JP2005093538A - 異方性ゴム磁石および当該ゴム磁石を装備したモーター並びにマグネットロール - Google Patents

Abstract

【課題】高い残留磁束密度（Ｂｒ）と硬度を有する異方性ゴム磁石を提供する。
【解決手段】少なくとも、ニトリルゴム、可塑剤、滑剤、フェライト粉末およびシランカップリング剤を含有して成り、ニトリルゴム１００重量部に対し、可塑剤の割合が１０〜３０重量％、滑剤の割合が８〜３０重量％、フェライト粉末の割合が以下に定義するフェライトＶｏｌｕｍｅとして６６％以上であり、シランカップリング剤の割合がフェライト粉末に対して０．１〜３重量％であり、配向度が８４％以上である。
フェライトＶｏｌｕｍｅ＝［（密度から計算されるフェライト粉末の体積）／（各密度から計算される各成分の体積の合計）］×１００
（但し、フェライト粉末の密度は５．１Ｍｇ／ｍ^３、有機成分（カーボンブラックを含む）の密度は１．０Ｍｇ／ｍ^３、無機成分の密度は文献値とする。）
【選択図】 なし

Description

本発明は、異方性ゴム磁石および当該ゴム磁石製の要素部品を装備したモーター並びにマグネットロールに関し、詳しくは、高い残留磁束密度（Ｂｒ）と硬度を有する異方性ゴム磁石および当該ゴム磁石製の要素部品を装備したモーター並びにマグネットロールに関する。

異方性ゴム磁石の概略の製造方法の一例は次の通りである。すなわち、磁石の原料物質を加圧混練して一定粘度の組成物を得、磁場中押出成形して異方性成形物となし、脱磁処理を行なった後、ロール圧延して均一厚さのシートとなし、必要に応じて架橋処理（熱処理）を行ないゴム磁石の前駆体を得る。そして、必要なサイズに切断加工した後、着磁処理を行なう。なお、取扱の便宜上、ゴム磁石の前駆体の段階で取引されることが多く、前駆体の段階の製品もゴム磁石と呼ばれている。

上記の様な異方性ゴム磁石は、磁石の原料となるフェライトの結晶配向（Ｃ軸）がゴム中において一定方向に固定されており、着磁処理により一方向に磁力が形成される性質を有し、そのため強力な磁石となる。また、ゴム磁石は、衝撃に強く且つ薄物製品が容易に得られ、しかも、任意の形状に成形出来る。従って、異方性ゴム磁石は、電気機械の分野、オフィスオートメーション機器の分野などで広く使用されている。

従来、ゴム成分としてニトリルゴムを使用した異方性ゴム磁石は、数多く提案されているが、従来品の場合、ニトリルゴムに対するフェライト粉末の充填率は６５ｖｏｌ％（１１００〜１４００重量％）以下であり、残留磁束密度（Ｂｒ）は高くても２４５ｍＴ程度である。また、異方性ゴム磁石の硬度も十分とは言えない。
特開昭６０−１４４０４号公報

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、高い残留磁束密度（Ｂｒ）と硬度を有する異方性ゴム磁石を提供することにある。また、本発明の他の目的は、斯かるゴム磁石を装備したモーター並びにマグネットロールを提供することにある。

すなわち、本発明の第１の要旨は、少なくとも、ニトリルゴム、可塑剤、滑剤、フェライト粉末およびシランカップリング剤を含有して成り、ニトリルゴム１００重量部に対し、可塑剤の割合が１０〜３０重量％、滑剤の割合が８〜３０重量％、フェライト粉末の割合が以下に定義するフェライトＶｏｌｕｍｅとして６６％以上であり、シランカップリング剤の割合がフェライト粉末に対して０．１〜３重量％であり、配向度が８４％以上である特徴とする異方性ゴム磁石に存する。

フェライトＶｏｌｕｍｅ＝［（密度から計算されるフェライト粉末の体積）／（各密度から計算される各成分の体積の合計）］×１００
（但し、フェライト粉末の密度は５．１Ｍｇ／ｍ^３、有機成分（カーボンブラックを含む）の密度は１．０Ｍｇ／ｍ^３、無機成分の密度は文献値とする。）

