磁編碼器的製造方法與流程
2023-10-19 17:13:17 1
本發明涉及一種磁編碼器的製造方法，該磁編碼器具備由對含有丁腈橡膠和鐵氧體磁性粉的磁性橡膠組合物進行硫化而得到的磁性橡膠成型品構成的磁性體。
背景技術：
對含有橡膠和磁性粉的磁性橡膠組合物進行硫化而得到的磁性橡膠成型品被用於各種用途中。其中，磁性橡膠成型品的合適的用途之一為磁編碼器，通過對磁性橡膠成型品進行磁化而製造。此時，根據製品的要求性能使用各種各樣的橡膠，但是，從耐油性和耐熱性、價格等的均衡方面考慮，適合使用丁腈橡膠。另外，作為磁性粉，根據要求性能分別使用鐵氧體磁性粉或稀土類磁性粉等，但是，從成本、耐久性的觀點考慮，適合使用鐵氧體磁性粉(例如，參照專利文獻1～3)。
為了使用了磁編碼器的各種傳感器的精度提高和小型化，強烈要求磁性橡膠成型品的磁特性的提高。因此，採取通過大量地配合磁性粉來使磁特性提高的方法，但是，配合量過多時成型性降低，因此配合量也有界限。因此，尋求能夠確保成型性並且能夠提高磁特性的磁性橡膠成型品。
在專利文獻4中，記載了使用有在粒度分布中具有多個峰值，壓縮密度(CD)為3.5g/cm3以上，壓粉體的頑磁力(p-iHc)為2100Oe以上的鐵氧體粉末的各向異性粘合磁鐵。具體而言，記載了通過將含有上述鐵氧體粉末和6-尼龍的組合物在磁場中進行注射成型，製作各向異性粘合磁鐵。由此，能夠製作維持頑磁力並且填充性和取向性優異的具有高磁力的粘合磁鐵。
專利文獻4使用的聚醯胺(6-尼龍)在超過熔點的高溫下為低粘度，即使含有大量的鐵氧體磁性粉，也能夠以高速地注射成型。另一方面，磁性橡膠成型品通過在低溫下將高粘度的磁性橡膠組合物進行長時間混煉後進行硫化而製造。但是，可知在長時間混煉大量地含有鐵氧體磁性粉的高粘度的磁性橡膠組合物時，所含有的鐵氧體磁性粉承受長時間的激烈的剪切力，因此，硫化後所得到的磁性橡膠成型品的頑磁力大幅降低。這一點，在如專利文獻4記載的那樣，通過注射成型製造含有聚醯胺的粘合磁鐵的情況等中不作為問題，為磁性橡膠組合物特有的課題。因此，強烈尋求製造頑磁力高的磁性橡膠成型品的方法。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開昭60-14405號公報
專利文獻2：日本特開2003-183443號公報
專利文獻3：日本特開2006-225601號公報
專利文獻4：日本特開2010-263201號公報
技術實現要素：
發明所要解決的課題
本發明為解決上述課題而提出，其目的在於，提供一種通過對成型性良好的磁性橡膠組合物進行硫化，製造具備頑磁力和殘留磁通密度高的磁性體的磁編碼器的方法。
用於解決課題的方法
上述課題通過提供一種磁編碼器的製造方法來解決，該磁編碼器具備由磁性橡膠成型品構成的磁性體，上述製造方法的特徵在於，包括：
通過將丁腈橡膠(A)、鐵氧體磁性粉(B)和硫化劑(C)混合後進行混煉而得到磁性橡膠組合物的混合工序；以及對該磁性橡膠組合物在施加有磁場的模具中進行成型並且進行硫化而得到磁性橡膠成型品的成型工序，
鐵氧體磁性粉(B)相對於丁腈橡膠(A)100質量份的含量為700～1500質量份，並且，
鐵氧體磁性粉(B)的壓縮密度為3.5g/cm3以上。
此時，鐵氧體磁性粉(B)優選在其粒度分布中具有多個峰值。另外，還優選鐵氧體磁性粉(B)為各向異性磁性粉。
