JP6682113B2 - 磁性ゴム組成物、磁性ゴム成形品、磁気エンコーダ及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、水素化ニトリルゴム、フェライト磁性粉、加硫剤及びステアリン酸を含有する磁性ゴム組成物及びそれを加硫してなる磁性ゴム成形品に関する。また、当該磁性ゴム成形品を備えた磁気エンコーダに関する。さらに、磁性ゴム成形品及び磁気エンコーダの製造方法に関する。
ゴムと磁性粉を含む磁性ゴム組成物を加硫させて得られる磁性ゴム成形品は、様々な用途に用いられている。中でも磁性ゴム成形品の好適な用途の一つが磁気エンコーダであり、磁性ゴム成形品を着磁させることによって製造される。このとき、製品の要求性能に対応して様々なゴムが用いられるが、耐油性や耐熱性、価格などのバランスからニトリルゴム（ＮＢＲ）や水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）が好適に用いられる。また磁性粉としては、フェライト磁性粉や希土類磁性粉などが要求性能に応じて使い分けられているが、コストや耐久性の観点からフェライト磁性粉が広く用いられている。
磁気エンコーダを用いた各種センサの精度向上や小型化のために、磁性ゴム成形品の磁気特性の向上が強く求められている。これまで、磁性粉を大量に配合することによって磁気特性を向上させることが試されてきたが、配合量が多すぎると成形性が低下してしまうので、配合量の向上にも限界があった。そのため、成形性を確保しながら磁性粉の配合量を増加させ、成形品の磁気特性を向上させることのできる磁性ゴム成形品が求められてきた。
例えば、特許文献１及び２には、ＮＢＲに多量のフェライト磁性粉を配合した磁性ゴム組成物が記載されていて、それらが磁気エンコーダに適していることも記載されている。これらの文献では、固形ＮＢＲ１００重量部に対して、１１４３重量部（特許文献１の実施例３）、１７００重量部（特許文献２のＮｏ．２３及び２４）のフェライト磁性粉を配合した例が示されていて、分子量の低い液状ＮＢＲやプロセスオイルを併用することによって成形性を確保している。しかしながら、固形ＮＢＲの代わりにこれらの液状物を配合したのでは機械特性が悪化してしまうし、磁性ゴム組成物全体に対するフェライト磁性粉の含有率も低下してしまう（特許文献１の実施例３では８７．４重量％、特許文献２のＮｏ．２３及び２４では９０．７重量％）。
磁性ゴム成形品の耐熱老化性や耐薬品性などを向上させたい場合には、水素添加されていないＮＢＲではなく、水素添加されたＨＮＢＲが用いられる。例えば、特許文献３及び４には、ＨＮＢＲに多量のフェライト磁性粉を配合した磁性ゴム組成物が記載されていて、特許文献３には磁気エンコーダに適していることも記載されている。特許文献３の磁性ゴム組成物では、ＨＮＢＲとフェライト磁性粉との相互作用を改善するためにシランカップリング剤が配合されているが、磁性ゴム組成物全体に対するフェライト磁性粉の含有率は８７．１〜８８．０重量％であり（実施例１〜６）、磁気特性が不十分であった。また、特許文献４の磁性ゴム組成物では、アルコキシシランを配合することによって粘度を低下させるとともに磁気特性を向上させたことが記載されているが、磁性ゴム組成物全体に対するフェライト磁性粉の含有率は９０．１重量％であり（実施例１）、やはり磁気特性が不十分であった。
特許文献５には、ニトリルゴム（水素化物を含む）１００重量部に対して、圧縮密度が３．４〜３．７ｇ／ｃｍ３のフェライト磁性粉を１０００〜１２００重量部含有するニトリルゴム系組成物が記載されている。その実施例７には、ＨＮＢＲを用いた例も記載されていて、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）が２９のＨＮＢＲ１００重量部に、圧縮密度が３．５９で粒度分布において複数のピークを有するフェライト磁性粉１０００重量部、硫黄２重量部及びステアリン酸２重量部を配合した磁性ゴム組成物が記載されている。しかしながら、磁性ゴム組成物全体に対するフェライト磁性粉の含有率は８９．２重量％であり、磁気特性が不十分であった。また、低粘度のＨＮＢＲを用いているために機械特性も十分ではなかった。
以上のように、ＨＮＢＲ（あるいはＮＢＲ）を含む磁性ゴム組成物の磁気特性を向上させるために、フェライト磁性粉の含有率を向上させる努力がこれまで長期間にわたって継続されてきた。しかしながら、磁性ゴム組成物全体に対するフェライト磁性粉の含有率が９１質量％以上であって、しかも成形性の良好な磁性ゴム組成物はこれまで知られていない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、極めて高濃度の磁性粉を含有しながらも流動性に優れた磁性ゴム組成物を提供することを目的とするものである。また、当該磁性ゴム組成物を加硫することによって、非常に優れた磁気特性と良好な機械特性とを兼ね備えた磁性ゴム成形品を提供すること、及び該磁性ゴム成形品を備えた磁気エンコーダを提供することも本発明の目的である。さらに、前記磁性ゴム成形品及び磁気エンコーダの好適な製造方法を提供することも本発明の目的である。
