專利名稱：磁輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如作為電子照相術(shù)或靜電記錄等中顯象輥用的磁輥。
在電子照相或靜電記錄等中，在圖象載體(感光體，電介質(zhì))的表面形成靜電荷像，利用顯象輥將含有調(diào)色劑的磁性顯象劑(單一成分的磁性調(diào)色劑或由調(diào)色劑和磁性載體組成的兩種成分的顯象劑等)輸送到顯象區(qū)并顯象成靜電荷像，將所獲得的調(diào)色劑像轉(zhuǎn)印到轉(zhuǎn)印部件(普通紙等)，然后通過(guò)加熱和/或加壓定影，形成圖像。
作為顯象輥，多采用例如圖4中所示的磁輥裝置。在圖4中，磁輥1包括表面具有沿軸向延伸的多個(gè)磁極的圓筒狀永磁體11，和同軸固定在永磁體11中心部的軸12。如圖3所示，磁輥1裝在形成圓筒狀的套筒2內(nèi)，軸12的兩端部通過(guò)軸承4、4支持在法蘭3a、3b中。套筒2和固定在其兩端上的法蘭3a、3b由鋁合金或奧氏體系不銹鋼等非磁性材料構(gòu)成。5是密封部件(油封)。利用上述結(jié)構(gòu)，通過(guò)磁輥1和套筒2之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)(例如固定磁輥1，使法蘭3a旋轉(zhuǎn))，將磁性顯象劑吸附到套筒2的表面上，輸送到顯象區(qū)(與圖像載體和套筒相對(duì)的區(qū)域)并使靜電荷像顯象。
構(gòu)成上述磁輥的圓筒狀永磁體，通常外徑D為10～60mm、長(zhǎng)度L為200～350mm，呈L/D≥5的細(xì)長(zhǎng)形，由各向同性的鐵素體燒結(jié)磁石或以強(qiáng)磁性粒子(Sr鐵素體或Ba鐵素體等)和樹(shù)脂(聚酰胺、聚氯乙烯)為主要成分的各向異性粘結(jié)磁石制成。各向異性粘結(jié)磁石例如可通過(guò)以下方式制造，加熱混練原料混合物，然后在磁場(chǎng)中壓出或注射模型成形之后，按照規(guī)定的磁化模式進(jìn)行磁化。
為滿足近年來(lái)的高的圖像品質(zhì)要求，調(diào)色劑和載體要小粒徑化，以補(bǔ)償磁輥的附著力低下的問(wèn)題，但磁輥有高磁化的傾向。磁輥所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度雖然在套筒上為500～800G左右就大體可以滿足顯象處理的需要，但也會(huì)出現(xiàn)必須要1000～1300G左右的強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的顯象處理。
各向同性的鐵素體燒結(jié)磁石可通過(guò)整體磁化形成任意的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布，使用非常方便的具有穩(wěn)定性的良好材料，但是，由于剩余磁通密度Br約為2000G左右，套筒上磁通密度限制在900～1000G左右，存在不能滿足更強(qiáng)磁場(chǎng)需求的問(wèn)題。
另一方面，各向異性的粘結(jié)磁石，可以很容易地獲得例如約2600G的剩余磁通密度Br，可以形成比各向同性鐵素體燒結(jié)磁石更強(qiáng)的磁場(chǎng)，但是，磁極的形成僅限定在預(yù)定取向的磁場(chǎng)方向(各向異性方向)，制約磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的形成，在成形中必須進(jìn)行磁場(chǎng)中的取向，存在長(zhǎng)度方向的磁性不均勻性和生產(chǎn)率低的問(wèn)題。
由于鐵素體燒結(jié)磁石是硬質(zhì)的陶瓷，所以屬于怕受沖擊的脆性材料，并且加工困難，在大部分情況下需要進(jìn)行研磨加工。另一方面，雖然粘結(jié)磁石消除了鐵素體燒結(jié)磁石的缺點(diǎn)，但由于是在磁場(chǎng)中取向的各向異性磁石，所以即使是圓筒狀磁極的形成方向也是固定的，不具有象各向同性的鐵素體燒結(jié)磁石那樣通過(guò)磁化形成任意磁極配置的自由度，并且由于尺寸長(zhǎng)，難以獲得均質(zhì)的磁場(chǎng)取向，磁輥長(zhǎng)度方向的偏差比各向同性的鐵素體燒結(jié)磁石大數(shù)倍，對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的均勻性敏感的磁刷顯象系統(tǒng)具有對(duì)圖像品質(zhì)影響大的問(wèn)題。并且，鐵素體燒結(jié)磁石的Br的溫度系數(shù)大于0.2％/℃，對(duì)于顯象非常敏感的高圖像品質(zhì)的數(shù)字機(jī)等，使用環(huán)境也會(huì)改變顯象條件，從而導(dǎo)致圖像的變化。
