JP4907389B2 - マグネットローラの製造方法およびマグネットローラ成形用金型 - Google Patents

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に関する。

従来の複写機、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、次のような方法で成形されている。

（１）溶融樹脂磁石を射出注入するとともに、注入速度に応じてスライド金型を適正な成形位置まで後退させ、軸部一体型マグネットローラを形成することにより、マグネットローラの長さ方向における磁気的特性が均一となる（特許文献１）。

（２）溶融樹脂磁石を筒型中空体（以下、管型中空体ともいう）内に射出注入し、固化する前に金型を開いて可動側の磁性体を固定側の磁性体から遠ざけ、中空体内を通過する磁束の分布を変化させる事で冷却固化後に表面磁束密度の異なる２つの磁束対を有するマグネットローラが得られる（特許文献２）。
特開平１０−６７０３０号公報。 特開平５−１９０３１７号公報。

しかしながら、特許文献１は、型締めする時に筒型キャビティ（以下、筒型キャビティは管状キャビティともいう）若しくは固定側金型のパーティング面に樹脂カス等の異物があると、それを挟み筒型キャビティが損傷する場合がある。該マグネットローラを磁場印加成形し、その外周上に磁極を形成するため、該筒型キャビティは非磁性体でなければならない。非磁性材はＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、非磁性超硬合金、セラミクスなどがあるが、どれも硬度が低くて変形しやすいか硬度は高くても脆くて破損しやすい。又、高磁力を求められるマグネットローラでは磁場を印加するヨークを成形品に十分近づけないと必要な印加磁場が確保できない場合がある。そのために、筒型キャビティの肉厚を薄肉化する方法があるが、薄肉化すると該筒型キャビティの強度が低下し破損しやすくなる。また、パーティング面に樹脂カス等の異物を挟むと尚一層容易に損傷しやすくなる。

更に具体的に説明すると、従来は、図２のような金型を用い、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、軸部と本体部を樹脂磁石材料で成形し、図１のようなマグネットローラを得る。

上記の金型構造は、非磁性体の筒型キャビティ４の外周に、成形時に磁場を印加するための励磁源７を設けてあり、型締め時に該筒型キャビティ４の軸方向端面のパーティング面５により密閉され、固定側金型のゲート口から該筒型キャビティ４内に、強磁性体粉末と樹脂バインダーを主体とする混合物を溶融状態にしたものを射出充填する。

通常の成形では、上記のように型締め時に固定側金型３のパーティング面５が該筒型キャビティ４の端面に密着することで該筒型キャビティ４が密閉される。しかし、パーティング面５に異物を挟むと、該筒型キャビティ４の軸方向端面や固定側金型３のパーティング面５が凹んだり、変形したり、破損する場合ある。
異物としては、バリが欠けて残る樹脂カス、コールドスラグの脱落カス、あるいは切り粉等の金属粉、等がある。特に、異物が磁性体の場合は、励磁源７から発生する磁場により吸引され、該筒型キャビティ４の軸方向端面に付着し、該筒型キャビティ４が損傷する場合がある。上記で一旦発生した凹みにより、次の成形サイクルから該筒型キャビティ４が密閉できなくなり、その結果バリが発生する。発生したバリは成形を繰り返すとともに成長し、該筒型キャビティ４の軸方向端面や固定側金型のパーティング面５の凹みが大きくなっていき、成形不能な程のバリが発生し、該金型は修復不能なまでに損傷する場合がある。

また、特許文献２は、溶融樹脂磁石を筒型中空体内に射出注入し、固化する前に金型を開いて可動側金型の磁性体を固定側金型の磁性体から遠ざけ、中空体内を通過する磁束の分布を変化させる事で冷却固化後に表面磁束密度の異なる２つの磁束対を有するマグネットローラが得られるが、筒型中空体の固定側金型とのパーティング面に樹脂カス等の異物を挟むと特許文献１と同様に損傷する場合がある。

本発明は、磁性体粉末と樹脂バインダーとから成る溶融状態の混合物を、少なくとも一方の長手方向端部が弾性体で保持されてなる管状キャビティに注入しつつ磁場印加する工程を含む、マグネットローラの製造方法、である。この構成により、筒型キャビティ（管状キャビティともいう）の固定側金型とのパーティング面との間に異物が挟まれていても、筒型キャビティ（管状キャビティともいう）の破損を防止でき、耐久性を飛躍的に向上させることができる。

本発明は、また、管状キャビティの肉厚が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であ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。この構成により、肉厚の薄肉化のために要求される肉厚０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の管状キャビティであっても、本発明は、管状キャビティの耐久性を飛躍的に向上させることができるという顕著な効果を奏する。

