(57)【要約】【課題】  これまでのプロセスを何ら変更することなく、無駄な材料消費や設計の煩雑さを解消しながら磁気特性の均一性を改善する。【解決手段】  熱可塑性樹脂と磁性粉末を含む混合物を射出成形し、長尺状のマグネットロール用ボンド磁石を製造する。射出成形に際し、混合物の射出成形温度におけるメルトフローレート（荷重５ｋｇ）を１５０ｇ／１０分以上とする。前記熱可塑性樹脂は例えばポリアミド樹脂であり、磁性粉末は例えば希土類金属磁石粉末である。熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂の１種であるナイロン１２の場合、２７０℃、荷重５ｋｇで測定したメルトフローレートを１５０ｇ／１０分以上とする。射出成形するマグネットロール用ボンド磁石の断面積は２０ｍｍ2以下であり、長さは２００ｍｍ以上である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂と磁性粉末を含む混合物を射出成形し、長尺状のマグネットロール用ボンド磁石を製造するに際し、
前記混合物の射出成形温度におけるメルトフローレート（荷重５ｋｇ）を１５０ｇ／１０分以上とすることを特徴とするマグネットロール用ボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
前記メルトフローレートを２００ｇ／１０分以上、４００ｇ／１０分以下とすることを特徴とする請求項１記載のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であり、前記磁性粉末が希土類金属磁石粉末であることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法。
【請求項４】
前記ポリアミド樹脂がナイロン１２であり、前記メルトフローレートが２７０℃、荷重５ｋｇで測定したときに１５０ｇ／１０分以上であることを特徴とする請求項３記載のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法。
【請求項５】
前記希土類金属磁石粉末がＮｄＦｅＢ系永久磁石粉末であることを特徴とする請求項３記載のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂と磁性粉末の混合比率が重量比で８５：１５〜９５：５であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法。
【請求項７】
射出成形するマグネットロール用ボンド磁石の断面積が２０ｍｍ2以下であり、長さが２００ｍｍ以上であることを請求項１から６のいずれか１項記載のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかの製造方法により作製された断面略扇形状のマグネットロール用ボンド磁石を用い、当該マグネットロール用ボンド磁石を磁極としてシャフトに貼り付けることを特徴とするマグネットロールの製造方法。
【請求項９】
前記マグネットロール用ボンド磁石をシャフトに複数貼り付け、複数の磁極を有するマグネットロールとすることを特徴とする請求項８記載のマグネットロールの製造方法。
【請求項１０】
４極以上の磁極を有するマグネットロールとすることを特徴とする請求項９記載のマグネットロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等に装着されるマグネットロールに用いられるマグネットロール用ボンド磁石の製造方法に関するものであり、さらには、マグネットロールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の感光ドラムに形成された静電潜像を可視化する現像ロールとしては、周面に磁石体を備えたマグネットロールが広く用いられている。例えばジャンピング方式では、マグネットロールの磁力によってトナーを飛ばし、これを感光ドラムに付着させている。ブラシ方式では、鉄粉に代表される磁性粉（キャリア）とトナーの混合物を、マグネットロールの磁力によって感光ドラムに搬送するようにしている。いずれの場合にも、マグネットロールの磁力によって感光ドラムにトナーが供給され、これを紙等に定着することで、静電潜像に応じた文字や画像等が印刷され、可視化される。
【０００３】
マグネットロールの形態としては、様々な形態のものが知られており、例えば前記ジャンピング方式用のマグネットロールとして、汲み上げ極、搬送極、現像極、回収極の４極から構成されるものがある。ブラシ方式用のマグネットロールとしては、前述の４極に剥離極を加えた５極から構成されるものがある。
【０００４】
そして、これら４極、あるいは５極の磁極を作り出す磁石体の構造としては、以下の２種類のものに大別される。先ず第１は、シャフトに磁石体を中空円筒状に一体成形したもの、あるいは磁石体を中空円筒状に成形した後、磁石体の中心部にシャフトを固着したものである。第２は、例えば磁性粉末とバインダー（熱可塑性樹脂）の混合物を扇形の形状に成形し、これを複数貼り合わせた構造である（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００５】
