JP4344193B2 - 磁気シール部材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やレーザービームプリンタ等の電子写真装置において、磁性トナーを収容する容器からの磁性トナーの漏れを防止する磁気シール部材及びその製造方法に関するものである。

従来、複写機やレーザービームプリンタ等の電子写真装置において、現像剤担持体の両端部に、現像領域外に磁性トナーが流出することを防止するためのシール部材が設けてある。このシール部材には、磁気吸引を利用する非接触の磁気シール部材が使用されている。磁気シール部材は、磁性トナーを磁気吸引するための樹脂磁石と樹脂磁石の磁力線が現像担持体の外側に発散することを防止するため、透磁率の高い鉄製のヨークを積層している。

樹脂磁石と打ち抜き等で作製された磁性体ヨークが積層されてなる略半円筒状の磁性シール部材の磁石のバリの形成を防止する技術が特開平１１−１６６６２６号公報に紹介されている。
特開平１１−１６６６２６号公報

しかしながら、従来の磁気シール部材は、磁石のバリの形成を防止することはできるが、プレス等の打ち抜きにより作製された鉄製のヨークを金型に挿入して成形するため、ヨークの方向を揃えるパーツフィーダーやヨークを金型内に挿入するロボット等の専用の設備が必要となり、部品コストが上がる要因となる。また、金型と挿入するヨークの内径を完全に同じ寸法にすることは極めて難しく、積層境界面に段差が発生し内径の寸法が不均一になりやすい。さらに、樹脂磁石に異方性磁石を用いる場合、金型内に磁性粉を配向させるための永久磁石が配置されているため、成形前に挿入されたヨークは永久磁石の磁気吸引により姿勢を保持することが困難であり、生産の中断を生じやすく、そのための特別の処置が必要であるという課題を完全に解決するものではなかった。

従って本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は低コストかつ寸法精度が良好であり、しかも生産性に優れた磁気シール部材を提供するものである。

本発明者は、上述した課題を解決するべく、鋭意研究の結果、透磁率の高い鉄などのヨークを用いなくても、軟質磁性合金粉末を分散した樹脂でも透磁率の高い鉄などのヨークと同様に樹脂磁石の磁力線の発散を防止できることを見出した。

即ち、本発明に係わる磁気シール部材は、ヨーク部と磁石部とを有する電子写真用の磁気シール部材で、磁石部が硬質磁性合金粉末と樹脂バインダーとを含む樹脂磁石層からなり、該樹脂磁石層上に軟質磁性合金粉末と樹脂バインダーとを含む層をヨーク部として積層したことを特徴とする磁気シール部材である。

磁石部に用いられる樹脂と、ヨーク部に用いられる樹脂が同一樹脂であることが好ましい。また、ヨーク部を形成するための樹脂はアミド樹脂であることが好ましい。

本発明のヨーク部と磁石部とを有する電子写真用の磁気シール部材の製造法は、金型に、硬質磁性合金粉末と樹脂バインダーを含む原料組成物を注入して所定形状の磁性層と、軟質磁性合金粉末と樹脂バインダーを含む原料組成物を注入してヨーク部となる層とを積層成形する工程と、磁性層の所定部を磁化して磁石部となる樹脂磁石層を得る工程とを有することを特徴とするものである。

以上説明したように、本発明の磁気シール部材の製造方法では、低コストかつ寸法精度が良好であり、しかも生産性に優れた磁気シール部材を提供することができる。

本発明に係る磁気シール部材1は、図１に示す如く、図示形状の樹脂結合型磁石としての、樹脂磁石２の一側に、該樹脂磁石２との間で磁気回路を形成する相似形を呈する軟質磁性合金粉末を分散した樹脂からなるヨーク３を成形手段により接合することで得られるものであり、約１２０°〜２４０°の円弧形状の一部の内向き円筒面部１ａと直線状部１ｂとで構成される。また、磁気シール部材１の幅は、樹脂磁石２が幅２〜５ｍｍ、前記ヨークが幅０．３〜３ｍｍである。さらに、本実施形態における円弧内周の半径の範囲はＲ５〜１５ｍｍである。

