本発明に従って、樹脂磁石材料を上金型及び下金型のキャビティよりなる金型内に射出成形するマグネットローラの射出成形装置であって、
該上金型は竪型の射出成形装置の上盤に取付けられて、該樹脂磁石材料を該キャビティ内に注入する注入口を有しており、
該下金型は該キャビティ内に注入された該樹脂磁石材料を配向させる磁極対を有し、少なくとも２つの該下金型が該射出成形装置に設けられた２個以上の作業ステージを有する回転可能なテーブルに均等な角度で各々取付けられており、
該テーブルが回転して該下金型が上金型と組み合わされて形成される該キャビティにおいて、該上金型は該マグネットローラの一端の軸部を成形し、該下金型は該マグネットローラの磁石部位を含む残りの部位を成形することを特徴とするマグネットローラの射出成形装置が提供される。

また、本発明に従って、樹脂磁石材料を配向させる磁極対を有する少なくとも２つの下金型の１つが、上金型と組み合わされて形成されるキャビティよりなる金型内に、該樹脂磁石材料を射出成形するマグネットローラの製造方法であって、
該樹脂磁石材料を原料供給用のホッパーから射出装置に投入し、該射出装置内で加熱溶融する工程と、
上金型と１つの下金型とが組み合わされて形成されるキャビティに該樹脂磁石材料を射出する工程と、
該上金型により形成される該マグネットローラの一端の軸部が固化した後、該下金型を開き、該マグネットローラを保持したまま、該下金型を次の作業ステージへ移動して、マグネットローラの冷却固化を促進させながら待機する工程と、
更に次の作業ステージに該下金型を移動して、該下金型から冷却されたマグネットローラを取出す工程と、を有し、該射出成形・冷却・取出工程を繰り返すことを特徴とするマグネットローラの製造方法が提供される。

以上説明したように、本発明によれば、マグネットローラの成形工程での冷却時間・金型開閉時間を大幅に短縮することができる製造方法及び射出成形装置を提供するもので、表面磁束密度を低下させることなしに生産性の向上を図ることが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明において、下金型が３個のときの射出成形装置の全体を示す側面図であり、図２は、射出成形装置のロータリーテーブルを示す平面図である。

図１に示されるように、金型の上金型３は射出成形機の上盤２に取付けられ、射出装置１の先端と接触する。３個の下金型４は、ロータリーテーブル５上に均等な角度に配置され、図２の作業ステージ（１）９ａ上で上金型３と組み合わさり、キャビティ７を形成する。ロータリーテーブル５は図２に示す作業ステージ（１）９ａから作業ステージ（３）９ｃまで、矢印方向に回動することができる。図２の作業ステージ（３）９ｃには、マグネットローラ８を取り出すための突き出し装置６が配置される。

図３は、図１に示される下金型の断面図である。

下金型内には、配向用磁力線の起磁極と終磁極からなる磁極対の磁性体１１が埋設されている。磁極対の間には非磁性の筒体１３により形成される成形キャビティ７側より非磁性体１２、永久磁石１０が順次埋設されている。２つの永久磁石１０の極性は互に反対になっている。また、非磁性体１２、１３にはキャビティ７を冷却するための水孔１４及びヒーター１５が配置されている。

２つの永久磁石１０としては、サマリウムコバルト磁石やネオジ鉄磁石等の希土類磁石等が使用できる。また、非磁性体１２、１３としては、オーステナイト系ステンレス鋼、ベリリウム銅及びアルミニウム等の非磁性金属等が使用される。磁性体としては、Ｓ１５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＳ４１、パーメンジュール等が使用される。

図４はマグネットローラの正面図である。８ａはローラ部、８ｂ、８ｃは軸である。マグネット部位の径はφ６〜２０ｍｍ、全長は２００〜５００ｍｍの範囲に設計される。

図５はマグネットローラの表面磁束密度の分布を示すグラフである。１６は磁極Ｎ１、１７は磁極Ｓ１、１８は磁極Ｎ２及び１９は磁極Ｓ２である。即ち、合計４極の磁極により構成されているが、これに限定されるわけではなく、２〜８極まで可能である。現像ローラー上での磁束密度は、４０〜１２０ｍＴの範囲に設計される。

次に、本発明のマグネットローラの射出成形法について説明する。

図１、図２及び図３に示した射出成形装置及び金型を用いて、以下の手順で成形する。

まず、十分に乾燥した樹脂磁石材料を原料供給用のホッパー１ａから射出装置１に投入し、射出装置１内で加熱溶融され、作業ステージ（１）９ａの位置で上金型３と下金型４ａで形成されるキャビティ７に射出される。射出後、上金型３により形成されるマグネットローラ８の一端の軸部が固化した後、ただちに金型を開き、下金型４ａはマグネットローラ８を保持したまま、作業ステージ（２）９ｂの位置へ回動して、マグネットローラ８の冷却固化を促進させながら待機する。このとき、作業ステージ（１）９ａでは、下金型４ｃの成形が前記下金型４ａと同様の手順で成形が行われている。下金型４ｃの成形後、下金型４ｃは、作業ステージ（２）９ｂの位置へ回動し、下金型４ａは作業ステージ（３）９ｃの位置に回動し、冷却固化したマグネットローラ８が突き出し装置６により取り出される。このとき、作業ステージ（１）９ａでは、下金型４ｂの成形が行われている。下金型４ｂの成形後、マグネットローラ８を取り出して、空となった下金型４ａは作業ステージ（３）９ｃから作業ステージ（１）９ａの位置に戻り、再び成形を行う。