例えば、特許文献１記載の発明では、扇形の円弧中央部から他の三辺への配向比率が異なる磁極ピースを成形し、これらをシャフトに複数個組み合わせて貼り合わせることで、磁力を円弧面中央部に向かって集中的に配向させ、高い磁力を達成している。
【０００６】
ところで、前述の構造のマグネットロールを作製する場合、いずれの場合にも、磁性粉末とバインダー（熱可塑性樹脂）の混合物を成形し、マグネットロール用ボンド磁石を作製する必要がある。そして、マグネットロール用ボンド磁石の成形方法としては、押し出し成形や射出成形が知られており、これら成形方法によって円筒形状や断面扇形形状といった形状に形作られる。
【０００７】
これら成形方法のうち、押し出し成形は、連続成形が可能であるため生産性が非常に高いという利点を有する。ただし、磁性粉末の充填量に制約があるため、磁気特性が低くなる傾向がある。
【０００８】
一方、射出成形は、磁気特性の利点に加えて、成形形状に対して汎用性が非常に高いという長所を有する。ただし、マグネットロールに使用される磁石体（マグネットロール用ボンド磁石）のように、断面積に対して長手方向の寸法が大きな磁石体では、特に長手方向における磁気特性を均一にすることが困難であるという欠点を有する。特に、ゲート側部に対して反対側端部の磁気特性が異なる（高くなる）、という傾向がある。
【０００９】
そこで、長尺状の磁石体を射出成形する際に、磁気特性を均一にするための技術が提案されている（例えば、特許文献２や特許文献３等を参照）。例えば、特許文献２には、マグネットロールに使用するのに必要な長さよりも長くなるように射出成形し、その端部を不要部分として切除し、長さを調整するマグネットロールの製造方法が開示されている。特許文献３には、円柱状樹脂磁石の片端部、または両端部を細くすることでエッジ効果（メグネットロールの両端部の磁力が高くなる現象）を低減できることが開示されている。
【特許文献１】特開昭６２−２８２４２３号公報
【特許文献２】特開平１１−２４３０１０号公報
【特許文献３】特開２０００−１１４０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２記載の発明のように必要以上の長さに成形して端部を不要部分として切除する方法では、使用材料（バインダーや磁性粉末）を必要以上に消費することになり、製造コストの点で不利である。また、前記不要部分を切除するための工程を増やさなければならず、生産性が低下するという不都合もある。
【００１１】
一方、特許文献３記載の発明のように円柱状樹脂磁石の端部を細くするという方法では、磁性粉末とバインダーの混合比率によって磁力を制御する際に、それぞれに適合した金型設計をしなければならず、極めて煩雑である。また、マグネットロールのより一層の小径化が進むと、細径部分に磁性粉末とバインダーとの混合物が十分に入り込まないといった不具合が生ずるおそれもある。
【００１２】
前述のように、特許文献２や特許文献３記載の方法は、磁気特性の均一化に対する抜本的な改善策とは言えず、より一層の改良が要望されている。本発明は、前記従来の実情に鑑みて提案されたものであり、これまでのプロセスを何ら変更することなく、無駄な材料消費や設計の煩雑さを解消しながら磁気特性の均一性に優れたマグネットロール用ボンド磁石を製造し得る製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、マグネットロールの小径化にも十分に対応し得るマグネットロール用ボンド磁石の製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、小径のマグネットロールを簡単に作製し得るマグネットロールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の目的を達成するために、本発明のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法は、熱可塑性樹脂と磁性粉末を含む混合物を射出成形し、長尺状のマグネットロール用ボンド磁石を製造するに際し、前記混合物の射出成形温度におけるメルトフローレート（荷重５ｋｇ）を１５０ｇ／１０分以上とすることを特徴とする。
【００１４】
射出成形の際にメルトフローレートを制御することに関しては、例えば特開２００２−１３４３１１号公報や特開２０００−３５７２０号公報等にも開示されている。しかしながら、これら公報に記載される発明では、バインダーである熱可塑性樹脂のみのメルトフローレートを考慮しているにすぎず、長尺状のボンド磁石の成形を考えた場合には不十分である。本発明では、熱可塑性樹脂単独でのメルトフローレートではなく、実際に射出成形される材料、すなわち熱可塑性樹脂と磁性粉末を含む混合物のメルトフローレートに着目し、これを適正化することで磁気特性の均一化を図るものである。
【００１５】
