JPH0318723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は強磁性粉末と高分子化合物を含む混練
物を磁場中で射出成形する工程を含むマグネツト
ロールの製造方法に関する。

従来の技術 電子写真複写機・フアクシミリ・プリンター等
の画像再生装置（乾式）においては、磁性現像剤
（磁性キヤリアとトナーとの混合粉体である二成
分現像剤あるいは一成分系の磁性トナー等）の搬
送手段（例えば現像ロールあるいはクリーニング
ロール等）として、非磁性スリーブの内部に複数
個の磁極を有する永久磁石部材を配置し、両者を
相対的に回転させるように構成したマグネツトロ
ールが一般的に使用されてる。

上記のマグネツトロールにも種々の構造のもの
かあり、例えば実公昭57−9798号公報に記載され
ているような、フエライト粉末を磁場中でプレス
成形後焼結した得られる長尺の異方性ブロツク磁
石を軸の周囲に固定して形成した永久磁石部材を
用いるもの、あるいはハードフエライトからなる
円筒状永久磁石を軸に固着して形成した永久磁石
部材を用いるもの（例えば特公昭55−6907号公
報、特公昭53−47043号公報参照）などが挙げら
れる。しかるに前者の場合は、組立工数が大とな
るおよび低温減磁が生ずるなどの問題があり、一
方後者の場合は磁極間部分にも磁石材料が使用さ
れかつ焼結体の密度も約５ｇ／cm³と大きいため重
量が大となるという問題がある。またフエライト
磁石は、一般に、材料自体が脆弱であることから
焼結時あるいは焼結後にクラツクや割れが発生し
易く、歩留が悪いという問題もあるる。

これに対して主として軽量化のため強磁性粉末
と高分子化合物。（一般にはゴム又はプラスチツ
ク材料が使用される）主体とする混練物を押出成
形あるいは、射出成形の手法により円筒状に一体
に成形し、ついで冷却固化後着磁したいわゆる樹
脂磁石を用いたマグネツトロールが提案され、実
用化が検討されている。（例えば特開昭56−
108207号、同 57−130407号、同57−164509号等
の各公報参照） この円筒状磁石を製造する場合、樹脂磁石は焼
結磁石よりも磁粉の充填密度が低いのでフエライ
ト磁石と同等の磁気特性を得るためには、冷却固
化が完了するまで間に強磁性粉末の磁化容易軸を
着磁後の磁石内部の磁力線方向に一致させる、い
わゆる異方性化の工程が必要なことは周知であ
る。

異方性を有する円筒状樹脂磁石（以下単に異方
性円筒磁石という）の製造方法についても種々の
提案がなされているが、例えば特開昭57−170501
号公報に記載されているような、成形空間を取囲
んで磁性体ヨークと非磁性スペーサを交互に組合
せかつ外側に磁化コイルを配置した金型コイルを
埋設した金型を用いるのが一般的である。

発明の解決しようとする問題点 しかしながら前者の金型を用いる場合は、成形
空間内に所定の強さの磁界を発生させるために、
大電圧低電流型の電源を用いかつ磁化コイルの巻
数を多くして起磁力を大きくすることが行われる
が、次のような欠点がある。すなわちコイル許容
スペースが大となり設備が大型化してしまい、更
に金型の外側からヨークにより、磁化コイルで励
磁された磁界を成形空間内に有効に収束させるた
めに磁路長さを長くせざるを得ず、よつて起磁力
のかなりの部分が漏洩磁束として消費されてしま
う。

一方後者の場合は、特公昭58−8571号公報に記
載されているように、低電圧大電流型あるいはコ
ンデンサー型電源を用いて、コイルの巻数を少く
して大電流を流して所定の起磁力を得ているが、
次のような欠点がある。すなわち、磁化コイル自
体は比較的小型化が可能でありかつ磁化コイルが
金型内にあるため磁路を短くして磁束の漏洩を防
止することも可能であるが、コイルに数千アンペ
アの大電流を流すとジユール熱による著しい発熱
を生じるので大がかりな冷却機構が必要となる。
しかも磁気特性の点からは、配向を高めるために
金型を保温して成形体の固化時間を長くする必要
がある。したがつてこの場合は、磁気特性をある
程度無視して磁化コイルを十分に冷却するかある
いはサイクル時間を長くして成形能率をある程度
無視せざるを得ない。

