JP2004087644A - Magnet roller - Google Patents
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Abstract
【課題】従来は、等方性希土類樹脂磁石材料を用いて一体型マグネットローラを形成した場合、磁束密度ピークに対して非対称なパターンや幅広のフラットなパターン等、複雑な磁束密度パターンには対応できなかった。
【解決手段】複数のマグネットピースをシャフトに貼り合わせて形成されるマグネットローラにおいて、少なくともひとつ以上のマグネットピースの磁石材料として等方性希土類磁性粉を用いたことを特徴とするマグネットローラ。好ましくは、等方性希土類樹脂磁石材料を用いて、磁場を印加せず、マグネットピースを成形し、成形後着磁し、着磁後のマグネットピースを貼り合わせる。
【選択図】図8Conventionally, when an integrated magnet roller is formed using an isotropic rare-earth resin magnet material, a complicated magnetic flux density pattern, such as a pattern asymmetric with respect to a magnetic flux density peak or a flat flat pattern, is supported. could not.
A magnet roller formed by attaching a plurality of magnet pieces to a shaft, wherein isotropic rare earth magnetic powder is used as a magnet material of at least one or more magnet pieces. Preferably, using an isotropic rare-earth resin magnet material, a magnet piece is formed without applying a magnetic field, magnetized after molding, and the magnetized magnet pieces are bonded together.
[Selection diagram] FIG.
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンターまたはファクシミリの受信装置などの画像形成装置において、電子写真プロセスを採用した電子写真装置に組み込まれるマグネットローラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来は、特開平2−220415や特開平2−222108で開示されているように、
等方性のR−Fe−B系磁性粉(希土類系磁性粉)と結合材料とからなる材料で、中空円筒状のマグネットを形成し、中空部に軸を挿入固着し、着磁を行い、マグネットローラを形成したり、等方性のR−Fe−B系磁性粉(希土類系磁性粉)と結合材料とからなる材料で、円筒状のマグネット部と軸部とを一体に成形し、着磁を行い、マグネットローラを形成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のマグネットでは、高い磁束密度は可能となるが、磁束密度ピークに対して非対称なパターンにしたり、磁束密度ピーク付近をフラットなパターンにする等の、複雑な磁束密度パターンには対応できないことがあった。
本発明は、複数のマグネットピースをシャフトに貼り合わせて形成するマグネットローラにおいて、マグネットピースの磁石材料として等方性希土類磁性粉を用い、各マグネットピースの成形後に、各マグネットピース毎に着磁を行い、それらのマグネットピースを貼り合わせることにより、複雑な磁束密度パターンをもち、かつ高い磁束密度を備えるマグネットローラを得ることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のマグネットピースをシャフトに貼り合わせて形成されるマグネットローラにおいて、少なくともひとつ以上のマグネットピースの磁石材料として等方性希土類磁性粉を用いたことを特徴とするマグネットローラに関する(請求項1)。
また本発明は、複数のマグネットピースをシャフトに貼り合わせて形成されるマグネットローラにおいて、少なくともひとつ以上のマグネットピースの磁石材料として等方性希土類磁性粉と等方性フェライト磁性粉の混合粉を用いたことを特徴とするマグネットローラに関する(請求項2)。
更に本発明は、マグネットピースの成形終了後に着磁したことを特徴とするマグネットローラに関する(請求項3)。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明においては、通常、等方性希土類磁性粉の50重量%〜95重量%と、樹脂バインダーの5重量%〜50重量%とからなる混合物を主体とし、必要に応じて、表面処理剤としてシラン系やチタネート系やアルミニウム系のカップリング剤、溶融樹脂磁石の流動性を良好にする滑剤としてポリスチレン系・フッ素系滑剤、樹脂バインダーの熱分解を防止する安定剤、可塑剤、もしくは難燃剤などを添加した磁石材料を、混合分散し、溶融混練し、ペレット状に成形した後に、射出成形法あるいは押出成形法などにより、マグネットピースが成形される。
いずれの成形方法でも、成形時に磁場を印加する必要はなく(印加してもよいが)、通常の樹脂成形と同様にマグネットピースを成形すればよい。
磁性紛としては、R(希土類)−Fe−N系合金、R―Fe―B系合金、R−Co系合金、R−Fe−Co系合金などがある。
これらの中でも、軟磁性相と硬磁性相とを含み両相の磁化が交換相互作用する構造をもつ交換スプリング磁性粉を用いてもよい。交換スプリング磁性粉は、軟磁性相からくる低保磁力を有し、かつ交換相互作用からくる高い残留磁束密度を有するので、高い磁力を得ることができ、また従来の希土類磁性粉に比べ耐酸化性が良好で、メッキ等の表面被覆をすることなく錆が防止でき、さらに多量の軟磁性相が含まれるので、キュリー点が高くなり(400°C以上)使用限界温度が高く(約200°C以上)残留磁化の温度依存性が小さくなる。
【0006】