如上所述，作為現(xiàn)有磁石材料的缺點(diǎn)(表面磁通密度不夠、大的表面磁通密度偏差、磁極形成的靈活性不夠、表面磁通密度隨溫度變化等)的解決方案，需要各向同性且具有高磁性的磁石材料。
作為滿足所述要求的磁石，提出了采用Nd-Fe-B系磁粉的(BH)max為3MGOe左右的各向同性的粘結(jié)磁石。然而，Nd-Fe-B系粘結(jié)磁石在抗蝕性方面存在問(wèn)題，由于易于生銹所以必需被覆有環(huán)氧樹(shù)脂或氟樹(shù)脂等。象磁輥那樣的長(zhǎng)件物品的被覆易于產(chǎn)生涂覆層不良的問(wèn)題，并且會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本的上升。并且，在采用磁輥的情況下，為了將磁石表面磁通密度高效地引出到套筒上，磁石和套筒內(nèi)徑之間的間隙一般較狹地設(shè)定為0.5～1mm，一旦在磁石和套筒之間產(chǎn)生銹，則發(fā)生鎖死事故的危險(xiǎn)性很大。
如磁輥用圓筒狀永久磁石這樣的長(zhǎng)件物品盡管采用擠壓成形等方式生產(chǎn)，但為了獲得橫跨長(zhǎng)度方向的均勻特性，磁粉必須在圓筒狀永久磁石中均勻分布，磁粉形狀成球形有利于均勻分布。鐵素體系磁粉由于其粒度在1μm左右，適于均勻分布，但對(duì)于Nd-Fe-B系磁粉由于其形狀呈薄片狀所以難以均勻分布。當(dāng)為了更均勻地分布而將Nd-Fe-B系磁粉粉碎至100μm以下時(shí)，磁性將急劇惡化。因此，雖然鐵素體系粘結(jié)磁石的成形性能優(yōu)越，但表面磁通密度低，溫度穩(wěn)定性差，而Nd-Fe-B系粘結(jié)磁石的表面磁通密度高但成形性能存在問(wèn)題，并且抗蝕性及溫度穩(wěn)定性低。因而，任何磁石要想適用于磁輥都存在許多需要解決的課題。
鑒于上述情況，需要一種由同時(shí)滿足表面磁通密度、溫度穩(wěn)定性、抗蝕性及成形性能的要求的圓筒狀永久磁石制成的磁輥。
發(fā)明的目的因此，本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種使用方便且均勻的具有高表面磁通密度的磁輥。
本發(fā)明的粘結(jié)磁石通過(guò)控制粘結(jié)樹(shù)脂的量，可具有10MGOe以上的(BH)max和2800G以上的Br。
R-T-N系磁粉剩余磁通密度Br的溫度系數(shù)為-0.065％/℃，與Nd-Fe-B系磁粉的Br的溫度系數(shù)-0.12％/℃及Sr鐵素體燒結(jié)磁石的Br的溫度系數(shù)0.2％/℃相比非常小。從而，由含有R-T-N系磁粉的粘結(jié)磁石構(gòu)成的磁輥，在嚴(yán)酷的條件(高溫、連續(xù)印字)下使用，即使粘結(jié)磁石的溫度上升，套筒上的磁通密度的變化也很小，可以提供高品質(zhì)的圖像。
由于上述氮化物磁粉即使露出于粘結(jié)磁石的表面也不會(huì)生銹，所以即使在高溫潮濕的環(huán)境下使用磁輥也不會(huì)發(fā)生鎖死事故，可靠性得以提高。并且由于R-T-N系磁粉的平均粒徑可適當(dāng)調(diào)節(jié)到1μm～10μm之間，所以即使為了獲得必要的表面磁通密度而改變粘結(jié)樹(shù)脂的比例，也可通過(guò)改變R-T-N系磁粉的大小而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的成形性能，可同時(shí)獲得必要的表面磁通密度和優(yōu)良的均勻性。
作為上述R-T-N系磁粉，優(yōu)選采用(a)含有以原子％計(jì)為RαT100. (α+δ)Nδ(R為包含Y的稀土元素的至少一種且必須含有Sm,T為Fe或Fe和Co,α及δ分別滿足5≤α≤18，及4≤δ≤30。)表示的主要成分組成、含有不可避免的雜質(zhì)O及H、以及控制在磁粉的5原子％以下的C，表現(xiàn)出磁特性的相實(shí)質(zhì)上是由Th2Zn17型結(jié)構(gòu)的菱形晶系和/或Th2Ni17型結(jié)構(gòu)的六方晶系構(gòu)成的硬質(zhì)磁性相的稀土類(lèi)磁石；或者(b)含有以原子％計(jì)為RαT00.(α+β+δ)MβNδ(R為包含Y的稀土元素的至少一種且必須含有Sm,T為Fe或Fe和Co,M是選自Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的至少一種且必須含有Ti，α、β及δ分別滿足5≤α≤18、1≤β≤30、及4≤δ≤30。)表示的主要成分組成、含有不可避免的雜質(zhì)O及H、以及控制在磁粉的5原子％以下的C，表現(xiàn)出磁特性的相實(shí)質(zhì)上為由Th2Zn17型結(jié)構(gòu)的菱形晶系和/或Th2Ni17型結(jié)構(gòu)的六方晶系構(gòu)成的硬質(zhì)磁性相的稀土類(lèi)磁石。
