(57)【要約】【課題】  【解決手段】  電子写真用の磁性ローラーは、発泡した樹脂磁性材料を含む。磁性ローラーの製造方法は、磁性フィラーと、樹脂バインダと、フォーミング剤とを、密閉した型内に提供する段階と、密閉した型内でフォーミング剤を活性化させる段階と、得られた成形ローラーを型から離型する段階とを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡した樹脂磁性材料を含む磁性ローラー。
【請求項２】
前記発泡した樹脂磁性材料が、約８０〜約９５重量％の磁性フィラーと約５〜約２０重量％の樹脂バインダとを含む、請求項１に記載の磁性ローラー。
【請求項３】
前記磁性フィラーがフェライトフィラーを含む、請求項２に記載の磁性ローラー。
【請求項４】
前記磁性フィラーが、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト、稀土類−コバルト合金、稀土類−鉄−ホウ素合金又はこれらの混合物である、請求項２に記載の磁性ローラー。
【請求項５】
前記樹脂バインダがナイロンを含む、請求項２に記載の磁性ローラー。
【請求項６】
前記樹脂バインダが、ナイロン−６、ナイロン−１２、ナイロン−６／６、ナイロン−６／１０、ナイロン６／１２、ポリ塩化ビニル又はポリプロピレンを含む、請求項２に記載の磁性ローラー。
【請求項７】
前記フェライトフィラーがストロンチウム・フェライトフィラーを含む、請求項４に記載の磁性ローラー。
【請求項８】
前記発泡した樹脂磁性材料が、ガラス繊維、カーボンフィラー又はこれらの混合物を更に含む、請求項２に記載の磁性ローラー。
【請求項９】
前記ローラーが、非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさのローラーに比べて、磁性フィラーと樹脂バインダが少なくとも５重量％少なく、かつ、当該非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさのローラーと実質的に同じ磁気性能を示す、請求項２に記載の磁性ローラー。
【請求項１０】
前記ローラーが、非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさのローラーに比べて、磁性フィラーと樹脂バインダが少なくとも５％少なく、かつ、当該非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさのローラーと実質的に同じ機械強度を示す、請求項２に記載の磁性ローラー。
【請求項１１】
磁性フィラー、樹脂バインダ及びフォーミング剤を密閉された型内に提供する段階と、前記密閉された型内で大気ガスを放出させる段階と、得られた成形ローラーを前記型から離型する段階と、を含む磁性ローラーの製造方法。
【請求項１２】
前記フォーミング剤が、樹脂バインダの重量を基準として約０．１〜約２．０重量％の量で提供される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１３】
前記フォーミング剤が、窒素ガス、二酸化炭素ガス又はこれらの混合物を生成する化学発泡剤を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記フォーミング剤が、二酸化炭素ガスを生成する化学発泡剤を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記フォーミング剤がガスを含み、当該ガスが型内に射出される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は磁性ローラーに関する。より詳細には、本発明は、発泡し射出成形された樹脂−結合磁性ローラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
従来の電子写真記録装置において、磁性ローラーは現像ローラー又は洗浄ローラーとして用いられる。磁性ローラーは、一般的には、樹脂−結合磁石のような円筒状の永久磁石を備え、その外表面に複数の磁極と円筒状の永久磁石に固定されたシャフトとが設けられている。
【０００３】