上記課題は、水素化ニトリルゴム（Ａ）、フェライト磁性粉（Ｂ）、加硫剤（Ｃ）及びステアリン酸（Ｄ）を含有する磁性ゴム組成物であって、
水素化ニトリルゴム（Ａ）のムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）が４５〜８０であり、
水素化ニトリルゴム（Ａ）１００質量部に対し、フェライト磁性粉（Ｂ）１２５０〜１６００質量部、加硫剤（Ｃ）０．１〜４質量部及びステアリン酸（Ｄ）２．５〜８質量部を含有し、
前記磁性ゴム組成物全体の質量に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１〜９３質量％であることを特徴とする磁性ゴム組成物を提供することによって解決される。
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前記磁性ゴム組成物全体の質量に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１〜９３質量％であることを特徴とする磁性ゴム組成物を提供することによって解決される。
このとき、フェライト磁性粉（Ｂ）の圧縮密度が３．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、その粒度分布において複数のピークを有することも好ましい。前記磁性ゴム組成物全体の、１８０℃における加硫曲線を測定した際のトルクの最小値ＭＬが、３〜７ｋｇｆ・ｃｍであることも好ましい。また、本発明の磁性ゴム組成物が、磁気エンコーダ用であることも好ましい。
本発明の好適な実施態様は、前記磁性ゴム組成物を加硫してなる磁性ゴム成形品であり、当該磁性ゴム成形品を備えた磁気エンコーダである。
上記課題は、水素化ニトリルゴム（Ａ）、フェライト磁性粉（Ｂ）、加硫剤（Ｃ）及びステアリン酸（Ｄ）を混合して前記磁性ゴム組成物を得てから、該磁性ゴム組成物を加硫する、前記磁性ゴム成形品の製造方法を提供することによっても解決される。このとき、前記磁性ゴム組成物を磁場の印加された金型中で加硫することが好適である。また上記課題は、前記磁性ゴム成形品を所定のパターンに着磁させる磁気エンコーダの製造方法を提供することによっても解決される。
本発明の磁性ゴム組成物は、極めて高濃度の磁性粉を含有しながらも流動性に優れている。したがって、その磁性ゴム組成物を成形してなる磁性ゴム成形品は、非常に優れた磁気特性と良好な機械特性とを兼ね備えていて、高性能の磁気エンコーダーを提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、高性能の磁性ゴム成形品及び磁気エンコーダを製造することができる。
本発明の磁性ゴム組成物は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）（Ａ）、フェライト磁性粉（Ｂ）、加硫剤（Ｃ）及びステアリン酸（Ｄ）を含有する磁性ゴム組成物であって、
ＨＮＢＲ（Ａ）のムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）が４５〜８０であり、
ＨＮＢＲ（Ａ）１００質量部に対し、フェライト磁性粉（Ｂ）１２５０〜１６００質量部、加硫剤（Ｃ）０．１〜４質量部及びステアリン酸（Ｄ）２．５〜８質量部を含有し、
前記磁性ゴム組成物全体の質量に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１〜９３質量％であることを特徴とする磁性ゴム組成物である。
ＨＮＢＲ（Ａ）のムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）が４５〜８０であり、
ＨＮＢＲ（Ａ）１００質量部に対し、フェライト磁性粉（Ｂ）１２５０〜１６００質量部、加硫剤（Ｃ）０．１〜４質量部及びステアリン酸（Ｄ）２．５〜８質量部を含有し、
前記磁性ゴム組成物全体の質量に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１〜９３質量％であることを特徴とする磁性ゴム組成物である。
このような構成の磁性ゴム組成物とすることによって、磁性ゴム組成物全体の質量に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１〜９３質量％であるという、極めて高濃度のフェライト磁性粉（Ｂ）を含みながらも、流動性の良好な磁性ゴム組成物を得ることができた。この磁性ゴム組成物を加硫することによって、非常に優れた磁気特性と良好な機械特性とを兼ね備えた磁性ゴム成形品を成形性良く製造することができる。ここで、磁性ゴム組成物がＮＢＲではなくＨＮＢＲを含むことによって、後の実施例にも示されているように、その流動性が向上し、得られる磁性ゴム成形品の磁気特性が向上することがわかった。以下、本発明の磁性ゴム組成物について詳細に説明する。
