DE112015002303T5

DE112015002303T5 - Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders

Info

Publication number: DE112015002303T5
Application number: DE112015002303.8T
Authority: DE
Inventors: Kazushi Sakate; Tadashi Kasamoto; Tatsuo Katayama
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Current assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2017-02-09
Also published as: CN106461423B; JP2016153800A; CN106461423A; US10203222B2; JP5920961B2; JP6677388B2; US20170082456A1; WO2015174546A1; JPWO2015174546A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders mit einem magnetischen Körper, der einen magnetischen Kautschukformgegenstand umfasst, bereitgestellt, umfassend einen Mischschritt des Mischens und dann Knetens eines Nitrilkautschuks (A), eines magnetischen Ferritpulvers (B) und eines Vulkanisationsmittels (C) zum Bereitstellen einer magnetischen Kautschukzusammensetzung, und einen Formschritt des Formens und Vulkanisierens der magnetischen Kautschukzusammensetzung in einem Formwerkzeug, an das ein Magnetfeld angelegt ist, so dass der magnetische Kautschukformgegenstand bereitgestellt wird, wobei der Gehalt des magnetischen Ferritpulvers (B) 700 bis 1500 Massenteile auf der Basis von 100 Massenteilen des Nitrilkautschuks (A) beträgt und die Pressdichte des magnetischen Ferritpulvers (B) 3,5 g/cm3 oder mehr beträgt. Gemäß dieses Verfahrens kann ein magnetischer Encoder mit einem magnetischen Körper mit einer hohen Koerzitivkraft und magnetischen Restflussdichte durch Vulkanisieren einer magnetischen Kautschukzusammensetzung mit einer vorteilhaften Formbarkeit erzeugt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders, der einen magnetischen Körper aufweist, der einen magnetischen Kautschukformgegenstand umfasst, der durch Vulkanisieren einer magnetischen Kautschukzusammensetzung erzeugt wird, die einen Nitrilkautschuk und ein magnetisches Ferritpulver umfasst.
STAND DER TECHNIK
Ein magnetischer Kautschukformgegenstand, der durch Vulkanisieren einer magnetischen Kautschukzusammensetzung erzeugt wird, die einen Kautschuk und ein magnetisches Pulver enthält, wurde in verschiedenen Anwendungen verwendet. Insbesondere ist eine geeignete Anwendung eines magnetischen Kautschukformgegenstands ein magnetischer Encoder, der durch Magnetisieren eines magnetischen Kautschukformgegenstands erzeugt wird. Abhängig von dem Leistungsvermögen, das für einen Gegenstand erforderlich ist, werden verschiedene Kautschuke verwendet, und unter Berücksichtigung der Ausgewogenheit der Ölbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit und des Preises wird zweckmäßig ein Nitrilkautschuk verwendet. Als magnetisches Pulver werden gemäß dem erforderlichen Leistungsvermögen ein magnetisches Ferritpulver, ein magnetisches Seltenerdpulver und dergleichen verwendet, und im Hinblick auf die Kosten und die Dauerbeständigkeit wird zweckmäßig ein magnetisches Ferritpulver verwendet (vgl. z. B. die Patentdokumente Nr. 1 bis 3).
Zur Verbesserung der Genauigkeit verschiedener Sensoren, bei denen ein magnetischer Encoder eingesetzt wird, und zur Verminderung der Größe ist es dringend erforderlich, die magnetischen Eigenschaften eines magnetischen Kautschukformgegenstands zu verbessern. Zu diesem Zweck wird zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften routinemäßig eine große Menge von magnetischem Pulver zugesetzt, jedoch führt eine übermäßige Menge zu einer Verschlechterung der Formbarkeit, so dass bezüglich des Erhöhens der zugesetzten Menge eine Beschränkung vorliegt. Es bestand daher ein Bedarf zur Bereitstellung eines magnetischen Kautschukformgegenstands, durch den die magnetischen Eigenschaften verbessert werden können, während eine Formbarkeit sichergestellt ist.
In dem Patentdokument Nr. 4 ist ein anisotroper gebundener Magnet beschrieben, der aus einem Ferritpulver hergestellt ist, in dem eine Teilchengrößenverteilung eine Mehrzahl von Peaks aufweist, die Pressdichte (CD) 3,5 g/cm³ oder mehr beträgt und ein Grünpresskörper eine Koerzitivkraft (p-iHc) von 2100 Oe oder mehr aufweist. Insbesondere ist in dem Dokument beschrieben, dass eine Zusammensetzung, die das Ferritpulver und Nylon 6 enthält, in einem Magnetfeld spritzgegossen wird, so dass ein anisotroper gebundener Magnet hergestellt wird. In dem Dokument ist beschrieben, dass es die Herstellung eines sehr stark magnetischen gebundenen Magneten ermöglicht, der eine hervorragende Füllbarkeit und Orientierung aufweist, während die Koerzitivkraft beibehalten wird.
