【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
(イ) 目的
［産業上の利用分野］
この発明は、プラスチツク磁石ロールに関する
もので、たとえば磁気ブラシ現象用磁石ロールに
有用である。
［従来技術］
プラスチツク磁石ロールの従来例は、たとえば
特開昭53―94940号、特開昭55―165606号および
特開昭56―108207号に開示されている。これらは
複写機用の磁石ロールであつて、金属製軸の周囲
に、磁性粉末および合成樹脂バインダーからなる
プラスチツク磁石を形成し、一体構造としたもの
である。
［発明が解決しようとする問題点］
従来の磁石ロールでは、金属製軸とプラスチツ
ク磁石の熱変形率が異なるために、製造時あるい
は使用時の温度変化によつてプラスチツクの磁石
が割れ、ひびを生じたり、製造時に金属製軸が、
プラスチツクの成形圧力で変形し、その残留応力
によつて成形後の磁石ロールがそりを生じるおそ
れがあり、次のような制限をうけてきた。
(i) 直径に比べて長さの大きな長尺ロールは、温
度変動の大きな製造方法たとええば射出成形で
は作れないし、また温度変動の大きな環境下で
は使用できない。
(ii) あえて長尺ロールとするには、磁性粉末の混
入比率を下げたり、合成樹脂バインダーに延性
の大きな合成樹脂を使用したりしなければなら
ない。ただし、これによれば磁力が低下した
り、耐熱性が低下したりする欠点がある。
この発明は、温度変化に対する耐性に優れ、加
工精度の高いプラスチツク磁石ロールを提供する
ものである。
(ロ) 発明の構成
この発明は、シラン系カツプリング剤で表面処
理された繊維状物質と、シラン系カツプリング剤
で表面処理された磁性粉末と、合成樹脂バインダ
ーとの混合物を成形加工するものであり、その成
形品は、磁気的特性を損うことなく機械的性質が
アルミニウムに相当する程度まで改善されること
が実験的に見出された。そこで、従来のプラスチ
ツク磁石ロールの機械的強度メンバーを構成する
金属製貫通軸を除去し、プラスチツク磁石ロール
をその軸を含めて一体成形するのが本発明の特徴
である。従つて、この発明により従来の金属製貫
通軸によつて生じる種々の弊害が解消することに
なる。
この発明の構成を、第１図を用いてさらに具体
的に説明する。第１図はプラスチツク磁石ロール
の縦断面図を示している。第１図ａにおいて、１
０１はプラスチツク磁石ロール、１０２はロール
本体、１０３，１０４はロール軸であり、ロール
本体１０２とロール軸１０３，１０４はシラン系
カツプリング剤で各々が表面処理された磁性粉末
および繊維状物質と、合成樹脂バインダーとの混
合物で構成される。
第１図ｂにおいて、１０５は金属などの材料で
構成されたロール軸であり、本体１０２およびロ
ール軸１０３は、第１図ａに用いる材料で構成さ
れる。
上記繊維状物質としては、ガラス繊維がコスト
等の点より好ましいが、カーボン繊維、芳香族ポ
リアミド繊維、ウイスカなどを使用することもで
きる。
上記磁性粉末は、従来公知の磁性粉末を使用す
ることができ、具体例としてはバリリウムフエラ
イト、ストロンチウムフエライト、鉛フエライト
が挙げられる。
上記磁性粉末および繊維状物質は、成形以前
に、次のようにシラン系カツプリング剤で各々が
表面処理される。つまり、磁性粉末又は繊維状物
質に対して0.2〜2.0重量％のシラン系カツプリン
グ剤が、２〜５倍の水又はアルコール水溶液
（水／アルコールの比1/9）に完全に分散するまで
混合され、これが磁性粉末又は繊維状物質に添加
されて十分に撹拌混合され、その後100〜150℃で
１時間乾燥される。この処理によつて磁性粉末お
よび繊維状物質は、その表面が単分子膜的に被膜
処理される。なおこのシラン系カツプリング剤と
しては、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメ
トキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニ
ルトリス（βメトキシエトキシ）シラン、ビニル
トリアセトキシシラン等にビニルシラン系、γ―
メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の
メタクリロキシシラン系、β―（３、４エポキシ
シクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ
―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等の
エポキシシラン系、Ｎ―β（アミノエチル）γ―
アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ―β（ア