前記R(希土類元素)としては、好ましくはSm、Nd、この他にPr、Dy、Tbなどの1種または2種類以上を組合せたものを用いることができ、また、前記Feの一部を置換して磁気特性を高めるために、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Biなどの元素の1種または2種以上を添加することができる。交換スプリング磁性粉としては、硬磁性相としてR−Fe−B化合物、且つ軟磁性相としてFe相またはFe−B化合物相を用いたもの、もしくは、硬磁性相としてR−Fe−N系化合物相、且つ軟磁性相としてFe相を用いたものが好ましい。より具体的には、Nd−Fe−B系合金(軟磁性相:Fe−B合金、αFe)、Sm−Fe−N系合金(軟磁性相:αFe)、Nd−Fe−Co−Cu−Nb−B系合金(軟磁性相:Fe−B系合金、αFeなど)Nd−Fe−Co系合金(軟磁性相:αFeなど)などの交換スプリング磁性粉が好適であり、特に、保磁力(iHc)を低く且つ残留磁束密度(Br)を大きくする観点からは、Nd4Fe80B20合金(軟磁性相:Fe3B、αFe)やSm2Fe17N3合金(軟磁性相:αFe)の交換スプリング磁性粉が好ましい。
樹脂バインダーとしては、エチレンーエチルアクリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、PET(ポリエチレンテレフタタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンスフィド)、EVA(エチレンー酢酸ビニル共重合体)、EVOH(エチレンービニルアルコール共重合体)、CPE(塩素化ポリエチレン)およびPVC(ポリ塩化ビニル)などの1種類あるいは2種類以上、もしくは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂の1種類あるいは2種類以上を混合して用いることができる。
また、前記磁性粉の含有率が50重量%未満では、磁性粉不足によりマグネットローラの磁気特性が低下して所望の磁力が得られず、またその含有率が95重量%を超えると、バインダー不足となり成形性が損なわれる。
また、低コストへの要求に応えるために、混合磁性粉として、上記に示した等方性希土類磁性粉と等方性フェライト磁性粉を混合してなる磁性粉を用いることができる。MO・nFe2O3(nは自然数)に代表される化学式をもつ等方性のフェライト磁性粉を用い、式中のMとして、Sr、Baまたは鉛などの1種類あるいは2種類以上を適宜選択して用いることができる。
混合磁性粉の樹脂バインダーは、上記に示した樹脂バインダーと同じものを用いることができる。
等方性希土類磁性粉と等方性フェライト磁性粉との割合は、通常、等方性希土類磁性粉が10重量%〜90重量%の範囲内、等方性フェライト磁性粉が90重量%〜10重量%の範囲内であるが、等方性希土類磁性粉が20重量%〜80重量%の範囲内、等方性フェライト磁性粉が80重量%〜20重量%の範囲内である(両者の合計は100%)ことが好ましい。比較的高価な等方性希土類磁性粉の含有率をより少なくすることにより、マグネットローラの材料コストを低減させることができる。等方性希土類磁性粉の含有率が上記範囲よりも少ない場合には、マグネットピースに占める等方性希土類磁性粉の割合が少なくなりすぎるので、従来の等方性フェライト磁石と同程度の磁力しか得ることができない。等方性希土類磁性粉の含有率が上記範囲よりも多い場合には、高磁力を得る(高磁束密度を達成する)ことができるが、マグネットローラに所望する範囲を超えた磁力を有する磁極が着磁されるおそれがあると共に、マグネットローラの仕様に無駄が生じ、該マグネットローラが高価になってしまう。
上記混合磁性粉の含有率が50重量%未満では、磁性粉不足によりマグネットローラの磁気特性が低下して所望の磁力が得られないことがあり、またその含有率が95重量%を超えると、バインダー不足となり本体部の成形性が損なわれることがある。
【0007】
ここで、技術用語である「交換スプリング磁性」の説明を行う。
「交換スプリング磁性」:磁石内に多量の軟磁性相が存在し、軟磁性特性を有する結晶粒と硬磁性特性を有する結晶粒の磁化が交換相互作用で互いに結びつき、軟磁性結晶粒の磁化が反転するのを硬磁性結晶粒の磁化が妨げ、あたかも軟磁性相が存在しないかのような特性を示すものである。このように、交換スプリング磁石には硬磁性相(通常希土類磁石はこの相のみ)より残留磁束密度が大きくかつ保磁力が小さい軟磁性相が多量に含まれるので、保磁力が小さくかつ高残留磁束密度の磁石が得られる。
成形されたマグネットピースは、図1、図2、図3、図4のような着磁装置により着磁される。着磁磁場は、特に制限はなく、要求される磁束密度により適宜選択すればよいが、およそ478KA/m〜3183KA/mの磁場で着磁することが望ましい。磁場発生源としては、電磁石や永久磁石等が挙げられる。
また、図1、図2、図3、図4のような着磁装置と一体となった金型を用いて、成形と同時に着磁しても良いが、この場合成形金型が複雑で大規模なものとなり装置コストが大きくなること、着磁されたマグネットピースを金型から取り出しにくいことがあることを考慮すると、磁場を印加せずマグネットピースを成形し、成形後着磁する方が望ましい。磁場を印加しない成形は容易で、成形後のマグネットピースの寸法変化もほとんどなく、高寸法精度のマグネットピースを得ることができる。また、磁場を必要としないので、成形機に着磁装置(電磁石や永久磁石等)が必要なく、成形装置が簡略化されて安価なものとなる。
複雑な磁束密度パターンを得るためには、例えば、着磁装置を図5のようにすると、磁束密度ピークに対して非対称なパターンを得ることができ、着磁装置を図6のようにすると、磁束密度ピーク付近のパターン形状がフラットな形状(磁束密度変化が小さい)のものを得ることができ、着磁装置を図7のようにすると、マグネットピース内周面(シャフトに貼り付けられる面)から両側面及び外周面に向かって着磁されるので、磁束密度パターンの幅が広いものが得られる。このように、着磁装置を種々に変える(磁性体と非磁性体との組み合わせを変える)ことにより、容易に多種多様な磁束密度パターンを得ることができる。また、着磁磁場を変えることにより、容易にマグネットピースの磁束密度を変えることができる。更に、等方性磁石であるので、着磁ズレによる磁極位置ズレや着磁磁場量ズレによる磁束密度ズレ等は、いったんマグネットピースを脱磁した後、再着磁することにより容易に修正することができる。
上記のように成形され、その後着磁されたマグネットピースを、接着剤(シアノアクリレート系瞬間接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤等)を用いてシャフト(丸、多角形等)の外周面に貼り合わせてマグネットローラを形成する。
また、成形後無着磁のマグネットピースをシャフトに貼り合わせ、一括して各マグネットピースを着磁してもよい。
磁極数に制限はなく、所望の磁力と磁界分布に従って、上記製法で作られたマグネットピースの数量を選択し、磁極数や磁極位置も適宜設定すればよい。
上記の製法で作製されたマグネットローラは、比較的簡単な成形装置により製造することも可能で、異方性フェライトのみによるマグネットローラより高い磁束密度を得ることができる。
上記では断面が円形のシャフトにマグネットピースを貼り合わせる場合を説明したが、シャフトが四角形(多角形)であってもよい。