Das Polyamid (Nylon 6), das in dem Patentdokument Nr. 4 verwendet wird, weist bei einer hohen Temperatur, die höher ist als dessen Schmelzpunkt, eine niedrige Viskosität auf und kann selbst dann mit einer hohen Geschwindigkeit spritzgegossen werden, wenn es eine große Menge von magnetischem Ferritpulver enthält. Ferner wird ein magnetischer Kautschukformgegenstand durch Kneten einer hochviskosen magnetischen Kautschukzusammensetzung bei einer niedrigen Temperatur für einen langen Zeitraum und anschließend Vulkanisieren hergestellt. Es wurde jedoch gefunden, dass dann, wenn eine hochviskose magnetische Kautschukzusammensetzung eine große Menge eines magnetischen Ferritpulvers für einen langen Zeitraum enthält, die Koerzitivkraft eines magnetischen Kautschukformgegenstands, der nach der Vulkanisation erhalten wird, aufgrund des Ausübens einer intensiven Scherkraft auf das enthaltene magnetische Ferritpulver für einen langen Zeitraum beträchtlich vermindert wird. Dies ist ein Problem, das für eine magnetische Kautschukzusammensetzung spezifisch ist, die für ein Spritzgießen eines Polyamid-enthaltenden gebundenen Magneten nicht signifikant ist, wie es in dem Patentdokument Nr. 4 beschrieben ist. Es besteht daher ein starker Bedarf für die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Kautschukformgegenstands mit einer hohen Koerzitivkraft.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
Patentdokumente

Patentdokument Nr. 1: JP 1985-14405A
Patentdokument Nr. 2: JP 2003-183443A
Patentdokument Nr. 3: JP 2006-225601A
Patentdokument Nr. 4: JP 2010-263201A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Zum Lösen der vorstehend genannten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders mit einem magnetischen Körper mit einer hohen Koerzitivkraft und magnetischen Restflussdichte durch Vulkanisieren einer magnetischen Kautschukzusammensetzung mit einer vorteilhaften Formbarkeit bereitzustellen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Die vorstehend genannten Probleme werden durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Encoders mit einem magnetischen Körper, der einen magnetischen Kautschukformgegenstand umfasst, gelöst, umfassend
einen Mischschritt des Mischens und dann Knetens eines Nitrilkautschuks (A), eines magnetischen Ferritpulvers (B) und eines Vulkanisationsmittels (C) zum Bereitstellen einer magnetischen Kautschukzusammensetzung, und
einen Formschritt des Formens und Vulkanisierens der magnetischen Kautschukzusammensetzung in einem Formwerkzeug, an das ein Magnetfeld angelegt ist, so dass der magnetische Kautschukformgegenstand bereitgestellt wird,
wobei der Gehalt des magnetischen Ferritpulvers (B) 700 bis 1500 Massenteile auf der Basis von 100 Massenteilen des Nitrilkautschuks (A) beträgt und
die Pressdichte des magnetischen Ferritpulvers (B) 3,5 g/cm³ oder mehr beträgt.
Dabei ist es bevorzugt, dass das magnetische Ferritpulver (B) eine Teilchengrößenverteilung mit einer Mehrzahl von Peaks aufweist. Es ist auch bevorzugt, dass das magnetische Ferritpulver (B) ein anisotropes magnetisches Pulver ist.
Es ist bevorzugt, dass das minimale Drehmoment ML der magnetischen Kautschukzusammensetzung 29,4 bis 78,5 N·cm (3 bis 8 kgf·cm) beträgt, bestimmt in einer Vulkanisationskurve bei 180°C. Es ist auch bevorzugt, dass in dem Mischschritt der Nitrilkautschuk (A), das magnetische Ferritpulver (B) und das Vulkanisationsmittel (C) gemischt und dann für 10 bis 60 min bei 60 bis 130°C geknetet werden, so dass die magnetische Kautschukzusammensetzung bereitgestellt wird. Ferner ist es auch bevorzugt, dass die Vulkanisation bei 140 bis 250°C für 1 bis 30 min in dem Formwerkzeug durchgeführt wird, an das ein Magnetfeld angelegt ist.
Es ist bevorzugt, dass der erzeugte Encoder ein Trägerelement, das an einem Rotor angebracht werden kann, und einen ringförmigen magnetischen Kautschukformgegenstand, der an dem Trägerelement angebracht ist, umfasst, wobei der magnetische Kautschukformgegenstand in Umfangsrichtung abwechselnd als N-Pol und S-Pol magnetisiert ist.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann ein magnetischer Encoder mit einem magnetischen Körper mit einer hohen Koerzitivkraft und magnetischen Restflussdichte durch Vulkanisieren einer magnetischen Kautschukzusammensetzung mit einer vorteilhaften Formbarkeit hergestellt werden. Ein magnetischer Hochleistungsencoder, der mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, kann zu einer Verbesserung der Genauigkeit und einer Größenverminderung verschiedener Sensoren beitragen, in denen der Encoder eingesetzt wird.
MODI ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ein magnetischer Encoder gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen magnetischen Körper auf, der einen magnetischen Kautschukformgegenstand umfasst. Der magnetische Kautschukformgegenstand wird durch Vulkanisieren einer magnetischen Kautschukzusammensetzung hergestellt, die einen Nitrilkautschuk (A) und ein magnetisches Ferritpulver (B) enthält. Dabei beträgt der Gehalt des magnetischen Ferritpulvers (B) 700 bis 1500 Massenteile auf der Basis von 100 Massenteilen des Nitrilkautschuks (A) und die Pressdichte des magnetischen Ferritpulvers (B) beträgt 3,5 g/cm³ oder mehr. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist die magnetische Kautschukzusammensetzung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein magnetisches Pulver mit einer hohen Pressdichte in einer hohen Konzentration enthält.