また、特開昭59−905号公報に記載されている
ように、円筒状キヤビテイの周囲に、周方向に磁
極を有する永久磁石を複数個、隣接する磁石の対
向する磁極が同極性となるように対称的に配置
し、各永久磁石間に軟磁性体のヨークの外周部お
よび各永久磁石の内側部を非磁性体層とした磁場
成形金型を用いて、異方性複合磁石層を有するマ
グネツトロールを製造することも提案されてる。

しかるに、上記の製造方法は、硬磁性粉末と熱
硬化性樹脂との液状混練物を機械配向させながら
成型された未硬化状態の円筒状複合磁性体を、ロ
ール軸を立設したキヤビテイ内に配設して、配向
と同時に着磁を行い、次いでキヤビテイ内に発泡
性樹脂液を注入してロール軸と複合磁性体との間
に樹脂発泡体層を形成するものであるからして、
製造工程が大となるという問題がある。またこの
方法では、金型の構造からして、十分なる磁気特
性が得られないおよび磁束量の調整ができないと
いう問題がある。

本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解消
し、比較的簡単な設備で磁極位置と磁力の調整が
可能なマグネツトロールの製造方法を提供するこ
とである。

問題点を解決するための手段 本発明のマグネツトロールの製造方法は、強磁
性粉末と高分子化合物を主体とする混合物を、磁
場の存在下、円筒状成形空間を有する金型内に射
出成形し、得られた成形体の外周面に多数極着磁
を施して異方性マグネツトロールを製造する方法
において、前記成形空間を非磁性体部で取囲み、
前記非磁性体部を磁性体部で取囲むと共に、前記
成形空間の周囲の磁極部に対応する位置に、軟磁
性体ヨークの間に半径方向に磁化した永久磁石を
固着した磁束発生ブロツクを複数個半径方向移動
自在に設置し、かつ、所定の磁束発生ブロツクの
間に、円周方向に磁化した永久磁石の前記磁性体
部側に非磁性部材を固着して形成した補助ブロツ
クを設置した金型を用いることを特徴とするもの
である。

実施例 以下本発明の詳細を添付図面により説明する。

第１図は本発明に使用される射出成形用金型の
一例を示す縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断
面図（なお第１図は第２図のＢ−Ｂ断面である）、
第３図は第１図のＣ部拡大図、第４図ａ〜ｄは本
発明によつて得られたマグネツトロールの磁束密
度波形を示す図である。

まず第１図において、金型１は、可動型２、固
定型３、及び環状体４を有する。環状体４の中心
軸線と一致する軸線を有するシヤフト５が固定型
３内に立設されている。可動型２、固定型３、環
状体４及びシヤフト５により形成される円筒状空
間が成形用キヤビテイ６である。環状体４の外周
は、共通磁路のための軟磁性からなるバツクアツ
プ体７で包囲されている。

可動型２は型板８及び９からなり、これら型板
にノズル口２９が形成されいる。ノズル口２９に
連なるスプルー１０は、型板８，９を貫通し、型
板８，９に形成されたランナー１１と連通してい
る。ランナー１１は、可動型２の対応位置に形成
された垂直のランナー１２に連通している。ラン
ナー１２は、ゲート１３を介して円筒状キヤビテ
イ６に連通している。

固定型３は固定型固定板１４の上に固定されて
おり、固定型固定板１４は固定板１５を介して下
板１６に固定されている。

固定板１４，１５内には、シヤフト５を支持す
る下パンチ１７が設けられ、下パンチ１７の下面
には、下板１６に設けられた穴１８を貫通するロ
ツド１９が固定されている。ロツド１９は図示し
ないピストンに連結されている。

次に第２図に示すように、環状体４は非磁性体
からなる円筒ケース４０、磁束発生ブロツク４１
ａ〜４１ｅ、補助ブロツク４２ａ〜４２ｃからな
る。磁束発生ブロツク４１ａ〜４１ｅは、円筒ケ
ース４０およびバツクアツプ体７にまたがつて形
成された溝４３ａ〜４３ｅに装入されている。し
かも各磁束発生ブロツクは、それぞれの溝内で半
径方向に移動できるように装入され、移動は例え
ば磁束発生ブロツクの後端（キヤビテイと反対
側）に図示しないボルトを取着することによつて
行うことができる。補助ブロツク４２ａ〜４２ｃ
は、円筒ケース４０内に形成され溝４４ａ〜４４
ｃ内に装入されている。