本発明の磁性ゴム組成物は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）（Ａ）を含有する。本発明で用いられるＨＮＢＲ（Ａ）は特に限定されず、アクリロニトリルと１，３−ブタジエンの共重合体を水素添加したものを用いることができる。水素添加に際しては、重合後の１，３−ブタジエン単位に残存する二重結合に対して水素が付加する。ＨＮＢＲ（Ａ）のヨウ素価は８０ｇ／１００ｇ以下であることが好ましい。ヨウ素価が大きすぎると、耐熱老化性や耐薬品性が低下することがある。ヨウ素価は、より好適には６０ｇ／１００ｇ以下であり、さらに好適には３０ｇ／１００ｇ以下である。
ＨＮＢＲ（Ａ）中のアクリロニトリル単位の含有量は、１５〜５０質量％であることが好ましい。また、１，３−ブタジエン単位の含有量は水添されたものも含めて、５０〜８５質量％であることが好ましい。本発明の効果を阻害しない範囲であれば、他の共重合可能な単量体由来の構成単位を含んでいても構わないが、通常その含有量は１０質量％以下であり、好適には５質量％以下である。
ＨＮＢＲ（Ａ）のムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）は４５〜８０である。多量の磁性粉を含みながらも良好な流動性を維持するためには、ムーニー粘度が８０以下であることが必要であり、７０以下であることが好ましい。一方、ムーニー粘度が４５未満であると、加硫して得られる磁性ゴム成形品の機械特性が不十分となる。
本発明の磁性ゴム組成物は、フェライト磁性粉（Ｂ）を含有する。ここで用いられるフェライト磁性粉（Ｂ）は特に限定されず、ストロンチウムフェライト磁性粉やバリウムフェライト磁性粉が好適に用いられる。フェライト磁性粉（Ｂ）の圧縮密度は特に限定されないが、３．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、３．５５ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。これによって、より高濃度の磁性粉を含有しながらも流動性に優れた磁性ゴム組成物を得ることができ、それを加硫することで、さらに優れた磁気特性を有する磁性ゴム成形品を得ることができる。フェライト磁性粉（Ｂ）圧縮密度は、通常４ｇ／ｃｍ３以下である。
ここで、フェライト磁性粉（Ｂ）の圧縮密度（ｇ／ｃｍ３）は、内径２．５４ｃｍの円筒形の金型に、フェライト磁性粉１０ｇを充填した後に、１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で圧縮した試料の密度である。このような圧縮密度を有するためには、粒度分布において複数のピークを有するものであることが好ましい。フェライト磁性粉（Ｂ）の粒度分布は、乾式レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。フェライト磁性粉（Ｂ）の平均粒径は０．５〜２μｍであることが好ましい。
また、フェライト磁性粉（Ｂ）は異方性磁性粉であることが好ましい。異方性磁性粉を用いて、磁場の印加された金型中で加硫することによって、磁気特性に優れた磁性ゴム成形品を得ることができる。本発明の磁性ゴム組成物は、極めて高濃度の磁性粉を含有しながらも流動性に優れているので、磁場の印加された金型中で加硫される際に、フェライト磁性粉（Ｂ）が十分に配向することができ、非常に優れた磁気特性を有する磁性ゴム成形品を得ることができる。このような加硫方法に適した異方性磁性粉は、一般に「磁場配向用」として市販されている。磁場配向用の磁性粉は、磁場を印加した際にゴム組成物中で容易に回転できるように、そのアスペクト比（板状体における（直径／厚み）比）が小さいものである。一方、磁場を印加せずに機械的変形に伴って配向させる方法に対しては、一般に「機械配向用」として市販されているアスペクト比の大きいものが用いられる。本発明では、上記「磁場配向用」のフェライト磁性粉を用いることが好ましい。
本発明の磁性ゴム組成物における、ＨＮＢＲ（Ａ）１００質量部に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有量は１２５０〜１６００質量部である。フェライト磁性粉（Ｂ）の含有量が１２５０質量部以上であることによって、優れた磁気特性を有する磁性ゴム成形品を得ることができる。フェライト磁性粉（Ｂ）の含有量は、好適には１３００質量部以上であり、より好適には１３２０質量部以上である。一方、フェライト磁性粉（Ｂ）の含有量が１６００質量部を超えると、成形性が悪化し、金型への充填不良が発生したり、得られる磁性ゴム成形品の強度が低下する。フェライト磁性粉（Ｂ）の含有量は、好適には１５００質量部以下である。