Es ist bekannt, dass die magnetische Restflussdichte eines magnetisierten magnetischen Kautschukformgegenstands durch Zusetzen einer großen Menge eines magnetischen Pulvers erhöht werden kann. Folglich wurde für verschiedene Typen von magnetischen Pulvern eine magnetische Kautschukzusammensetzung, die eine große Menge des magnetischen Pulvers auf der Basis eines Nitrilkautschuks enthält, in einem Formwerkzeug, an das ein Magnetfeld angelegt ist, geformt und vulkanisiert, so dass ein magnetischer Kautschukformgegenstand erhalten wurde, dessen magnetische Eigenschaften bestimmt worden sind. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die Verwendung eines magnetischen Pulvers mit einer höheren Pressdichte die Bereitstellung einer magnetischen Kautschukzusammensetzung mit einer vorteilhaften Formbarkeit selbst dann ermöglicht, wenn sie ein magnetisches Pulver in einer hohen Konzentration enthält, und die Bereitstellung eines magnetischen Kautschukformgegenstands mit einer hohen Koerzitivkraft ermöglicht, obwohl eine hochviskose magnetische Kautschukzusammensetzung für einen langen Zeitraum geknetet wird. Ferner wird durch Formen und Vulkanisieren der Zusammensetzung in einem Formwerkzeug, an das ein Magnetfeld angelegt ist, die magnetische Restflussdichte des magnetischen Kautschukformgegenstands erhöht. Ein magnetischer Kautschukformgegenstand mit einer hohen magnetischen Restflussdichte und einer hohen Koerzitivkraft ist für einen magnetischen Hochleistungsencoder erforderlich.
Eine magnetische Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält einen Nitrilkautschuk (A). Bezüglich des Nitrilkautschuks (A), der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, gibt es keine speziellen Beschränkungen und ein Copolymer aus Acrylnitril und 1,3-Butadien kann verwendet werden. Die Hydrierung von Doppelbindungen, die nach der Polymerisation in 1,3-Butadieneinheiten verbleiben, ist optional. Unhydrierte Kautschuke (NBR) und hydrierte Kautschuke (HNBR) können gemäß einer Anwendung verwendet werden. Solange die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden, kann der Kautschuk eine Struktureinheit enthalten, die von einem anderen copolymerisierbaren Monomer stammt. Eine solche Struktureinheit kann funktionelle Gruppen, wie z. B. Carboxylgruppen und Carbonsäureanhydridgruppen, enthalten.
Der Gehalt von Acrylnitrileinheiten in dem Nitrilkautschuk (A) beträgt vorzugsweise 15 bis 50 Massen-%. Der Gehalt von 1,3-Butadieneinheiten beträgt vorzugsweise 50 bis 85 Massen-%, einschließlich hydrierte Einheiten. Der Nitrilkautschuk (A) kann unhydriert (NBR) oder hydriert (HNBR) sein. Die Mooney-Viskosität (ML₁₊₁₀, 100°C) des Nitrilkautschuks (A) beträgt vorzugsweise 20 bis 100. Zum Beibehalten der Formbarkeit, obwohl eine große Menge magnetisches Pulver enthalten ist, ist eine niedrigere Mooney-Viskosität bevorzugt, und sie beträgt folglich mehr bevorzugt 70 oder weniger, mehr bevorzugt 55 oder weniger. Obwohl ein Nitrilkautschuk, der bei Raumtemperatur (25°C) flüssig ist, zugemischt werden kann, ist es bevorzugt, im Hinblick auf die Handhabbarkeit nur einen Nitrilkautschuk zu verwenden, der bei Raumtemperatur fest ist.
Die magnetische Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält ein magnetisches Ferritpulver (B). Bezüglich des magnetischen Ferritpulvers (B) gibt es keine speziellen Beschränkungen und ein magnetisches Strontiumferritpulver und ein magnetisches Bariumferritpulver können zweckmäßig verwendet werden. Das magnetische Ferritpulver (B) der vorliegenden Erfindung muss eine Pressdichte von 3,5 g/cm³ oder mehr, vorzugsweise 3,55 g/cm³ oder mehr aufweisen. Auf diese Weise kann ein magnetischer Kautschukformgegenstand mit einer vorteilhaften Formbarkeit und vorteilhaften magnetischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Die Pressdichte beträgt im Allgemeinen 4 g/cm³ oder weniger. Dabei ist die Pressdichte (g/cm³) des magnetischen Ferritpulvers (B) die Dichte einer Probe, die durch Einbringen von 10 g eines magnetischen Ferritpulvers in ein zylindrisches Formwerkzeug mit einem Innendurchmesser von 2,54 cm und Pressen desselben bei einem Druck von 1 Tonne/cm² erhalten wird. Im Hinblick auf eine solche Pressdichte weist die Teilchengrößenverteilung vorzugsweise eine Mehrzahl von Peaks auf. Die Teilchengrößenverteilung des magnetischen Ferritpulvers (B) kann unter Verwendung eines Trocken-Laserbeugungsteilchengrößenverteilungsmessgeräts bestimmt werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des magnetischen Ferritpulvers (B) beträgt vorzugsweise 0,5 bis 2 μm. Ferner ist das magnetische Ferritpulver (B) vorzugsweise ein anisotropes magnetisches Pulver. Ein anisotropes magnetisches Pulver kann in einem Formwerkzeug vulkanisiert werden, an das ein Magnetfeld angelegt ist, so dass ein magnetischer Kautschukformgegenstand mit vorteilhaften magnetischen Eigenschaften erhalten wird. Im Allgemeinen ist ein solches anisotropes magnetisches Pulver, das für ein solches Vulkanisationsverfahren geeignet ist, als magnetisches Pulver „für eine Magnetfeldorientierung” handelsüblich. Ein magnetisches Pulver für eine Magnetfeldorientierung weist ein kleines Seitenverhältnis((Durchmesser/Dicke)-Verhältnis in einem plättchenartigen Körper) auf, so dass es sich in einer Kautschukzusammensetzung in einem Magnetfeld leicht drehen kann. Ferner wird für ein Verfahren zur Orientierung im Zusammenhang mit einer mechanischen Verformung ohne Anlegen eines Magnetfelds ein magnetisches Pulver mit einem großen Seitenverhältnis, das als magnetisches Pulver „für eine mechanische Orientierung” handelsüblich ist, allgemein verwendet.