前記混合物の射出成形温度におけるメルトフローレートを１５０ｇ／１０分以上とすることで、成形材料である混合物の流れが良好なものとなり、射出成形後にも磁性粉末の均一な分散状態が維持され、得られるボンド磁石の磁気特性が均一化される。このとき、条件設定を若干変更する必要があるだけで、既存の製造プロセスに何ら変更を加える必要はない。また、余分な部分の成形や細径部分の成形等も不要であり、余分な材料の消費や煩雑な金型設計等も不要である。
【００１６】
メルトフローレートを大きくするには、例えば使用する熱可塑性樹脂の分子量を下げて流動性を高める等の必要があるが、メルトフローレートをあるレベル以上大きくしても、前述の均一化の効果が飽和する傾向にある。また、得られるボンド磁石の強度が低下するおそれもある。このような観点からメルトフローレートのより好ましい範囲を規定したのが本願の請求項２記載の発明である。すなわち、本発明のマグネットロール用ボンド磁石の製造方法は、前記メルトフローレートを２００ｇ／１０分以上、４００ｇ／１０分以下とすることを特徴とする。混合物の射出成形温度におけるメルトフローレートを２００ｇ／１０分以上、４００ｇ／１０分以下とすることで、確実に磁気特性の均一化が図られる。また、得られるボンド磁石の強度低下等も抑制される。
【００１７】
一方、本発明のマグネットロールの製造方法は、前述の製造方法により作製された断面略扇形状のマグネットロール用ボンド磁石を用い、当該マグネットロール用ボンド磁石を磁極としてシャフトに貼り付けることを特徴とする。
【００１８】
前述のボンド磁石の製造方法により、長尺状で磁気特性の均一性に優れたボンド磁石が得られる。これをシャフトに貼り付けることで、簡単にマグネットロールが作製される。前記ボンド磁石は、断面積を小さく、長さを長くすることができるので、これまでにない小径で磁気特性に優れたマグネットロールが実現される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、これまでのプロセスを何ら変更することなく、無駄な消費や設計の煩雑さを解消しながら、磁気特性の均一性に優れたマグネットロール用ボンド磁石を効率的に製造することが可能である。製造されるボンド磁石は、マグネットロールの小径化にも十分に対応し得るものであり、これを利用することで、これまで実現されたことのないような小径のマグネットロールを製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を適用したマグネットロール用ボンド磁石の製造方法、及びマグネットロールの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
先ず、本発明において、製造対象となるマグネットロール１は、図１から図３に示すように、例えば金属製のシャフト２の周囲に複数のマグネットピース（マグネットロール用ボンド磁石）、ここでは５分割されたマグネットピース３，４，５，６，７を配列し、接着固定してなるものである。実際の現像用のマグネットロール１は、これらマグネットピース３〜７をシャフト２の周面に貼り合わせ、円筒形状のスリーブ８の中に組み込むことにより構成される。各マグネットピース３〜７は、いずれも断面形状が扇形であり、これらをシャフト２の周囲に貼り合わせることで、全体形状が円筒形の磁石体が構成されることになる。シャフト２は、前記スリーブ８の両端に設けられたフランジ９，１０に対し、軸受け１１，１２を介して回転可能に挿入されている。なお、シャフト２の一端側はフランジ９を挿通し外方まで延在されているが、他端側はフランジ１０に突き当てられ、このフランジ１０にシャフト２を延長する如くシャフト部１０ａが設けられている。
【００２２】
各マグネットピース３〜７は、基本的にはバインダーとなる熱可塑性樹脂と磁性粉末とを含む混合物を射出成形することにより形成される。バインダーとして用いる熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、具体的には、ポリアミド樹脂（ナイロン６、ナイロン１２等）や、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることができる。
【００２３】
前述のマグネットピース３〜７は、前記バインダーの他、磁性粉末を含有する。使用可能な磁性粉末としては、フェライト磁石粉末（例えば、Ｓｒ系フェライト粉末やＢａ系フェライト粉末等）や、希土類金属磁石粉末（例えば、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系等）等を挙げることができる。また、異方性磁性粉末、等方性磁性粉末のいずれであってもよい。これらの中から要求される特性に応じて選定すればよい。中でもＮｄＦｅＢ系の希土類金属磁石粉末は、残留磁束密度が大きく、これを用いることで大きな磁力を発生することが可能であることから有用である。
【００２４】
磁性粉末とバインダーとの配合比は、所望の磁気特性に応じて適宜調整すればよいが、例えば、磁性粉末の割合を８０〜９５重量％とすればよい。特に、現像極として機能させるマグネットピース等では大きな磁力が必要であり、磁性粉末の充填量（前記割合）を他のマグネットピースに比べて高く設定してもよい。この場合、現像極として機能するマグネットピースにおける磁性粉末の割合は、より好ましくは８５〜９５重量％である。