本発明の磁性ゴム組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、ＨＮＢＲ（Ａ）以外のゴムを含んでも構わない。しかしながらその含有量は、通常ゴム成分全量のうちの１０質量％以下であり、５質量％以下であることが好ましく、ＨＮＢＲ（Ａ）以外のゴムを実質的に含まないことがより好ましい。また、本発明の磁性ゴム組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、フェライト磁性粉（Ｂ）以外の磁性粉、例えば希土類磁性粉を含んでいても構わない。しかしながらその含有量は、通常、磁性粉全量のうちの１０質量％以下であり、５質量％以下であることが好ましく、フェライト磁性粉（Ｂ）以外の磁性粉を実質的に含まないことがより好ましい。
本発明の磁性ゴム組成物は、加硫剤（Ｃ）を含む。加硫剤（Ｃ）としては、硫黄、過酸化物など、ＨＮＢＲ（Ａ）の加硫に通常用いられるものを採用することができる。加硫剤（Ｃ）の含有量は、ＨＮＢＲ（Ａ）１００質量部に対して、０．１〜４質量部である。加硫剤（Ｃ）の含有量が０．１質量部未満の場合、加硫時間が長くなるとともに、得られる磁性ゴム成形品の機械特性が悪化する。加硫剤（Ｃ）の含有量は、好適には０．２質量部以上である。一方、加硫剤（Ｃ）の含有量が４質量部を超える場合、得られる磁性ゴム成形品の機械特性が悪化する。加硫剤（Ｃ）の含有量は、好適には２質量部以下である。
本発明の磁性ゴム組成物は、ステアリン酸（Ｄ）を含む。ステアリン酸（Ｄ）は、通常加硫助剤として配合されるものであるが、通常よりも多量のステアリン酸（Ｄ）を配合することで、大量の磁性粉を配合しても良好な流動性を維持することができ、その結果、極めて優れた磁気特性を有するとともに機械特性にも優れた磁性ゴム成形品を得ることができる。ステアリン酸（Ｄ）の含有量は、ＨＮＢＲ（Ａ）１００質量部に対して、２．５〜８質量部である。ステアリン酸（Ｄ）の含有量が２．５質量部未満の場合、流動性が悪化するとともに、得られる磁性ゴム成形品の磁気特性も悪化する。ステアリン酸（Ｄ）の含有量は、好適には３質量部以上、より好適には３．２質量部以上である。一方、ステアリン酸（Ｄ）の含有量が８質量部を超える場合、得られる磁性ゴム成形品の機械特性が悪化する。ステアリン酸（Ｄ）の含有量は、好適には６質量部以下であり、より好適には５質量部以下である。
本発明の磁性ゴム組成物においては、磁性ゴム組成物全体の質量に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１〜９３質量％である。このような高いフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率を有しながらも、流動性が良好であるところが、本発明の磁性ゴム組成物の大きな特徴である。そして、このような磁性ゴム組成物を加硫してなる磁性ゴム成形品は、極めて高い残留磁束密度を有するとともに良好な機械特性も有している。フェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１質量％未満である場合、残留磁束密度が低下する。フェライト磁性粉（Ｂ）の含有率は、好適には９１．３質量％以上であり、より好適には９１．６質量％以上である。一方、フェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９３質量％を超える場合、成形性が悪化し、金型への充填不良が発生したり、得られる磁性ゴム成形品の強度が低下する。
本発明の磁性ゴム組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、ＨＮＢＲ（Ａ）、フェライト磁性粉（Ｂ）、加硫剤（Ｃ）及びステアリン酸（Ｄ）以外の成分を含んでいても構わない。磁性ゴム組成物において通常使用される、加硫促進剤、加硫助剤、受酸剤、着色剤、フィラー、可塑剤など、各種の添加剤を含むことができる。ただし、このような他の成分を多量に含んでいたのでは、フェライト磁性粉（Ｂ）の含有率を９１質量％以上にすることができないので、他の成分の含有量が多すぎないことが重要である。
以上のようにして得られた磁性ゴム組成物を加硫することで本発明の磁性ゴム成形品を得ることができる。具体的には、ＨＮＢＲ（Ａ）、フェライト磁性粉（Ｂ）、加硫剤（Ｃ）及びステアリン酸（Ｄ）を混合して前記磁性ゴム組成物を得てから、金型中で加硫することによって、磁性ゴム成形品を得ることができる。
まず、上記各成分を混合することによって磁性ゴム組成物が製造される。混合する方法は特に限定されず、オープンロール、ニーダ、バンバリーミキサ、インターミキサ、押出機などを用いて混練する方法が採用される。なかでも、オープンロール又はニーダを用いて混練することが好ましい。混練時の磁性ゴム組成物の温度は６０〜１３０℃とすることが好ましい。混練時間は、１０〜６０分であることが好ましい。このように、比較的低温で高粘度の組成物を比較的長時間混練してから加硫に供するのが、ゴム成形品を製造する際の通常の方法である。しかしながら、フェライト磁性粉を大量に含む場合には、流動性を確保することが特に重要である。