【0008】
【実施例】
以下に実施例と比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
実施例1
マグネットピース材料として、樹脂バインダーにナイロン12(宇部興産(株)製P3012U)を10重量%(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)、磁性粉として等方性希土類磁性粉(Nd2Fe14B)を90重量%とし、樹脂バインダーと磁性粉を混合し、溶融混練し、ペレット状に成形し、このペレットを溶融状態にし、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、図8に示すマグネットピース5と同様の形状を有するマグネットピースを成形した。成形後、該マグネットピースを図5に示す着磁装置にて、印加磁場1590K・A/mにて着磁して、図8のマグネットピース5を作製した。
図8に示すマグネットピース6〜9は、マグネットピース材料として、樹脂バインダーにナイロン12(宇部興産(株)製P3012U)を10重量%(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)、磁性粉として異方性フェライト磁性粉(SrO・6Fe2O3)を90重量%とし、樹脂バインダーと磁性粉を混合し、溶融混練し、ペレット状に成形し、このペレットを溶融状態にし、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、239K・A/m〜1113K・A/mの磁場を印加しながら、図8に示すように、各々マグネットピースを一方向に配向着磁し、成形した。
図8において、A、B、C、D、Eは各磁束密度のピークを示し、Fは磁極Aの磁極E側の半身幅で、Gは磁極Aの磁極B側の半身幅を示し、Hは磁極Cの半値幅を示す。
半身幅(度)とは、図10に示すように、I点とO点を結ぶ線とJ点(あるいはK点)とO点を結ぶ線とがなす角度θ1(あるいはθ2)をいう。また、半値幅(度)は、J点とO点を結ぶ線とK点とO点を結ぶ線とがなす角度(θ1+θ2)をいう。ここで、J点あるいはK点は、磁束密度パターン12上で、磁束密度ピーク値I(mT)の半分の値=I/2(mT)のポイントを示す。
マグネットピース5とマグネットピース6〜9を図8(断面図)のように、直径φ6長さ350mmのシャフト10の外周面に貼り合わせ、図9のようなマグネットローラを形成した。(マグネット本体部の外径はφ13.6)
磁束密度の測定は、得られたマグネットローラの両端のシャフト部を支持し、マグネットローラ中心から8mmの位置に磁束密度センサー(ホール素子)を配設し、マグネットローラを回転させながら測定した。
測定結果を表1に示す。
実施例2
マグネットピース5の磁性粉として混合磁性粉を用い、その混合割合を等方性希土類磁性粉(Nd2Fe14B):等方性フェライト磁性粉(SrO・6Fe2O3)=4:6としたものを用いる以外はすべて実施例1と同様に行った。
実施例3
マグネットピース5〜9の材料として、実施例1のマグネットピース5と同じ組成のものを用いる以外は、すべて実施例1と同様に行った。
実施例4
マグネットピース7の材料として、実施例1のマグネットピース5と同じ組成のものを用い成形し、成形後、マグネットピース7は図7に示すような着磁装置で、印加磁場1590K・A/mで着磁する以外はすべて実施例1と同様に行った。
実施例5
マグネットピース6〜9の材料として、実施例2のマグネットピース5と同じ組成(混合磁性粉)のものを用い成形し、成形後各々のマグネットピースを印加磁場477K・A/m〜1193K・A/mで、図8のように一方向に着磁する以外はすべて実施例2と同様に行った。
実施例6
マグネットピース5を図5で示すような金型構造で成形と着磁を同時に行う以外は、すべて実施例1と同様に行った。
比較例1
マグネットピース材料として、樹脂バインダーにナイロン12(宇部興産(株)製P3012U)を10重量%(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)、磁性粉として異方性フェライト磁性粉(SrO・6Fe2O3)を90重量%とし、樹脂バインダーと磁性粉を混合し、溶融混練し、ペレット状に成形し、このペレットを溶融状態にし、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、図5に示すような金型構造で、印加磁場1590K・A/mで磁性粉を配向着磁しながら、図8に示すマグネットピース5を成形した。
図8に示すマグネットピース6〜9は、マグネットピース材料として、樹脂バインダーにナイロン12(宇部興産(株)製P3012U)を10重量%(滑剤、可塑剤、安定剤も含む)、磁性粉として異方性フェライト磁性粉(SrO・6Fe2O3)を90重量%とし、樹脂バインダーと磁性粉を混合し、溶融混練し、ペレット状に成形し、このペレットを溶融状態にし、注入口から溶融樹脂磁石材料を射出注入し、239K・A/m〜1113K・A/mの磁場を印加しながら、図8に示すように、各々マグネットピースを一方向に配向着磁し、成形した。
マグネットピース5とマグネットピース6〜9を図8(断面図)のように、直径φ6長さ350mmのシャフト10の外周面に貼り合わせ、図9のようなマグネットローラを形成した。(マグネット本体部の外径はφ13.6)
磁束密度の測定は、得られたマグネットローラの両端のシャフト部を支持し、マグネットローラ中心から8mmの位置に磁束密度センサー(ホール素子)を配設し、マグネットローラを回転させながら測定した。
測定結果を表1に示す。
【0009】
比較例2
マグネットピース7を図7に示すような金型構造で、印加磁場1590K・A/mで磁性粉を配向着磁する以外は、すべて比較例1と同様に行った。
【0010】
【表1】
実施例1と比較例1とを比べると、実施例1の磁極Aは、比較例1の磁極Aと同様に、
磁束密度ピークに対して非対称な磁束密度パターンを形成しつつ、かつ比較例1の磁極Aの磁束密度の約1.4倍程度の磁束密度となっている。
【0011】
実施例2と比較例1とを比べると、実施例2の磁極Aは、比較例1の磁極Aと同様に、
磁束密度ピークに対して非対称な磁束密度パターンを形成しつつ、かつ比較例1の磁極Aの磁束密度の約1.3倍程度の磁束密度となっている。
実施例3と比較例1とを比べると、実施例3の磁極Aは、比較例1の磁極Aと同様に、
磁束密度ピークに対して非対称な磁束密度パターンを形成しつつ、かつ比較例1の磁極Aの磁束密度の約1.9倍程度の磁束密度となっている。また、実施例3の磁極B〜Eの磁束密度も比較例1に対して約1.4〜1.5倍程度となっている。