In der magnetischen Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt des magnetischen Ferritpulvers (B) auf der Basis von 100 Massenteilen des Nitrilkautschuks (A) 700 bis 1500 Massenteile. Wenn der Gehalt des magnetischen Ferritpulvers (B) weniger als 700 Massenteile beträgt, werden Probleme einer Verschlechterung der Formbarkeit und einer niedrigeren Koerzitivkraft mit einem herkömmlichen magnetischen Ferritpulver nicht verursacht, und daher ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung weniger signifikant. Der Gehalt des magnetischen Ferritpulvers (B) beträgt vorzugsweise 850 Massenteile oder mehr, mehr bevorzugt 1000 Massenteile oder mehr.
Die magnetische Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann einen Kautschuk enthalten, der von einem Nitrilkautschuk verschieden ist, solange er die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Der Gehalt des anderen Kautschuks beträgt jedoch im Allgemeinen 10 Massen-% oder weniger, vorzugsweise 5 Massen-% oder weniger auf der Basis der Gesamtmenge der Kautschukkomponente, und mehr bevorzugt ist ein Kautschuk, der von einem Nitrilkautschuk verschieden ist, im Wesentlichen abwesend. Ferner kann die magnetische Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein magnetisches Pulver enthalten, das von einem magnetischen Ferritpulver verschieden ist, wie z. B. ein magnetisches Seltenerdpulver, solange es die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Dessen Gehalt beträgt jedoch im Allgemeinen 10 Massen-% oder weniger, vorzugsweise 5 Massen-% oder weniger auf der Basis der Gesamtmenge des magnetischen Pulvers, und mehr bevorzugt ist ein magnetisches Pulver, das von einem magnetischen Ferritpulver verschieden ist, im Wesentlichen abwesend.
Die magnetische Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält ein Vulkanisationsmittel (C). Das Vulkanisationsmittel (C) kann aus denjenigen ausgewählt werden, die üblicherweise zum Vulkanisieren eines Nitrilkautschuks (A) verwendet werden, wie z. B. Schwefel, ein Peroxid und eine Polyaminverbindung. Der Gehalt des Vulkanisationsmittels (C) beträgt im Allgemeinen 0,1 bis 10 Massenteile auf der Basis von 100 Massenteilen des Nitrilkautschuks (A).
Die magnetische Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann eine Komponente enthalten, die von dem Nitrilkautschuk (A), dem magnetischen Ferritpulver (B) und dem Vulkanisationsmittel (C) verschieden ist, solange sie die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Die Zusammensetzung kann verschiedene Additive enthalten, wie z. B. einen Vulkanisationsbeschleuniger, ein Vulkanisationshilfsmittel, einen Säureakzeptor, ein Farbmittel, einen Füllstoff und einen Weichmacher, die üblicherweise für eine magnetische Kautschukzusammensetzung verwendet werden.
Das Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders der vorliegenden Erfindung umfasst einen Mischschritt des Mischens und dann Knetens eines Nitrilkautschuks (A), eines magnetischen Ferritpulvers (B) und eines Vulkanisationsmittels (C) zur Bereitstellung einer magnetischen Kautschukzusammensetzung und einen Formschritt des Formens und Vulkanisierens der magnetischen Kautschukzusammensetzung in einem Formwerkzeug, an das ein Magnetfeld angelegt ist, so dass der magnetische Kautschukformgegenstand erhalten wird.
In dem vorstehend genannten Mischschritt werden die einzelnen Komponenten gemischt, so dass eine magnetische Kautschukzusammensetzung bereitgestellt wird. Bezüglich des Mischverfahrens gibt es keine speziellen Beschränkungen und das Kneten kann mit einer offenen Walze, einem Kneter, einem Banbury-Mischer, einem Innenmischer, einem Extruder oder dergleichen durchgeführt werden. Das Kneten wird unter anderem vorzugsweise in einer offenen Walze oder einem Kneter durchgeführt. Die Temperatur der magnetischen Kautschukzusammensetzung während des Knetens beträgt vorzugsweise 60 bis 130°C. Die Knetzeit beträgt vorzugsweise 10 bis 60 min.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es zur Herstellung eines Kautschukformgegenstands üblich, eine hochviskose Zusammensetzung bei einer relativ niedrigeren Temperatur für einen relativ längeren Zeitraum zu kneten, worauf eine Vulkanisation durchgeführt wird. Es wurde jedoch gefunden, dass dann, wenn eine hochviskose magnetische Kautschukzusammensetzung, die eine große Menge eines magnetischen Ferritpulvers enthält, für eine lange Zeit geknetet wird, eine starke Scherkraft auf das magnetische Ferritpulver für eine lange Zeit ausgeübt wird, was zu einer Verschlechterung der Koerzitivkraft eines hergestellten magnetischen Kautschukformgegenstands führt. Dabei wurde gefunden, dass die Verwendung eines magnetischen Ferritpulvers (B) mit einer Pressdichte von 3,5 g/cm³ oder mehr das Problem vermindern kann. Dies ist ein Problem, das für eine magnetische Kautschukzusammensetzung spezifisch ist und das bei der Herstellung eines Polyamid-enthaltenden gebundenen Magneten durch Spritzgießen nicht auftritt.