優選測定上述磁性橡膠組合物的180℃的硫化曲線時的扭矩的最小值ML為3～8kgf·cm。還優選在上述混合工序中，在將丁腈橡膠(A)、鐵氧體磁性粉(B)和硫化劑(C)混合後，以60～130℃進行10～60分鐘混煉，由此得到磁性橡膠組合物。另外，還優選在上述施加有磁場的模具中以140～250℃進行1～30分鐘硫化。
另外，優選製造的編碼器具備可安裝於旋轉體的支承部件以及安裝在該支承部件上的環狀的磁性橡膠成型品，該磁性橡膠成型品的N極和S極在圓周方向交互地磁化。
發明的效果
根據本發明的製造方法，通過對成型性良好的磁性橡膠組合物進行硫化，能夠製造具備頑磁力和殘留磁通密度高的磁性體的磁編碼器。通過本發明的方法製造的高性能的磁編碼器能夠貢獻於使用該磁編碼器的各種傳感器的精度提高和小型化。
具體實施方式
本發明的磁編碼器具備由磁性橡膠成型品構成的磁性體。該磁性橡膠成型品是對含有丁腈橡膠(A)和鐵氧體磁性粉(B)的磁性橡膠組合物進行硫化而得到的。此時，鐵氧體磁性粉(B)相對於丁腈橡膠(A)100質量份的含量為700～1500質量份，並且，鐵氧體磁性粉(B)的壓縮密度為3.5g/cm3以上。如此，本發明所使用的磁性橡膠組合物的特徵在於，以高濃度配合壓縮密度高的磁性粉。
已知，為了提高經磁化的磁性橡膠成型品的殘留磁通密度，大量配合磁性粉即可。於是，本發明人對相對於丁腈橡膠大量配合有各種各樣的磁性粉的磁性橡膠組合物在施加有磁場的模具中進行成型並且進行硫化，對所得到的磁性橡膠成型品的磁特性進行了測定。其結果確認到，在使用壓縮密度高的磁性粉時，雖然含有高濃度的磁性粉，但磁性橡膠組合物的成型性良好，而且，儘管對高粘度的磁性橡膠組合物進行了長時間混煉，仍能得到頑磁力高的磁性橡膠成型品。並且，通過在施加有磁場的模具中進行成型並且進行硫化，還能夠提高磁性橡膠成型品的殘留磁通密度。殘留磁通密度高、同時頑磁力也高的磁性橡膠成型品是高性能的磁編碼器所尋求的。
本發明的磁性橡膠組合物含有丁腈橡膠(A)。本發明所使用的丁腈橡膠(A)沒有特別限定，可以使用丙烯腈和1,3-丁二烯的共聚物。對殘存於聚合後的1,3-丁二烯單元的雙鍵進行氫化是任意的。可以根據用途分別使用未氫化的物質(NBR)和氫化後的物質(HNBR)。在不阻礙本發明效果的範圍內，也可以含有源自其它可共聚的單體的結構單元。這種結構單元例如也可以是含有如羧基或羧酸酐基的官能團的結構單元。
丁腈橡膠(A)中的丙烯腈單元的含量優選為15～50質量％。另外，1,3-丁二烯單元的含量包含氫化後的單元的含量，優選為50～85質量％。丁腈橡膠(A)可以是未氫化的物質(NBR)，也可以是氫化後的物質(HNBR)。丁腈橡膠(A)的門尼粘度(ML1+10、100℃)優選為20～100。為了含有大量的磁性粉並且還維持成型性，門尼粘度低為理想，因此更優選為70以下，更加優選為55以下。雖然可以並用室溫(25℃)時為液狀的丁腈橡膠，但是，從操作性方面考慮，優選僅僅使用室溫時為固體的丁腈橡膠。
