JP2006086290A

JP2006086290A - ゴム磁石

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Publication number: JP2006086290A
Application number: JP2004268682A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Abe; 英一阿部
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】硬度を維持し又は低下を最低限に抑えつつ、耐屈曲性を向上し、屈曲させて使用する用途に好適なゴム磁石を提供する。
【解決手段】磁石粉末と、磁石粉末を結着するゴム材と、ゴム材中に含まれるマグネシウム成分と、を備えるゴム磁石は、硬度を維持しつつ耐屈曲性を向上することができる。マグネシウム成分は、マグネシウム含有化合物に由来し、このマグネシウム含有化合物は、酸化マグネシウム及び／又はステアリン酸マグネシウムであることが望ましい。また、マグネシウム含有化合物は、ゴム材１００重量部に対して０．３〜６重量部含有することが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム磁石に関し、特にその硬度を維持しながら耐屈曲性を向上したゴム磁石に関するものである。

従来、フェライト系永久磁石は、原材料が安価なことから焼結磁石やプラスチック磁石、或いはゴム磁石として様々な分野に使用されている。具体的には、モータやアクチュエータに組み込まれＡＶ機器やＯＡ機器から自動車分野にわたって汎用されている。現在、モータ等の小型化に伴い永久磁石体には、小径化や薄肉化の要求と寸法精度の向上を求められている。

焼結磁石は、焼結工程時に大きく収縮し、寸法精度の高いものが得られず、焼結後に加工工程を必要とするため、成形後の工程で収縮がほとんど見られない寸法精度の高い複合磁石（磁性粉と樹脂とを混合してなる永久磁石体）が用いられる。モータ機器等には、従来から焼結磁石を用いることが一般的であったが、ゴム磁石は永久磁石として組み込む際に工程が簡便で接着工程を必要としない場合が多いため、最近では好んで用いられている。例えば、特許文献１には、ニトリルゴムと高級脂肪酸系滑剤との配合量を規定した異方性ニトリルゴム磁石が示されている。

従来の異方性ゴム磁石の製造方法について、その一例を以下に示す。この製造方法では、まずフェライト磁石粉末とゴム材とを加圧混練して、一定の粘度の組成物を得た後、押出成形を行って異方性成形物を作製する。さらに、ロール圧延をして均一厚さのシートとなし、必要に応じて架橋処理を行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、着磁処理を行うことで、ゴム磁石が得られる。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おり、本発明でも同様に扱うものとする。

特開昭６０−１４４０４号公報

シート状のゴム磁石は、扁平な状態で使用されることもあるが、上述のように例えばモータ機器に組込む場合は円筒状に屈曲されてモータのケーシング内に挿入される。ケーシング内に挿入されるゴム磁石は、屈曲されることによりクラックが生じないという耐屈曲性を有することが要求される。また、ゴム磁石には、ケーシング内に挿入された状態を維持するための硬度が必要である。ところが、ゴム磁石は磁気特性向上のためにフィラーであるフェライト磁石粉末を６５ｖｏｌ％程度と高い値で含有している。そのために、適度な硬度を維持しながら耐屈曲性を向上させることは容易ではなかった。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、硬度を維持し又はその低下を最小限に抑えつつ、耐屈曲性を向上できるゴム磁石の提供を目的とする。

ゴム磁石は、磁石粉末及びゴム材の他に種々の添加剤を含む。本発明者は、添加剤の一つとしてマグネシウム成分を添加することに、本発明の目的を達成できることを知見した。すなわち本発明のゴム磁石は、磁石粉末と、磁石粉末を結着するゴム材と、ゴム材中に含まれるマグネシウム成分と、を含み、磁石粉末の重量が全重量に対し８５〜９５％であることを特徴としている。
本発明において、マグネシウム成分は、マグネシウム含有化合物に由来するものであって、特に酸化マグネシウム及び／又はステアリン酸マグネシウムであることが好ましい。また、マグネシウム含有化合物は、ゴム材１００重量部に対して０．３〜６重量部含有することが耐屈曲性にとって好ましい。さらに、酸化マグネシウムは、３０ｍ²／ｇ以上の比表面積を有することが耐屈曲性にとって好ましい。
本発明のゴム磁石における磁石粉末の種類は限定されないが、フェライト磁石粉末であることが好ましい、またゴム材としてはニトリルゴムが好ましい。

本発明によれば、硬度を維持し又は低下を最低限に抑えつつ、耐屈曲性を向上することができるので、屈曲させて使用する用途に好適なゴム磁石となる。

以下、実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本実施の形態のゴム磁石は、磁石粉末、ゴム材及びマグネシウム成分を含む。さらに、マグネシウム成分以外の添加剤を含むことができる。