上記の磁束発生ブロツク４１ａ〜４１ｅは、半
径方向に着磁した永久磁石４５ａ〜４５ｅの磁極
側端面にいずれも軟磁性体からなる磁極片４６ａ
〜４６ｅとヨーク片４７ａ〜４７ｅを固着して形
成されている。また補助ブロツク４２ａ〜４２ｃ
は、円周方向に着磁された永久磁石４８ａ〜４８
ｃの端面（キヤビテイと反対側）に非磁性プレー
ト４９ａ〜４９ｃを固着して形成されている。

次に上記金型の磁気回路を説明すると次の通り
である。

第２図に示されているように、磁束発生ブロツ
ク４１ｂ及び４１ｅはそれぞれ、永久磁石４５ｂ
及び４５ｅのＮ極が円筒状キヤビテイ６に向くよ
うに設置されてる。一方磁束発生ブロツク４１
ａ，４１ｃ及び４１ｄはそれぞれ永久磁石４５
ａ，４５ｃ及び４５ｄのＳ極が円筒状キヤビテイ
６に向くように設置されている。このような磁極
配置により、永久磁石４５ｂのＮ極から出た磁束
は磁極片４６ｂを通りついでキヤビテイ６の中を
通過しそして両側の永久磁石４５ａ及び４５ｃの
Ｓ極に流れる。同様に、永久磁石４５ｅのＮ極か
ら出た磁束は磁極片４６ｅからキヤビテイを通つ
て両側の永久磁石４５ｂ及び４５ａのＳ極に戻
る。すなわち第２図におては、図中破線で示すよ
うな磁束の流れが生じ、キヤビテイ６の表面には
非対称的な多極静磁場が形成される。

また第２図における補助ブロツク４２ａ，４２
ｂ及び４２ｃは、永久磁石４１ｂ及び４１ｅのＮ
極から流出する磁束が、それぞれの永久磁石のＳ
極に回り込むのを防ぐために用いられる。例えば
永久磁石４５ｂに注目すると、そのＮ極の両側に
は、永久磁石４８ａおよび４８ｂのＮ極があるた
め、永久磁石４５ｂのＮ極から流出した磁束のほ
とんどはキヤビテイ６内に収束する。しかして、
補助ブロツクがない時は、永久磁石４５ｂのＮ極
の磁束のうちその磁石のＳ極に流入する磁束が増
して、上記の場合よりキヤビテイ６内に収束する
磁束は減少する。従つてマグネツトロールの表面
磁束密度（以下B₀とう）を高くする必要がある
時は（非磁性スリーブ上で約700G以上）、補助ブ
ロツクを使用することが好ましい。

次に、電子写真現像用マグネツトロールの磁極
配置には種々のものがあるが、第５図ような非対
称５極の磁石２０の場合、現像磁極S₁が最も強
く、搬送磁極S₁，S₂と掻落し磁極N₂，N₃をこれ
より弱くすることが多い。このような要求を満た
すためには、キヤビテイ内に収束する磁束量の調
整が必要となる。そこで本実施例においては、上
述したように磁束発生ブロツク４１は、半径方向
に移動できるように設置されている。すなわち磁
束発生ブロツク４１をキヤビテイ６に近づけるこ
とにより、B₀を高めることができ、一方磁束発
生ブロツク４１をキヤビテイ６から遠ざけること
により、B₀を低くすことができる。

更に、本発明は第３図に示す種々の寸法を変え
ることによつて、B₀の値や磁束波形を容易に調
整することができる。

例えばヨーク片４７ａとバツクアツプ体７との
ギヤツプg₁、g₂が大なる程、磁気漏洩が大きくな
り、B₀が低下するので、高いB₀（非磁性スリーブ
上で約800G）を必要とする場合は、ヨーク片４
７ａとバツクアツプ体７を密着させてギヤツプ
g₁、g₂を可能な限り少なくすればよい。また磁束
発生ブロツク４１の磁極片の形状を変化させるこ
とにより、磁束密度波形を変えることができる。
たとえば、ヨーク片４６ａをハツチング部分のよ
うな形状とすることにより、この部分の磁極の磁
束密度のピーク値は第３図の右側にずれる。