Das minimale Drehmoment ML der so erhaltenen magnetischen Kautschukzusammensetzung beträgt vorzugsweise 29,4 bis 78,5 N·cm (3 bis 8 kgf·cm), bestimmt in einer Vulkanisationskurve bei 180°C. Wenn das ML weniger als 29,4 N·cm (3 kgf·cm) beträgt, kann Luft in einem Formgegenstand zurückbleiben. Wenn das ML mehr als 78,5 N·cm (8 kgf·cm) beträgt, kann die Formbarkeit unzureichend sein, was zu einem unzureichenden Füllen führt.
Der anschließende Schritt ist ein Formschritt des Formens und Vulkanisierens der magnetischen Kautschukzusammensetzung in einem Formwerkzeug, an das ein Magnetfeld angelegt ist, so dass der magnetische Kautschukformgegenstand bereitgestellt wird. In dem Formschritt wird im Allgemeinen die vorstehend genannte magnetische Kautschukzusammensetzung zu einer gewünschten Form geformt und dann durch Erwärmen vulkanisiert. Beispiele für ein Verfahren zum Formen einer magnetischen Kautschukzusammensetzung umfassen ein Extrusionsformen und ein Formpressen. Insbesondere ist ein Formpressen geeignet. Die Vulkanisationstemperatur beträgt vorzugsweise 140 bis 250°C. Die Vulkanisationszeit beträgt vorzugsweise 1 bis 30 min. Abhängig von der Form oder der Abmessung des magnetischen Kautschukformgegenstands wird das Innere gegebenenfalls nicht ausreichend vulkanisiert, während die Oberfläche vulkanisiert wird, und folglich kann die Zusammensetzung für eine sekundäre Vulkanisation weiter erwärmt werden. Das Erwärmungsverfahren zur Vulkanisation kann ein Verfahren sein, das für eine Vulkanisation eines Kautschuks üblich ist, wie z. B. ein Presserwärmen, ein Dampferwärmen, ein Ofenerwärmen und ein Heißlufterwärmen, und ein Presserwärmen ist geeignet.
In dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Vulkanisation in einem Formwerkzeug durchgeführt, an das ein Magnetfeld angelegt ist. Folglich kann die magnetische Restflussdichte des magnetischen Kautschukformgegenstands erhöht werden. Dabei ist es beim Formpressen geeignet, ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Formgegenstands anzulegen.
Ein magnetischer Encoder, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, weist einen magnetischen Körper auf, der den so erhaltenen magnetischen Kautschukformgegenstand umfasst. Obwohl der magnetische Körper einen Satz aus S- und N-Polen aufweisen kann, handelt es sich häufig um einen magnetischen Körper mit einer Mehrzahl von Polen, in dem Magnetpole abwechselnd angeordnet sind, jedoch ist die Art der Magnetisierung nicht darauf beschränkt. Bezüglich der Form des magnetischen Körpers gibt es keine speziellen Beschränkungen, jedoch ist er vorzugsweise ringförmig, wie z. B. eine Scheibe und ein Zylinder für die Erfassung einer Drehbewegung. In einem solchen Fall sind S- und N-Pole in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet, so dass ein Winkel erfasst werden kann. Folglich handelt es sich dabei in der Praxis um den wichtigsten Aspekt. In einer Anwendung zur Erfassung einer linearen Bewegung kann ein magnetischer Körper in der Form eines flachen Streifens verwendet werden. Wenn S- und N-Pole nahe beieinander ausgebildet sind und die Abmessung jedes Pols gering ist, ist eine höhere Koerzitivkraft erforderlich, und daher ist die Verwendung eines magnetischen Encoders, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, besonders vorteilhaft.