こうして得られた磁性ゴム組成物の１８０℃における加硫曲線を測定した際のトルクの最小値ＭＬが、３〜８ｋｇｆ・ｃｍであることが好ましい。ＭＬが８ｋｇｆ・ｃｍを超える場合には、成形性が不十分になって充填不足となるおそれがある。ＭＬは、より好適には６ｋｇｆ・ｃｍ以下である。特に流動性が要求される形状の成形品を製造する場合には、ＭＬが５．５ｋｇｆ・ｃｍ以下であることが好ましい場合もある。一方、ＭＬが３ｋｇｆ・ｃｍ未満の場合には、成形品の機械強度が低下するおそれがあるとともに、成形品にエアが残るおそれもある。ＭＬは、より好適には３．５ｋｇｆ・ｃｍ以上である。特に機械強度が要求される用途の成形品を製造する場合には、ＭＬが４．２ｋｇｆ・ｃｍ以上であることが好ましい場合もある。
引き続き、磁性ゴム組成物を金型中で成形するとともに加硫して磁性ゴム成形品を得る。通常、上記磁性ゴム組成物を所望の形状に成形し、加熱することにより加硫する。磁性ゴム組成物の成形方法としては、押出成形、圧縮成形などが挙げられる。中でも圧縮成形が好適である。加硫温度は、１４０〜２５０℃であることが好ましい。加硫時間は、１〜３０分であることが好ましい。また、磁性ゴム成形品の形状や寸法などによっては、表面が加硫されていても内部まで十分に加硫されていない場合があるので、さらに加熱して二次加硫を行ってもよい。加硫するための加熱方法としては、圧縮加熱、スチーム加熱、オーブン加熱、熱風加熱などの、ゴムの加硫に用いられる一般的な方法が用いられるが、圧縮加熱が好適である。
本発明の製造方法では、磁場の印加された金型中で加硫することが好ましい。これにより、磁性ゴム成形品の残留磁束密度を高めることができる。このとき、圧縮成形する際に、成形品の表面に垂直な方向の磁場を印加することが好適である。本発明の樹脂組成物は、多量のフェライト磁性粉を含んでいるにもかかわらず流動性が良好であり、磁場の印加された金型中で加硫することによってフェライト磁性粉が高度に配向して、極めて高い残留磁束密度を示すことができる。
本発明の磁気エンコーダは、以上のようにして得られた磁性ゴム成形品が着磁されてなる磁性体を備えたものである。当該磁性体は、Ｓ極及びＮ極を１組だけ有するものであっても構わないが、多くの場合、交互に磁極が配置された多極磁性体である。ただし、着磁態様はこれらに限られるものではない。当該磁性体の形状は特に限定されないが、回転運動を検出する際には、円盤状あるいは円筒状など、環状であることが好ましい。この場合には、Ｓ極とＮ極が円周方向に交互に配置されて角度を検出することができ、実用上最も重要な態様である。一方、直線運動を検出する用途などでは、平坦な帯状の磁性体であっても構わない。Ｓ極とＮ極が接近して形成され、各極の寸法が小さい場合に、高い残留磁束密度が要求されるので、本発明の方法で製造される磁気エンコーダを採用する利益が大きい。
本発明の磁気エンコーダは、必要に応じて当該磁性体を支持する支持部材を備える。当該支持部材は、金属部材、特に金属板であることが好ましい。磁性ゴム成形品と支持部材との接着方法は特に限定されず、磁性ゴム成形品を加硫する際に直接そのまま両者を接着しても構わない。しかしながら、本発明の磁性ゴム組成物を支持部材により強固に接着するためには、磁性ゴム成形品と前記支持部材とを、熱硬化性接着剤で接着することが好ましい。この場合、磁性ゴム組成物を成形して加硫させた後に熱硬化性接着剤を硬化させて、磁性ゴム成形品を熱硬化性接着剤で支持部材に固着させてもよいし、磁性ゴム組成物を成形して加硫させるのと同時に熱硬化性接着剤を硬化させて、磁性ゴム成形品を熱硬化性接着剤で支持部材に固着させてもよい。ここで用いられる熱硬化性接着剤は、熱によって架橋反応が進行して硬化するタイプの接着剤であれば特に限定されない。フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、未加硫ゴムを溶剤に溶かしたゴム糊、シランカップリング剤などを用いることができる。
本発明の方法で製造される磁気エンコーダの好適な実施態様は、回転体に取り付け可能な支持部材と、該支持部材に装着された環状の磁性ゴム成形品を備え、該磁性ゴム成形品がＮ極とＳ極とが円周方向に交互に着磁された磁気エンコーダである。これは、回転運動を検出する磁気エンコーダとして有用である。細かい角度を精度よく測定する場合などに、高い残留磁束密度を有する磁性ゴム成形品を備えた磁気エンコーダを採用する利益が大きい。
本発明の方法で製造される磁気エンコーダの用途は特に限定されない。磁気エンコーダのうち、周方向に交互に磁極が配置された環状又は円盤状の多極磁性体を含むものは、回転運動を検出するセンサに用いられる。例えば、車軸の回転速度検出装置、クランク角検出装置、モーターの回転角度検出装置などに用いられる。また、直線方向に交互に磁極が配置された多極磁性体を含むものは、直線運動を検出するセンサに用いられる。例えば、リニアガイド装置、パワーウインドウ、パワーシート、ブレーキ踏み込み量検出装置、事務機器などに用いられる。中でも、車両用アンチロックブレーキシステムのセンサーローター用の磁気エンコーダとして用いることが、磁気特性と機械特性に優れ、残留磁束密度が極めて高い本発明の方法で製造される磁気エンコーダの最も有用な用途である。