R必須含有Sm，除Sm以外也可以含有Y、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的1種或2種以上。也可以采用Sm稀土金屬混合物或釹鐠混合物等兩種以上的稀土元素的混合物。作為R，優(yōu)選采用Sm和Y、Ce、Pr、Nd、Gd、Dy及Er中的一種或兩種以上的組合，采用Sm與Y、Ce、Pr及Nd中的一種或兩種以上組合更好，實(shí)際上只用Sm效果特別好。至于Sm的純度，為了獲得高表面磁通密度，優(yōu)選為Sm在R中所占比例為50原子％以上，占70原子％以上更好。并且，R含有在制造中不可避免地混入的O、H、Al、Si、Na、Mg、Ca等不可避免的雜質(zhì)應(yīng)在不使其特性惡化的范圍內(nèi)。
R優(yōu)選為5～18原子％。R不足5原子％或超過(guò)18原子％時(shí)生成過(guò)量的αFe，從而生成硬質(zhì)磁性相以外的相會(huì)使表面磁通密度降低。更優(yōu)選為R的含有量在6～12原子％。
僅通過(guò)添加適量的M元素，雖然表面磁通密度下降，但粘結(jié)磁石的耐熱性能顯著提高，可獲得適于在高溫連續(xù)打印的高性能磁輥。M元素優(yōu)選為1～30原子％。M元素超過(guò)30原子％時(shí)生成ThMn12型的Sm(Fe、M)12Nz相，使表面磁通密度下降。另一方面，M元素不足1原子％時(shí)生成αFe，同樣使表面磁通密度下降。
C的含量(γ)最好為磁粉的5原子％以下，C的含量超過(guò)5原子％時(shí)，表面磁通密度下降的同時(shí)，抗蝕性也下降。
氮含量(δ)優(yōu)選為4～30原子％。氮含量不足4原子％或超過(guò)30原子％的情況下，表面磁通密度下降。更優(yōu)選為氮含量在10～20原子％。
在上述氮化稀土類(lèi)磁石中，F(xiàn)e的0.01～30原子％也可被Co和/或Ni置換。通過(guò)導(dǎo)入Co和/或Ni可提高粘結(jié)磁石的溫度特性。然而，Co和/或Ni超過(guò)30原子％時(shí)粘結(jié)磁石的表面磁通密度顯著下降，不足0.01原子％時(shí)則被認(rèn)為沒(méi)有達(dá)到添加效果。Co和/或Ni置換Fe的量更優(yōu)選在1-20原子％的范圍內(nèi)。
氮化處理時(shí)的純氮?dú)饣蚝獨(dú)怏w的壓力優(yōu)選為0.2～10atm。在不足0.2atm時(shí)氮化反應(yīng)緩慢，并且超過(guò)10atm時(shí)高壓氣體的設(shè)備的成本過(guò)大。氮化氣體的壓力范圍更優(yōu)選為1-10atm。氣體氮化的加熱條件優(yōu)選為300～650℃×0.1～30小時(shí)。不足300℃×0.1小時(shí)的情況下氮化幾乎沒(méi)有進(jìn)行，超過(guò)650℃×30小時(shí)時(shí)則生成RN和Fe-M相，使表面磁通密度顯著下降。氮化加熱條件更優(yōu)選為400～550℃×0.5～30小時(shí)，400～550℃×1～10小時(shí)則特別好。
優(yōu)選地，在氮化前要根據(jù)需要進(jìn)行粉碎、分級(jí)、調(diào)整粉末粒徑，以實(shí)現(xiàn)均勻的氮化處理，并用以確保粘結(jié)磁石的易成形性。
采用本發(fā)明所用的磁粉，當(dāng)采用上述氮化型稀土類(lèi)(R-T-N)磁粉和鐵素體磁粉混合物時(shí)，不但與僅采用氮化型稀土類(lèi)磁粉的情況相比成本低，而且與僅采用鐵素體磁粉的粘結(jié)磁石的情況相比可獲得表面磁通密度高的磁輥。
第二種磁輥的特征為，在表面上具有多個(gè)磁極，至少一個(gè)磁極部分由含有R-T-N合金系的氮化型稀土類(lèi)磁粉(R為包含Y的稀土類(lèi)元素的至少一種且必須含有Sm、T為Fe或者Fe和Co、也可含有不可避免的雜質(zhì)O及H。)、鐵素體磁粉、粘結(jié)樹(shù)脂的混合物在磁場(chǎng)中成形為各向異性粘結(jié)磁石，前述粘結(jié)樹(shù)脂的體積百分比為20～70％。
作為本發(fā)明中所采用的鐵素體磁粉，以主要成分組成為以A’O·n(Fe2O3)(原子比)(A為Sr和/或Ba,n(摩爾比)=5～6)表示主要成分的鐵素體粉末，具有很高的實(shí)用性。