Ein magnetischer Encoder, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, weist gegebenenfalls ein Trägerelement auf, das den magnetischen Körper trägt bzw. stützt. Das Trägerelement ist vorzugsweise ein Metallelement, insbesondere eine Metallplatte. Es gibt keine speziellen Beschränkungen bezüglich eines Verfahrens zum Verbinden eines magnetischen Kautschukformgegenstands und eines Trägerelements und diese können direkt durch Vulkanisieren eines magnetischen Kautschukformgegenstands verbunden werden. Zum festeren Verbinden einer magnetischen Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung mit einem Trägerelement werden der magnetische Kautschukformgegenstand und das Trägerelement vorzugsweise mittels eines wärmeaushärtenden Haftmittels verbunden. Dabei kann die magnetische Kautschukzusammensetzung geformt und vulkanisiert werden und dann kann das wärmeaushärtende Haftmittel ausgehärtet werden, so dass der magnetische Kautschukformgegenstand mittels des wärmeaushärtenden Haftmittels mit dem Trägerelement verbunden wird. Alternativ kann die magnetische Kautschukzusammensetzung geformt und vulkanisiert werden, während das wärmeaushärtende Haftmittel ausgehärtet wird, so dass der magnetische Kautschukformgegenstand mittels des wärmeaushärtenden Haftmittels mit dem Trägerelement verbunden wird. Das wärmeaushärtende Haftmittel kann jedwedes Haftmittel sein, das durch Ablaufenlassen einer Vernetzungsreaktion durch Erwärmen ausgehärtet werden kann. Beispiele für Haftmittel, die verwendet werden können, umfassen ein Phenolharz, ein Epoxyharz, ein Urethanharz, einen Kautschukkleber, der durch Lösen eines unvulkanisierten Kautschuks in einem Lösungsmittel hergestellt wird, und einen Silanhaftvermittler.
Eine geeignete Ausführungsform eines magnetischen Encoders, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ist ein magnetischer Encoder, der ein Trägerelement, das an einem Rotor angebracht werden kann, und einen ringförmigen magnetischen Kautschukformgegenstand umfasst, der auf dem Trägerelement montiert ist, wobei der magnetische Kautschukformgegenstand in Umfangsrichtung abwechselnd als N-Pol und S-Pol magnetisiert ist. Dieser ist als magnetischer Encoder zum Erfassen einer Drehbewegung geeignet. Wenn ein kleiner Winkel genau gemessen werden soll, ist die Verwendung eines magnetischen Encoders, der einen magnetischen Kautschukformgegenstand mit einer hohen Koerzitivkraft aufweist, besonders vorteilhaft.
Bezüglich der Anwendung eines magnetischen Encoders, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, gibt es keine speziellen Beschränkungen. Ein magnetischer Encoder mit einem ringförmigen oder scheibenförmigen magnetischen Körper mit einer Mehrzahl von Polen, in dem Magnetpole in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, wird in einem Sensor zum Erfassen einer Drehbewegung verwendet. Beispielsweise kann er in einem Achsendrehzahlsensor, einem Kurbelwinkelsensor, einem Motordrehwinkelsensor und dergleichen verwendet werden. Ein magnetischer Encoder mit einem magnetischen Körper mit einer Mehrzahl von Polen, in dem Magnetpole abwechselnd in einer linearen Richtung angeordnet sind, wird in einem Sensor verwendet, der eine lineare Bewegung erfasst. Er wird z. B. in einer Linearführungsvorrichtung, einem elektrischen Fensterheber, einem elektrisch verstellbaren Sitz, einem Bremspedaldrückausmaßsensor, einem Bürogerät und dergleichen verwendet. Von diesen ist die Verwendung als magnetischer Encoder für einen Sensorrotor in einem Antiblockiersystem für ein Kraftfahrzeug die am besten geeignete Anwendung eines magnetischen Encoders, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, und der eine hervorragende Flexibilität und hervorragende magnetische Eigenschaften sowie eine hohe magnetische Restflussdichte und eine hohe Koerzitivkraft aufweist.
BEISPIELE
Beispiel 1
[Herstellung einer unvulkanisierten Kautschuklage]
Die nachstehend angegebenen Ausgangsmaterialien wurden unter Verwendung einer offenen Walze mit einem Durchmesser von 20,3 cm (8 Zoll) für 35 min geknetet, während die Zusammensetzung bei 60 bis 100°C gehalten wurde, so dass unvulkanisierte Kautschuklagen mit einer Dicke von 1 mm, 1,5 mm und 2 mm hergestellt wurden.

• Nitrilkautschuk (unhydriert: NBR): 100 Massenteile Acrylnitrilgehalt 34%, Mooney-Viskosität (ML₁₊₁₀, 100°C) 45
• Magnetisches Strontiumferritpulver A (für eine Magnetfeldorientierung): 1100 Massenteile Durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1,2 μm (die Teilchengrößenverteilung weist eine Mehrzahl von Peaks auf.) Pressdichte: 3,6 g/cm³ Magnetische Restflussdichte eines Presskörpers: 196 mT Koerzitivkraft eines Presskörpers: 236 kA/m
• Weichmacher TOTM [Tris(2-ethylhexyl)trimellitat]: 3 Massenteile
• Zinkoxid: 4 Massenteile
• Stearinsäure: 3 Massenteile
• Alterungsschutzmittel: [4,4'-Bis(α,α-dimethylbenzyl)diphenylamin]: 5 Massenteile
• Festes Paraffin: 2 Massenteile
• Schwefel: 0,4 Massenteile
• Vulkanisationsbeschleuniger MBTS (2,2'-Dibenzothiazolyldisulfid): 2 Massenteile
• Vulkanisationsbeschleuniger TETD (Tetraethylthiuramdisulfid): 1,5 Massenteile

[Vulkanisationseigenschaften]
Die als Probe erhaltene unvulkanisierte Kautschuklage wurde bezüglich der Vulkanisationseigenschaften mittels eines „Curelastometer 7” von A&D Company, Limited gemäß JIS K6300-2 gemessen. Eine Vulkanisationskurve wurde bei einer Messtemperatur von 180°C für 5 min gebildet und aus einem Graphen, bei dem die vertikale Achse das Drehmoment ist und die horizontale Achse die Zeit ist, wurden das minimale Drehmoment ML (N·cm (kgf·cm)), das maximale Drehmoment MH (N·cm (kgf·cm)), die Zeit bis 10% Drehmoment von MH t10 (min) und die Zeit bis 90% Drehmoment von MH t90 (min) bestimmt.