ミノエチル）γ―アミノプロピルメチルジメトキ
シシラン、γ―アミノプロピルトリエトキシシラ
ン、Ｎ―フエニル―γ―アミノプロピルトリメト
キシシラン等のアミノシラン系、γ―メルカプト
プロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラ
ン系等が挙げられる。
上記合成樹脂バインダーの具体例としては、フ
エノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹
脂、ABS樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体な
どの熱可塑性樹脂が挙げられる。
上記繊維状物質と磁性粉末と合成樹脂バインダ
ーの好ましい混合比は、
●繊維状物質 0.5〜12重量％
●磁性粉末 65〜87重量％
●合成樹脂バインダー 12.5〜23重量％
である。
磁性粉末の混合比は磁気特性と加工性、機械的
強度から決定される。また、繊維状物質の混合比
は、これより大きいと磁気特性が低下し、これよ
り小さいと機械的強度に対する補強効果が認めら
れない。
上記繊維状物質がガラス繊維の場合には、その
カツト長は２〜６mm、フイラメント径は５〜
20μmのものが好ましく、これらの範囲を外れる
と成形品の補強効果が減退したり、成形時のバイ
ンダーとの分散性、混合物の流動性が失われる。
また、上記の磁性粉末の平均粒子径は0.5〜
1.5μmが好ましい。この値は、粉末粒子の配向特
性、機械的強度から見たバインダーとの複合効
果、射出成形時の金型の摩耗などから決定され
た。
さらに、上記の表面処理において各種カツプリ
ング剤の中からとくにシラン系カツプリング剤を
選択したのは、
(1) 繊維状物質および磁性粉末の分散性、
(2) バインダーと繊維状物質および磁性粉末との
ブレンド（混練）性、
(3) バインダーと繊維状物質および磁性粉末との
結合性（機械的強度）、
において、最も著しい効果が認められたためであ
る。
この発明のプラスチツク磁石ロールの製造は、
射出成形で行われる。つまり、成形用金型内にロ
ール軸１０５が挿入され（第１図ａの場合は不
要）その空間部分に、磁性粉末と繊維状物質と合
成樹脂バインダーの混合物が加熱溶融されて射出
充てんされ、冷却後成形品として取出される。な
お、プラスチツクの磁石ロールへの着磁は成形用
金型に設けられた着磁用磁場により、成形と同時
に行われる。
このようにして製造したプラスチツク磁石ロー
ルと従来のロールとのロール部分における機械的
性質の測定例を、アルミニウムと対比させて、第
１表に示した。これらの数値はこの発明のプラス
チツク磁石ロールの機械的性質が従来にくらべて
大幅に改善され、ほぼアルミニウムに相当するこ
とを示している。
(a) Purpose [Industrial Application Field] The present invention relates to a plastic magnet roll, and is useful, for example, as a magnet roll for magnetic brush phenomenon. [Prior Art] Conventional examples of plastic magnet rolls are disclosed, for example, in JP-A-53-94940, JP-A-55-165606, and JP-A-56-108207. These are magnet rolls for copying machines, and have an integral structure in which a plastic magnet made of magnetic powder and a synthetic resin binder is formed around a metal shaft. [Problems to be solved by the invention] In conventional magnet rolls, the metal shaft and the plastic magnet have different thermal deformation rates, which causes the plastic magnet to crack and crack due to temperature changes during manufacturing or use. The metal shaft may be damaged during manufacturing.