そして、本発明の第２の要旨は、ハウジング内に配置され且つ着磁された円筒状のステーターと当該ステーター内に配置されたロータとから主として構成される直流モーターであって、上記のステーターは第１の要旨の異方性ゴム磁石から成ることを特徴とする直流モーターに存する。

更に、本発明の第３の要旨は、異方性ゴム磁石の円筒体または円柱体の外周面に多数の磁極を形成して成るマグネットロールであって、異方性ゴム磁石として、第１の要旨の異方性ゴム磁石を使用したことを特徴とするマグネットロールに存する。

以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明の異方性ゴム磁石について説明する。本発明の異方性ゴム磁石は、少なくとも、ニトリルゴム、可塑剤、滑剤、フェライト粉末およびシランカップリング剤を含有して成る。

ニトリルゴム（ＮＢＲ）は、アクリロニトリルとブタジエンとの共重合によって得られる共重合ゴムである。斯かるＮＢＲの市販品としては、例えば、日本ゼオン社製の「Ｎｉｐｏｌ」シリーズの「１０４１」、「１０３１」、「１００１」、バイエル社製の「ペルブナン」シリーズ、日本合成ゴム社製の「ＪＳＲ Ｎ２４０Ｓ」、ポリマー社製の「ポリサークライナック８０２」、ＩＣＩ社製の「ブタコンＸＡ−１３００」等がある。

可塑剤としては、例えば、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジエチルフタレート等のフタル酸エステル等が挙げられる。また、各種のトリメリット酸エステルも好適に使用し得る。

滑剤としては、例えば、パラフィンワックス、流動パラフィン、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタンワックス等のワックス類；ステアリン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ベヘン酸などの脂肪酸類、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸カルシウム等の金属石鹸類；ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、ラウリン酸アミド、等の脂肪酸アミド類；ステアリルアルコール、ラウリルアルコール、メリシルアルコール等の高級アルコール類；ステアリン酸ブチル、ステアリン酸メチル等の脂肪酸エステルが挙げられる。これらの中では、金属石鹸類が好ましく、特にステアリン酸亜鉛が好ましい。

フェライトは、ＭＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｍ＝Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ等）で表される強磁性体であり、特にＳｒ・フェライトが好適に使用される。例えば、Ｓｒ・フェライトは、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）６モルと炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）１モルとを配合混合した後、ペレット状に製粒し、約１１００℃の高温キルンで反応焼成を行ない、冷却後、ボールミル等で０．５〜３．０μｍに粉砕して得られる。そして、焼成と粉砕条件により、得られるフェライトの特性が異なる。本発明においては、圧粉密度３．３Ｍｇ／ｍ^３以上のフェライト粉末が好適に使用される。

シランカップリング剤は、一般式：Ｘ−Ｒ−Ｓｉ（ＯＲ）_３で表され、分子中に２個の異なった官能基（ ＸとＯＲ）を有する。そして、一方の官能基（Ｘ）は、有機質材料と化学結合する官能基（例えば、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基など）、他方の官能基（ＯＲ）は、無機質材料と化学結合する官能基（メトキシ基、エトキシ基など）であり、これらの組合せにより、各種のシランカップリング剤が市販されている。例えば、その一例としては、ＧＥ東芝シリコーン社製の「ＴＳＬ８３３１」、信越化学社製の「ＫＢＭ６０２」、東レダウコーニングシリコーン社製の「ＳＨ６０６２」、味の素社製の「プレンアクト」等が挙げられる。

本発明においては、必要に応じ、上記の成分の他、架橋剤、架橋助剤、カーボンブラック等の添加成分を使用することが出来る。架橋剤としては、常法に従い、硫黄や過酸化物が好適に使用され、過酸化物としては、化薬アクゾ社製の「カヤメックＡ」、「トリゴノックスＴＭＢＨ」、日本油脂社製の「パークミルＤ」、「パーヘキサ２５Ｂ」等が挙げられる。架橋助剤（架橋促進剤）としては、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ジベンゾチアジルスルフィド等が挙げられる。これらは２種以上を併用してもよい。

本発明においては、前記の各成分の使用割合は、ニトリルゴム１００重量部に対し、可塑剤の割合が１０〜３０重量％、滑剤の割合が８〜３０重量％、フェライト粉末の割合が以下に定義するフェライトＶｏｌｕｍｅとして６６％以上、シランカップリング剤の割合がフェライト粉末に対して０．１〜３重量％でなければならない。