本発明は、また、管状キャビティが、マグネットローラの端部の形状を備えるスライド金型と摺動自在に接するように配置されてな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。この構成により、特許文献１においても課題となっていた、管状キャビティの耐久性を飛躍的に向上させることができる。

本発明は、また、磁性体粉末と樹脂バインダーとから成る溶融状態の混合物を管状キャビティに注入しつつ磁場印加する工程を含むマグネットローラの製造方法において用いられるマグネットローラ成形用金型であって、該管状キャビティの少なくとも一方の長手方向端部が弾性体で保持されてなることを特徴とする、マグネットローラ成形用金型、である。この構成により、筒型キャビティ（管状キャビティともいう）の固定側金型とのパーティング面との間に異物が挟まれても、筒型キャビティ（管状キャビティともいう）の破損を防止でき、耐久性を飛躍的に向上させることができる。

本発明は、また、管状キャビティの肉厚が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、マグネットローラ成形用金型である。この構成により、薄肉化のために要求される肉厚０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の管状キャビティであっても、本発明は、管状キャビティの耐久性を飛躍的に向上させることができるという顕著な効果を奏する。

本発明は、また、管状キャビティが、マグネットローラの端部の形状を備えるスライド金型と摺動自在に接するように配置されてなることを特徴とする、マグネットローラ成形用金型、である。この構成により、「溶融樹脂磁石を射出注入するとともに、注入速度に応じてスライド金型を適正な成形位置まで後退させ、軸部一体型マグネットローラを形成することにより、マグネットローラの長さ方向における磁気的特性が均一となる」特許文献１においても課題となっていた、管状キャビティの耐久性を飛躍的に向上させることができる。

本発明により、筒型キャビティ（管状キャビティともいう）の固定側金型とのパーティング面との間に異物が挟まれても、筒型キャビティ（管状キャビティともいう）の破損を防止でき、耐久性を飛躍的に向上させることができる。

本発明は、磁性体粉末と樹脂バインダーとから成る溶融状態の混合物を、少なくとも一方の長手方向端部が弾性体で保持されてなる管状キャビティに注入しつつ磁場印加する工程を含む、マグネットローラの製造方法、である。

本発明は、また、管状キャビティの肉厚が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であ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。

本発明は、また、管状キャビティが、マグネットローラの端部の形状を備えるスライド金型と摺動自在に接するように配置されてな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。

本発明は、また、磁性体粉末と樹脂バインダーとから成る溶融状態の混合物を管状キャビティに注入しつつ磁場印加する工程を含むマグネットローラの製造方法において用いられるマグネットローラ成形用金型であって、該管状キャビティの少なくとも一方の長手方向端部が弾性体で保持されてなることを特徴とする、マグネットローラ成形用金型、である。

本発明は、また、管状キャビティの肉厚が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、マグネットローラ成形用金型である。

本発明は、また、管状キャビティが、マグネットローラの端部の形状を備えるスライド金型と摺動自在に接するように配置されてなることを特徴とする、マグネットローラ成形用金型、である。

本発明では、図９に示すように、可動側金型９側の筒型キャビティ４の軸方向端部に弾性体１３を設けることにより、該筒型キャビティ４がパーティング面５とは反対の方向（可動側金型８、９）に移動できる構造になっている。

従って、型締め時に該筒型キャビティ４の軸方向端面や固定側金型のパーティング面５との間に異物が挟まれている状態で、該筒型キャビティ４がパーティング面５とは反対の方向に移動しても、上記弾性体１３が収縮することにより、該筒型キャビティ４の端面や固定側金型３に凹みが発生することはなく、該筒型キャビティ４の損傷を防止することができる。そして、樹脂磁石材料の射出充填が完了後、型開き時に該異物が除去されると、上記弾性体１３の復元力により該筒型キャビティ４を所望の位置に戻すことができる。

また、図３に示すように、可動側金型９側の該筒型キャビティ４の軸方向端部に摺動部材１２を設け、更にその後方に弾性体１３を設けることにより、該筒型キャビティ４がパーティング面５とは反対の方向（可動側金型）に移動できる構造にしてもよい。

更に、図３に示すように、摺動部材１２に鍔を設けることにより、上記弾性体１３の復元力によって該筒型キャビティ４がパーティング面５側に移動し、該鍔が金型部材に当接して所望の位置で止まるようにする。図４に示すように、摺動部材１２に鍔を設けなくてもよい。

弾性体としては、例えば、バネ、ウレタン等の弾性体塊、空気等の圧縮性のある流体のシリンダ、油圧や水圧等の圧縮性の低い流体を制御するもの、スプリングプランジャなどの力学的機構によるもの、等を用いることができる。