実施例4と比較例2とを比べると、実施例4の磁極Aは、比較例2の磁極Aと同様に、磁束密度ピークに対して非対称な磁束密度パターンを形成しつつ、比較例2の磁極Aの磁束密度よりも約1.4倍程度の磁束密度となっている。また、実施例4の磁極Cは、比較例2の磁極Cと同様に、幅広の磁束密度パターンを形成しつつ、比較例2の磁極Cの磁束密度よりも約1.5倍程度の磁束密度となっている。
実施例5と比較例1とを比べると、実施例5の磁極Aは、比較例1の磁極Aと同様に、磁束密度ピークに対して非対称な磁束密度パターンを形成しつつ、かつ比較例1の磁極Aの磁束密度の約1.6倍程度の磁束密度となっている。また、実施例5の磁極B〜Eの磁束密度も比較例1に対して約1.3〜1.4倍程度となっている。
実施例6と比較例1とを比べると、実施例6の磁極A(マグネットピース5)は多少成形金型からの取り出しが困難であったが、比較例1の磁極Aと同様に、磁束密度ピークに対して非対称な磁束密度パターンを形成しつつ、かつ比較例1の磁極Aの磁束密度の約1.4倍程度の磁束密度となっている。
以上のように、磁極A(マグネットピース5)に等方性希土類樹脂磁石あるいは等方性希土類磁性粉と等方性フェライト磁性粉を混合した樹脂磁石を用い、成形後着磁することにより、磁束密度ピークに対して非対称な磁束密度パターンを形成しつつ、かつ高い磁束密度を得ることができる。 また、磁極C(マグネットピース7)に等方性希土類樹脂磁石(あるは等方性希土類磁性粉と等方性フェライト磁性粉を混合した樹脂磁石)を用い、成形後着磁することにより、幅広の磁束密度パターンを形成しつつ、かつ高い磁束密度を得ることができる。 更に、全磁極(マグネットピース5〜9)に等方性希土類樹脂磁石あるいは等方性希土類磁性粉と等方性フェライト磁性粉を混合した樹脂磁石を用い、成形後着磁することにより、上記のような複雑な磁束密度パターンを形成することができ、かつ高い磁束密度を得ることができる。
【0012】
【発明の効果】
請求項1では、複数のマグネットピースをシャフトに貼り合わせて形成されるマグネットローラにおいて、少なくともひとつ以上のマグネットピースの磁石材料として等方性希土類磁性粉を用いることにより、成形時に磁場が不要となるので、成形が容易となり、高い寸法精度の成形品(マグネットピース)を得ることができる。また、比較的簡単な成形装置により製造することも可能で、さらに異方性フェライトより高い磁束密度が得られる。
【0013】
請求項2では、少なくともひとつ以上のマグネットピースの磁石材料として等方性希土類磁性粉と等方性フェライト磁性粉の混合粉を用いることにより、成形時に磁場が不要となるので、成形が容易となり、高い寸法精度の成形品(マグネットピース)を得ることができる。また、比較的簡単な成形装置により製造することも可能で、さらに異方性フェライトより高い磁束密度が得られる。
【0014】
請求項3では、マグネットピースの成形終了後に着磁することにより、成形時に磁場が不要となるので、成形が容易となり、高い寸法精度の成形品(マグネットピース)を得られるとともに、着磁磁場を変えることにより、マグネットピースの磁束密度の制御が容易に行え、また、着磁方法により磁束密度及び磁束密度パターンを容易に制御できる。更に、比較的簡単な成形装置により製造することも可能で、さらに異方性フェライトより高い磁束密度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】着磁装置(成形金型内の着磁装置)
【図2】着磁装置(成形金型内の着磁装置)
【図3】着磁装置(成形金型内の着磁装置)
【図4】着磁装置(成形金型内の着磁装置)
【図5】着磁装置
【図6】着磁装置
【図7】着磁装置
【図8】本発明のマグネットローラ断面図
【図9】マグネットローラの全体図
【図10】半身幅、半値幅を説明する図
【符号の説明】
1:マグネットピース
2:着磁方向
3:電磁石(あるいは永久磁石)
4:磁性体
5、6、7、8、9:マグネットピース
10:シャフト
11:スリーブ
12:磁束密度パターン
13:マグネットローラ本体部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnet roller incorporated in an electrophotographic apparatus employing an electrophotographic process in an image forming apparatus such as a copying machine, a laser beam printer, or a facsimile receiving apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as disclosed in JP-A-2-220415 and JP-A-2-222108,
A hollow cylindrical magnet is formed from a material composed of isotropic R-Fe-B-based magnetic powder (rare-earth-based magnetic powder) and a binder, and a shaft is inserted and fixed in the hollow portion, and magnetized. A magnet roller is formed, or a cylindrical magnet portion and a shaft portion are integrally formed of a material composed of isotropic R-Fe-B-based magnetic powder (rare-earth-based magnetic powder) and a binding material, and the magnet roller is formed. It was magnetized to form a magnet roller.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
With the above magnets, high magnetic flux density is possible, but it is not possible to cope with complicated magnetic flux density patterns such as making the pattern asymmetrical with respect to the magnetic flux density peak or making the pattern near the magnetic flux density peak a flat pattern. there were.