適用于本發(fā)明的各向異性粘結(jié)磁石用的鐵素體磁粉，可通過(guò)例如原料粉的混合→經(jīng)煅燒的鐵素體化(固相反應(yīng))→粉碎→熱處理→破碎(篩分)處理的工序而進(jìn)行制造。鐵素體磁粉的平均粒徑優(yōu)選為0.8～2μm，0.9～1.5μm則更好。當(dāng)超出這一平均粒徑范圍時(shí)，難以制造出有用的磁輥。
各向同性鐵素體磁粉的制造可通過(guò)原料粉末的混合→經(jīng)煅燒的鐵素體化(固相反應(yīng))→粉碎→熱處理→破碎(篩分)處理的工序而進(jìn)行制造。


圖1是用于制造本發(fā)明的磁輥的擠壓成形裝置的主要部分的縱向剖視圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3(a)是表示含有用本發(fā)明獲得的圓筒狀粘合磁石的磁輥裝置的縱向剖視圖，圖3(b)是圖3(a)的B-B剖視圖，圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的磁輥的橫向剖視圖，圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的磁輥的橫向剖視圖，圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的磁輥的橫向剖視圖，圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的磁輥的橫向剖視圖，圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的磁輥的橫向剖視圖，圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的磁輥的橫向剖視圖，圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的磁輥的橫向剖視圖，圖11是用于在平行磁場(chǎng)中成形的金屬模具的剖視圖，圖12是用于在徑向取向的磁場(chǎng)中成形的金屬模具剖視圖，圖13是用于徑向取向地?cái)D壓圓筒狀磁石的金屬模具的剖視圖。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的說(shuō)明本發(fā)明的粘結(jié)磁石的制造方法如下。首先，例如使用攪拌器對(duì)磁粉和熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行干混合，對(duì)該混合物加熱混練，然后粉碎到幾mm以下后進(jìn)行造粒。混練和造粒例如可利用雙軸混練擠壓機(jī)在100～200℃的溫度下進(jìn)行。
作為磁粉，可采用上述的R-T-N系磁粉，從磁性、成形性能和生產(chǎn)性能等方面考慮，優(yōu)選地用平均粒徑為1～10μm的粒子。為了改進(jìn)粘結(jié)樹(shù)脂的粘結(jié)性，例如可用有機(jī)硅化合物(硅烷偶合劑)或有機(jī)鈦酸鹽化合物(鈦偶合劑)對(duì)磁粉表面進(jìn)行處理。作為粘結(jié)樹(shù)脂，可選用聚酰胺樹(shù)脂、聚氯乙烯、亞乙基-乙基丙烯酸酯共聚物(EEA)等。
除上述必要的成分外，原料中還可以添加磁粉分散劑、潤(rùn)滑劑、增塑劑等。這些添加劑的加入總量?jī)?yōu)選地以3重量％以下，在1～2重量％更好。作為分散劑，可采用酚系，胺系等。作為潤(rùn)滑劑可采用蠟類(lèi)(石蠟，微晶蠟等)、脂肪酸(硬脂酸，油酸等)-、脂肪酸鹽(硬脂酸鈣，硬脂酸鋅等)。并且，作為增塑劑，可采用例如鄰苯二甲酸二-2-乙基己基酯(DOP)、鄰苯二甲酸丁酯(DBP)等鄰苯二甲酸酯。
將上述原料混合物投入到成形裝置中，通過(guò)配置在成形裝置前端部分中的成形金屬模具，對(duì)各向異性化的圓筒狀成形體進(jìn)行冷卻，退磁，然后切斷成規(guī)定的長(zhǎng)度。在所獲得的圓筒狀成形體的中心部固定住軸之后，對(duì)表面上的多個(gè)磁極(通常為3～8個(gè)磁極)進(jìn)行磁化，獲得圖3所示的磁輥1。
圖1和圖2表示成形裝置的結(jié)構(gòu)。圖1是表示成形裝置的主要部分的縱向剖視圖，圖2是圖1的A-A剖視圖。雙軸混練擠壓機(jī)6包括分隔成多個(gè)的滾筒62、配置在其內(nèi)部的2根螺桿63(圖中僅示出了一根)和設(shè)置在滾筒62前端的接頭64。成形金屬模具7連到接頭64的出口上。并且，雙軸混練擠壓機(jī)6的上游端設(shè)有料斗61。成形裝置的金屬模具7具有環(huán)狀間隔71和心軸72以及形成于兩者之間的圓筒狀成形空間73。進(jìn)而，在金屬模具的出口處設(shè)有配置在環(huán)狀間隔件71周?chē)拇艌?chǎng)生成部件74。