多数極の磁性ローラーは、一般的には、溝付きシャフトに取り付けられ、焼結された別個の磁石によって、又は、所謂樹脂−結合磁石を形成するために磁性粉末と樹脂が混合された混合物から製造される。現像ローラーの重量低減が望まれる場合に、又は、独特の形状が望まれる場合に、樹脂−結合磁石が主に用いられる。円筒状の永久磁石が樹脂−結合磁石である場合、磁性ローラーは一般的には、（１）混合物を調製するために、強磁性粉末（通常はフェライト粉末）とポリマー材料（通常はゴム又はプラスチック）とを混合し、（２）磁力を作用させつつ、射出−型成形ダイのキャビティ内へ上記混合物を仕込み、（３）ダイ内の円筒状の樹脂−結合磁石を冷却及び固化し、（４）円筒状の、樹脂−結合磁石とシャフトから構成される完全に磁化された一体の本体を離型し、（５）円筒状の樹脂−結合磁石上に磁極を形成するために、一体の本体を適当な異方性の方向において磁化し、これによって、完成した磁性ローラーが得られる。
【０００４】
磁性ローラーの製造では、一般的に、フェライト／ポリマーの高い鉄含有量と型成形中に用いられる高圧とによって型が摩耗する。更に、有用であるためには、磁性ローラーは、物理特性、形態特性及び磁気特性が正しく組み合わされたものでなければならない。これらの特性は磁性ローラーの直線性によって大きな影響を受け、この直線性は、ローラー内の型成形“応力”との直接的な関係において劣化する。
【０００５】
磁性ローラーのコストは、一般的に、原料コスト、製造コスト及びハンドリングコストの関数となる。そこで、材料使用量の低減、製造時間の短縮及び／又はハンドリングの低減により、各磁性ローラーのコストを低減できる可能性がある。更に、材料量の低減によって、磁性ローラーの冷却を速くすることができ、かつ、サイクル時間を改善して各型から形成される磁性ローラーの数を増やすことができる。サイクル時間とは、射出−成形装置で磁性ローラーを形成するのに要する時間を言う。
【０００６】
一般的には、磁性ローラーの製造では、高い締め付け圧力と高い型成形圧力とが必要とされる。締め付け圧力及び／又は型成形圧力の低減を許容する処方は、磁性ローラーがより小さく、より廉価なプレスで製造されることを更に許容する。更に、最新の従来製造技術では、多くの場合に、型をフラッシュ洗浄した後の再始動から高いスクラップ速度を受ける。フラッシュの発生は製造圧力の関数であり、磁性ローラーの形成が低圧であれば、一般的にフラッシュが低減され、その結果、処理量が増加する。更に、型成形圧力が低ければ、型に作用する応力が低減され、その結果、出入り口の寸法精度をより正確にすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、改善された磁性ローラー及び／又は磁性ローラーの改善された製造方法に対する必要性が存在する。
【０００８】
発泡型成形は公知であり、上記の利点は発泡型成形による結果として公知である。特に、型成形中に形成されるガスの作用によって型内の内部圧がかなり低減するからである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
したがって、非常に少ない欠陥を備えた型によって成形される磁性ローラーであって、型成形のサイクル時間を低減し、型内の内部摩耗を非常に少なくし、従来の磁性ローラーに比べて材料の低減を果たし、従来の磁性ローラーと同様の機械的及び／又は磁気特性を有する磁性ローラーを提供することは本発明の利点である。より詳細には、非発泡磁性ローラーと同等の又はそれを上回る磁気特性及び機械特性を示す発泡磁性ローラーを提供することは本発明の他の利点である。
【発明の効果】
【００１０】
これらの及び他の目的と利点は、発泡した樹脂磁性材料を含む本発明による磁性ローラー及びその製造方法によって提供される。
【００１１】
通常、磁性ローラーは発泡した樹脂磁性材料を含む。発泡した樹脂磁性材料は、発泡したフィラーと樹脂バインダを含む。
【００１２】
本発明はまた、磁性ローラーを形成する方法に関する。この方法は、密閉された型内に磁性フィラー、樹脂バインダ及びフォーミング剤を提供する段階、密閉された型内にガスを放出する段階、ならびに、得られた形成ローラーを型から離型する段階を含む。磁性フィラー、樹脂バインダ及びフォーミング剤は、射出型成形装置のバレル内で化学的かつ熱的に十分に混合される。型内の減圧下で全容積（ガスで満たされた内部空隙を備えた溶融体）が型を満たす上で十分に増加するまで、ガスは熱分解によって放出され、及び／又は膨張する。