The present invention relates to a magnet roller formed by bonding a plurality of magnet pieces to a shaft, using isotropic rare earth magnetic powder as a magnet material of the magnet pieces, and magnetizing each magnet piece after molding each magnet piece. It is an object of the present invention to obtain a magnet roller having a complicated magnetic flux density pattern and having a high magnetic flux density by bonding these magnet pieces.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a magnet roller formed by laminating a plurality of magnet pieces to a shaft, wherein isotropic rare earth magnetic powder is used as a magnet material of at least one or more magnet pieces. Item 1).
Also, the present invention provides a magnet roller formed by bonding a plurality of magnet pieces to a shaft, wherein a mixed powder of isotropic rare earth magnetic powder and isotropic ferrite magnetic powder is used as a magnet material of at least one or more magnet pieces. The present invention relates to a magnet roller (claim 2).
Furthermore, the present invention relates to a magnet roller characterized in that it is magnetized after the molding of the magnet piece is completed (claim 3).
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the present invention, usually, a mixture composed of 50% by weight to 95% by weight of an isotropic rare earth magnetic powder and 5% by weight to 50% by weight of a resin binder is mainly used, and if necessary, a surface treatment agent is used. Silane-based, titanate-based or aluminum-based coupling agents, polystyrene / fluorine-based lubricants to improve the flowability of molten resin magnets, stabilizers to prevent thermal decomposition of resin binders, plasticizers, flame retardants, etc. Is mixed, dispersed, melt-kneaded and formed into pellets, and then a magnet piece is formed by an injection molding method or an extrusion molding method.
In any of the molding methods, it is not necessary to apply a magnetic field during molding (although the magnetic field may be applied), and the magnet piece may be molded in the same manner as ordinary resin molding.
Examples of the magnetic powder include an R (rare earth) -Fe-N alloy, an R-Fe-B alloy, an R-Co alloy, and an R-Fe-Co alloy.
Among these, an exchange spring magnetic powder that includes a soft magnetic phase and a hard magnetic phase and has a structure in which the magnetization of both phases exchanges and interacts may be used. The exchange spring magnetic powder has a low coercive force due to the soft magnetic phase and a high residual magnetic flux density due to the exchange interaction, so that a high magnetic force can be obtained, and it is more resistant to oxidation than conventional rare earth magnetic powder. It has good properties, can prevent rust without coating the surface such as plating, and contains a large amount of soft magnetic phase, so it has a high Curie point (400 ° C. or higher) and a high operating temperature limit (about 200 ° C.). C or more) The temperature dependence of the residual magnetization is reduced.