磁石粉末としてはＭＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃（Ｍ＝Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ等）で表されるフェライト系磁石粉末、ＲＣｏ₅，Ｒ₂Ｃｏ₁₇（Ｒ＝Ｓｍ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ等の希土類元素の１種又は２種以上）で表される希土類コバルト系磁石粉末、Ｒ₂Ｆｅ₁₄Ｂを主相とするＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、マンガン−ビスマス系磁石粉末、マンガン−アルミニウム系磁石粉末、コバルト系磁石粉末（例えば、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系等）等を用いることができる。特にＳｒ・フェライトあるいはＬａ及び／又はＣｏを含有するＳｒ・フェライトが好適に使用される。Ｓｒ・フェライトは、例えば酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）６モルと炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ₃）１モルとを配合混合した後、ペレット状に製粒し、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。
磁石粉末は、全重量に対して８５〜９５重量％とすることが好ましい。さらに好ましくは８８〜９３重量％である。すなわち、磁石粉末の比率が８５重量％未満であると磁気特性（特に残留磁束密度Ｂｒ）が不十分となり、９５重量％を超えると混合体の押出成形が困難になるためである。

ゴム材にはニトリルゴム（ＮＢＲ）が好適に用いられる。ＮＢＲは、アクリロニトリルとブタジエエンとの共重合によって得られる共重合ゴムである。ＮＢＲの具体例としては、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「ＪＳＲＮ２４０Ｓ」等がある。

ＮＢＲは本発明にとって好適であるが、それに限定されるものではなく、天然ゴム又はＮＢＲ以外の合成ゴム、熱可塑性エラストマーを用いることができる。合成ゴムとしては、ポリイソプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、熱可塑性エラストマーとしてはスチレン系、オレフィン系、ポリエステル系などのエラストマー、さらにはＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等のように乳化重合によって製造される樹脂を用いることができる。

本発明のゴム磁石は、添加剤の１つとして、マグネシウム成分を含む。本発明において、マグネシウム成分を含む、とは、添加物質の形態を問わず、ゴム磁石の状態でマグネシウムが常法にしたがって検出されることをいう。したがって、例えば金属マグネシウムの形態で添加した後に、ゴム磁石の製造過程でマグネシウムを含む化合物に変化した場合も、当該化合物のマグネシウムを検出することができれば、本発明におけるマグネシウム成分を含むに該当する。また、マグネシウム化合物の形態で添加した後に、ゴム磁石の製造過程で他のマグネシウムを含む化合物に変化した場合も、当該化合物のマグネシウムを検出することができれば、本発明におけるマグネシウム成分を含むに該当する。例えば、マグネシウム成分として酸化マグネシウムを添加したとして、添加剤としてさらにステアリン酸を添加すると、ゴム磁石中には酸化マグネシウムとともに又は変わってステアリン酸マグネシウムが存在するような場合である。

添加することのできるマグネシウム成分としては、金属マグネシウム、マグネシウム含有化合物がある。金属マグネシウムとしては、純マグネシウム、マグネシウム合金を用いることができる。マグネシウム含有化合物としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ステアリン酸マグネシウム等のマグネシウムカルボン酸塩、マグネシウムのアルコラート類、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）を用いることができるが、この中では酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び／又はステアリン酸マグネシウムを用いることが最も好ましい。

マグネシウム含有化合物は、ゴム材１００重量部に対して０．３〜６重量部の範囲で含有させることが好ましい。０．３重量部未満では耐屈曲性の向上の効果が十分でなく、また６重量部を超えると磁気特性の低下を無視できなくなるためである。さらに好ましいマグネシウム含有化合物の量は１〜４重量部、より好ましいマグネシウム含有化合物の量は１．５〜３．５重量部である。

マグネシウム含有化合物が酸化マグネシウムの場合、後述する実施例に示すように、その比表面積（ＢＥＴ値）が大きいほど耐屈曲性の向上効果が大きい。本発明では、比表面積（ＢＥＴ値）が、３０ｍ²／ｇ以上、さらには７０ｍ²／ｇ以上、さらに好ましくは１１０ｍ²／ｇ以上とする。

ところで、ゴム磁石にＭｇＯあるいはステアリン酸マグネシウムを添加することは概念的に知られていた。例えば、特許文献２には、剛性を補うための充填材としてＭｇＯウイスカーを添加することが開示されている。また、特許文献３には、潤滑剤として、ＭｇＯ、ステアリン酸マグネシウムの添加の可能性を示唆している。しかし、特許文献２においては、ＭｇＯはＺｎＯ、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等から選択的に添加され得ることを開示しているにすぎない。また、特許文献３においても、数多くの組成物の中から選択的に添加され得る可能性を示しているにすぎない。このように特許文献２、３は、本発明で見出した耐屈曲性の向上の効果について開示、示唆するものではない。