【００１３】
磁気特性と機械特性の所望の組み合わせを示す磁性ローラーを、容易に製造することができる。これらの及び他の目的と利点が、以下の詳細な説明の観点から更に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
詳細な説明
本発明による磁性ローラーは、電子写真装置の使用に適している。明細書において、“フォーミング”と“発泡”の用語は互換性があり、同じものを意味するものとする。本発明の一つの実施態様では、化学発泡剤又は化学フォーミング剤が、磁性フィラーと樹脂バインダとの混合物に非活性化された形態で添加され、型成形の間にフォーミング剤は樹脂バインダ内にガスを放出する。化学フォーミング剤は、ペレット状、粉末状又は液状で添加される。例示的な実施態様では、化学発泡剤は、磁性フィラーと通常ペレット状である樹脂バインダとの混合を容易にするペレット状である。一般的な化学発泡剤は、ユニロイヤルケミカル（Ｕｎｉｒｏｙａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）のＥＸＰＡＮＤＥＸ  ５ＰＴ、ディエスエム  エンジニアリングプラスティック（ＤＳＭ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）のＦＣＮ  １／８  ５０Ｂ、ならびに、ＴＲＡＣＥＬ  ＰＳ  ３２００を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
一つの例示的な実施態様では、化学発泡剤又は化学フォーミング剤が、射出後における
射出装置のバレル内部及び型内で加熱されると、窒素又は二酸化炭素又はこれら両方のようなガスを放出する。型内部では、通常に存在するより低い圧力で放出される。ガスの放出によって型成形中において型内に圧力が発生し、これにより樹脂バインダの発泡が生じる。一般的には、密閉された型内の内圧によって、磁性フィラー／樹脂バインダが型の外側縁に押され各部分の中心に小さな空隙が生じるが、ガスの量が限られると空隙は外側部分に広がらない。
【００１６】
本発明の他の実施態様では、液体発泡剤、例えばトレクセル、インコーポレーション（Ｔｒｅｘｅｌ，Ｉｎｃ．）の“ＭｕＣｅｌｌ（登録商標）”プロセスによって生成される液体発泡剤が、加熱下において型成形装置のバレル内に射出される。液体発泡剤は、樹脂バインダ内に内部ガスポケット又はセルを生成する。ＭｕＣｅｌｌミクロセルラー発泡プロセスは、
樹脂バインダを介して均等に分布し、かつ、均一の大きさを有する微細セルを形成するために、大気ガスの超臨界流体を用いる。一般的なセルは、直径が１０マイクロメータ〜５０マイクロメータの範囲である。例示的な実施態様では、セルの直径は約２０マイクロメータである。一般的な液体発泡剤は、大気ガス（ＣＯ２及びＮ２のような）の超臨界流体（ＳＣＦｓ）を含む。
【００１７】
本発明の磁性ローラーは、発泡した樹脂磁性材料を含む。一つの実施態様では、発泡した樹脂磁性材料は、約８０〜９５重量％の磁性フィラーと約５〜２０重量％の樹脂バインダとを含む。
【００１８】
一般的な磁性フィラーは、フェライトフィラー、例えばバリウムフェライト及び／又はストロンチウムフェライトを含む。他の一般的な磁性フィラーは、稀土類−コバルト合金、稀土類−鉄−ホウ素合金、又はこれらの混合物、或いは、これらの合金の一つ以上と一つ以上のフェライトフィラーとの混合物を含む。
【００１９】
あらゆる好適な樹脂バインダが、磁性ローラーに用いられる。本発明の一つの実施態様では、樹脂バインダは、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン又はナイロンを含む。ナイロンの例は、ナイロン−６、ナイロン−１２、ナイロン−６／６及びナイロン−６／１２を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