[0006]
As R (rare earth element), preferably, one or a combination of two or more of Sm, Nd, Pr, Dy, and Tb can be used. In order to improve magnetic properties, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag , Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi and the like. As the exchange spring magnetic powder, one using an R-Fe-B compound as a hard magnetic phase and an Fe phase or an Fe-B compound phase as a soft magnetic phase, or an R-Fe-N-based compound phase as a hard magnetic phase Further, those using an Fe phase as the soft magnetic phase are preferable. More specifically, Nd-Fe-B-based alloy (soft magnetic phase: Fe-B alloy, αFe), Sm-Fe-N-based alloy (soft magnetic phase: αFe), Nd-Fe-Co-Cu-Nb -B-based alloys (soft magnetic phase: Fe-B-based alloy, αFe, etc.) Exchange spring magnetic powders such as Nd-Fe-Co-based alloys (soft magnetic phase: αFe, etc.) are suitable, and particularly, coercive force (iHc ) From the viewpoint of reducing the residual magnetic flux density (Br) and increasing the residual magnetic flux density (Br), Nd 4 Fe 80 B 20 alloy (soft magnetic phase: Fe 3 B, αFe) and Sm 2 Fe 17 N 3 alloy (soft magnetic phase: αFe) Is preferred.
As the resin binder, ethylene-ethyl acrylate resin, polyamide resin, polystyrene resin, PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), PPS (polyphenylene sulfide), EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer), EVOH (Ethylene-vinyl alcohol copolymer), one or more of CPE (chlorinated polyethylene) and PVC (polyvinyl chloride), or epoxy resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, furan resin, One kind of a thermosetting resin such as a saturated polyester resin and a polyimide resin or a mixture of two or more kinds can be used.
If the content of the magnetic powder is less than 50% by weight, the magnetic properties of the magnet roller are deteriorated due to insufficient magnetic powder and a desired magnetic force cannot be obtained. If the content exceeds 95% by weight, the binder is insufficient. And the moldability is impaired.
In order to meet the demand for low cost, a magnetic powder obtained by mixing the above-described isotropic rare earth magnetic powder and isotropic ferrite magnetic powder can be used as the mixed magnetic powder. An isotropic ferrite magnetic powder having a chemical formula represented by MO · nFe 2 O 3 (n is a natural number) is used, and M in the formula is appropriately selected from one or more of Sr, Ba, lead, and the like. Can be used.
As the resin binder of the mixed magnetic powder, the same resin binder as described above can be used.
The ratio between the isotropic rare earth magnetic powder and the isotropic ferrite magnetic powder is usually in the range of 10% by weight to 90% by weight of the isotropic rare earth magnetic powder, and 90% by weight to 10% by weight of the isotropic ferrite magnetic powder. %, But the isotropic rare earth magnetic powder is in the range of 20% to 80% by weight, and the isotropic ferrite magnetic powder is in the range of 80% to 20% by weight (total of both). Is preferably 100%). By reducing the content of the relatively expensive isotropic rare earth magnetic powder, the material cost of the magnet roller can be reduced. If the content of the isotropic rare earth magnetic powder is less than the above range, the ratio of the isotropic rare earth magnetic powder in the magnet piece becomes too small, so that the magnetic force is only about the same as that of the conventional isotropic ferrite magnet. I can't get it. When the content of the isotropic rare-earth magnetic powder is larger than the above range, a high magnetic force can be obtained (high magnetic flux density can be obtained), but a magnetic pole having a magnetic force exceeding a desired range for the magnet roller is required. The magnet roller may be magnetized, and the specification of the magnet roller is wasted, and the magnet roller becomes expensive.
If the content of the mixed magnetic powder is less than 50% by weight, the magnetic properties of the magnet roller may be reduced due to insufficient magnetic powder and a desired magnetic force may not be obtained. If the content exceeds 95% by weight, Insufficient binder may result in impaired moldability of the main body.
[0007]
Here, the technical term “exchange spring magnetism” will be described.
"Exchange spring magnetism": A large amount of soft magnetic phase exists in the magnet, and the magnetizations of the crystal grains having soft magnetic properties and the crystal grains having hard magnetic properties are connected to each other by exchange interaction, and the magnetization of the soft magnetic crystal grains is changed. The magnetization of the hard magnetic crystal grains hinders reversal, and exhibits characteristics as if no soft magnetic phase was present. As described above, since the exchange spring magnet contains a large amount of the soft magnetic phase having a larger residual magnetic flux density and a smaller coercive force than the hard magnetic phase (usually a rare earth magnet alone), it has a small coercive force and a high residual magnetic flux. A magnet with a high density is obtained.
The formed magnet piece is magnetized by a magnetizing device as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. The magnetizing magnetic field is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the required magnetic flux density. However, it is preferable that the magnetizing magnetic field is about 478 KA / m to 3183 KA / m. Examples of the magnetic field generation source include an electromagnet and a permanent magnet.