磁場(chǎng)生成部件74在由強(qiáng)磁體構(gòu)成的圓筒軛鐵75的內(nèi)部具有以圍繞成形空間73的方式配置的多個(gè)磁石單元76。各磁石單元76具有由強(qiáng)磁體構(gòu)成的間隔件77、沿半徑方向磁化的永久磁石78、以及由強(qiáng)磁體構(gòu)成的磁極片79。
采用上述成形裝置則按照下面所述獲得各向異性粘結(jié)磁石。通過(guò)料斗61投入到滾筒62中的原料，通過(guò)一對(duì)螺桿63的旋轉(zhuǎn)施加剪切力，同時(shí)，在150～230℃的溫度下一邊熔融一邊送入成形金屬模具7，以規(guī)定的截面面積擠入并通過(guò)成形空間內(nèi)。擠出的成形體在金屬模具出口附近各向異性磁化之后，冷卻、固化，并按規(guī)定的長(zhǎng)度(L/D≥5以上)切斷。用于磁粉取向的附加磁場(chǎng)強(qiáng)度優(yōu)選在10～15KOe的范圍內(nèi)。將所得成形體固定到軸上之后，沿著與各向異性方向相同的方向進(jìn)行磁化，得到圖3所示的磁輥1。另外，本發(fā)明的磁輥用粘結(jié)磁石也可采用注射模塑成形制造。
本發(fā)明的磁輥不僅限于圖3所示的情況，也可采用圖4所示的結(jié)構(gòu)。即，也可以在軸12上緊密固定各向同性的鐵素體燒結(jié)磁石，或者由在無(wú)取向的情況下成形的粘結(jié)磁石構(gòu)成的圓筒狀永久磁石11，在其顯象磁極部形成凹槽13，將由片狀的粘結(jié)磁石(在長(zhǎng)度方向上具有凹部14)構(gòu)成的磁石片15緊固在凹槽13上，然后進(jìn)行多極磁化。
本發(fā)明的磁輥也可采用圖5所示的結(jié)構(gòu)，即，把磁石片51,52…緊固到設(shè)置于軸12上的多個(gè)縱槽上。這時(shí)，在顯象磁極的位置設(shè)置由磁力最強(qiáng)的氮化型稀土類(lèi)粘結(jié)磁石構(gòu)成的磁石片51。這以外的磁石片52，52…也可采用氮化性稀土類(lèi)粘結(jié)磁石和鐵素體粘結(jié)磁石的任一種。
固定在凹槽中的粘結(jié)磁石片的截面形狀是任意的。例如，如圖6和圖7所示，矩形或扇形截面的粘結(jié)磁石片60,70固定在凹槽中，并對(duì)外周面進(jìn)行加工，然后進(jìn)行多極磁化?；蛘撸部蓪⒄辰Y(jié)磁石片預(yù)先制成具有與圓筒狀永久磁石11的外周面一致的形狀，從而不必對(duì)外周面進(jìn)行加工。
圓筒狀永久磁石11的截面成C型，其開(kāi)口處可嵌入作為顯象磁極部的粘結(jié)磁石片80(圖8)。并且，在圓筒狀永久磁石11是由多個(gè)扇形截面的塊狀磁石片組合而成的情況下(圖9)，至少顯象磁極部分成為上述的粘結(jié)磁石90。
嵌入圖4～圖9中所示的圓筒狀永久磁石11、作為顯象磁極部分的粘結(jié)磁石片15,51,60,70,80,90，可采用例如圖11和圖12所示的成形金屬模具的擠壓成形法或噴射注模成形法形成。圖11是成形金屬模具的剖視圖。磁場(chǎng)生成線圈111產(chǎn)生的磁通通過(guò)軛鐵112形成磁回路。在磁回路中有成形空間113，使用與圖1相同的擠壓機(jī)(圖未示出)壓出在所述成形空間113中加熱混練的樹(shù)脂和磁粉的混合物110。在壓出時(shí)利用箭頭所示的并行磁場(chǎng)對(duì)磁粉進(jìn)行取向。成形空間113由軛鐵112和非磁性體114形成。
圖12的成形金屬模具具有與圖11所示的相同的磁回路，但可以獲得徑向取向的扇形截面的塊狀磁石片。
圖11和圖12的成形金屬模具，由于成形空間113與成形體的形狀相同，所以可使用注射模塑進(jìn)行成形。
圓筒狀永久磁石11如圖10所示，可以是徑向取向的整體的粘結(jié)磁石。該磁石可形成任意的磁極配置或磁化式樣，放置在磁化裝置中時(shí)的位相也可以是任意的。并且，通過(guò)退磁和再磁化，還可形成新的磁極配置或磁化式樣。磁板配置或磁化形式限制了取向圖樣，并且，與放置在磁化裝置中時(shí)的位相相對(duì)于磁化裝置必須是特定的位相的各向異性的永久磁石部件相比，具有很大的優(yōu)點(diǎn)。
在形成徑向取向的整體型圓筒狀永久磁石時(shí)，例如可采用圖13的擠壓成形法。該方法為，在擠壓成形裝置前端的成形金屬模具21中，設(shè)置用于形成在原料20中產(chǎn)生徑向磁場(chǎng)的磁回路22a、23a的磁場(chǎng)發(fā)生線圈22、23。心軸24由磁性材料構(gòu)成時(shí)，易于形成磁回路22a,23a。