本發明的磁性橡膠組合物含有鐵氧體磁性粉(B)。鐵氧體磁性粉(B)沒有特別限定，適合使用鍶鐵氧體磁性粉、鋇鐵氧體磁性粉。本發明的鐵氧體磁性粉(B)的壓縮密度需要為3.5g/cm3以上，優選為3.55g/cm3以上。由此，能夠得到成型性良好且磁特性也優異的磁性橡膠成型品。壓縮密度通常為4g/cm3以下。在此，鐵氧體磁性粉(B)的壓縮密度(g/cm3)為，在向內徑2.54cm的圓筒形的模具中填充鐵氧體磁性粉10g後，以1ton/cm2的壓力壓縮得到的試樣的密度。為了具有這種壓縮密度，優選為在粒度分布中具有多個峰值的物質。鐵氧體磁性粉(B)的粒度分布可以使用乾式雷射衍射式粒度分布測定裝置進行測定。鐵氧體磁性粉(B)的平均粒徑優選為0.5～2μm。另外，優選鐵氧體磁性粉(B)為各向異性磁性粉。通過使用各向異性磁性粉，在施加有磁場的模具中進行硫化，能夠得到磁特性優異的磁性橡膠成型品。適於這種硫化方法的各向異性磁性粉，一般作為「磁場取向用」市售。磁場取向用的磁性粉的徑厚比(板狀體的(直徑/厚度)比)小，以使得施加磁場時可以在橡膠組合物中容易地旋轉。另一方面，對於不施加磁場而伴隨機械變形進行取向的方法，通常使用作為「機械取向用」市售的徑厚比大的磁性粉。
本發明的磁性橡膠組合物中的鐵氧體磁性粉(B)相對於丁腈橡膠(A)100質量份的含量為700～1500質量份。在鐵氧體磁性粉(B)的含量低於700質量份的情況下，即使使用通常的鐵氧體磁性粉也沒有成型性惡化或頑磁力降低的問題，因此，採用本發明的意義小。鐵氧體磁性粉(B)的含量適合為850質量份以上，更適合為1000質量份以上。
在不阻礙本發明效果的範圍內，本發明的磁性橡膠組合物可以含有丁腈橡膠以外的橡膠。但是，其含量通常為橡膠成分全量中的10質量％以下，優選為5質量％以下，更優選實質上不含丁腈橡膠以外的橡膠。另外，在不阻礙本發明效果的範圍內，本發明的磁性橡膠組合物可以含有鐵氧體磁性粉以外的磁性粉，例如稀土類磁性粉。但是，其含量通常為磁性粉全量中的10質量％以下，優選為5質量％以下，更優選實質上不含鐵氧體磁性粉以外的磁性粉。
本發明的磁性橡膠組合物含有硫化劑(C)。作為硫化劑(C)，可以採用硫、過氧化物、聚醯胺化合物等丁腈橡膠(A)的硫化中通常使用的物質。相對於丁腈橡膠(A)100質量份，硫化劑(C)的含量通常為0.1～10質量份。
在不阻礙本發明效果的範圍內，本發明的磁性橡膠組合物也可以含有除了丁腈橡膠(A)、鐵氧體磁性粉(B)和硫化劑(C)以外的成分。可以含有在磁性橡膠組合物中通常使用的硫化促進劑、硫化助劑、酸性接受體、著色劑、填充劑、增塑劑等各種添加劑。
本發明的磁編碼器的製造方法包括：通過將丁腈橡膠(A)、鐵氧體磁性粉(B)和硫化劑(C)混合後進行混煉而得到磁性橡膠組合物的混合工序；以及對該磁性橡膠組合物在施加有磁場的模具中進行成型並且進行硫化而得到磁性橡膠成型品的成型工序。
在上述混合工序中，通過混合上述各成分來製造磁性橡膠組合物。混合的方法沒有特別限定，可以採用使用開練輥、捏合機、班伯裡混合機、肖氏密煉機、擠出機等進行混煉的方法。其中，優選使用開練輥或捏合機進行混煉。混煉時的磁性橡膠組合物的溫度優選設為60～130℃。混煉時間優選為10～60分鐘。
這樣，在較低的溫度中以較長時間混煉高粘度的組合物後將其供以硫化的方法是製造橡膠成型品時的通常的方法。但是可知，如果以高粘度長時間混煉含有大量的鐵氧體磁性粉的磁性橡膠組合物，則由於鐵氧體磁性粉長時間承受激烈的剪切力，所得到的磁性橡膠成型品的頑磁力降低。已知，此時，通過使用壓縮密度為3.5g/cm3以上的鐵氧體磁性粉(B)，能夠減少這種問題。這一點在注射成型製造含有聚醯胺的粘合磁鐵的情況等中不能觀察到，是磁性橡膠組合物特有的問題。
