(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットロールを成形するための成形空間を有するメイン成形型と、前記成形空間内にスライド自在に装着され、且つ、マグネットロールの一端部を形成するスライド型と、前記成形空間に注入される溶融磁石材料を着磁及び配向させる磁場配向手段とを備え、溶融磁石材料の注入に伴って前記スライド型を後退させることにより前記成形空間内を溶融磁石材料で充填することができるように構成したマグネットロールの成形金型において、前記メイン成形型の母材をオーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金とし、ビッカース硬度（ＨＶ）を４００〜４５０に調整し、また、前記スライド型の母材をオーステナイト系ステンレス材とし、ビッカース硬度を１８０〜２００に調整し、更に各母材の表面粗さ（十点平均粗さ、Ａｚ）を５μｍ以下としたことを特徴とするマグネットロールの成形金型。
【請求項２】
前記スライド型を、前記メイン成形型と摺接し、且つ、マグネットロールの一端部を形成する先端部と、この先端部が着脱可能に取付けられた本体部とから構成してなる請求項１記載のマグネットロールの成形金型。
【請求項３】
前記メイン成形型及びスライド型のうちの少なくともメイン成形型の表面硬度を、ビッカース硬度（ＨＶ）で９００〜１１００に調整してなる請求項１又は２記載のマグネットロールの成形金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の現像装置に用いられるマグネットロールや、その他の用途に用いられるマグネットロールを成形するためのマグネットロールの成形金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記マグネットロールの成形金型としては、例えば本願出願人が先に提案している特願平８−３３５６４３号で示しているように、一端に溶融磁石材料を注入するための注入口を備えた筒状のメイン成形型と、このメイン成形型内に移動自在に配設されたスライド型とからなる金型を用いることにより、形成されるマグネットロールの長手方向の磁気特性の均一化、寸法精度、反り等の改善を図ることができるようにしている。
前記メイン成形型内に注入される溶融磁石材料を磁場配向手段により着磁及び配向させ、溶融磁石材料が固化した後、スライド型を前進させて成形されたマグネットロールを押し出すようにしている。
【０００３】
前記のように溶融磁石材料を着磁及び配向させる関係上、従来、メイン成形型及びスライド型のそれぞれを、非磁性のステンレス系の同一材料により作成していた。
【０００４】
上記のようにステンレス系の同一材料でメイン成形型及びスライド型を構成すると、メイン成形型及びスライド型の摺接面の硬度が同一であるため、スライド型が移動する度にメイン成形型及びスライド型の両方の摺接面が同じ程度に磨耗してしまい、バリ発生や摺動面に引っかき傷がつくカジリを発生していた。
このため、バリ発生やカジリを発生する前にメイン成形型及びスライド型交換することになるが、金型の中でも大きな重量を有する比較的材料費が高くつくメイン成形型を早期に交換することにより、コスト高を招いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、メイン成形型の交換回数を減らすことによりコスト高になることを回避することができるマグネットロールの成形金型を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、マグネットロールを成形するための成形空間を有するメイン成形型と、前記成形空間内にスライド自在に装着され、且つ、マグネットロールの一端部を形成するスライド型と、前記成形空間に注入される溶融磁石材料を着磁及び配向させる磁場配向手段とを備え、溶融磁石材料の注入に伴って前記スライド型を後退させることにより前記成形空間内を溶融磁石材料で充填することができるように構成したマグネットロールの成形金型において、前記メイン成形型の母材をオーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金とし、ビッカース硬度（ＨＶ）を４００〜４５０に調整し、また、前記スライド型の母材をオーステナイト系ステンレス材とし、ビッカース硬度を１８０〜２００に調整し、更に各母材の表面粗さ（十点平均粗さ、Ａｚ）を５μｍ以下としたことを特徴としている。