本発明の例示的な実施態様では、発泡した樹脂磁性材料は、ガラス繊維、カーボンフィラー又はこれらの混合物を更に含む。ガラス繊維を含有させることにより、発泡した磁性材料の強度が改善される。カーボンフィラーを含有させることにより、電気的な導電部が形成される。磁性ローラーは、この技術分野において従来用いられる可塑剤、酸化剤、結合剤等を含む添加剤を更に含んでいてもよいが、これらに限定されるものではない。
【００２１】
理論的に説明できないが、磁気特性とこれら磁気特性の均一性を備えるための磁性ローラーの能力は、ある濃度の磁性フィラーが磁性ローラ表面において有効に存在するかに依存すると、本発明者らは確信する。一つの例示的な実施態様では、加熱下において内部フォーミング剤によって溶融が広がる際に、この内部フォーミング剤によって上記の要求が達成され、ここで、フォーミング剤が固体からガスに分解して磁性フィラーと樹脂バインダとの混合物を型の外側縁に押しやり、その結果、磁性フィラーと樹脂バインダとの混合物中にガスポケットを生じさせる。ガスによって磁性フィラーが型の外側縁に押しやられる際に、磁性ローラーの表面における磁性フィラー濃度が増加する。
【００２２】
一つの実施態様では、フォーミング剤は、樹脂バインダの重量を基準として約０．１〜約１．５重量％の量で提供される。
【００２３】
本発明の例示的な実施態様では、磁性フィラー、樹脂バインダ及びフォーミング剤は、
ペレット状で二次ホッパーに加えられる。磁性ローラーは、射出成形型と射出成形装置を用いて形成してもよい。
【００２４】
他の例示的な実施態様では、磁性ローラーは、非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさの磁性ローラーに比べて、磁性フィラーと樹脂バインダとの混合物が少なくとも５重量％少なく、かつ、当該非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさのローラーと実質的に同じ磁気性能、例えば磁石の使用可能な長さにわたって１，０００ガウスを示す。更に他の例示的な実施態様では、磁性ローラーは、非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさのローラーに比べて、磁性フィラーと樹脂バインダとの混合物が少なくとも５％少なく、かつ、当該非発泡の磁性フィラーと樹脂バインダから形成された同じ大きさのローラーと実質的に同じ機械強度を示す。例えば、発泡磁石は、その両端のみを軸上で支持した際に、その中心に作用する１５〜２２キログラムの力に耐えることができる。同じ機械強度とは、製造施設又はエンドユーザーへの出荷において磁石が損傷しそうもないことを意味する。破損した磁石では、プリンタ・カートリッジは役立たない。
【００２５】
本発明の好適な配合は、重量基準で以下の通りである。
ストロンチウムフェライト（商業的に入手可能な）  ８８％
ナイロン６（又は前述のナイロン６系）            １１％
ＦＣＮ  １／８５０Ｂ発泡剤                      ０．０５％
可塑剤、バインダ等（下記に示す規格）            １％
【００２６】
好適な製品は、長い中央部を有する磁性ローラーであって、円筒状で、かつ円形に対する非常に狭い許容度を有し、両端部からそれぞれ延出しローラーの一体部分としてそれぞれ型成形される中央シャフトを有する磁性ローラーである。これらのシャフトはローラーよりも小さく、与えられた用途において、駆動部材に接触するための平坦部を有していてもよい。これらシャフトは、その回りの回転におけるジャーナルとして作用する。シャフトもまた非常に狭い許容度を有する。ヤマシタ（Ｙａｍａｓｈｉｔａ）の米国特許第５，５８３，４７３号は、このローラーの一般的な性質を示しているが、発泡構造体と一体的に型成形された両シャフト（一方のシャフトはプレス嵌合である）については示されていない。米国特許第５，５８３，４７３号の図３（ｂ）は、一体的に形成された両シャフトを備えたローラーを示す。
【特許文献１】米国特許第５，５８３，４７３号
【００２７】
以下において議論するように、射出成形されたこのローラーの断面部分の試験では、中央部付近において集団化した幾つかの小さな気泡が見られ、外側付近には気泡は見られない。気泡が存在する範囲では、ローラーの重量は低減する。材料コスト、ならびに、ハンドリング費用と出荷費用の節減は、重量の低減によって実現する。例え最終製品に気泡が殆ど存在せず又は全く存在しなくても、議論したように、スクラップ速度、サイクル時間、型の摩耗が非常に改善されるので、型成形において発泡剤からの内部圧を利用する限り大きな利点が得られる。