In addition, a mold integrated with a magnetizing device as shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4 may be used to perform magnetization simultaneously with molding. However, in this case, the molding mold is complicated and large. Considering that the scale becomes large and the equipment cost increases, and that the magnetized magnet piece may be difficult to remove from the mold, it is preferable to mold the magnet piece without applying a magnetic field and magnetize it after molding. . Molding without applying a magnetic field is easy, there is almost no dimensional change of the magnet piece after molding, and a magnet piece with high dimensional accuracy can be obtained. Further, since no magnetic field is required, the molding machine does not require a magnetizing device (such as an electromagnet or a permanent magnet), and the molding device is simplified and inexpensive.
In order to obtain a complicated magnetic flux density pattern, for example, if the magnetizing device is as shown in FIG. 5, a pattern asymmetric with respect to the magnetic flux density peak can be obtained. If the magnetizing device is as shown in FIG. When the pattern shape near the magnetic flux density peak is flat (the change in magnetic flux density is small), and the magnetizing device is as shown in FIG. 7, the inner peripheral surface of the magnet piece (the surface to be attached to the shaft) The magnetic flux is magnetized toward both side surfaces and the outer peripheral surface, so that a wide magnetic flux density pattern can be obtained. As described above, various kinds of magnetic flux density patterns can be easily obtained by changing the magnetizing device in various ways (by changing the combination of a magnetic material and a non-magnetic material). Further, the magnetic flux density of the magnet piece can be easily changed by changing the magnetizing magnetic field. Furthermore, since it is an isotropic magnet, magnetic pole position deviation due to magnetization deviation and magnetic flux density deviation due to deviation of the amount of magnetizing magnetic field can be easily corrected by demagnetizing the magnet piece and then re-magnetizing it. Can be.
The magnet piece formed as described above and then magnetized is fixed to the outer periphery of a shaft (circle, polygon, etc.) using an adhesive (cyanoacrylate-based instant adhesive, acrylic-based adhesive, epoxy-based adhesive, etc.). A magnet roller is formed by sticking to the surface.
Alternatively, the magnet pieces that are not magnetized may be bonded to the shaft after molding, and the magnet pieces may be magnetized at once.
There is no limitation on the number of magnetic poles, and the number of magnet pieces manufactured by the above-described method may be selected according to a desired magnetic force and magnetic field distribution, and the number of magnetic poles and the position of magnetic poles may be set as appropriate.
The magnet roller manufactured by the above-described manufacturing method can be manufactured by a relatively simple forming apparatus, and can obtain a higher magnetic flux density than a magnet roller made of only anisotropic ferrite.
Although the case where the magnet piece is bonded to the shaft having a circular cross section has been described above, the shaft may be a quadrangle (polygon).
[0008]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
Example 1
10% by weight (including a lubricant, a plasticizer, and a stabilizer) of nylon 12 (P3012U manufactured by Ube Industries, Ltd.) as a resin binder as a magnet piece material, and isotropic rare earth magnetic powder (Nd 2 Fe 14 B) as a magnetic powder ) Is 90% by weight, a resin binder and magnetic powder are mixed, melt-kneaded and formed into pellets, the pellets are brought into a molten state, and a molten resin magnet material is injected and injected from an injection port. A magnet piece having the same shape as the
The
8, A, B, C, D, and E indicate peaks of the respective magnetic flux densities, F indicates a half width of the magnetic pole A on the magnetic pole E side, G indicates a half width of the magnetic pole A on the magnetic pole B side, and H Indicates the half width of the magnetic pole C.
The half width (degrees) refers to an angle θ1 (or θ2) formed by a line connecting the points I and O and a line connecting the points J (or K) and the point O, as shown in FIG. The half width (degrees) refers to the angle (θ1 + θ2) formed by the line connecting the points J and O and the line connecting the points K and O. Here, the point J or the point K indicates a point on the magnetic
As shown in FIG. 8 (cross-sectional view), the
The magnetic flux density was measured while supporting the shaft portions at both ends of the obtained magnet roller, disposing a magnetic flux density sensor (Hall element) at a
Table 1 shows the measurement results.
Example 2
A mixed magnetic powder was used as the magnetic powder of the
Example 3
All the operations were performed in the same manner as in Example 1 except that the
Example 4
As the material of the
Example 5
As the material of the
Example 6
All the operations were performed in the same manner as in Example 1 except that the
Comparative Example 1
As a magnet piece material, nylon 12 (P3012U manufactured by Ube Industries, Ltd.) is used as a resin binder in an amount of 10% by weight (including a lubricant, a plasticizer, and a stabilizer), and anisotropic ferrite magnetic powder (SrO.6Fe 2 O) is used as a magnetic powder. 3 ) 90% by weight, a resin binder and a magnetic powder are mixed, melt-kneaded and formed into pellets, the pellets are melted, and a molten resin magnet material is injected and injected from an injection port, as shown in FIG. With such a mold structure, the
The
As shown in FIG. 8 (cross-sectional view), the
The magnetic flux density was measured while supporting the shaft portions at both ends of the obtained magnet roller, disposing a magnetic flux density sensor (Hall element) at a
Table 1 shows the measurement results.