従って、メイン成形型及びスライド型の両者を時効処理、焼き入れ処理によりメイン成形型及びスライド型そのものの硬度調整を行うことによって、つまりメイン成形型の母材をオーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金とし、ビッカース硬度（ＨＶ）を４００〜４５０に調整し、また、スライド型の母材をオーステナイト系ステンレス材とし、ビッカース硬度を１８０〜２００に調整し、更に各母材の表面粗さ（十点平均粗さ、Ａｚ）を５μｍ以下とすることによって、スライド型の移動によるメイン成形型の摺接面の磨耗量をスライド型の摺接面の磨耗量よりも少なくすることが可能になり、メイン成形型の磨耗による交換時期を従来よりも遅らせることができる。
【０００７】
前記スライド型を、前記メイン成形型と摺接し、且つ、マグネットロールの一端部を形成する先端部と、この先端部が着脱可能に取付けられた本体部とから構成することによって、磨耗によりスライド型の交換時には、先端部のみを交換するだけで済む。
【０００８】
前記メイン成形型及びスライド型のうちの少なくともメイン成形型の表面硬度を、ビッカース硬度（ＨＶ）で９００〜１１００に調整してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２（イ）、（ロ）に、本発明の製造装置を用いて成形されたマグネットロールを示し、このマグネットロール１は、断面形状円形のロール本体部２の両端に縮径した軸部３、４を突出形成したもので、樹脂磁石を用いて一体成形されている。図示していないが、前記一方の軸部３又は４あるいは両軸部３，４に位置決め或いは駆動力伝達用の切欠部を形成して実施してもよい。尚、マグネットロール１として、ロール部２が円柱でなく多角柱であるものや、ロール部２の軸中心と軸部３、４の軸中心を故意に偏心させたものなどに対しても本発明を同様に適用できる。
【００１１】
マグネットロール１を構成する樹脂磁石としては、磁性粉と当該磁性粉同士を結合させるためのバインダーを主体とし、それらの結合を強固にするためのシラン系またはチタネート系のカップリング剤、流動性を良くするための滑剤、バインダーの熱分解を防止する安定剤等を微量配合した混合物であり、必要により難燃剤、補強剤等を配合することも可能で、磁性粉としては、フェライト系、希土類系（ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系）、ＭｎＡＩＣ系、アルニコ系、ＳｍＦｅＮ系等のものから選択でき、またバインダーとしては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、低融点合金等を用いることができる。
【００１２】
このマグネットロール１は、複写機やファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の現像装置における現像ロールやクリーニングロールとして用いられているものであるが、他の用途にも勿論利用できる。
【００１３】
次に、マグネットロール１の成形金型について説明すれば、図１（イ）、（ロ）及び図２（イ）、（ロ）に示すように、マグネットロール１のロール本体部２を形成するための円筒状の固定側のメイン成形型５と、このメイン成形型５の一端部に配置され、且つ、マグネットロール１の軸部４を形成するための端部成形型６と、前記メイン成形型５内に出退自在に配設され、且つ、該メイン成形型５にて形成される成形空間８内への溶融樹脂磁石の注入に伴い、後退側に移動してマグネットロール１の端部、つまり前記軸部３を形成するためのスライド型７とからマグネットロールの成形金型を構成している。前記メイン成形型５内に備えられるとともに図１（ロ）に示すように成形空間８内に溶融樹脂磁石が完全に注入された後、その溶融樹脂磁石が固化するまでの期間において、磁性粒子の着磁及び配向を行うための磁場配向手段９とを備えている。前記磁場配向手段９の個数は何個でもよく、又、磁場配向手段９としては、電磁石、永久磁石等、既存の種々の構成のものを採用することができる。前記溶融樹脂磁石は、図外の射出シリンダ等から図に示した注入口１０を介して成形空間８内へ供給されるのである。
【００１４】