実施例１
［未加硫ゴムシートの作製］
以下に示す原料を、８インチ径のオープンロールを用いて、組成物の温度を６０〜１００℃に維持して３５分間混練し、厚さ１ｍｍ、１．５ｍｍ及び２ｍｍの未加硫ゴムシートを作製した。
・水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）：１００質量部
アクリロニトリル含有量３６．２質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）５７．５、ヨウ素価１１ｇ／１００ｇ。
・ストロンチウムフェライト磁性粉Ａ（磁場配向用）：１３５０質量部
平均粒子径１．２μｍ（粒度分布において複数のピークを有する。）
圧縮密度３．６ｇ／ｃｍ３
圧縮体の残留磁束密度１９６ｍＴ
圧縮体の保磁力２３６ｋＡ／ｍ
・可塑剤ＴＯＴＭ［トリメリット酸トリス（２−エチルへキシル）］：３質量部
・亜鉛華：５質量部
・ステアリン酸：３．５質量部
・老化防止剤［４，４’−ビス（α，α−ジメチルベンジル）ジフェニルアミン］：５質量部
・硫黄：０．４質量部
・加硫促進剤ＭＢＴＳ（２，２’−ジベンゾチアゾリルジスルフィド）：２質量部
・加硫促進剤ＴＥＴＤ（テトラエチルチウラムジスルフィド）：１．５質量部
［未加硫ゴムシートの作製］
以下に示す原料を、８インチ径のオープンロールを用いて、組成物の温度を６０〜１００℃に維持して３５分間混練し、厚さ１ｍｍ、１．５ｍｍ及び２ｍｍの未加硫ゴムシートを作製した。
・水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）：１００質量部
アクリロニトリル含有量３６．２質量％、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）５７．５、ヨウ素価１１ｇ／１００ｇ。
・ストロンチウムフェライト磁性粉Ａ（磁場配向用）：１３５０質量部
平均粒子径１．２μｍ（粒度分布において複数のピークを有する。）
圧縮密度３．６ｇ／ｃｍ３
圧縮体の残留磁束密度１９６ｍＴ
圧縮体の保磁力２３６ｋＡ／ｍ
・可塑剤ＴＯＴＭ［トリメリット酸トリス（２−エチルへキシル）］：３質量部
・亜鉛華：５質量部
・ステアリン酸：３．５質量部
・老化防止剤［４，４’−ビス（α，α−ジメチルベンジル）ジフェニルアミン］：５質量部
・硫黄：０．４質量部
・加硫促進剤ＭＢＴＳ（２，２’−ジベンゾチアゾリルジスルフィド）：２質量部
・加硫促進剤ＴＥＴＤ（テトラエチルチウラムジスルフィド）：１．５質量部
［加硫特性］
得られた未加硫ゴムシートを試料とし、ＪＩＳ Ｋ６３００−２に準拠し、株式会社エー・アンド・デイ製の「キュラストメーター７」を用いて測定した。測定温度１８０℃で５分間の加硫曲線を測定し、縦軸をトルク、横軸を時間としたグラフのトルクの最小値ＭＬ（ｋｇｆ・ｃｍ）、最大値ＭＨ（ｋｇｆ・ｃｍ）、ＭＨの１０％のトルクになるまでの時間Ｔ１０（分）及びＭＨの９０％のトルクになるまでの時間Ｔ９０（分）を求めた。その結果、Ｔ１０が１．５５分、Ｔ９０が２．９８分、ＭＬが５．５２ｋｇｆ・ｃｍ及びＭＨが４６．９２ｋｇｆ・ｃｍであった。
得られた未加硫ゴムシートを試料とし、ＪＩＳ Ｋ６３００−２に準拠し、株式会社エー・アンド・デイ製の「キュラストメーター７」を用いて測定した。測定温度１８０℃で５分間の加硫曲線を測定し、縦軸をトルク、横軸を時間としたグラフのトルクの最小値ＭＬ（ｋｇｆ・ｃｍ）、最大値ＭＨ（ｋｇｆ・ｃｍ）、ＭＨの１０％のトルクになるまでの時間Ｔ１０（分）及びＭＨの９０％のトルクになるまでの時間Ｔ９０（分）を求めた。その結果、Ｔ１０が１．５５分、Ｔ９０が２．９８分、ＭＬが５．５２ｋｇｆ・ｃｍ及びＭＨが４６．９２ｋｇｆ・ｃｍであった。
［機械特性］
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して引張試験を行った。得られた未加硫ゴムシートを用い１７０℃で１０分間プレス加硫して厚さ１ｍｍの加硫ゴムシートを得た。得られた加硫ゴムシートを打ち抜いて得られた、ダンベル状３号形の試験片を用い、２３℃、相対湿度５０％において、引張速度５００ｍｍ／分の引張速度で、引張強さ（ＭＰａ）と伸び（％）を測定した。その結果、引張強さは９．０ＭＰａであり、伸びは１６％であった。
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して引張試験を行った。得られた未加硫ゴムシートを用い１７０℃で１０分間プレス加硫して厚さ１ｍｍの加硫ゴムシートを得た。得られた加硫ゴムシートを打ち抜いて得られた、ダンベル状３号形の試験片を用い、２３℃、相対湿度５０％において、引張速度５００ｍｍ／分の引張速度で、引張強さ（ＭＰａ）と伸び（％）を測定した。その結果、引張強さは９．０ＭＰａであり、伸びは１６％であった。