[Mechanische Eigenschaften]
Ein Zugtest wurde gemäß JIS K6251 durchgeführt. Die erhaltene unvulkanisierte Kautschuklage wurde bei 170°C für 10 min pressvulkanisiert, so dass eine vulkanisierte Kautschuklage mit einer Dicke von 1 mm erhalten wurde. Die Zugfestigkeit (MPa) und die Dehnung (%) wurden bei 23°C und einer relativen Feuchtigkeit von 50% und bei einer Zuggeschwindigkeit von 500 mm/min unter Verwendung eines Prüfkörpers des Hanteltyps Nr. 3, der durch Schneiden der erhaltenen vulkanisierten Kautschuklage hergestellt worden ist, bestimmt. Als Ergebnis betrug die Zugfestigkeit 4,0 MPa und die Dehnung betrug 30%.
[Härte]
Die Härte wurde gemäß JIS K6253 bestimmt. Ein Prüfkörper, der durch Laminieren von drei vulkanisierten Kautschuklagen mit einer Dicke von 2 mm hergestellt wurde, wie sie für den Zugtest hergestellt worden sind, wurde bezüglich der Härte bei einer Temperatur von 23°C und einer relativen Feuchtigkeit von 50% unter Verwendung eines Härteprüfgeräts des Typs A zum Ermitteln eines Peakwerts gemessen. Als Ergebnis betrugt die A-Härte 90.
[Magnetische Eigenschaften]
Aus der erhaltenen unvulkanisierten Kautschuklage wurde ein Scheibenprüfkörper mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Dicke von 6 mm hergestellt und dann bei 170°C für 10 min bei einem Magnetfeld in der Richtung der Prüfkörperdicke pressvulkanisiert, so dass ein vulkanisierter Kautschukprüfkörper hergestellt wurde. Der erhaltene Formgegenstand wurde bezüglich der magnetischen Restflussdichte und der Koerzitivkraft unter Verwendung einer Testvorrichtung für Gleichstrommagnetisierungseigenschaften „BH curve tracer” von METRON Inc. gemessen. Als Ergebnis betrug die magnetische Restflussdichte 300 mT und die Koerzitivkraft betrug 270 kA/m.
[Haftvermögen an einem Trägerelement]
Ein ringförmiges Trägerelement aus SUS430 (Ölschleuderring) mit einer Plattendicke von 0,6 mm und einem L-förmigen Querschnitt wurde verwendet. Das Trägerelement wies als Abmessungen einen Innendurchmesser eines Innenzylinders von 55 mm, einen Außendurchmesser eines Außenkreisrings von 67 mm und eine axiale Länge des Innenzylinders von 4,0 mm auf. Getrennt davon wurde eine unvulkanisierte Kautschuklage, die mit einer Dicke von 1,5 erhalten wurde, in eine Toroidlage mit einem Innendurchmesser von 56 mm und einem Außendurchmesser von 67 mm geschnitten, die dann auf dem Trägerelement angeordnet wurde, das mit einem aus einem Phenolharz hergestellten Haftmittel vorbeschichtet war. Anschließend wurde sie bei 180°C für 3 min pressvulkanisiert, so dass ein magnetischer Körper mit einem Innendurchmesser von 56 mm, einem Außendurchmesser von 67 mm und einer Dicke von 1,0 mm erhalten wurde. Der magnetische Körper war fest an das Trägerelement gebunden und das Haftvermögen war gut. Die vorstehend genannten Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Beispiel 2
Eine unvulkanisierte Kautschuklage wurde so hergestellt, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, wobei das magnetische Strontiumferritpulver A durch ein magnetisches Strontiumferritpulver B ersetzt wurde. Die Eigenschaften des magnetischen Strontiumferritpulvers B sind wie folgt. Unter Verwendung der erhaltenen unvulkanisierten Kautschuklage wurden die Vulkanisationseigenschaften, die magnetischen Eigenschaften und das Haftvermögen an einem Trägerelement so gemessen, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1,14 μm (die Teilchengrößenverteilung weist einen Peak auf.)
Pressdichte: 3,5 g/cm³
Magnetische Restflussdichte eines Presskörpers: 185 mT
Koerzitivkraft eines Presskörpers: 273 kA/m
Beispiel 3
Eine unvulkanisierte Kautschuklage wurde so hergestellt, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, wobei der Nitrilkautschuk (NBR) durch einen hydrierten Nitrilkautschuk (HNBR) ersetzt wurde und die zugesetzte Menge von Stearinsäure 2 Massenteile betrug und die zugesetzte Menge von Schwefel 0,5 Massenteile betrug. Die Eigenschaften des hier verwendeten hydrierten Nitrilkautschuks sind derart, wie es nachstehend beschrieben ist. Unter Verwendung der erhaltenen unvulkanisierten Kautschuklage wurden die Vulkanisationseigenschaften, die magnetischen Eigenschaften und das Haftvermögen an einem Trägerelement so gemessen, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Acrylnitrilgehalt: 36%
Mooney-Viskosität (ML₁₊₁₀, 100°C): 57
Iodzahl: 28 g/100 g
Vergleichsbeispiel 1
Eine unvulkanisierte Kautschuklage wurde so hergestellt, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, wobei das magnetische Strontiumferritpulver A durch ein magnetisches Strontiumferritpulver C (zur Magnetfeldorientierung) ersetzt wurde. Die Eigenschaften des magnetischen Strontiumferritpulvers C sind derart, wie es nachstehend beschrieben ist. Unter Verwendung der erhaltenen unvulkanisierten Kautschuklage wurden die Vulkanisationseigenschaften, die magnetischen Eigenschaften und das Haftvermögen an einem Trägerelement so gemessen, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1,4 μm (die Teilchengrößenverteilung weist einen Peak auf.)