前記メイン成形型５及びスライド型７の母材材質として、オーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金を５００°Ｃで５時間の時効処理により母材硬度をビッカース硬度（ＨＶ）４００〜４５０に調整したもの（母材材質：Ａ）や、オーステナイト系ステンレス材の母材硬度がビッカース硬度（ＨＶ）１８０〜２００のもの（母材材質：Ｂ）を用い、さらに真空窒化処理で表面５Ｋ、７Ｋ（図３で示す）の硬度（以下、表面硬度という）をビッカース硬度（ＨＶ）で、７００〜９００、又は９００〜１１００に調整したものを用い、これらの組み合わせ４種類と両者とも表面処理を行っていないもの２種類とスライド型７のみ表面処理を行っていないもの１種類の合計７種類を表１に示し、これら７種類の摺動試験後の磨耗量（μｍ）を第１の試験結果として表２に示した。又、前記メイン成形型５及びスライド型７の表面粗さは、いずれも十点平均粗さ（Ａｚ）３〜５μｍに加工した。前記時効処理は、前記合金を焼入れで急冷した後、室温に放置するか、又は焼き戻すことを指し、この処理によって、結晶格子にひずみが発生し、材料の硬化が起こる（低温時効硬化）のである。前記窒化処理は、鋼の表面層を高窒素状態にして硬化させる方法である。
前記摺動試験の方法は、メイン成形型５用として板状の金型材料を用い、この板状の金型材料を固定し、その上面で加重を加えた状態でスライド型７用の材料試験片を直線往復させることで行った。
各試験の共通条件値
▲１▼ストローク…２００ｍｍ
▲２▼摺動速度…０．５ｍ／秒
▲３▼摺動回数…１００００回
▲４▼加重…１ｋｇ／ｃｍ２  
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
0003610748.tif 000003
【００１７】
続いて、第２の試験として、前記メイン成形型５の母材材質として、オーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金を５００°Ｃで５時間の時効処理により母材硬度をビッカース硬度（ＨＶ）４００〜４５０に調整し、さらに真空窒化処理で表面硬度をビッカース硬度（ＨＶ）で、９００〜１１００にしたものを用い、前記スライド型７の母材材質として、オーステナイト系ステンレス材で母材硬度がビッカース硬度（ＨＶ）１８０〜２００のもので、真空窒化処理で表面硬度を前者と同じビッカース硬度（ＨＶ）９００〜１１００にしたものを用い、両者の摺動面の表面粗さを表３で示す値になるように加工し、前回同様に摺動試験後の磨耗量（μｍ）を第２の試験結果として表４に示した。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
【表４】
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【００２０】
表２にて明らかなように、メイン成形型５及びスライド型７とも、オーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金を５００°Ｃで５時間の時効処理により母材硬度をビッカース硬度（ＨＶ）４００〜４５０に調整したもの（試験番号１１０）よりもメイン成形型５としてオーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金を５００°Ｃで５時間の時効処理により母材硬度をビッカース硬度（ＨＶ）４００〜４５０に調整したものを用い、スライド型７としてオーステナイト系ステンレス材で母材硬度がビッカース硬度（ＨＶ）１８０〜２００に調整したもの（試験番号１２０）の方が摺動試験後の磨耗量が少ないという効果がある。又、メイン成形型５のみ、さらに真空窒化処理で表面硬度をビッカース硬度（ＨＶ）で、メイン成形型５を９００〜１１００にしたもの（試験番号１３０）の方が摺動試験後の磨耗量が更に少ないという効果がある。更に、真空窒化処理で表面硬度をビッカース硬度（ＨＶ）で、メイン成形型５を７００〜９００、又は９００〜１１００にし、且つ、スライド型７を７００〜９００、又は９００〜１１００にしたもの（試験番号１４０，１５０，１６０，１７０）の方が摺動試験後の磨耗量が飛躍的に少ないという結果になっている。
また、表４にて明らかなように、メイン成形型５及びスライド型７とも、表面粗さを十点平均粗さ（Ａｚ）５μｍ以下にしたもの（試験番号２１０，２２０）が、一方の表面粗さを十点平均粗さ（Ａｚ）５μｍ以下にしたもの（試験番号２４０）、あるいは両者の表面粗さを十点平均粗さ（Ａｚ）１０〜１５μｍにしたもの（試験番号２３０）よりも摺動試験後の磨耗量が少ない結果になっている。特に、表面粗さを十点平均粗さ（Ａｚ）１μｍ以下にしたもの（試験番号２１０）の摺動試験後の磨耗量が飛躍的に少ない結果になっている。