以上、説明したようにロータリーテーブル５が間欠的に回動することにより、作業ステージ（１）、（２）及び（３）において、成形、冷却、取出の作業が重複して行われる。

以上、一連の動作における金型の温度制御としては、成形時の樹脂磁石材料中に含まれる磁性粉の配向性を向上させるために、マグネットローラ８が取り出されてから射出が完了するまでヒーター１５によりキャビティを８０〜１８０℃の範囲で加熱し、射出完了後から取り出しまでは、水孔１４に循環される冷却水により２０〜１３０℃の範囲で冷却させマグネットローラを冷却固化させる。

また、上記は、下金型を３面としているが、冷却時間はマグネットローラの外径に依存するため、径が小さい場合には２面でもよく、径が大きい場合には４面以上に増やす必要がある。

本発明においては、樹脂磁石材料としてバリウム又はストロンチウムのうち少なくとも一種を含むフェライトからなる磁性粉６０〜９５質量％と、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール及び変性ポリフェニレンエーテル等の高流動性熱可塑性樹脂からなるバインダー５〜４０質量％、可塑剤０〜１０質量％、滑剤０〜３質量％及び必要に応じてその他の添加剤を混合したものが用いられる。

（実施例１）
本発明に係る射出成形装置を用いて、マグネット部位の外径がφ１１．５ｍｍで全長３００ｍｍのマグネットローラを成形した。金型は、上金型１個と下金型３個で構成され、下金型のキャビティ周囲には４個のカートリッジヒーターと４本の水孔を設けてある。

成形材料は、磁性粉としてストロンチウムフェライト９０質量％、バインダーとしてポリアミド６を１０質量％を主成分とするものを用いた。

主要な成形条件としては、金型温度を射出時１４０℃／冷却時６０℃、樹脂温度３００℃、射出時間４ｓｅｃ、保圧５０ＭＰａで成形を行った。

この方法によって、成形サイクルは２０ｓｅｃであった。また、現像極Ｓ１の磁束密度は、現像ローラー上の測定位置である軸芯より８ｍｍ離れた位置で８４〜８６ｍＴであり、軸線方向の磁束密度の高低差が２ｍＴの均一な磁力が得られた。

（比較例１）
金型が、上金型１個、下金型１個で構成され、キャビティ周囲にヒーターが内蔵されていないこと以外は、実施例１と同様の射出成形装置、成形材料を用いて、同仕様のマグネットローラを成形した。

主要な成形条件としては、金型温度を１２０℃一定、樹脂温度３００℃、射出時間４ｓｅｃ、保圧５０ＭＰａで成形を行った。

この方法によって、成形サイクルは４５ｓｅｃであった。また、現像極Ｓ１の磁束密度は、現像ローラー上の測定位置である軸芯より８ｍｍ離れた位置で８０〜８５ｍＴであり、軸線方向の磁束密度の高低差が５ｍＴであった。

以上で得られた結果を表１に示す。

表１より明らかなとおり、本発明によれば、冷却時間・中間時間を短縮したことにより生産効率が高く、かつ表面磁束密度の低下が小さいマグネットローラを製作することができる。

本発明に係る射出成形装置の全体を示す側面図である。 図１の射出成形装置のロータリーテーブルを示す平面図である。 射出成形用金型の下金型の断面図である。 マグネットローラの正面図である。 マグネットローラの表面磁束密度の分布を示すグラフである。

符号の説明

１ 射出装置
１ａ ホッパー
２ 上盤
３ 上金型
４，４ａ，４ｂ，４ｃ 下金型
５ ロータリーテーブル
６ 突出し装置
７ キャビティ
８，８ａ，８ｂ，８ｃ マグネットローラ
９ａ 作業ステージ（１）
９ｂ 作業ステージ（２）
９ｃ 作業ステージ（３）
１０ 永久磁石
１１ 磁性体
１２，１３ 非磁性体
１４ 水孔
１５ ヒーター
１６ 磁極Ｎ１
１７ 磁極Ｓ１
１８ 磁極Ｎ２
１９ 磁極Ｓ２

Claims (2)

1. 樹脂磁石材料を上金型及び下金型のキャビティよりなる金型内に射出成形するマグネットローラの射出成形装置であって、
   該上金型は竪型の射出成形装置の上盤に取付けられて、該樹脂磁石材料を該キャビティ内に注入する注入口を有しており、
   該下金型は該キャビティ内に注入された該樹脂磁石材料を配向させる磁極対を有し、少なくとも２つの該下金型が該射出成形装置に設けられた２個以上の作業ステージを有する回転可能なテーブルに均等な角度で各々取付けられており、
   該テーブルが回転して該下金型が上金型と組み合わされて形成される該キャビティにおいて、該上金型は該マグネットローラの一端の軸部を成形し、該下金型は該マグネットローラの磁石部位を含む残りの部位を成形することを特徴とするマグネットローラの射出成形装置。
2. 樹脂磁石材料を配向させる磁極対を有する少なくとも２つの下金型の１つが、上金型と組み合わされて形成されるキャビティよりなる金型内に、該樹脂磁石材料を射出成形するマグネットローラの製造方法であって、
   該樹脂磁石材料を原料供給用のホッパーから射出装置に投入し、該射出装置内で加熱溶融する工程と、
   上金型と１つの下金型とが組み合わされて形成されるキャビティに該樹脂磁石材料を射出する工程と、
   該上金型により形成される該マグネットローラの一端の軸部が固化した後、該下金型を開き、該マグネットローラを保持したまま、該下金型を次の作業ステージへ移動して、マグネットローラの冷却固化を促進させながら待機する工程と、
   更に次の作業ステージに該下金型を移動して、該下金型から冷却されたマグネットローラを取出す工程と、を有し、該射出成形・冷却・取出工程を繰り返すことを特徴とするマグネットローラの製造方法。

Images