［硬度］
ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して測定した。引張試験と同様に作製した厚さ２ｍｍの加硫ゴムシートを３枚重ね、タイプＡデュロメータを用いて、２３℃、相対湿度５０％において測定を行い、ピーク値を読み取った。その結果、Ａ硬度は９８であった。
ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して測定した。引張試験と同様に作製した厚さ２ｍｍの加硫ゴムシートを３枚重ね、タイプＡデュロメータを用いて、２３℃、相対湿度５０％において測定を行い、ピーク値を読み取った。その結果、Ａ硬度は９８であった。
［磁気特性］
得られた未加硫ゴムシートを用い、直径１８ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤状試験片を作成し、試験片の厚み方向に磁場をかけながら、１７０℃で１０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得た。得られた成形品の残留磁束密度及び保磁力を、メトロン技研株式会社製の直流磁化特性試験装置「ＢＨカーブトレーサー」によって測定した。その結果、残留磁束密度は３３８ｍＴであった。
得られた未加硫ゴムシートを用い、直径１８ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤状試験片を作成し、試験片の厚み方向に磁場をかけながら、１７０℃で１０分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得た。得られた成形品の残留磁束密度及び保磁力を、メトロン技研株式会社製の直流磁化特性試験装置「ＢＨカーブトレーサー」によって測定した。その結果、残留磁束密度は３３８ｍＴであった。
［支持部材への接着性］
支持部材（スリンガ）として、板厚０．６ｍｍのＳＵＳ４３０からなる、断面Ｌ字型で円環状のものを用いた。当該支持部材の寸法は、内径側円筒部の内径が５５ｍｍ、外側円輪部の外径が６７ｍｍ、内径円筒部の軸方向長さが４．０ｍｍであった。一方、得られた厚さ１．５ｍｍの未加硫ゴムシートを、内径５６ｍｍ、外径６７ｍｍのドーナツ状に打ち抜いて、フェノール樹脂を原料とする接着剤を予め塗布した支持部材上に載置した。引き続き、１８０℃で３分間プレス加硫して、内径５６ｍｍ、外径６７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの磁性体を形成した。当該磁性体は支持部材に強固に接着しており、接着性は良好であった。また、金型からの離型性も良好であった。以上の結果を表１にまとめて示す。
支持部材（スリンガ）として、板厚０．６ｍｍのＳＵＳ４３０からなる、断面Ｌ字型で円環状のものを用いた。当該支持部材の寸法は、内径側円筒部の内径が５５ｍｍ、外側円輪部の外径が６７ｍｍ、内径円筒部の軸方向長さが４．０ｍｍであった。一方、得られた厚さ１．５ｍｍの未加硫ゴムシートを、内径５６ｍｍ、外径６７ｍｍのドーナツ状に打ち抜いて、フェノール樹脂を原料とする接着剤を予め塗布した支持部材上に載置した。引き続き、１８０℃で３分間プレス加硫して、内径５６ｍｍ、外径６７ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの磁性体を形成した。当該磁性体は支持部材に強固に接着しており、接着性は良好であった。また、金型からの離型性も良好であった。以上の結果を表１にまとめて示す。
実施例２
実施例１において、ステアリン酸の配合量を４．５質量部にした以外は実施例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
実施例１において、ステアリン酸の配合量を４．５質量部にした以外は実施例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
比較例１
実施例１において、ステアリン酸の配合量を１質量部にした以外は実施例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
実施例１において、ステアリン酸の配合量を１質量部にした以外は実施例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
比較例２
比較例１において、ストロンチウムフェライト磁性粉Ａの配合量を１１００質量部にした以外は比較例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