There is a risk that the plastic will be deformed by the molding pressure, and the residual stress will cause the molded magnet roll to warp, resulting in the following limitations. (i) Long rolls whose length is larger than their diameter cannot be manufactured using manufacturing methods that involve large temperature fluctuations, such as injection molding, and cannot be used in environments with large temperature fluctuations. (ii) In order to make long rolls, it is necessary to reduce the mixing ratio of magnetic powder or use a synthetic resin with high ductility as the synthetic resin binder. However, this method has drawbacks such as a decrease in magnetic force and a decrease in heat resistance. The present invention provides a plastic magnet roll that has excellent resistance to temperature changes and has high processing accuracy. (B) Structure of the Invention The present invention is for molding a mixture of a fibrous material whose surface has been treated with a silane coupling agent, a magnetic powder whose surface has been treated with a silane coupling agent, and a synthetic resin binder. It has been experimentally found that the mechanical properties of the molded articles are improved to a degree comparable to that of aluminum without compromising the magnetic properties. Therefore, a feature of the present invention is that the metal penetrating shaft that constitutes the mechanical strength member of the conventional plastic magnet roll is removed, and the plastic magnet roll is integrally molded including the shaft. Therefore, the present invention eliminates various disadvantages caused by conventional metal through shafts. The configuration of this invention will be explained in more detail using FIG. 1. FIG. 1 shows a longitudinal section through a plastic magnet roll. In Figure 1a, 1
01 is a plastic magnet roll, 102 is a roll body, and 103, 104 are roll shafts. Consists of a mixture with a resin binder. In FIG. 1b, 105 is a roll shaft made of a material such as metal, and the main body 102 and roll shaft 103 are made of the material used in FIG. 1a. As the above-mentioned fibrous material, glass fiber is preferable from the point of view of cost, etc., but carbon fiber, aromatic polyamide fiber, whisker, etc. can also be used. As the magnetic powder, conventionally known magnetic powders can be used, and specific examples include barylium ferrite, strontium ferrite, and lead ferrite. Before molding, the magnetic powder and fibrous material are each surface-treated with a silane coupling agent as follows. That is, 0.2 to 2.0% by weight of the silane coupling agent based on the magnetic powder or fibrous material is mixed with 2 to 5 times the amount of water or an aqueous alcohol solution (water/alcohol ratio 1/9) until completely dispersed. This is added to the magnetic powder or fibrous material, thoroughly stirred and mixed, and then dried at 100-150°C for 1 hour. Through this treatment, the surfaces of the magnetic powder and fibrous material are treated to form a monomolecular film. The silane-based coupling agents include vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris(β-methoxyethoxy)silane, vinyltriacetoxysilane, vinylsilane-based, γ-
Methacryloxysilanes such as methacryloxypropyltrimethoxysilane, β-(3,4 epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, γ
-Epoxysilanes such as glycidoxypropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl)γ-
Aminosilanes such as aminopropyltrimethoxysilane, N-β(aminoethyl)γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, Examples include mercaptosilanes such as methoxysilane. Specific examples of the synthetic resin binder include thermosetting resins such as phenol resins, epoxy resins, and unsaturated polyester resins, thermoplastic resins such as polyamide resins, polyethylene resins, polyethylene terephthalate resins, ABS resins, and ethylene-vinyl acetate copolymers. Examples include resin. The preferred mixing ratio of the above fibrous substance, magnetic powder and synthetic resin binder is: - Fibrous substance: 0.5-12% by weight - Magnetic powder: 65-87% by weight - Synthetic resin binder: 12.5-23% by weight. The mixing ratio of magnetic powder is determined based on magnetic properties, workability, and mechanical strength. Furthermore, if the mixing ratio of the fibrous material is larger than this, the magnetic properties will deteriorate, and if it is smaller than this, no reinforcing effect on mechanical strength will be recognized. When the above-mentioned fibrous material is glass fiber, the cut length is 2 to 6 mm, and the filament diameter is 5 to 6 mm.