下面，將通過(guò)下述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1～7以表1所示母合金組分配置純度99.9％的Sm,Fe，和C，在氬氣氣氛的高頻熔融爐中熔融，獲得母合金鑄塊。為了制作母合金，也可以采用設(shè)置有兩根銅制冷卻輥的雙輥鑄帶機(jī)獲得的急冷薄片。并且，也可以采用將稀土類(lèi)氧化物、Fe合金和Ca混合并進(jìn)行還原擴(kuò)散所獲得的Sm-Fe-C合金。
將所得到的母合金粉碎到大約100μm以下，在氮?dú)鈿夥罩幸?00～500℃進(jìn)行1-10小時(shí)的熱處理，以便氮化。進(jìn)而，用噴射式粉碎機(jī)(也可以用球磨機(jī))微粉碎至平均粒徑(dp)為1～10μm，獲得具有5KOe以上矯頑力的Sm-Fe-C-N合金粉末。采用Sympatec公司制造的激光衍射型粒徑分布測(cè)定裝置(HEROS＆RODOS系統(tǒng))測(cè)定合金粉末平均粒徑dp。氮化處理中也可以采用NH3等含氮的氣體和H2的混合氣體。利用X射線的衍射確定合金粉末的結(jié)晶構(gòu)造為T(mén)h2Zn17型、Th2Ni17型或它們的混合相。
將各磁粉以體積百分率70％混合到由聚氯乙烯構(gòu)成的粘結(jié)樹(shù)脂中，制作成擠壓成型用的顆粒。用這種顆粒在180℃的成形溫度下在10KOe的磁場(chǎng)中成形為外徑18mm、內(nèi)徑8mm的圓筒狀，在切斷成300mm長(zhǎng)度之后，固定在外徑8mm的不銹鋼軸上。圓筒狀粘結(jié)磁石在對(duì)稱的八個(gè)磁極上磁化，組裝到外徑20mm的鋁合金制套筒內(nèi)。測(cè)定套筒上的表面磁通密度，各磁極全都高達(dá)2100G左右、并且是均勻的。在使用同樣尺寸的各向同性鐵素體燒結(jié)磁石的情況下，套筒上的表面磁通密度約為750G，在使用八個(gè)磁極的磁場(chǎng)取向金屬模具擠壓成形而制造的各向異性鐵素體粘結(jié)磁石的情況下，表面磁通密度約為900G。
抗蝕性試驗(yàn)是通過(guò)各種組成的10根磁輥在溫度60℃，相對(duì)濕度95％的環(huán)境下放置500小時(shí)，用光學(xué)顯微鏡觀察有無(wú)生銹而進(jìn)行的。利用公式(生銹磁輥的根數(shù)/10)×100％評(píng)價(jià)抗蝕性。
表面磁通密度的均勻性關(guān)系到成形的難易，成形性能良好的情況下，磁粉均勻分布，表面磁通密度均勻，而成形性能差的情況下，磁粉分布產(chǎn)生偏離，表面磁通密度不均勻。表面磁通密度的均勻性是通過(guò)在各磁輥軸線方向上測(cè)定10個(gè)位置的套筒上磁極的表面磁通密度分布，用公式[(表面磁通密度的最大值-表面磁通密度的最小值)/表面磁通密度的平均值]×100(％)進(jìn)行評(píng)價(jià)的。
比較例1～5除了C含量過(guò)多的組成(比較例1～2)、不含有N的組成(比較例3～5)之外，其它條件與實(shí)施例1～7相同的情況下，制作氮化稀土磁石粉末，用這些稀土磁石粉末制作粘結(jié)磁石，作和實(shí)施例相同的評(píng)價(jià)。結(jié)果如表1所示。
表1

由表1可知，在C含量過(guò)多的比較例1～2中，表面磁通密度和抗蝕性兩方面均降低。并且，在不含有N僅含有C的比較例3～5中，表面磁通密度、抗蝕性及均勻性均降低。
實(shí)施例8～10、比較例6、7對(duì)平均粒徑為2～9μm的磁粉(實(shí)施例8～10)、平均粒徑更小的磁粉(比較例6)、平均粒徑更大的磁粉(比較例7)進(jìn)行討論。與實(shí)施例1～7一樣制作氮化磁石粉末，用各氮化磁石粉末制作磁輥，進(jìn)行與實(shí)施例相同的評(píng)價(jià)。結(jié)果如表2所示。
表2

由表2可知，在稀土類(lèi)氮化磁石粉末的平均粒徑為2～9μm的情況下可獲得高的表面磁通密度和高的均勻性。在平均粒徑小的情況下(比較例6)和平均粒徑大的情況下(比較例7)，表面磁通密度低下，同時(shí)均勻性惡化。
實(shí)施例11～15除了以表4所示的母合金組成配置純度為99.9％的Sm、Fe和M，在氬氣氣氛的高頻熔解爐中熔解，獲得母合金鑄塊之外，其它條件與實(shí)施例1～7相同的情況下，制作磁輥，對(duì)其特性進(jìn)行研究。耐熱性是用在磁輥置于80℃×50h的環(huán)境下后的表面磁通密度減少的比例來(lái)表示。
比較例8、9除改變稀土類(lèi)氮化磁石的組成外其它與實(shí)施例1～7相同方法制作磁輥，并進(jìn)行評(píng)價(jià)。