比較例１において、ストロンチウムフェライト磁性粉Ａの配合量を１１００質量部にした以外は比較例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
比較例３
実施例１において、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）の代わりにニトリルゴム（ＮＢＲ）を用いた以外は実施例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。ここで用いたＮＢＲの特性は下記の通りである。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
アクリロニトリル含有量３３質量％
ムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）４５
実施例１において、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）の代わりにニトリルゴム（ＮＢＲ）を用いた以外は実施例１と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。ここで用いたＮＢＲの特性は下記の通りである。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
アクリロニトリル含有量３３質量％
ムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）４５
比較例４
比較例２において、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）の代わりにニトリルゴム（ＮＢＲ）を用いた以外は比較例２と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
比較例２において、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）の代わりにニトリルゴム（ＮＢＲ）を用いた以外は比較例２と同様にして、未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートを用いて実施例１と同様にして、加硫特性、磁気特性、支持部材への接着性、及び離型性を評価した。結果を表１にまとめて示す。
表１から、実施例１、２及び比較例１の対比から、ステアリン酸の配合量が増加すると、ＭＬが低下して流動性が良好になるとともに、加硫時に印加する磁場によってフェライト粒子が配向しやすくなり、残留磁束密度が大きくなることがわかった。ただし、ステアリン酸が多すぎると、強度が低下する傾向が認められた。また、実施例１と比較例３の対比から、ＨＮＢＲをＮＢＲに変更することによって、ＭＬが増大し流動性が低下することがわかった。その結果成形性が悪化したのみならず、磁場配向性も悪化して残留磁束密度が低下した。
Claims (10)
- 水素化ニトリルゴム（Ａ）、フェライト磁性粉（Ｂ）、加硫剤（Ｃ）及びステアリン酸（Ｄ）を含有する磁性ゴム組成物であって、
水素化ニトリルゴム（Ａ）のムーニー粘度（ＭＬ１＋４、１００℃）が４５〜８０であり、
水素化ニトリルゴム（Ａ）１００質量部に対し、フェライト磁性粉（Ｂ）１２５０〜１６００質量部、加硫剤（Ｃ）０．１〜４質量部及びステアリン酸（Ｄ）２．５〜８質量部を含有し、
前記磁性ゴム組成物全体の質量に対するフェライト磁性粉（Ｂ）の含有率が９１〜９３質量％であることを特徴とする磁性ゴム組成物。 - フェライト磁性粉（Ｂ）の圧縮密度が３．５ｇ／ｃｍ３以上である請求項１に記載の磁性ゴム組成物。
ただし、前記圧縮密度は、内径２．５４ｃｍの円筒形の金型に、フェライト磁性粉１０ｇを充填した後に、１ｔｏｎ／ｃｍ ２ の圧力で圧縮した試料の密度（ｇ／ｃｍ ３ ）である。 - フェライト磁性粉（Ｂ）が、その粒度分布において複数のピークを有する請求項１又は２に記載の磁性ゴム組成物。
- １８０℃における加硫曲線を測定した際のトルクの最小値ＭＬが、３〜７ｋｇｆ・ｃｍである請求項１〜３のいずれかに記載の磁性ゴム組成物。
- 磁気エンコーダ用である請求項１〜４のいずれかに記載の磁性ゴム組成物。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の磁性ゴム組成物を加硫してなる磁性ゴム成形品。
- 請求項６に記載の磁性ゴム成形品を備えた磁気エンコーダ。
- 水素化ニトリルゴム（Ａ）、フェライト磁性粉（Ｂ）、加硫剤（Ｃ）及びステアリン酸（Ｄ）を混合して前記磁性ゴム組成物を得てから、該磁性ゴム組成物を加硫する、請求項６に記載の磁性ゴム成形品の製造方法。
- 前記磁性ゴム組成物を磁場の印加された金型中で加硫する、請求項８に記載の磁性ゴム成形品の製造方法。
- 請求項８又は９に記載の方法で得られた磁性ゴム成形品を所定のパターンに着磁させる磁気エンコーダの製造方法。
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