【００２５】
前述のマグネットピース３〜７は、前記バインダー（熱可塑性樹脂）と磁性粉末を含む混合物を射出成形することにより形成される。以下、射出成形によるマグネットピースの成形について詳述する。
【００２６】
射出成形は、プラスチック材料の成形において広く行われている方法である。射出成形によるマグネットピースの成形では、前記混合物を熱可塑性樹脂の溶融温度まで加熱し、流動状態とした後、金型内に射出し、冷却後、金型から成形品（マグネットピース）を取り出す。射出成形では、磁性粉末の充填量を高く設定することができ、磁気特性の点で有利であり、成形形状に対して汎用性が非常に高いという利点も有する。
【００２７】
ただし、磁性粉末を多量に含有する前記混合物の射出成形においては、射出成形材料全体、すなわち前記混合物の流動性を考慮する必要があり、射出成形温度において混合物の流動性が低いと、図４中、一点鎖線で示すように、磁性粉末の分布に偏りが生ずる。図４に示す例では、マグネットロール１の図中右側部分において磁力が高く、左側部分において磁力が低い。このことは、マグネットロールを構成するマグネットピースの右側部分で磁性粉末の充填量が多く、左側部分で充填量が少ないことを意味し、磁性粉末の充填状態が均一でないことを表している。
【００２８】
前記傾向は、断面寸法が大きなマグネットピースではさほど問題にならないが、例えば断面が扇形形状の場合、幅５ｍｍ、高さ４ｍｍ以下、すなわち断面積が２０ｍｍ2以下で、且つ長さが２００ｍｍ以上というような細長い形状のマグネットピースにおいて顕著である。前記寸法以下になると、前記磁性粉末の偏在により磁気特性の均一化が困難となる。
【００２９】
そこで、本発明では、前記混合物の流動性の評価の基準としてメルトフローレートを採用し、これを所定の値以上とすることにより、図４中実線で示すように、前記射出成形時に生じる磁性粉末の不均一化を解消することとする。メルトフローレートは、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ７２１０において規定されており、ここでは荷重５ｋｇでの値である。ただし、熱可塑性樹脂の種類によって最適な射出成形温度（溶融温度）が異なり、これら樹脂について一定の温度で画一的にメルトフローレートを評価することは現実的でない。本発明では、このような背景から、射出成形温度でのメルトフローレートの値により評価することとする。
【００３０】
具体的には、前記混合物の射出成形温度におけるメルトフローレート（荷重５ｋｇ）を１５０ｇ／１０分以上とする。例えば、熱可塑性樹脂としてポリアミド系樹脂の１種であるナイロン１２を用いる場合には、温度２７０℃、荷重５ｋｇでのメルトフローレートを１５０ｇ／１０分以上とする。
【００３１】
前記メルトフローレート１５０ｇ／１０分以上の状態で射出成形し、円筒状あるいは断面が扇形形状に成形する。このメルトフローレートの範囲とすることで、バインダーである熱可塑性樹脂と磁性粉末が均一な状態で金型のキャビティ内に充填され、均一な状態のボンド磁石を構成することが可能となる。
【００３２】
前記メルトフローレートは、その値を大きくすることで流動性を高め、良好な射出成形状態を得ることができるが、メルトフローレートを高めるためには、例えば使用する熱可塑性樹脂の分子量を小さくする等、ある程度の設計変更が必要である。
【００３３】
また、前述のメルトフローレートは、その値が大きいほど流動性が良好なものとなり、磁性粉末の分散を均一化する上で有効であることから、その上限は特に規定されない。ただし、あまりメルトフローレートを大きくし過ぎてもその効果が飽和する傾向にあり、射出成形上の制約が生ずるおそれもある。あるいは、例えばメルトフローレートを大きくするために、過剰に熱可塑性樹脂の分子量を下げると、得られる成形品の強度が低下するおそれもある。そこで、前記メルトフローレートは、４００ｇ／１０分以下程度に抑えることが好ましい。メルトフローレートを例えば２００ｇ／１０分以上、４００ｇ／１０分以下とすることで、これらの不都合を解消することができ、確実に磁気特性の均一化を図ることができる。特に、前記断面積が２０ｍｍ2以下、長さが２００ｍｍ以上というような細長い形状のマグネットピースにおいても、均一な磁気特性を得ることができる。実際、本発明の技術を適用することで、このようなサイズのマグネットピースを初めて実用化するに至った。
【００３４】
前記射出成形に際しては、通常、磁石紛と熱可塑性樹脂の混合体（ペレット状）を加熱されたシリンダーに投入し、圧力を溶融した混合体に付加し、金型へ射出する。加熱溶融された混合体は金型のゲートから、スプルー、ランナーを経て所定形状のキャビティ-へと流れ込み、冷却固化される。この時、スプルー及びランナーを加熱保持できるマニホールドを用いることが可能である。連続的に射出成形を行っている際に、前記のようなマニホールドを使用することで、スプルー及びランナー部にある混合体は固化されずに溶融状態にある。したがって、金型から取り出される時に、求められる所定形状以外の部分を少なくすることが可能となり、材料歩留まりが向上する。