フェライトＶｏｌｕｍｅ＝［（密度から計算されるフェライト粉末の体積）／（各密度から計算される各成分の体積の合計）］×１００
（但し、フェライト粉末の密度は５．１Ｍｇ／ｍ^３、有機成分（カーボンブラックを含む）の密度は１．０Ｍｇ／ｍ^３、無機成分の密度は文献値とする。）

上記の条件を同時に満足することにより、高い残留磁束密度（Ｂｒ）を有する異方性ゴム磁石が得られる。一般に、フェライト粉末の使用割合（充填率）が高くなると、得られる組成物の粘性が高くなり、磁場中押出成形の際にフェライトの配向度が高くならず、高い残留磁束密度（Ｂｒ）を有する異方性ゴム磁石は得られない。ところが、可塑剤および滑剤の使用割合が上記の様に最適化された場合は、得られる組成物の著しい粘性増加が抑制される。斯かる効果は、圧粉密度が３．３Ｍｇ／ｍ^３以上のフェライト粉末を使用した場合に顕著である。そして、本発明においては、シランカップリング剤の使用により異方性ゴム磁石の硬度が高められるが、シランカップリング剤は、単独使用の他、フェライト粉末の表面処理剤として使用されてもよい。

本発明の好ましい態様において、可塑剤の割合は２０〜２５重量％、滑剤の割合は１２〜２５重量％、フェライトＶｏｌｕｍｅは６８〜８０％、シランカップリング剤の割合はフェライト粉末に対して０．１〜１重量％である。因に、フェライトＶｏｌｕｍｅ６８％は、全成分の重量に対するフェライト粉末の重量比として約１５００重量％に相当する。

本発明の異方性ゴム磁石は、通常、シートの形態で得られるが、その形態は任意であり、例えば、棒状体などであってもよい。そして、その製造方法は基本的には従来公知の方法と同じであり、例えば、異方性ゴム磁石シートの場合は、磁石の原料物質を加圧混練して一定粘度の組成物を得、磁場中押出成形して異方性成形物となし、脱磁処理を行なった後、ロール圧延して均一厚さのシートとなし、必要に応じて架橋処理（熱処理）を行ないゴム磁石の前駆体を得る。

通常、加圧混練にはニーダーが使用され、磁場中押出成形には金型周囲に磁場コイルを配置した押出機が使用され、ロール圧延にはカレンダーロールが使用される。本発明において、磁場中押出成形によって得られる成形体における配向度は８４％以上とされる。磁場中押出成形の条件は、例えば、磁場強度１１００〜１６００ｋＡ／ｍとされる。磁場中押出成形によって得られる成形体における配向度は好ましくは８５％以上であり、その上限は通常９２％である。なお、加圧混練などの他の条件は適宜選択される。また、異方性ゴム磁石シートの場合の厚さは任意であるが、後述の直流モーターにおけるステーター用途の場合の厚さは、通常０．５〜３ｍｍである。

上記の様にして得られた成形体は、必要なサイズに切断加工した後、着磁処理され、異方性ゴム磁石として使用される。本発明の異方性ゴム磁石は、高い残留磁束密度（Ｂｒ）を有し、その値は、通常２６０ｍＴ以上、好ましくは２６５ｍＴ以上であり、その上限は通常２８０ｍＴである。斯かる、本発明の異方性ゴム磁石は、各種の分野、例えば、小型直流モーター、タイマー、発電機、リードスイッチ等の電気機械の分野、複写機、電卓、プリンタ、電話、キーボード等のオフィスオートメーション機器の分野、チャック、ステッカー、教材用具などの吸着力利用分野で好適に利用される。

次に、本発明のモーターについて説明する。本発明のモーターは、ハウジング内に配置され且つ着磁された円筒状のステーターと当該ステーター内に配置されたロータとから主として構成される直流モーターであって、上記のステーターは本発明の異方性ゴム磁石から成ることを特徴とする。

すなわち、本発明のモーターの基本的構成は、従来公知の直流モーターと同じであり、ステーターの材料として前記の本発明に係る異方性ゴム磁石を使用した点に特徴がある。異方性ゴム磁石の円筒体は異方性ゴム磁石のシートを円筒状に加工して得ることが出来る。着磁は、通常、ハウジング内に異方性ゴム磁石の円筒体を配置した後に行なわれる。本発明のモーターは小型であることが好ましく、ハウジングの外径は通常３０ｍｍ以下とされる。