A thickness of 20 μm is preferable, and if it is outside this range, the reinforcing effect of the molded product will be reduced, and the dispersibility with the binder and the fluidity of the mixture during molding will be lost. In addition, the average particle diameter of the above magnetic powder is 0.5~
1.5 μm is preferred. This value was determined based on the orientation characteristics of the powder particles, the combined effect with the binder in terms of mechanical strength, and the wear of the mold during injection molding. Furthermore, in the above surface treatment, the silane coupling agent was selected from among the various coupling agents because of (1) dispersibility of the fibrous material and magnetic powder, and (2) the relationship between the binder, the fibrous material, and the magnetic powder. This is because the most significant effects were observed in blending (kneading) properties, and (3) bonding properties (mechanical strength) between the binder and the fibrous material and magnetic powder. The production of the plastic magnet roll of this invention is as follows:
Made by injection molding. That is, a roll shaft 105 is inserted into a molding die (not necessary in the case of FIG. 1a), and a mixture of magnetic powder, fibrous material, and synthetic resin binder is heated and melted and injected and filled into the space. After cooling, it is taken out as a molded product. The plastic magnet roll is magnetized simultaneously with the molding by a magnetizing magnetic field provided in the molding die. Table 1 shows examples of measuring the mechanical properties of the roll portions of the plastic magnet rolls produced in this way and conventional rolls, in comparison with aluminum. These values show that the mechanical properties of the plastic magnet roll of the present invention are significantly improved compared to the prior art and are approximately comparable to aluminum.
【表】
（引張強さ及び伸びの測定はJISK7113、曲げ
強度及び曲げ弾性率の測定はJSISK7203による。）
従つて、この機械的性質の改善により、貫通す
る金属性軸を使用することなく、プラスチツク磁
石ロールを構成することが可能になる。また、従
来の金属製軸の占める体積分のプラスチツク磁石
が増量されて、プラスチツク磁石ロールは従来よ
りも磁力が強化される。さに、カツプリング剤を
用いる処理によつて磁性粉末表面の水分が除去さ
れて、その水分に起因するプラスチツク磁石ロー
ルの割れも防止される。
［実施例］
実施例 １
第２図に示す縦断面図において、１はこの発明
の一実施列の長尺の磁石ロールであり、静電複写
機の現象トナー回収に使用されるロールである。
本体２は直径（D1）が14mm、長さ（L1）が440
mm、ロール軸３，４は直径（D2）が６mm、軸長
さ（L2）は15mmである。本体２とロール軸３，
４は共通一体に成形され、シラン系カツプリング
剤で処理されたガラス繊維30重量％入りガラス強
化ナイロンA1030GFL（ユニチカ(株)製）30重量％
（すなわちシラン系カツプリング剤で処理された
ガラス繊維９重量％とナイロン21重量％）をバイ
ンダーとして、シランカツプリング剤Ａ―1100
（本ユニカー(株)製）で処理した平均粒子径1.0μm
のバリウムフエライト70重量％を含むものであ
る。
この磁石ロール１の製造方法は、上記の各部仕
上り寸法が得られる成形用金型内に、上記のバリ
ウムフエライトとガラス強化ナイロンの混合物
を、270℃に加熱溶融して射出充てんし、同時に
着磁するものである。これによつて100本の磁石