上記弾性体は、パーティング面５とは反対側にある弾性体押し蓋１４からパーティング面５の方向に力を受け、変形（収縮）することにより、筒型キャビティ４をパーティング面５の方向に保持する力（押しつける力）を発生させることになる。

上記の保持する力は、筒型キャビティ４を弾性体１３の方向へ移動させる力よりも大きな力が必要であるが、バリが発生していない正常な成形では、射出圧力により筒型キャビティ４を弾性体１３の方向へ移動させる力はほとんど発生しない。

ただし、筒型キャビティ４は加工上の都合等により、筒型キャビティ４の内径側のエッジに糸面取りＣ０．２程度のダレが発生する場合がある。この場合、筒型キャビティ４内に射出充填された溶融樹脂磁石材料が該ダレ部分に入り込み、該筒型キャビティ４を弾性体１３の方向に押しつけることになる。例えば、射出充填圧を６０ＭＰａとし、筒型キャビティ４の内径を５〜２０ｍｍとすると、筒型キャビティ４を弾性体１３の方向に８〜３１Ｎ程度の力が働くことになる。従って、弾性体１３が筒型キャビティ４を保持する力は９〜３２Ｎ以上とすればよいことになる。

また、図５に示すように、筒型キャビティ４と固定側金型３との間に異物（樹脂カス、バリ、金属片等）１５を挟んだ場合、型締め圧力により筒型キャビティ４は弾性体１３の方向に力を受けることになる。この場合、型締め圧力は少なくとも１００Ｎ以上はあるが、筒型キャビティ４を保持している力は９〜３２Ｎ程度であるため、該筒型キャビティ４は弾性体１３の方向に移動し、該弾性体１３が変形（収縮）する。よって、筒型キャビティ４の固定側金型３の端面には９〜３２Ｎ程度の力しか働かず、該筒型キャビティ４の材質の強度（例えばＳＵＳ３０４の耐力は少なくとも２００ＭＰａ以上）を越え得ることは無く、筒型キャビティ４の固定側金型３端面の損傷を防止することができる。

筒型キャビティ４を保持する力は、筒型キャビティの内径を５ｍｍ〜２０ｍｍとすると、少なくとも９〜３２Ｎ以上が必要である。筒型キャビティ４と固定側金型３との間に挟まる異物の大きさは１ｍｍ^２程度が上限と考えられるため、筒型キャビティ４に働く力は２００Ｎ程度となる。従って、筒型キャビティ４を保持する力は９〜２００Ｎ程度に設定することが好ましい。９Ｎ未満では通常成形（異物を挟まない場合）でも筒型キャビティ４が弾性体１３の方向に移動し、バリ等が発生する場合がある。２００Ｎを超えると筒型キャビティ１３の材質の強度を超える場合があり、筒型キャビティ１３が変形するおそれがある。

図６に示すように、固定側金型３と筒型キャビティ４との間に異物を挟んだ状態で成形が開始されると、１回目の成形で形成されたマグネットローラは端面にバリが発生するが、図７に示すように、該バリは離型時にマグネットローラに付随して排出され、２回目の成形では弾性体１３の復元により筒型キャビティ４が正規の位置に押し戻され、図８に示すように、正常に密閉されて２回目の射出充填が開始される。従って、筒型キャビティ４は破損すること無く自動復旧することになる。

ここで上記マグネットローラは、強磁性粉末の５０重量％〜９５重量％と、樹脂バインダーの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、強磁性粉末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・フッソ系潤滑剤、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、溶融状態の樹脂磁石材料をキャビティ内に充填する。成形方法は通常の射出成形でもよいが、図３のように、スライド金型が後退することにより徐々にキャビティ容積が増大するにしたがって、上記溶融樹脂磁石材料を徐々に充填する方法でもよい。成形方法に特に制限はない。

例えば、樹脂バインダーとしては、エチレンエチルアクリレート樹脂の他に、ポリアミド樹脂、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（ポリフェニレンスルフィド）、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）及びＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などがあげられ、これらの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。または、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。

ここで、強磁性粉末としては、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使用できる。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の他に、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。

上記に示した強磁性粉末（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、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。

また、本発明に磁極数の制限はない。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。

（実施例１）
マグネットローラの材料として、樹脂バインダーにナイロン６（ユニチカ製Ａ１０１５ＬＰ）を１０重量％（滑剤、可塑剤、安定剤を含む）、強磁性体粉末として異方性ストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）粉末（日本弁柄工業製ＮＦ−３５０）を９０重量％とし、これらを混合して溶融混練し、ペレット状にした。このペレットを溶融状態にして、図９の成形装置（金型）にて、ゲート口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、２４０Ｋ・Ａ／ｍ〜２４００Ｋ・Ａ／ｍの磁場を印加しながら配向着磁し、図１のようなマグネットローラ（軸径φ６ｍｍ、本体径φ１３．６ｍｍ、全長３６０ｍｍ、本体長３２０ｍｍ）を成形した。