表3

由表3可知，當(dāng)稀土類(lèi)氮化磁石粉末含有以原子％表示的RαT100·(α+ β+δ)MβNδ(R為包含Y的稀土類(lèi)元素的至少一種且必須含有Sm,T為Fe或Fe和Co,M是選自Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的至少一種且必須含有Ti,α、β和δ分別滿足5≤α≤18、1≤B≤30及4≤δ≤30)的主成分組成、并含有作為不可避免的雜質(zhì)O和H、控制在磁粉的5原子％以下的C時(shí)，可獲得表面磁通密度高、抗蝕性及耐熱性好的磁輥。
實(shí)施例16
除用圖13所示的擠壓成形裝置形成圖10所示的徑向取向的圓筒狀永久磁石11之外，其它采用與實(shí)施例1相同的方法制作磁輥，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果得到與實(shí)施例1相同的評(píng)價(jià)結(jié)果。
實(shí)施例17制作圖9所示的由截面為扇形的塊狀磁石貼合而成的類(lèi)型的磁輥。各塊狀磁石通過(guò)用圖12的成形金屬模具以注射模塑成形法制成，使其按徑向取向。
顯像磁極與實(shí)施例1相同的R-T-N系磁粉以體積百分率70％混合到由聚氯乙烯構(gòu)成的粘結(jié)樹(shù)脂中，制作成顆粒。用這種顆粒以180℃的成形溫度在10kOe的磁場(chǎng)中通過(guò)注射模塑成形而形成中心角度為90°的扇形截面的塊狀磁石。
其它磁極獲得由SrO·6Fe2O3表示的平均粒徑為1.2μm的各向并性的鐵素體磁粉。將該鐵素體磁粉以重量百分比92％混合到由乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)樹(shù)脂構(gòu)成的粘結(jié)樹(shù)脂中，制成顆粒。用這種顆粒以180℃的成形溫度在10kOe的磁場(chǎng)中通過(guò)注射模塑成形而形成中心角度為90°的扇形截面的塊狀磁石。
磁輥的制作及評(píng)價(jià)用一個(gè)采用R-T-N系磁粉的塊狀磁石和三個(gè)采用鐵素體磁粉的塊狀磁石，制作與實(shí)施例1尺寸相同的磁輥，并對(duì)顯象磁極進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果，得到與實(shí)施例1相同的評(píng)價(jià)結(jié)果。
實(shí)施例18制作圖9所示的由截面為扇形的塊狀磁石貼合而成的類(lèi)型的磁輥。各塊狀磁石通過(guò)用圖12的成形金屬模具以擠壓成形法形成，使其按徑向取向。
顯象磁極重量為60份的與實(shí)施例1相同的R-T-N系磁粉和重量為40份的由SrO·6Fe2O3表示的、平均粒徑為1.2μm的各向異性鐵素體磁粉混合而成的磁粉，將其以體積百分比70％混合到由聚氯乙烯構(gòu)成的粘結(jié)樹(shù)脂中，制成顆粒。用這種顆粒在180℃的成形溫度下，于10kOe的磁場(chǎng)中通過(guò)擠壓成形形成中心角度為90°的扇形截面的塊狀磁石。
其它磁極獲得由SrO·6Fe2O3表示的平均粒徑為1.2μm的各向異性的鐵素體磁粉。將該鐵素體磁粉以重量百分比92％混合到由EEA樹(shù)脂構(gòu)成的粘結(jié)樹(shù)脂中，制成顆粒。用這種顆粒以180℃的成形溫度在10kOe的磁場(chǎng)中通過(guò)擠壓成形形成中心角度為90°的扇形截面的塊狀磁石。
磁輥的制作及評(píng)價(jià)用一個(gè)采用混合磁粉的塊狀磁石和三個(gè)采用鐵素體磁粉的鐵素體磁石，制作與實(shí)施例1尺寸相同的磁輥，對(duì)顯象磁極進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果，除表面磁通密度減少約40％外，其它評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例19制作圖8所示的截面呈C字形的圓筒狀磁石，和截面為扇形的塊狀磁石貼合而成的類(lèi)型的磁輥。截面為扇形的塊狀磁石，采用圖12所示的成形金屬模具，按徑向取向通過(guò)注射模塑成形法制成。
顯象磁極重量為60份的與實(shí)施例1相同的R-T-N系磁粉和重量為40份的由SrO·6Fe2O3表示的、平均粒徑為1.2μm各向異性鐵素體磁粉混合而成的磁粉，將其以體積百分比70％混合到由聚氯乙烯構(gòu)成的粘結(jié)樹(shù)脂中，制成顆粒。用這種顆粒在180℃的成形溫度下于10kOe的磁場(chǎng)中通過(guò)注射模塑成形為中心角度90°的扇形截面的塊狀磁石。