ロールかを製造したが、割れ、ひびは、その全数
において見られなかつた。
これに対して従来の金属製の貫通軸をもつロー
ルを従来の材料で製造すると、上記実施例の寸法
関係では、本体長さ（L1）が200mmを越えた場合
にはその全数において、ロール本体部分に数箇所
の円周割れが見られた。
実施例 ２
縦断面図を示す第３図、そのＡ―Ａ断面を示す第
４図において、１１は、この発明の他の実施例の
長尺磁石ロールであり、静電複写機の現象用とし
て、スリーブ１５に挿入されて使用される。１２
はロール本体、１３はロール本体と同材質で一体
成形されるロール軸、１４は駆動用のロール軸、
１５は肉厚0.5mm、内径20.6mmのアルミニウム製
スリーブ、１６，１７はスリーブ１５の両端に装
着されるフランジ、１８，１９はそれぞれロール
軸１３，１４のためのメタル軸受けである。ロー
ル本体１２は直径17.6mm、長さ207mm、ロール軸
１３は直径６mm、軸長さ６mm、ロール軸１４は直
径６mm、全長60mm外部突出長さ23.2mmのステンレ
ス鋼製である。
この磁石ロール１１の製造方法は、金型内にロ
ール軸１４を挿入して固定し、それにシラン系カ
ツプリング剤で処理されたガラス繊維6.25重量％
と６―ナイロン18.75重量％と、シランカツプリ
ング剤で処理した平均粒子径0.9μmのバリウムフ
エライト75重量％とを混合した混合物を射出充て
んし、同時に着磁して成形する。成形品は冷却後
金型からとり出され、寸法修正されて、上記挿入
用スリーブ１５に装着される。この場合、磁石ロ
ールの軸方向のそりは0.3mm以内でないと、この
装着がしにくく、また磁石ロールの回転に負荷が
かかるので、不良とされる。この実施例におい
て、100本の磁石ロールを製造したが、割れやひ
びは、その全数において見られなかつた。その
上、軸方向のそりも0.3mm以内に納まつており、
全数無修正でスリーブ１５に装着された。
(ハ) 発明の効果
この発明のプラスチツク磁石ロールでは、機械
的強度が大幅に改善されて貫通する金属製軸を使
用しない（使用しても一部でよい）ため、従来か
ら見られた割れ、ひび、そりが発生しない。また
カツプリング剤による処理は磁性粉末表面の水分
を除去するので、その水分のガス化に起因するプ
ラスチツク磁石ロールの割れも防止される。さら
に、カツプリング剤によつて磁性粉末の分散が均
一に行われ、磁気特性が向上するし、従来の貫通
軸が占める体積分だけプラスチツク磁石が増量す
るので、従来よりも磁力が強化されることにな
る。磁石ロールの寸法精度が向上し、重量が軽減
することも製造工程上好都合である。[Table] (Measurement of tensile strength and elongation is according to JISK7113, and measurement of bending strength and flexural modulus is according to JSISK7203.) Therefore, with this improvement in mechanical properties, it is possible to make plastics without using a penetrating metal shaft. It becomes possible to construct a magnetic roll. Furthermore, the amount of plastic magnets is increased by the volume occupied by the conventional metal shaft, and the magnetic force of the plastic magnet roll is stronger than that of the conventional one. In addition, the treatment with a coupling agent removes moisture from the surface of the magnetic powder, thereby preventing cracking of the plastic magnet roll caused by the moisture. [Example] Example 1 In the longitudinal sectional view shown in FIG. 2, numeral 1 is a long magnet roll according to one embodiment of the present invention, and is a roll used for collecting toner in an electrostatic copying machine.
Main body 2 has a diameter (D1) of 14 mm and a length (L1) of 440 mm.
The roll shafts 3 and 4 have a diameter (D2) of 6 mm and a shaft length (L2) of 15 mm. Main body 2 and roll shaft 3,
4 is a 30% by weight glass reinforced nylon A1030GFL (manufactured by Unitika Co., Ltd.) containing 30% by weight glass fibers that are integrally molded and treated with a silane coupling agent.
(i.e., 9% by weight of glass fibers and 21% by weight of nylon treated with a silane coupling agent) as a binder, using a silane coupling agent A-1100.