【００２１】
前記試験結果を元に、メイン成形型５及びスライド型７とも、オーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金を５００°Ｃで５時間の時効処理により母材硬度をビッカース硬度（ＨＶ）４００〜４５０に調整し、さらに真空窒化処理で表面硬度をビッカース硬度（ＨＶ）で、メイン成形型５を９００〜１１００にし、スライド型７を７００〜９００にしたものを用いて連続成形を行った結果、前記メイン成形型５及びスライド型７を同一材質で表面処理していない従来のものよりもカジリ発生までの時間を３〜５倍延長出来、また、表面処理によりメイン成形型５及びスライド型７の硬度を同じレベルに仕上げたものに比べても、２倍程度延長出来た。
また、メイン成形型５に、オーステナイト系Ｍｎ・Ｎｉ・Ｃｒ含有合金を５００°Ｃで５時間の時効処理により母材硬度をビッカース硬度（ＨＶ）４００〜４５０に調整し、さらに真空窒化処理で表面硬度をビッカース硬度（ＨＶ）９００〜１１００にしたものを用い、スライド型７に、オーステナイト系ステンレス材で母材硬度がビッカース硬度（ＨＶ）１８０〜２００とメイン成形型５より低いものを用い、さらに真空窒化処理で表面硬度をビッカース硬度（ＨＶ）９００〜１１００とメイン成形型５と同レベルに設定し、メイン成形型５及びスライド型７とも、表面粗さを十点平均粗さ（Ａｚ）５μｍ以下にしたものを用いて連続成形を行った結果、カジリ発生までの時間が、前記メイン成形型５及びスライド型７を同一材質で表面処理していない従来のものよりも３〜５倍延長出来るという効果と同等以上になる結果を得た。
【００２２】
従って、上記のようにメイン成形型５及びスライド型７そのものの硬度調整（母材材質の硬度調整）を行うことによって、メイン成形型５の磨耗量を少なくすることができるが、メイン成形型５及びスライド型７そのものの硬度調整（母材材質の硬度調整）に加えて、摺接表面の硬度調整をも行うことによって、メイン成形型５とスライド型７の両者の磨耗量を飛躍的に少なくすることができるのである。前記メイン成形型５及びスライド型７そのものの硬度調整は、時効処理以外の処理でもよい。又、前記メイン成形型５及びスライド型７の摺接表面の硬度調整を窒化処理により行う他、異種材料をメイン成形型５及びスライド型７の摺接表面にそれぞれ蒸着、溶着して摺接表面の硬度調整を行うようにしてもよい。又、表面粗さを上記のように調整することによって、互いの摺接抵抗を低減することができるから、メイン成形型５及びスライド型７の磨耗量を、摺接表面の硬度調整を行ったものと同等若しくはそれよりも少なくすることができる効果を得ることができる。
【００２３】
次に、マグネットロール１の成形方法について説明する。
図１（イ）に示すように、スライド型７を移動操作するためのアクチュエータ１１を駆動してスライド型７を前進位置まで移動させた後、注入口１０を介して金型内への溶融樹脂磁石の射出注入を開始する。前記アクチュエータ１１としては、例えばエアコンプレッサー、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、スクリューネジ、ラックピニオンギア、リニアモータ等を用いることができる。次に、図１（ロ）に示すように、溶融樹脂磁石の注入圧とアクチュエータ１１による駆動力との合力でスライド型７を後退位置まで後退させながら、成形空間８内を溶融樹脂磁石で充填するのである。前記アクチュエータ１１として油圧シリンダを用いる場合には、作動油を絞りながらリークさせることで、スライド型７の後退移動に制動力を付与することによって、成形空間９内に溶融樹脂磁石を隙間なく充填していくことが可能になる。但し、摩擦等により制動力を付与する制動力付与手段を設けて、スライド型７の後退移動時に制動力を付与してもよい。また、溶融樹脂磁石の射出注入速度に応じてアクチュエータ１１により制動力を付与しながらスライド型７を後退させてもよい。又、溶融樹脂磁石の充填時には、アクチュエータ１１による駆動を停止するようにしてもよい。そして、溶融樹脂磁石の注入が完了すると、溶融樹脂磁石が固化するまで前記磁場配向手段９により、磁性粒子の着磁及び配向を行うのである。尚、前記磁場配向手段９による着磁及び配向を溶融樹脂磁石の注入が開始されると同時に行うようにしてもよく、開始時期はいつでもよい。