Pressdichte: 3,4 g/cm³
Magnetische Restflussdichte eines Presskörpers: 185 mT
Koerzitivkraft eines Presskörpers: 207 kA/m
Vergleichsbeispiel 2
Eine unvulkanisierte Kautschuklage wurde so hergestellt, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, wobei das magnetische Strontiumferritpulver A durch ein magnetisches Strontiumferritpulver D (zur mechanischen Orientierung) ersetzt wurde und die Vulkanisation ohne Anlegen eines Magnetfelds durchgeführt wurde. Die Eigenschaften des magnetischen Strontiumferritpulvers D sind derart, wie es nachstehend beschrieben ist. Unter Verwendung der erhaltenen unvulkanisierten Kautschuklage wurden die Vulkanisationseigenschaften, die magnetischen Eigenschaften und das Haftvermögen an einem Trägerelement so gemessen, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 1,1 μm (die Teilchengrößenverteilung weist einen Peak auf.)
Pressdichte: 3,2 g/cm³
Magnetische Restflussdichte eines Presskörpers: 193 mT
Koerzitivkraft eines Presskörpers: 235 kA/m
Wie es in der Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde in den Beispielen 1 bis 3, bei denen ein magnetisches Pulver mit einer Pressdichte von 3,5 g/cm³ oder mehr in einem Magnetfeld vulkanisiert wurde, ein magnetischer Körper mit einer hohen magnetischen Restflussdichte und einer hohen Koerzitivkraft erhalten. Ferner war in den Beispielen 1 bis 3 der ML-Wert in der Vulkanisationskurve klein und die Fluidität während des Formens war vorteilhaft. Insbesondere ist ersichtlich, dass im Beispiel 1, bei dem die Teilchengrößenverteilung des magnetischen Pulvers eine Mehrzahl von Peaks aufwies, der ML-Wert besonders niedrig ist und die Fluidität signifikant verbessert ist. Im Gegensatz dazu wurde in dem magnetischen Körper von Vergleichsbeispiel 1, bei dem ein magnetisches Pulver mit einer Pressdichte von weniger als 3,5 g/cm³ in einem Magnetfeld vulkanisiert wurde, die Koerzitivkraft durch die Scherkraft während des Knetens vermindert. In dem magnetischen Körper von Vergleichsbeispiel 2 mit einer mechanischen Orientierung ohne Anlegen eines Magnetfelds während des Pressvulkanisierens war das magnetische Pulver unzureichend orientiert und folglich war die magnetische Restflussdichte vermindert.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders mit einem magnetischen Körper, der einen magnetischen Kautschukformgegenstand umfasst, umfassend einen Mischschritt des Mischens und dann Knetens eines Nitrilkautschuks (A), eines magnetischen Ferritpulvers (B) und eines Vulkanisationsmittels (C) zum Bereitstellen einer magnetischen Kautschukzusammensetzung, und einen Formschritt des Formens und Vulkanisierens der magnetischen Kautschukzusammensetzung in einem Formwerkzeug, an das ein Magnetfeld angelegt ist, so dass der magnetische Kautschukformgegenstand bereitgestellt wird, wobei der Gehalt des magnetischen Ferritpulvers (B) 700 bis 1500 Massenteile auf der Basis von 100 Massenteilen des Nitrilkautschuks (A) beträgt und die Pressdichte des magnetischen Ferritpulvers (B) 3,5 g/cm³ oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders nach Anspruch 1, bei dem das magnetische Ferritpulver (B) eine Teilchengrößenverteilung mit einer Mehrzahl von Peaks aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das magnetische Ferritpulver (B) ein anisotropes magnetisches Pulver ist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das minimale Drehmoment ML der magnetischen Kautschukzusammensetzung 29,4 bis 78,5 N·cm (3 bis 8 kgf·cm) beträgt, bestimmt in einer Vulkanisationskurve bei 180°C.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in dem Mischschritt der Nitrilkautschuk (A), das magnetische Ferritpulver (B) und das Vulkanisationsmittel (C) gemischt und dann für 10 bis 60 min bei 60 bis 130°C geknetet werden, so dass die magnetische Kautschukzusammensetzung bereitgestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Vulkanisation bei 140 bis 250°C für 1 bis 30 min in dem Formwerkzeug durchgeführt wird, an das ein Magnetfeld angelegt ist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Encoders nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der magnetische Encoder ein Trägerelement, das an einem Rotor angebracht werden kann, und einen ringförmigen magnetischen Kautschukformgegenstand, der an dem Trägerelement angebracht ist, umfasst, wobei der magnetische Kautschukformgegenstand in Umfangsrichtung abwechselnd als N-Pol und S-Pol magnetisiert ist.