JP3745509B2

JP3745509B2 - 円筒状樹脂磁石の成形装置

Info

Publication number: JP3745509B2
Application number: JP23153097A
Authority: JP
Inventors: 隆治後藤; 弘明小林
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: JPH1174142A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真や静電記録等において現像用ロール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の成形装置に関する。
【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５に示す構造のマグネットロールが多用されている。図５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、寸法精度が高い樹脂磁石が得られしかもこのような樹脂磁石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、各磁極の磁力の直線性（軸方向における磁束密度の均一性）が低下するという問題がある。
【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、磁力の直線性が高い円筒状樹脂磁石が得られる成形装置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、磁気異方性を有する強磁性粒子と熱可塑性樹脂を含みかつ強磁性粒子の含有量が９０〜９４重量％の範囲にある原料混合物を加熱混練しながら成形空間に向って搬送する加熱混練部と、非磁性体からなるリング状スペーサの内部を加熱混練物が通過して円筒状成形体が形成される成形空間を有する押出成形部と、前記リング状スペーサの周囲に設けられ、前記成形空間内に配向磁場を発生させる磁場発生部とを有し、前記成形空間から押出された前記円筒状成形体は長さ（Ｌ）／外径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が５以上の長さに切断される円筒状樹脂磁石の成形装置において、前記成形空間の出口側端部で前記リング状スペーサの内面に、前記リング状スペーサよりも小なる内径を有する押出圧力変動抑制用リング状端部スペーサが設けられている、という技術的手段を採用した。
本発明においては、円筒状成形空間の出口側端部でリング状スペーサの内面に、このスペーサよりも小なる内径を有するリング状端部スペーサを設置することにより、成形空間内に搬送された混練物の内圧を向上させることができる。その結果、押出機のスクリュー以降（スクリューの前方にある）空間内の圧力変動が大幅に減少し、押出圧力が安定することが確認された。押出圧力の変動は、押出し方向の磁力の変動と関係があり、成形空間内の混練物の内圧を向上させることにより、磁力の変動が極小化される結果となる。
【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。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、ポリエチレン、塩化ビニール、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリアセタール（デルリン）、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂を用い得る。これらの内では、細長いものを押出成形することを考慮すると、ＥＥＡが好適である。
【００１１】
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。
【００１２】
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成形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５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１〜３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、図３は同要部拡大図である。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、成形用金型７が接続される。この金型７は、それとマンドレル７２との間に形成された円筒状の成形空間７３を有すると共に、成形空間７３の出口側端部に装着されたリング状端部スペーサ７４を有する（図３参照）。また金型７は成形空間７３の周囲に配設された磁場発生部材８を有する。
【００１３】
磁場発生部材８は、強磁性体からなる円筒ヨーク８１の内部に、非磁性体からなるリング状スペーサ８６の内部に形成された成形空間７３を取囲むように配設された複数個の磁石ユニット８２を配設した構成を有する。各磁石ユニット８２は強磁性体からなるスペーサ８３、半径方向に磁化された永久磁石８４及び強磁性体からなる磁極片８５とを含む。
【００１４】
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成形金型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７３内を通過する。
【００１５】
加熱溶融された原料は磁場発生部材８による磁場（極異方性磁場）を通過するので、原料中の強磁性粒子は磁束線に沿って配向される。しかも成形空間３の端部には、スペーサ７４があるので、配向ゾーンＺ内の混練物に加わる内圧が向上し、バレル６２内の圧力変動が抑制され、従って磁力の直線性を高めることができる。上記のスペーサ７４の長さｌ_１は内圧の向上効果を得るためには配向ゾーンＺの長さｌ_２が１００〜２００ｍｍの場合に、１５〜３０ｍｍの範囲にあることが好ましい。なお、図４は、本発明の参考例に係わるもので、スペーサ７４を設けるのではなく、成形空間７３の入口側の断面積よりも出口側の断面積が小さくなるようにリング状スペーサ８６にテーパを付けた構造を示す。この場合のテーパは、Ｄ_１（成形空間の入口側直径）とＤ_２（成形空間の出口側直径）との比（Ｄ_１／Ｄ_２）が１．０１〜１．１０の範囲にあるように形成されている。
【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５に示す永久磁石部材１が得られる。具体的な磁場強度（Ｈ）としては３０〜５０ＫＯｅであればよい。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、上記の範囲が望ましい。
【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９３重量部と、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）５重量部と、分散剤（アデカアーガス社製ＤＨ−３７）１重量部、滑剤（日本化成社製スリパックスＥ）０．５重量部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０．５重量部（信越化学工業社製ＫＦ９６８）を添加した後１５０℃の温度で造粒する。なお混練と造粒は二軸混練押出機で行った。
このように調整された原料を図１に示す成形装置に投入し、１５０〜２００℃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５に示す永久磁石部材が得られる。この永久磁石部材は外径１６．５mm、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。なお配向ゾーンＺの長さｌ₂は１７０ｍｍで、スペーサ７４の長さｌ₁は２０ｍｍとした。
上記押出成形時においては、磁場発手段により４０Ｋ０ｅの極異方性を有する磁場を印加することにより、永久磁石の各磁極とも表面磁束密度は１４００Ｇであり、直線性（磁束密度の最大値と最小値の差）は５０Ｇ以下であった。
これに対してスペーサ７４を取外した以外は同様の条件で円筒状樹脂磁石を成形した場合は、各磁極の表面磁束密度は１４００Ｇで、直線性は２００Ｇ以上であった。
【００１８】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明によれば、成形空間内に押出された原料混練物の内圧を向上させるので、押出混練部の圧力変動が抑制され、もって磁力の直線性が向上した円筒状樹脂磁石が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる製造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】図１における要部拡大図である。
【図４】本発明の参考例に係わる製造装置の断面図である。
【図５】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。

Claims

磁気異方性を有する強磁性粒子と熱可塑性樹脂を含みかつ強磁性粒子の含有量が９０〜９４重量％の範囲にある原料混合物を加熱混練しながら成形空間に向って搬送する加熱混練部と、非磁性体からなるリング状スペーサの内部を加熱混練物が通過して円筒状成形体が形成される成形空間を有する押出成形部と、前記リング状スペーサの周囲に設けられ、前記成形空間内に配向磁場を発生させる磁場発生部とを有し、前記成形空間から押出された前記円筒状成形体は長さ（Ｌ）／外径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）が５以上の長さに切断される円筒状樹脂磁石の成形装置において、前記成形空間の出口側端部で前記リング状スペーサの内面に、前記リング状スペーサよりも小なる内径を有する押出圧力変動抑制用リング状端部スペーサが設けられていることを特徴とする円筒状樹脂磁石の成形装置。