ここで、弾性体としてミスミ製ＳＷＨ３０−４０コイルスプリングを用いた。また、筒型キャビティ（管状キャビティともいう、以下、実施例中同じ）の材質はＳＵＳ３０４とし、外径φ１４．６ｍｍ、内径φ１３．６ｍｍ、全長３５０ｍｍとした。

筒型キャビティの寿命は、成形品にバリが発生するまでの成形回数とし、目視にて判断した。筒型キャビティの寿命（成形回数）を表１に示した。

（実施例２）
弾性体としてウレタン樹脂を用いる以外はすべて実施例１と同様に行った。
筒型キャビティの寿命（成形回数）を表１に示した。

（実施例３）
弾性体として太陽鉄工製油圧シリンダＨＲＳＴ１を用いる以外はすべて実施例１と同様に行った。
筒型キャビティの寿命（成形回数）を表１に示した。

（実施例４）
図３に示すように、弾性体と筒型キャビティとの間に摺動部材１２を介在させる以外はすべて実施例１と同様に行った。摺動部材の材質はＳＵＳ３０４とした。
筒型キャビティの寿命（成形回数）を表１に示した。

（比較例１）
図２に示すように、筒型キャビティの可動側金型端面側に弾性体を介在させない以外はすべて実施例１と同様に行った。
筒型キャビティの寿命（成形回数）を表１に示した。

以上、図９を参照して、本発明をまとめると、以下の通りである。
本発明においては、「軸一体型マグネットローラを成形する場合、型締めする時に筒型キャビティ（管状キャビティともいう）４の端面あるいは固定側金型３のパーティング面５に樹脂カス等の異物１５を挟み、筒型キャビティ４を損傷する場合がある。」という課題が有った。

実施例と比較例で説明したとおり、本発明の構成により、「マグネットローラ成形金型の筒型キャビティ４の少なくとも一方の軸方向端部を弾性体１３で保持し、該筒型キャビティ部品がパーティング面５とは反対の方向に移動可能な構造にすることにより、筒型キャビティ４の損傷を防げる。」という顕著な効果が有った。

実施例と比較例とで説明したとおり、筒型キャビティ寿命（成形回数）において、比較例の０．３５万回から、実施例の１２万回から１８万回へと、本発明の構成によって、筒型キャビティ寿命が飛躍的に向上するという顕著な効果が有った。

本発明金型で成形されたマグネットローラ 従来の金型装置図 本発明の金型装置図 本発明の別の金型装置図 異物を挟んだ場合の金型装置を説明する図 異物を挟んだ場合の金型装置を説明する図 異物を挟んだ場合の金型装置を説明する図 異物を挟んだ場合の金型装置を説明する図 本発明の別の金型装置図

符号の説明

１ マグネットローラ本体部
２ マグネットローラ軸部
３ 固定側金型
４ 筒型キャビティ（管型キャビティともいう）
５ パーティング面
６ 成形空間
７ 励磁源
８ 可動側金型
９ 可動側金型
１０ スライド金型
１１ 非磁性体ブロック
１２ 摺動部材
１３ 弾性体
１４ 弾性体押し蓋
１５ 異物

Claims (6)

1. 磁性体粉末と樹脂バインダーとから成る溶融状態の混合物を、
   少なくとも一方の長手方向端部が弾性体で保持されてなる管状キャビティに注入しつつ磁場印加する工程を含む、マグネットローラの製造方法。
2. 該管状キャビティの肉厚が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のマグネットローラの製造方法。
3. 該管状キャビティが、マグネットローラの端部の形状を備えるスライド金型と摺動自在に接するように配置されてなることを特徴とする、請求項１または２に記載のマグネットローラの製造方法。
4. 磁性体粉末と樹脂バインダーとから成る溶融状態の混合物を管状キャビティに注入しつつ磁場印加する工程を含むマグネットローラの製造方法において用いられるマグネットローラ成形用金型であって、
   該管状キャビティの少なくとも一方の長手方向端部が弾性体で保持されてなることを特徴とする、マグネットローラ成形用金型。
5. 該管状キャビティの肉厚が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載のマグネットローラ成形用金型。
6. 該管状キャビティが、マグネットローラの端部の形状を備えるスライド金型と摺動自在に接するように配置されてなることを特徴とする、請求項４または５に記載のマグネットローラ成形用金型。

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