【００２８】
以下の実施例は、本発明による磁性ローラーの実施態様と利点を示すものである。この実施例及び本明細書を通して、部及びパーセンテージは他に示されない限り重量による。
【実施例】
【００２９】
この実施例では、本発明による磁性ローラーを調製した。磁性ローラーの配合は表１に示され、標準ローラーＡはフォーミング剤を用いないで製造された比較ローラーである。
【００３０】
【表１】
2005518507.tif 000002
【００３１】
下記に示すようにして磁性ローラーを調製した。
【００３２】
発泡を用いた磁性処理方法
この処理方法は、陽極栓ノズルを任意に備えた標準的な型成形装置を用い、この装置はデジタルの分与ホッパーを任意に備えていてもよい。混合された磁性材料は約４〜６時間乾燥される。この混合された材料は、磁性フィラー、樹脂及び可塑剤、バインダ等の少量の添加剤を含み、これらの添加剤は用いる型成形によって変わる（一般的には、用いる型成形の特性によって）。添加剤は、“溶融”流れを改善する。添加剤は、一般的には材料の重量の約０．５〜１％含まれる。発泡剤（フォーミング剤）は、乾燥工程の前又は後に加えられ、デジタルの分与ホッパーを任意に使用してもよい。重量を約４〜２０％低減するように注入量が調整されるが、この量は発泡剤の量に依存する。より詳細には、約１２％で良好な結果が達成される。
【００３３】
一般的な処理パラメータは、できるだけ速い射出速度（一般的には３秒未満）を含む。充填された型キャビティ内にガスが膨張するが溶融体の大きさが型キャビティよりも僅かに小さい場合には、一般的には射出においてスクリューが用いられる。（射出に対するこの量は、実験的に決定される。）締め付け圧力は、一般的には標準の５０％である。バレルのリバース温度分布が得られ、この温度分布は、バレル内にガスを維持するための標準温度である後方ゾーンの温度よりも低い。型成形装置は通常の背圧よりも高い圧力である１５０〜２００ｐｓｉ（標準的な背圧は一般的には６０ｐｓｉである）を有する。一般的な標準溶融温度はナイロン６を使用した場合であり、例えば約５５５〜５６０°Ｆ（２９１〜２９３℃）である。
【００３４】
製造された各磁性ローラーに対して、以下の試験を行った：直線性試験、引っ張り強度及び磁性変化。直線性は、電子測径器、比較測定器及び／又は座標測定装置を用いて測定し、引っ張り強度は、磁性ローラーを両端のシャフトで支持しつつその中央部に１５ｋｇの負荷を加えた際の脆性を調べるために、２２ｋｇの作用力ゲージを用いて決定し、磁性変化は、本発明の磁性ローラーによる磁界を従来の非発泡の磁性ローラーによる磁界と比較することによって決定し、磁性測定は、配置された位置（端部シャフトの平坦部）に対する極角度において測定した。
【００３５】
表２は、この実施例の結果をまとめたものである。
【００３６】
【表２】
2005518507.tif 000003
【００３７】
表２から分かるように、１２％までの重量低減（試験Ｌ）と円形部における０．２ｍｍの逃げ（ランナウト）の低減が、本発明を用いて達成された。しかしながら、あまりに高濃度のフォームでは、内部構造及び／又は磁石の外側表皮の特性に悪影響を及ぼす。
【００３８】
気泡セル構造及び形態を決定するのに、発泡した磁性ローラーを５０〜１倍の立体顕微鏡を用いて調べた。これらの試験により、用いた発泡剤の量に比例した、ローラーの中央部に沿った軸方向の空隙の変化度合いが示された。
【００３９】
本発明の様々な実施態様の上記説明は、例示及び説明のために示されている。本発明は、開示された形態によって尽くされ、又はこれらに限定されるものではない。上記教示の多くの代替例、修正例及び変更例が、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、ここで議論されたすべての代替例、修正例及び変更例、ならびに、特許請求の範囲において企図され及びその広範な範囲内にある他の例を包含するものである。
【国際調査報告】
2005518507.tif 000004