【００３５】
前述の方法により作製されるマグネットピースは、磁気特性の均一性に優れることから、これを用いて作製されるマグネットロールでは、例えばゲート側部と反対側端部での表面磁束密度の差を１０ｍＴ以下に、さらには５ｍＴ以下に制御することが可能である。さらに、成形されるマグネットピースは、磁性粉末（またはバインダー）が均一に分散しているため、温度等による変形も緩和することができる。
【００３６】
マグネットロールの作製に際しては、前述の方法により作製された各マグネットピース３〜７を、シャフト２の周囲を取り巻くように配列し、それぞれ例えば接着によりシャフト２に固定する。接着に使用する接着剤は、バインダーの種類に応じて最適なものを選定すればよく、特に限定されない。
【００３７】
以上により構成されるマグネットロール１の全体の寸法は、任意であるが、例えば磁石粉にＮｄＦｅＢ系の希土類金属磁石粉末を用い、前記条件でのマグネットピースの射出成形を行うことで、直径１２ｍｍ以下、長さ２００ｍｍ以上、表面磁束密度１２０ｍＴ以上、表面磁束密度の変動が５ｍＴ以下というような、小径で均一性に優れた性能の高いマグネットロールを実現することが可能である。
【００３８】
なお、以上においては、全てのマグネットピースのバインダーを熱可塑性樹脂とし、前記射出成形により作製する場合を例にして説明したが、例えば高い磁力が必要なマグネットピースのみ、バインダーを熱可塑性樹脂として射出成形により製造するようにしてもよい。ここで、現像用のマグネットロールを例にして説明すると、現像用のマグネットロールでは、主極となる現像極で磁力が強く、その他の極は主極ほど強い磁力は不要である。図５は、現像用のマグネットロールにおける各マグネットピース３〜７の磁力の強さを模式的に示すものであり、例えばマグネットピース３を現像極とすると、図５に示すような波形となる。この波形は、現像極の端部を０°とし時計回りした時のマグネットロール表面の磁束密度を測定したものである。なお、図５において、付された数字は、マグネットピース３〜７の指示符号と対応する。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
【００４０】
本実施例では、バインダーにポリアミド系樹脂（ナイロン１２）を用い、磁石粉末としてＮｄＦｅＢ系磁石粉末を用い、磁石粉末：バインダー＝９４：６（重量％）の配合比で混合し、射出成形により成形した。成形したマグネットピースの形状は、断面扇形の形状であり、幅４ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ２２０ｍｍとした。
【００４１】
射出成形の際のメルトフローレートを表１に示すように変えて、試料１〜５を作製した。得られたマグネットピース（試料１〜５）について、表面磁力を長手方向に沿って測定し、ゲート側の磁気特性、及び反ゲート側の磁気特性を計測した。また、これらの計測値から、磁気特性の差を求めた。さらに、作製されたマグネットピースの強度についても評価した。結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
この表１から明らかなように、メルトフローレートを１５０ｇ／１０分以上とすることで、特性の差が抑えられ、特にメルトフローレートを２００ｇ／１０分以上とすることで磁気特性の差が５ｍＴ以下に抑えられている。ただし、試料５に示すように、メルトフローレートが３００ｇ／１０分を超えても磁気特性の差のさらなる改善はなく、飽和傾向にある。
【００４４】
実施例に記載のマグネットピースを鉄製のシャフト（φ４ｍｍ）に接着剤で固着することで、図２に示す形状のマグネットロール（約φ９ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）を作製した。本マグネットロールは、１５０ｍＴ以上の高い磁気特性を有し、長手方向の磁力均一性も良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】マグネットロールを中心断面方向から見た図である。
【図２】マグネットロールの分解斜視図である。
【図３】マグネットロールの長手方向断面図である。
【図４】マグネットロールにおける磁力分布を示す図である。
【図５】マグネットロールの回転方向における磁力分布を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  マグネットロール、２  シャフト、３，４，５，６，７  マグネットピース、８  スリーブ、９，１０  フランジ、１１，１２  軸受け
【図１】
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【図２】
2005277003.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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