[0009]
Comparative Example 2
The procedure was the same as in Comparative Example 1, except that the
[0010]
[Table 1]
When comparing Example 1 with Comparative Example 1, the magnetic pole A of Example 1 is similar to the magnetic pole A of Comparative Example 1,
The magnetic flux density is about 1.4 times the magnetic flux density of the magnetic pole A of Comparative Example 1, while forming a magnetic flux density pattern that is asymmetric with respect to the magnetic flux density peak.
[0011]
When comparing Example 2 with Comparative Example 1, the magnetic pole A of Example 2 is similar to the magnetic pole A of Comparative Example 1,
The magnetic flux density is about 1.3 times the magnetic flux density of the magnetic pole A of Comparative Example 1, while forming a magnetic flux density pattern that is asymmetric with respect to the magnetic flux density peak.
When comparing Example 3 with Comparative Example 1, the magnetic pole A of Example 3 is similar to the magnetic pole A of Comparative Example 1,
The magnetic flux density is about 1.9 times the magnetic flux density of the magnetic pole A of Comparative Example 1, while forming a magnetic flux density pattern that is asymmetric with respect to the magnetic flux density peak. Further, the magnetic flux densities of the magnetic poles B to E in Example 3 are about 1.4 to 1.5 times that of Comparative Example 1.
Comparing Example 4 with Comparative Example 2, the magnetic pole A of Example 4 forms a magnetic flux density pattern that is asymmetric with respect to the magnetic flux density peak, similarly to the magnetic pole A of Comparative Example 2. The magnetic flux density is about 1.4 times the magnetic flux density of the magnetic pole A. Further, the magnetic pole C of the fourth embodiment has a magnetic flux density approximately 1.5 times that of the magnetic pole C of the comparative example 2 while forming a wide magnetic flux density pattern, similarly to the magnetic pole C of the comparative example 2. It has become.
Comparing Example 5 with Comparative Example 1, the magnetic pole A of Example 5 forms a magnetic flux density pattern that is asymmetric with respect to the magnetic flux density peak, as in the case of the magnetic pole A of Comparative Example 1. Is about 1.6 times the magnetic flux density of the magnetic pole A. Further, the magnetic flux densities of the magnetic poles B to E of the fifth embodiment are about 1.3 to 1.4 times that of the first comparative example.
When comparing Example 6 with Comparative Example 1, the magnetic pole A (magnet piece 5) of Example 6 was somewhat difficult to remove from the molding die. While forming a magnetic flux density pattern asymmetrical with respect to the peak, the magnetic flux density is about 1.4 times the magnetic flux density of the magnetic pole A of Comparative Example 1.
As described above, the magnetic pole A (magnet piece 5) is magnetized after molding by using an isotropic rare earth resin magnet or a resin magnet obtained by mixing isotropic rare earth magnetic powder and isotropic ferrite magnetic powder. A high magnetic flux density can be obtained while forming a magnetic flux density pattern that is asymmetric with respect to the density peak. The magnetic pole C (magnet piece 7) is made of an isotropic rare-earth resin magnet (or a resin magnet obtained by mixing isotropic rare-earth magnetic powder and isotropic ferrite magnetic powder), and is magnetized after molding to have a wide width. And a high magnetic flux density can be obtained. Further, by using an isotropic rare earth resin magnet or a resin magnet obtained by mixing an isotropic rare earth magnetic powder and an isotropic ferrite magnetic powder for all the magnetic poles (
[0012]
【The invention's effect】
According to the first aspect, in a magnet roller formed by bonding a plurality of magnet pieces to a shaft, a magnetic field is not required at the time of molding by using isotropic rare earth magnetic powder as a magnet material of at least one or more magnet pieces. Therefore, molding is facilitated, and a molded product (magnet piece) with high dimensional accuracy can be obtained. Further, it can be manufactured by a relatively simple molding device, and a higher magnetic flux density than that of anisotropic ferrite can be obtained.
[0013]
According to
[0014]
According to the third aspect, by magnetizing the magnet piece after completion of the molding, a magnetic field is not required at the time of molding. Therefore, molding is facilitated, and a molded product (magnet piece) having high dimensional accuracy can be obtained. By changing, the magnetic flux density of the magnet piece can be easily controlled, and the magnetic flux density and the magnetic flux density pattern can be easily controlled by the magnetizing method. Further, it can be manufactured by a relatively simple molding device, and a higher magnetic flux density than that of anisotropic ferrite can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a magnetizing device (a magnetizing device in a molding die).
FIG. 2 shows a magnetizing device (a magnetizing device in a molding die).
FIG. 3 shows a magnetizing device (a magnetizing device in a molding die).
FIG. 4 shows a magnetizing device (a magnetizing device in a molding die).
FIG. 5 is a magnetizing device. FIG. 6 is a magnetizing device. FIG. 7 is a magnetizing device. FIG. 8 is a sectional view of a magnet roller of the present invention. FIG. 9 is an overall view of a magnet roller. [Explanation of reference numerals]
1: magnet piece 2: magnetization direction 3: electromagnet (or permanent magnet)
4:
Claims (3)
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005217168A (en) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Tdk Corp | Magnet roll and developing apparatus |
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| JP2019195070A (en) * | 2014-09-30 | 2019-11-07 | 日亜化学工業株式会社 | Bond magnet |
-
2002
- 2002-08-26 JP JP2002244609A patent/JP2004087644A/en active Pending
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