本発明の望ましい実施例においては、磁場配向
用の永久磁石は、十分なる配向を行うために高い
残留磁束密度（8500G以上、特に10000G以上が
好ましい）を有すことが必要である。このために
希土類・コバルト磁石、ネオジウム・鉄磁石等の
希土類磁石がよい。

また金型磁気回路を構成する永久磁石、磁極片
及びプレート等の形状、寸法は、磁石の極数、必
要な磁気特性に応じて有限要素法等の解析手法に
より適宜設定することができる。

第１図の金型装置により、マグネツトロールの
射出成形は次の様に行うことができる。まず磁性
粉と樹脂を主体とする混練物を約250〜350℃の温
度及び約600〜1000Kg／cm²の圧力でノズル口９よ
り注入し、スプルー１０、ランナー１１，１２を
経てキヤビテイ６内に射出する。

次に異方化成形したマグネツトロールは、冷却
後可動型２を上方に移動し、シリンダーのピスト
ン（図示せず）によりロツド１９を押し上げて下
パンチ１７を上昇させることにより、固定型３よ
り離脱させ、回収することができる。引き続き下
パンチ１７を元の位置に戻し、可動型２を環状体
４と接触するまで下降させることにより、円筒状
キヤビテイ６を復活させ、次の成形サイクルを行
う。得られた複合磁石成形体は必要に応じ外径を
所定の寸法に加工し、所定の着磁を施してマグネ
ツトロールが得られる。

上述した射出成形の場合、磁性粉としては、
BaフエライトやSrフエライト等のハードフエラ
イト粉末、アルニコ磁石粉末、Fe−Cr−Co系磁
石粉末、Nd−Fe系磁石粉末、希土類コバルト磁
石粉末等を使用することができる。樹脂として
は、スチレン−ブタンジエン・コポリマー、エチ
レン・酢酸ビニル・コポリマー、エチレン・エチ
ル・アクリレート・コポリマー、ポリエチレン、
ポリアミド等の熱可塑性樹脂の一種又は二種以上
を使用することができる。磁性粉と樹脂の配合比
は、磁性粉の配合量で80〜90重量％の範囲が好ま
しい。これは、磁性粉の配合量が80重量％では磁
気特性がが低下し、90重量％を越えると成形が困
難となるからである。成形性を改善するために、
ポリエチレンやステアリン酸カルシウム等の滑剤
を数重量％添加してもよい。また、磁性粉と樹脂
の濡れ性を改善するために、有機ケイ素化合物、
有機チタネート化合物等で磁性粉の表面処理を施
すこともできる。

本発明を以下の具体例によりさらに詳細に説明
する。

具体例 １ 平均粒径1μｍのフエライト粉末（SrO・
6Fe₂O₃）7.65Kgに1.35Kgのナイロン12（宇部興産
製3014u）1.35℃を加え、ニーダにより250℃で混
練した。

この混練物を第１図および第２図に示す金型を
そなえた射出成形機に投入し、270℃の温度、900
Kg／cm²の圧力で金型内に射出した。

得られた成形体（外径20mmφ、内径12mmφ、長
さ260mm）に着磁を施して第５図に示す通りのマ
グネツトロールを得た。このマグネツトロールの
磁束密度分布（極座標表示、但し外径23mmφの非
磁性スリーブ上での値で以下も同様）は第４図ａ
〜ｄの曲線R₁で示す通りであつた。