樹脂磁石２に用いる磁性粉末としては希土類元素磁性粉末とフェライト磁性粉末を使用することが知られている。希土類元素磁性粉末としては、希土類元素Ｒ₁−Ｃｏ系磁性粉末、希土類元素Ｒ₂−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末、または希土類元素Ｒ₃−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末等の硬質磁性合金粉末を用いることができる。ここで、希土類元素Ｒ₁およびＲ₃はＳｍを含む一種類以上の希土類元素からなり、希土類元素Ｒ₂はＮｄを含む一種類以上の希土類元素からなる。

従って、希土類元素Ｒ₁−Ｃｏ系磁性粉末にはＳｍ−Ｃｏ系磁性粉末、Ｓｍの一部をＮｄ、Ｐｒ、Ｙ、Ｃｅ、Ｄｙからなる合金の一種または二種以上で置換したＳｍ−Ｃｏ系磁性粉末、Ｓｍ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｆｅ系においてＺｒ、Ｈｆ、Ｔｉからなる一種又は二種以上を添加した磁性粉末などが含まれる。

希土類元素Ｒ₂−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末、Ｎｄの一部をＤｙ、Ｐｒ、Ｙからなる合金の一種又は二種以上で置換したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｏ系磁性粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｏ系においてＧａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｉからなる合金の一種又は二種以上添加した塑性からなる磁性粉末などが含まれる。

これらの磁性粉末には急冷凝固法により製造された磁性粉末を熱間静水圧成形法（ＨＩＰ法）により成形し、次いで固めた磁性粉末のバルクを塑性加工した後、粉砕して得られる。

また、水素処理法（ＨＤＤＲ法）により製造された磁性粉末がある。

これに対し、フェライト磁性粉末としては、Ｓｒ系、Ｂａ系のフェライトが良く知られ、製造方法は特開２００１−２８４１１２号公報等に開示されている。これら希土類元素磁性粉末とフェライト磁性粉末とを１種類、或いは２種類以上組合せて用いることができる。

上記の磁性粉末を微粉化したのちに、造粒した磁性粉末として使うこともできる。微粉化された粒子は小さな粒子のために磁界を印可されたときに動きやすく容易に磁場方向に配向しやすい。

バインダーとしての熱可塑性樹脂は、所定の形状に成形可能なものであればよく、目的とする樹脂磁石の用途等に応じて適宜選定され、特に制限されるものではないが、具体的には、１２ナイロン、６ナイロン、６，６ナイロン等のポリアミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂が挙げられ、これらの１種又は２種以上を混合して用いることができる。なお、これらの中では特にポリアミド、ポリフェニレンサルファイドが、成形性、磁性粉との親和性、力学物性、価格等の点から特に好ましく用いられる。

この磁性粉には、必要に応じて適宜な表面処理を施すことができ、例えば予め磁性粉にカップリング処理を施して上記樹脂原料と混合することができる。この場合、カップリング剤としては、シラン系やチタネート系のカップリング剤などが使用できる。また、目的に応じて、従来から常用される可塑剤、安定剤、滑剤、補強剤なども適宜使用される。

磁性粉末の平均粒径は０．５〜５００μｍ、特に１０〜１００μｍであることが好ましく、この磁性粉の粒径があまりに小さすぎると樹脂バインダーとの混合が困難となり磁性粉末の均一性が極端に低下する場合があり、一方磁性粉の粒径が大きすぎると、良好な磁気特性を有する樹脂磁石やヨークを得ることが困難となる場合があるからである。

また、ヨークの軟質磁性合金粉末はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末、Ｎｉ−Ｆｅ合金粉末、Ｆｅ−Ｃｏ合金粉末、鉄紛、ソフトフェライト粉末などが挙げられ、これらを１種、或いは２種以上組合せて用いられる。

ヨークの軟質磁性合金粉末は、最大比透磁率が１２００以上２００００００以下であれば良い。また、軟質磁性合金粉末は、原料を高周波溶解等で溶解しインゴットを製造した後、ジョークラッシャー、ボールミル、振動ミルのような粉砕機を用いて希望する粒度の粉末を得るか、溶湯金属から直接合金粉末をガスアトマイズ法、水アトマイズ法等により得ることが知られている。また、別の方法としては、ロール急冷法、すなわち高速回転する冷却ロールの周面に溶湯金属をノズルから自然落下させて周面上で急冷凝固させ、フレーク状粉末を得、これを粉砕して粉末を製造する方法がある。詳細は、特許２００３−６４４５５号公報、特許公開２００２−８０９４５号公報、特許公開２０００−２９０７５８号公報、特開２００２−２０６１５１号公報等を参照されたい。