其它磁極得到以SrO·6Fe2O3表示的各向同性鐵素體磁粉。將這種磁粉以重量百分比92％混合到由EEA樹(shù)脂構(gòu)成的粘結(jié)樹(shù)脂中，制成顆粒。采用這種顆粒，在180℃的成形溫度下通過(guò)注射模塑成形制成中心角度為270°的截面呈C字形的圓筒狀磁石。
磁輥的制作及評(píng)價(jià)采用上述兩個(gè)磁石，制作與實(shí)施例1的尺寸相同的磁輥，對(duì)顯象磁極進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果，除表面磁通密度減少約40％外，其它評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)施例相同。
如上所述，按本發(fā)明，將R-T-N系磁粉分散到粘結(jié)樹(shù)脂中所得到的原料混合物在磁場(chǎng)中進(jìn)行成形，得到各向異性的粘結(jié)磁石，由于采用這種磁石，所以可獲得使用方便、磁力高并且穩(wěn)定性高的磁輥。
在本發(fā)明中，即使R-T-N系磁粉僅用于顯象磁極，或者即使與鐵素體磁粉混合使用，在套筒上也可獲得2000G以上的表面磁通密度。從而可獲得控制昂貴的R-T-N系磁粉的使用量的高磁力的磁輥。
權(quán)利要求
1．一種磁輥，在表面上具有多個(gè)磁極，至少一個(gè)磁極部分由含有磁粉和粘結(jié)樹(shù)脂的各向異性粘結(jié)磁石構(gòu)成，其特征在于，所述各向異性粘結(jié)磁石含有R-T-N系磁粉和粘結(jié)樹(shù)脂，其中，R是包含Y的稀土元素的至少一種且必須含有Sm,T是Fe或Fe和Co，也可含有作為不可避免的雜質(zhì)的O及H，所述粘結(jié)樹(shù)脂的體積百分比為20～70％。
2．如權(quán)利要求1所述的磁輥，其特征在于，所述各向異性粘結(jié)磁石具有10MGOe以上的最大能積(BH)max及2800G以上的剩余磁通密度Br。
3．如權(quán)利要求1所述的磁輥，其特征在于，所述磁粉含有以原子％為RαT100.(α+δ)Nδ表示的主要成分組成、不可避免的雜質(zhì)O及H、控制在磁粉的5原子％以下的C，其中，R為包含Y的稀土元素的至少一種且必須含有Sm,T為Fe或Fe和Co,α及δ分別滿足5≤α≤18，及4≤δ≤30，它表現(xiàn)出的磁特性的相實(shí)質(zhì)上是由Th2Zn17型結(jié)構(gòu)的菱形晶系和/或Th2Ni17型結(jié)構(gòu)的六方晶系所構(gòu)成的硬質(zhì)磁性相。
4．如權(quán)利要求1所述的磁輥，其特征在于，所述磁粉含有以原子％為RαT100.(α+β+δ)MβNδ表示的主要成分組成、不可避免的雜質(zhì)O及H、控制在磁粉的5原子％以下的C，其中，R為包含Y的稀土元素的至少一種且必須含有Sm,T為Fe或Fe和Co,M是選自Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Ga、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的至少一種且必須含有Ti,α、β及δ分別滿足5≤α≤18、1≤β≤30、及4≤δ≤30，它表現(xiàn)出的磁特性的相實(shí)質(zhì)上為由Th2Zn17型結(jié)構(gòu)的菱形晶系和/或Th2Ni17型結(jié)構(gòu)的六方晶系所構(gòu)成的硬質(zhì)磁性相。
5．如權(quán)利要求1所述的磁輥，其特征在于，所述各向異性磁石含有鐵素體磁粉。
6．如權(quán)利要求3或4所述的磁輥，其特征在于，所述磁粉的平均粒徑為1～10μm。
全文摘要
一種磁輥,在表面上具有多個(gè)磁極,至少一個(gè)磁極部分由含有磁粉和粘結(jié)樹(shù)脂的各向異性粘結(jié)磁石構(gòu)成,在該磁輥中,前述各向異性粘結(jié)磁石含有R－T－N系磁粉(R是包含Y的稀土元素的至少一種且必須含有Sm,T是Fe或Fe和Co,也可含有作為不可避免的雜質(zhì)的O及H)和粘結(jié)樹(shù)脂,前述粘結(jié)樹(shù)脂的體積成分比為20～70%。
文檔編號(hào)G03G15/09GK1315679SQ0013105
公開(kāi)日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日
發(fā)明者山下惠太郎, 飛世正博 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社, 日立金屬機(jī)工株式會(huì)社