ここで、磁束発生ブロツク４１ａ〜４１ｅは、
いずれも永久磁石４５ａ〜４５ｅとして希土類コ
バルト磁石（日立金属製Ｈ−22A）を、そして
S45C製磁極片４６ａ〜４７ａおよびヨーク片４
７ａ〜４７ｅを用いた。各磁束発生ブロツク４１
ａ〜４１ｅの寸法は、いずれもB₁＝27mm、t₁＝10
mm、B_s＝５mm、t_s＝３mmとし、かつ、磁極片と永
久磁石とヨーク片の体積比を１：4.6：2.1とし
た。また補助ブロツク４１ａ〜４１ｃは、いずれ
も上記と同様の永久磁石４８ａ〜４８ｃとsus
304製プレート４９ａ〜４９ｃにて形成した。各
補助ブロツクの寸法は、B₂＝23mm、t₂＝５mmと
し、かつ、永久磁石とプレートの体積比は１：１
に設定した。また磁束発生ブロツク４１ａ〜４１
ｅと成形キヤビテイ６との間隔l₁および補助ブロ
ツク４２ａ〜４２ｃと成形キヤビテイ６との間隔
l₂はともに２mmとした。そしてギヤツプg₁とg₂は
０とした。

具体例 ２ 磁束発生ブロツク４１ａとキヤビテイ６との間
に非磁性材を入れl₁を2.5mmに変更以外は、実施例
１と同様の条件でマグネツトロールを得た。この
マグネツトロールの磁束密度波形を第４図ａに曲
線R₂で示す。

第５図から、磁束発生ブロツク４１ａとキヤビ
テイ６との関係を変えることにより磁束量を調整
できることがわかる。

具体例 ３ 磁束発生ブロツク４１ａの磁極片の形状を第３
図のハツチング部のように（t_s′＝３mm、t_s″＝６
mm）変更した以外は、具体例１と同様の条件でマ
グネツトロールを得た。このマグネツトロールの
磁束密度波形を第４図ｂに曲線R₂で示す。

第４図ｂから、磁極片の形状を変えることによ
り、N₁極のピーク位置を変えうることがわかる。

具体例 ４ ギヤツプg₁及びg₂を0.05mmとした以外は、実施
例１と同様の条件でマグネツトロールを製造し
た。このマグネツトロールの磁束密度波形を第４
図ｃに曲線R₄で示す。

第４図ｃから、磁路の途中にギヤツプを設ける
ことにより、磁束量を調整できることがわかる。

具体例 ５ 補助ブロツク４２ａ〜４２ｃの代りに非磁性ブ
ロツクを埋込んだ金型を用いた以外は、実施例１
と同様の条件でマグネツトロールを製作した。こ
のマグネツトロールの磁束波形は第４図ｄに曲線
R₅で示す。

第４図ｄから、補助ブロツクを用いない場合
は、磁束量が少なくなることがわかる。

発明の効果 以上に述べた通り、本発明の方法は、キヤビテ
イの周囲に、移動可能な磁束発生ブロツクを、必
要に応じ該ブロツク間に補助ブロツクを設けた金
型を用いて、磁場中で射出成形を行うため、単一
の金型で、種々の磁束密度波形を有するマグネツ
トロールを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用されている金型の縦断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第
１図のＣ部拡大図、第４図ａ〜ｄは本発明法によ
り得られたマグネットロールの磁束密度分布を示
す図、第５図は本発明によつて得られたマグネツ
トロールの断面図である。 ２：可動型、３：固定型、４：環状体、６：キ
ヤビテイ、４１：磁束発生ブロツク、４５：永久
磁石、４６：磁極片、４７：ヨーク片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 強磁性粉末と高分子化合物を主体とする混合
   物を、磁場の存在下、円筒状の成形空間を有する
   金型内に射出成形し、得られた成形体の外周面に
   多数極着磁を施して異方性マグネツトロールを製
   造する方法において、前記形成空間を非磁性体部
   で取囲み、前記非磁性体部を磁性体部で取囲むと
   共に、前記成形空間の周囲の磁極部に対応する位
   置に、軟磁性体ヨークの間に半径方向に磁化した
   永久磁石を固着した磁束発生ブロツクを複数個半
   径方向移動自在に設置し、かつ、所定の磁束発生
   ブロツクの間に、円周方向に磁化した永久磁石の
   前記磁性体部側に非磁性部材を固着して形成した
   補助ブロツクを設置した金型を用いることを特徴
   とするマグネツトロールの製造方法。 ２ 相隣る一対の磁束発生ブロツクの永久磁石の
   成形空間側の磁極を同極性とした金型を用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマグ
   ネツトロールの製造方法。