次に、本発明のマグネットロールについて説明する。本発明のマグネットロールは、異方性ゴム磁石の円筒体または円柱体の外周面に多数の磁極を形成して成るマグネットロールであって、異方性ゴム磁石として、前記の本発明に係る異方性ゴム磁石を使用したことを特徴とする。異方性ゴム磁石の円柱体は前述の磁場中押出成形によって得ることが出来る。マグネットロールは、通常、その両端部に回転用係止部（軸部など）が設けられ、例えば静電式複写機の現像ロール等として使用される。

以上説明した本発明によれば、ニトリルゴムに対するフェライト粉末の充填率を高め、高い残留磁束密度（Ｂｒ）を有する異方性ゴム磁石が提供され、本発明の工業的価値は顕著である。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。以下の諸例で使用した測定方法および原材料は次の通りである。

以下の諸例で使用した原材料は次の表１に示す通りである。

以下の諸例で使用した測定方法は次の通りである。

（１）圧粉密度（Ｍｇ／ｍ^３）の測定：
直径２．５４ｃｍの円柱状金型に２５ｇの試料粉末を入れ、成型圧１ｔｏｎで成型し、この際の高さの測定値から密度を算出し、圧粉密度とした。

（２）φ20屈曲：
直径２０ｍｍの円柱に試料（厚み２．２ｍｍ、幅３０ｍｍ）を手で巻き付けて試料のクラックの有無を目視観察した。クラックが発生しない場合を○、クラックが発生した場合を×で表示した。

（３）硬度：
ＪＩＳ Ｂ ７７２７に準拠して測定した。

実施例１〜９として、表２に示す配合処方で前記の各成分をニーダーで加圧混練して組成物を得、金型周囲に磁場コイルを配置した押出機により磁場中押出成形して異方性成形物となし、脱磁処理を行なった後、カレンダーロールでロール圧延して均一厚さのシートとなした。加圧混練は１時間、磁場中押出成形は磁場強度１３００ｋＡ／ｍの条件で行なった。結果を表２に示す。

（比較例１〜１０）
実施例１において、各成分の配合割合を表３に示す様に変更した以外は、実施例１と同様に行なって評価した。ただし、カップリング剤として、比較例２では味の素ファインテクノ社製の「ＫＲＴＴＳ」、比較例３では同社製の「ＡＲ−Ｍ」、比較例４ではオレイン酸を使用した（他の比較例のカップリング剤は実施例１と同じシランカップリング剤である）。結果を表３及び表４に示す。

Claims (4)

1. 少なくとも、ニトリルゴム、可塑剤、滑剤、フェライト粉末およびシランカップリング剤を含有して成り、ニトリルゴム１００重量部に対し、可塑剤の割合が１０〜３０重量％、滑剤の割合が８〜３０重量％、フェライト粉末の割合が以下に定義するフェライトＶｏｌｕｍｅとして６６％以上であり、シランカップリング剤の割合がフェライト粉末に対して０．１〜３重量％であり、配向度が８４％以上である特徴とする異方性ゴム磁石。
   フェライトＶｏｌｕｍｅ＝［（密度から計算されるフェライト粉末の体積）／（各密度から計算される各成分の体積の合計）］×１００
   （但し、フェライト粉末の密度は５．１Ｍｇ／ｍ^３、有機成分（カーポンブラックを含む）の密度は１．０Ｍｇ／ｍ^３、無機成分の密度は文献値とする。）
2. フェライト粉末の圧粉密度が３．３Ｍｇ／ｍ^３以上である請求項１に記載のゴム磁石。
3. ハウジング内に配置され且つ着磁された円筒状のステーターと当該ステーター内に配置されたロータとから主として構成される直流モーターであって、上記のステーターは請求項１又は２に記載の異方性ゴム磁石から成ることを特徴とする直流モーター。
4. 異方性ゴム磁石の円筒体または円柱体の外周面に多数の磁極を形成して成るマグネットロールであって、異方性ゴム磁石として、請求項１又は２に記載の異方性ゴム磁石を使用したことを特徴とするマグネットロール。