これらの樹脂と硬質磁性合金粉末と軟質磁性合金粉末の組合せは、電子写真装置に要求される磁気シール特性に応じて最適なものを適宜選定することができる。

磁石部位とヨーク部位を一体化する成形手段としては、コアバック方式又はコア回転方式による２色成形方法が好適に用いられる。また、この成形手段は、同一の金型内で磁石部位とヨーク部位を形成するため、積層境界面の段差が小さく、良好な寸法精度が得られる。

図４は２色成形方法の概略を示す図で、金型５の上型と下型との間隔を樹脂磁石２の幅（本例では３ｍｍ）に合わせ、金型に磁石部位となる硬質磁性合金粉末を分散させた樹脂バインダーを注入口６から注入し樹脂磁石２となる層を形成する。

樹脂磁石２の着磁方法としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂなどの等方性磁石の場合は、成形後に磁場発生装置により磁場を印加する。一方、フェライトのような異方性磁石の場合には、成形中に磁紛を配向させる必要があるため、金型内に配置された永久磁石などにより磁場を印加する。

次に、金型の上型と樹脂磁石２の表面との間隙を設けるように移動し(本例では１．５ｍｍ）、軟質磁性合金粉末を分散させた樹脂バインダーを注入口７から注入し樹脂磁石２に軟質磁性合金粉末を分散させた樹脂からなるヨークが積層された磁気シール部材１が製造される。

本例では、熱可塑型の樹脂を用いたので少なくとも軟質磁性合金粉末と樹脂バインダーを含む原料を２６０℃に加熱して注入した。熱可塑性の樹脂であるので、注入後温度が下がると硬化する。一方、熱硬化性の樹脂を用いた場合は熱を加えて樹脂を硬化させる必要がある。

硬質磁性合金粉末を分散させた樹脂及び軟質磁性合金粉末を分散させた樹脂の硬化は各々の樹脂を注入直後に硬化させてもよいし、未硬化状態で積層形態が維持されるものであれば各々の樹脂を積層後硬化させても良い。

尚、金型に磁石部位となる硬質磁性合金粉末を分散させた樹脂バインダーを先に注入し、軟質磁性合金粉末を分散させた樹脂バインダーを後から注入するように説明しているが、軟質磁性合金粉末を分散させた樹脂バインダーを先に注入し、ヨーク層を形成後、軟質磁性合金粉末を分散させた樹脂バインダーを注入し積層後磁場を印加して樹脂磁石２とヨークとが積層された磁気シール材を製造することもできる。

ヨークに用いる樹脂バインダーについては特に示さないが、樹脂磁石にもちいられる樹脂バインダーであれば特に問題なく用いることができる。

従来の鉄製ヨークを挿入する場合は、永久磁石の磁気吸引の影響を受け、金型内で姿勢を保持することが困難であるが、本実施形態のヨーク３は成形手段により形成されるため、その問題が発生することはない。

更に、同一金型内で成形されるので、磁気シール部材１と樹脂磁石２との積層境界面の段差は、５μｍ以下であり、これは従来の鉄製ヨークを挿入成形した磁気シール部材の２５μｍに比べて、１／５程度に改善された。

更に、従来のように鉄製ヨークを製造し、金型に挿入する必要がないので製造装置の構造は鉄製ヨークを製造し、金型に挿入するロボット部が不要となり構造が簡単になる。

本実施形態の磁気シール部材1は、図２に示すように内周面のラジアル方向に複数の磁極がＮＳ交互に着磁され、現像担持体の表面における法線方向の磁力は最大で１００〜２５０ｍＴ程度である。但し、磁力パターンは、現像機構に応じて適宜設定され、これに限定されるものではなく、そのシール性に応じて直線部又は外周面に着磁することも可能である。

図３に示すように樹脂磁石２から発散する磁力線をヨーク３に集中させ、ヨーク上の磁力は特に限定されるものではないが、通常３０ｍＴ以下にする必要があるとされ、本発明によればＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末等の軟質磁性合金粉末を分散した樹脂によって、このような磁力の収束を達成することができる。

粒径１０μｍ〜２００μｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金粉末９２質量％と１２ナイロン８質量％からなる樹脂磁石と粒径１μｍ〜５０μｍのＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末９０質量％と１２ナイロン１０質量％からなるヨークをコアバック方式の２色成形方法により、樹脂磁石の幅が３ｍｍ、ヨークの幅が１ｍｍ、円弧半径がＲ８．５ｍｍの磁気シール部材を製造した。また、磁極数はラジアル方向にＮＳ交互に６極とした。