特開２０００−１９２１０４号公報特開２００３−２９７６１８号公報

マグネシウム成分以外の添加剤としては、架橋剤、架橋助剤、可塑剤、滑剤、老化防止剤、カップリング剤を適宜用いることができる。
架橋剤としては、硫黄や過酸化物が好適に使用される。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」、等が挙げられる。架橋剤の配合量は、ゴム材１００重量部あたり０．４〜３．０重量部、好ましくは０．６〜２．４重量部である。
架橋助剤（架橋促進剤）としては、アルデヒドアンモニア類、アルデヒドアミン類、グアニジン類、チオウレア類、チアゾール類、スルフェンアミド類等の公知の物質を用いることができ、具体的には酸化亜鉛、ジベンゾチアジルスルフィド等を用いることができる。これらは２種以上を併用してもよい。架橋助剤の配合量は、ゴム材１００重量部あたり０．１〜１５重量部、好ましくは０．５〜１０重量部である。

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。可塑剤は、ゴム材１００重量部あたり３０重量部以下とする。
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。滑剤の添加量は、ゴム材１００重量部に対して１〜２５重量部とするのが好ましい。

老化防止剤としては、アルデヒド、ケトン、アミン反応性生物及びその誘導体、アミン及びその誘導体、イミダゾール類、フェノール類及びその誘導体等を用いることができる。老化防止剤の添加量は、ゴム材１００重量部に対して０．５〜３重量部とするのが好ましい。

カップリング剤は必要に応じて使っても良く、シラン系のものが好適である。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）である。カップリング剤は、磁石粉末に対して３重量％以下とすることが好ましい。

本発明のゴム磁石は、混練工程、粉砕工程、成形工程、圧延工程、架橋処理工程及び切断工程からなる一連の工程を経ることにより製造することができる。なおこの工程は必ずしも必須ではなく、状況によって省略しても本発明の主旨を損なうものではない。以下、各工程について順次説明する。本発明により得られるゴム磁石は、例えば、ケーシング内に配され且つ着磁された円筒状のステーターと該ステーター内に配されたロータとから主に構成される直流モータにおける上記ステーターとして用いることができる。

＜混練工程＞
磁石粉末、ゴム材、マグネシウム成分、架橋剤等の必要とする成分を所定の割合で配合した後、加圧ニーダやミキシングロール等の混練機で混練する。混練時間は０．５〜２時間程度とすればよい。

＜粉砕、成形工程＞
混練工程で得られた組成物（混錬物）を粉砕し、この粉砕粉末を用いて例えば押出法により成形し、シート状等の任意の形状に成形された成形体を得る。
なお、成形は磁場中又は無磁場中で行うことができる。磁場中にて押出成形を行うには、金型周囲に磁場コイルを配置した押出機を使用し、例えば、磁場強度５００〜１６００ｋＡ／ｍの条件下で成形を行えばよい。磁場中で成形を行うことにより磁石粉末を配向して、ゴム磁石に異方性を付与することができる。

＜圧延工程＞
成形体をロール圧延し、所望の厚さの磁性シートを得る。ロール圧延には例えばカレンダーロールを使用することができる。
圧延時の圧下率は特に限定されないが、圧下率が小さすぎると圧延回数が増える。逆に圧下率が大きすぎると残留磁束密度（Ｂｒ）が低下する。したがって、圧下率は５〜６０％、好ましくは５〜３０％とすればよい。例えば、磁石粉末としてフェライト粉末、ゴム材としてＮＢＲを使用し、押出直後の成形体の厚さが２．４ｍｍである場合、圧延で成形体の厚さを１〜２ｍｍとする。
磁場中で成形を行わない場合であっても、板状性に優れた磁石粉末を用い、カレンダーロールを通すことにより、成形によってゴム磁石の異方性化を行うことができる。

＜架橋処理工程＞
架橋処理工程では、圧延された磁性シートを１５０〜２００℃で５〜６０分保持する。架橋処理の温度が１５０℃未満に低くなると、架橋処理に要する時間が長くなるばかりか架橋が不十分となって硬度がとれなくなるので、好ましくない。一方、２００℃を超える高温下の架橋処理によっては、熱によるゴムの老化が著しくなり、所望の強度、可撓性を有するゴム磁石を安定して得ることが困難である。