(manufactured by Hon Unicar Co., Ltd.) Average particle diameter 1.0μm
It contains 70% by weight of barium ferrite. The manufacturing method of this magnet roll 1 involves heating and melting the above mixture of barium ferrite and glass-reinforced nylon at 270°C, injecting and filling it into a mold that can obtain the finished dimensions of each part, and magnetizing it at the same time. It is something to do. In this way, 100 magnetic rolls were manufactured, and no cracks or cracks were observed in all of them. On the other hand, if a roll with a conventional metal penetrating shaft is manufactured using conventional materials, in the dimensional relationship of the above example, if the main body length (L1) exceeds 200 mm, the roll main body Several circumferential cracks were observed in the part. Embodiment 2 In FIG. 3 showing a longitudinal sectional view and FIG. 4 showing an AA cross section thereof, 11 is a long magnet roll according to another embodiment of the present invention, which is used for electrostatic copying machine phenomena. , is inserted into the sleeve 15 and used. 12
1 is a roll body, 13 is a roll shaft integrally molded from the same material as the roll body, 14 is a roll shaft for driving,
15 is an aluminum sleeve with a wall thickness of 0.5 mm and an inner diameter of 20.6 mm; 16 and 17 are flanges attached to both ends of the sleeve 15; and 18 and 19 are metal bearings for the roll shafts 13 and 14, respectively. The roll body 12 is made of stainless steel with a diameter of 17.6 mm and a length of 207 mm, a roll shaft 13 with a diameter of 6 mm and a shaft length of 6 mm, and a roll shaft 14 with a diameter of 6 mm, a total length of 60 mm, and an external protrusion length of 23.2 mm. The manufacturing method of this magnet roll 11 involves inserting and fixing the roll shaft 14 in a mold, and adding 6.25% by weight of glass fibers treated with a silane coupling agent to the roll shaft 14.
A mixture of 18.75% by weight of 6-nylon and 75% by weight of barium ferrite with an average particle diameter of 0.9 μm treated with a silane coupling agent is injected and filled, simultaneously magnetized and molded. After cooling, the molded product is taken out from the mold, its dimensions are corrected, and it is mounted in the insertion sleeve 15. In this case, if the axial warpage of the magnet roll is less than 0.3 mm, it will be difficult to install and a load will be applied to the rotation of the magnet roll, so it will be considered defective. In this example, 100 magnetic rolls were manufactured, and no cracks or cracks were observed in all of them. Furthermore, axial warpage is kept within 0.3mm.
All were installed in Sleeve 15 without modification. (c) Effects of the Invention The plastic magnet roll of the present invention has significantly improved mechanical strength and does not use a penetrating metal shaft (even if only a portion is used), it is free from cracks and cracks that were previously seen. No cracks or warpage occurs. Furthermore, since treatment with a coupling agent removes water on the surface of the magnetic powder, cracking of the plastic magnet roll due to gasification of the water is also prevented. Furthermore, the coupling agent enables uniform dispersion of the magnetic powder, improving magnetic properties, and the plastic magnet increases in volume by the volume occupied by the conventional through shaft, making the magnetic force stronger than before. Become. Improved dimensional accuracy and reduced weight of the magnet roll are also advantageous in the manufacturing process.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図ａ，ｂはこの発明の構成を示す縦断面
図、第２図はこの発明の一実施例を示す縦断面
図、第３図はこの発明の他の実施例を示す縦断面
図、第４図は第３図のＡ―Ａ断面図である。
１，１１……磁石ロール、２，１２……ロール
本体、３，４……ロール軸、１３，１４……ロー
ル軸、１５……スリーブ、１６，１７……フラン
ジ、１８，１９……メタル軸受。
Figures 1a and b are longitudinal sectional views showing the structure of the present invention, Figure 2 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of the invention, and Figure 3 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the invention. FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. 3. 1, 11... Magnet roll, 2, 12... Roll body, 3, 4... Roll shaft, 13, 14... Roll shaft, 15... Sleeve, 16, 17... Flange, 18, 19... Metal bearing.