【００２４】
前記射出注入した溶融樹脂磁石が固化した後は、図２（イ）に示すように、端部成形型６をメイン成形型５から離間移動させた後、スライド型７を前進させて図２（ロ）に示すように、マグネットロール１を離脱させるのである。尚、メイン成形型５を端部成形型６から離間移動してもよい。
【００２５】
前記構成のメイン成形型５を、図４（イ），（ロ）に示すように構成してもよい。つまり、可動側金型５Ａと固定側金型５Ｂとからなる分割金型により構成し、この分割金型５内に溶融樹脂磁石を注入し、注入した溶融樹脂磁石が固化した後、可動側金型５Ａを固定側金型５Ｂに対して離間移動させるとともに、突き出しピン１２を突出作動させることにより形成されたマグネットロール１を取り出すようにしている。
【００２６】
又、前記スライド型７を、図５に示すように構成してもよい。つまり、前記メイン成形型５と摺接し、且つ、マグネットロール１の一端部３を形成する先端部７Ａと、この先端部７Ａがボルト１３により着脱可能に取付けられた本体部７Ｂとからスライド型７を構成している。従って、前記スライド型７の摺接表面が磨耗した場合には、ボルト１３を弛緩操作して本体部７Ｂから先端部７Ａを取り外し、新たな先端部７Ａを本体部７Ｂにボルト１３固定するのである。前記本体部７Ｂとメイン成形型５との間に隙間が発生するように、本体部７Ｂの外径寸法を設定することによって、先端部７Ａのみがメイン成形型５と摺接することになるため、スライド型７の摺接抵抗を低減することができる効果がある。
【００２７】
又、前記実施例では、軸部とロール部とを一体形成するようにしたが、金属製または合成樹脂製のシャフトをインサートしたシャフトインサート型マグネットロールを形成したものにおいても本発明は適応することができる。
【００２８】
【発明の効果】
スライド型を、前記メイン成形型と摺接し、かつ、マグネットロールの一端部を形成する先端部と、この先端部がボルトにより着脱可能に取り付けられた本体部とから構成し、前記本体部と前記メイン成形型との間に隙間が発生するように、該本体部の外径寸法を設定することによって、スライド型の移動によるメイン成形型の摺接面の磨耗量をスライド型の摺接面の磨耗量よりも少なくすることが可能になり、バリ発生までの寿命が延び、カジリ発生も少なくなるだけでなく、メイン成形型の磨耗による交換時期を従来よりも遅らせることができるコスト面において有利にすることができる。
【００２９】
請求項２によれば、磨耗によりスライド型の交換時には、スライド型の先端部のみを新しいものと付け替えるだけで済み、スライド型全部を取り換えるものに比べて、コスト面において有利にすることができる。
【００３０】
メイン成形型及びスライド型のうちの少なくともメイン成形型の表面硬度を、ビッカース硬度（ＨＶ）で９００〜１１００に調整することによって、摺接試験後の摩耗量が更に少ないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は成形金型の断面図、（ロ）は溶融樹脂磁石の注入完了状態を示す成形金型の断面図。
【図２】（イ）は端部成形型をメイン成形型に対して離間させた状態を示す成形金型の断面図、（ロ）は形成されたマグネットロールを離脱させた状態を示す成形金型の断面図。
【図３】成形金型の要部を示す断面図。
【図４】別の形態の成形金型の断面図を示し、（イ）は注入された溶融樹脂磁石が固化した状態を示し、（ロ）はマグネットロールを離脱させた状態を示している。
【図５】別の形態のスライド型を示す断面図。
【符号の説明】
１      マグネットロール        ２      ロール本体部
３，４  軸部                    ５      メイン成形型
５Ｋ    表面層                  ６      端部成形型
７      スライド型              ７Ａ    先端部
７Ｂ    本体                    ７Ｋ    表面層
８      成形空間                ９      磁場配向手段
１０    注入口                  １１    アクチュエータ
１２    突き出しピン            １３    ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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