＜切断工程＞
切断工程では、架橋により硬化した磁性シートを所望のサイズに切断する。切断後の磁性シートは着磁処理され、ゴム磁石として使用される。本発明のゴム磁石は、各種の分野、例えば、小型モータ、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用いられる。
本発明により得られるゴム磁石を小型モータに適用する場合には、例えば直径２０〜３０ｍｍのモータ用ケースにシート状のゴム磁石を丸めて挿入すればよい。

以下の原料を配合した後、加圧ニーダで１時間、混練して組成物を得た。
＜フェライト粉末＞
Ｓｒ・フェライト（平均粒径：１．３μｍ、圧粉密度：３．５ｇ／ｃｍ³）：８１０ｇ
＜ゴム材＞
ニトリルゴム（ＮＢＲ）：９０ｇ（日本ゼオン社製ＤＮ３３３５、ニトリルゴム中のアクリロニトリル含量：３４ｗｔ％、ムーニー粘度ＭＬ₁₊₄（１００℃）：３１）
＜架橋剤＞
硫黄：０．７ｇ
＜架橋助剤＞
Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル−スルフェンアミド：０．６ｇ
＜老化防止剤＞
Ｎ，Ｎ'−ジ−β−ナフチル−パラフェニレンジアミン：１．０ｇ
＜その他＞
表１に示す通り。なお、表１中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は以下の通り。
Ｂ１４８：比表面積（ＢＥＴ値）が１４８ｍ²／ｇ
Ｂ７５：比表面積（ＢＥＴ値）が７５ｍ²／ｇ
Ｂ３０：比表面積（ＢＥＴ値）が３０ｍ²／ｇ

得られた組成物を粉砕し、この粉砕粉末を用いて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幅１５ｍｍ、厚さ３ｍｍの成形体を得た。なお、磁場中押出成形は磁場強度６３０ｋＡ／ｍの条件で行なった。次いで、１７０℃で２０分保持する架橋処理を行った後に、長さ１０ｃｍに切断し、その後着磁した。
これらのゴム磁石について、ショアＤ硬度の測定を行った。ショアＤ硬度は、ＪＩＳＫ６２５３に準じて測定した。
また、これらのゴム磁石について、耐屈曲性を評価した。耐屈曲性の評価は、φ３５ｍｍ、φ３０ｍｍ、φ２５ｍｍ、φ２０ｍｍの丸棒Ｂに図１に示すようにゴム磁石ＲＭを９０°の角度をつけて巻き付け、クラック、破断の有無を目視で観察した。
以上の評価結果を表１に示す。なお、表１において、耐屈曲性は以下のように定義される。
○：クラック及び破断無し、△：クラック発生、破断無し、×：破断

表１に示すように、Ｎｏ．１〜１３とＮｏ．１４を比較すると、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ステアリン酸マグネシウム（Ｍｇ）を添加することにより、硬度を維持したまま又は低下したとしても僅かでありながら、耐屈曲性を向上できることがわかる。
Ｎｏ．７〜９又はＮｏ．１０〜１２の比較より、この耐屈曲性は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びステアリン酸マグネシウム（Ｍｇ）の量が多いほど向上する傾向にある。
また、Ｎｏ．２とＮｏ．３〜６の比較より、酸化マグネシウムの比表面積が大きいほど耐屈曲性向上に有効であることがわかる。
さらに、Ｎｏ．９とＮｏ．１４を比較すれば、潤滑剤として添加されていたステアリン酸亜鉛に対して本発明が推奨するステアリン酸マグネシウムの耐屈曲性向上の効果が顕著である。また、Ｎｏ．１０、１１とＮｏ．１４の比較から、ＺｎＯに対するＭｇＯの耐屈曲性向上の効果が著しい。以上の結果より、Ｍｇ含有化合物の耐屈曲性向上に対する効果が明らかとなった。

耐屈曲性の評価方法を説明する図である。

Claims

磁石粉末と、
前記磁石粉末を結着するゴム材と、
前記ゴム材中に含まれるマグネシウム成分と、
を含み、前記磁石粉末の重量が全重量に対し８５〜９５％であることを特徴とするゴム磁石。
前記マグネシウム成分は、マグネシウム含有化合物に由来することを特徴とする請求項１に記載のゴム磁石。
前記マグネシウム含有化合物は、酸化マグネシウム及び／又はステアリン酸マグネシウムであることを特徴とする請求項２に記載のゴム磁石。
前記マグネシウム含有化合物は、ゴム材１００重量部に対して０．３〜６重量部含有することを特徴とする請求項２に記載のゴム磁石。
前記酸化マグネシウムは、３０ｍ²／ｇ以上の比表面積を有することを特徴とする請求項３に記載のゴム磁石。
前記磁石粉末は、フェライト磁石粉末であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のゴム磁石。
前記ゴム材は、ニトリルゴムであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のゴム磁石。