硬質磁性粉末の着磁は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金粉末のように等方性磁石の場合は、成形後に磁場を印加する。これに対し、フェライトのような異方性磁石の場合は、成形中に磁場を印加すれば良い。

磁性粉末を分散させる樹脂は、磁性体の酸化を生じさせる物質の透過性が低いことが要求される。このような物質の透過性が高いと磁性体の表面が酸化し、樹脂磁石の場合は磁力が低下する。ヨークの場合は、透磁率が低下し磁束の漏れが生じる。

また、磁石とヨークの用いる樹脂バインダーは同一であることが好ましい。同一樹脂バインダーを用いることで、金型の温度を変える必要がなく、更に、樹脂磁石とヨークとが剥がれることがない。磁石とヨークの用いる樹脂を変えることもできるが、この場合は、同じ金型温度で成形できる樹脂を組み合わせることが好ましい。

本実施例では、軟質磁性合金粉末としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を用いたが、軟質磁性合金であれば材料・組成比が問題であるのではなく、比透磁率が１２００以上２０００００以下であれば特に問題はない。

ヨークを樹脂で成形する場合、軟質磁性合金粉末は、９６質量％以下であれば、軟質磁性合金粉末が樹脂バインダーと均一に混合される。下限は、磁石層の磁力の強度と磁束の漏れの基準により適宜設定することとなる。

本実施例は、熱可塑型の樹脂を用いて説明したが、熱硬化型の樹脂を用いても良い。

この磁気シール部材の磁力を測定したところ、現像担持体の表面Ｒ８．０における樹脂磁石部の法線方向の最大磁力が１５６ｍＴで、ヨーク上の磁力が１２ｍＴであった。（テスラメーターGX-100日本電磁測器株式会社）この磁気特性は、従来の鉄製ヨークを挿入成形した磁気シール部材と同等の性能である。また、樹脂磁石とヨークの積層境界面の段差は、５μｍ以下であり、これは従来の鉄製ヨークをインサート成形した磁気シール部材の２５μｍに比べて、１／５程度に低減された。

従って、上記の製法によって、電子写真装置に求められる磁気特性を満たし、寸法精度の良好な磁気シール部材が得られることが確認できた。

実施例に係る磁気シール部材を示す斜視図である。 実施例に係る磁気シール部材の磁力パターンを示す側面図である。 実施例に係る磁気シール部材の磁力線を示す図２のＡ-Ａ断面図である。 ２色成形方法の概略を示す図である。

符号の説明

１ 磁気シール部材
１ａ 円筒面部
１ｂ 直線状部
２ 樹脂磁石
３ ヨーク
４ 磁力線
５ 金型
６、７ 注入口

Claims (5)

1. ヨーク部と磁石部とを有する電子写真用の磁気シール部材であって、
   前記磁石部が硬質磁性合金粉末と樹脂バインダーとを含む樹脂磁石層からなり、該樹脂磁石層上に軟質磁性合金粉末と樹脂バインダーとを含む層を前記ヨーク部として積層し、
   前記磁石部と前記ヨーク部との積層境界面の段差が５μｍ以下であることを特徴とする磁気シール部材。
2. 前記磁石部に用いられる樹脂と、前記ヨーク部に用いられる樹脂と、が同一樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の磁気シール部材。
3. 前記ヨーク部を形成するための樹脂がポリアミドまたはポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項１に記載の磁気シール部材。
4. ヨーク部と磁石部とを有する電子写真用の磁気シール部材の製造方法であって、
   金型に、硬質磁性合金粉末と樹脂バインダーを含む原料組成物を注入して所定形状の磁性層を形成する工程と、前記金型に、軟質磁性合金粉末と樹脂バインダーを含む原料組成物を注入してヨーク部となる層を形成する工程と、からなり前記磁性層と前記ヨーク部となる層とを積層成形する工程と、
   前記磁性層の所定部を磁化して磁石部となる樹脂磁石層を得る工程と、を有することを特徴とする磁気シール部材の製造方法。
5. 前記磁石部に用いられる樹脂と、前記ヨーク部に用いられる樹脂と、が同一樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の磁気シール部材の製造方法。

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