測定這樣得到的磁性橡膠組合物在180℃的硫化曲線時的扭矩的最小值ML優選為3～8kgf·cm。在ML低於3kgf·cm的情況下，有時在成型品中殘留有空氣。然而，在ML超過8kgf·cm的情況下，有時成型性變得不充分而填充不足。
接著，將磁性橡膠組合物在施加有磁場的模具中進行成型並進行硫化而得到磁性橡膠成型品的工序為成型工序。在成型工序中，通常，將上述磁性橡膠組合物成型為所要求的形狀，通過加熱進行硫化。作為磁性橡膠組合物的成型方法，可以列舉擠出成型、壓縮成型等。其中適合採用壓縮成型。硫化溫度優選為140～250℃。硫化時間優選為1～30分鐘。另外，根據磁性橡膠成型品的形狀、尺寸等，存在表面已被硫化但未充分硫化至內部的情況，因此，可以進一步加熱進行二次硫化。作為用於硫化的加熱方法，可以利用壓縮加熱、蒸汽加熱、烤爐加熱、熱風加熱等用於橡膠的硫化的一般的方法，適合利用壓縮加熱。
在本發明的製造方法中，在施加有磁場的模具中進行硫化。由此，能夠提高磁性橡膠成型品的殘留磁通密度。此時，在壓縮成型時，適合施加相對於成型品的表面垂直方向的磁場。
通過本發明的方法製造的磁編碼器具備有如上得到的磁性橡膠成型品經磁化而成的磁性體。該磁性體也可以是僅具有一組S極和N極的磁性體，但是，在多數情況下，其是交互配置有磁極的多極磁性體。但是，磁化形態不限於此。該磁性體的形狀沒有特別的限定，在檢測旋轉運動時，優選為圓盤狀或圓筒狀等環狀。此時，S極和N極在圓周方向交互地配置而能夠檢測出角度，為實用上最重要的形態。另一方面，在檢測直線運動的用途等中，也可以是平坦的帶狀的磁性體。在S極和N極接近而形成、且各極的尺寸小的情況下，要求高的頑磁力，因此，採用通過本發明的方法製造的磁編碼器的利益大。
通過本發明的方法製造的磁編碼器根據需要具備支承該磁性體的支承部件。該支承部件優選為金屬部件，特別是金屬板。磁性橡膠成型品和支承部件的粘接方法沒有特別限定，也可以在對磁性橡膠成型品進行硫化時直接將這兩者粘接。但是，為了通過支承部件牢固地粘接本發明的磁性橡膠組合物，優選用熱固性粘接劑粘接磁性橡膠成型品和上述支承部件。此時，可以在對磁性橡膠組合物進行成型並進行硫化後，使熱固性粘接劑固化，利用熱固性粘接劑將磁性橡膠成型品粘固於支承部件，也可以在對磁性橡膠組合物進行成型並進行硫化的同時使熱固性粘接劑固化，利用熱固性粘接劑將磁性橡膠成型品粘固於支承部件。在此使用的熱固性粘接劑只要是通過熱而進行交聯反應並固化的類型的粘接劑，則沒有特別限定。可以使用酚醛樹脂、環氧樹脂、聚氨酯樹脂、溶劑中溶有未硫化橡膠的橡膠糊、矽烷偶聯劑等。
通過本發明的方法製造的磁編碼器的合適的實施方式，具備有可安裝於旋轉體的支承部件以及安裝於該支承部件的環狀的磁性橡膠成型品，該磁性橡膠成型品為N極和S極在圓周方向交互地磁化的磁編碼器。其作為檢測旋轉運動的磁編碼器是有用的。在高精度地測定細小的角度的情況等中，採用具備具有高的頑磁力的磁性橡膠成型品的磁編碼器的利益大。
通過本發明的方法製造的磁編碼器的用途沒有特別限定。在磁編碼器中，包含沿周向交互地配置有磁極的環狀或圓盤狀的多極磁性體的磁編碼器用於檢測旋轉運動的傳感器。例如，可以用於車軸的旋轉速度檢測裝置、曲柄角檢測裝置、電動機的旋轉角度檢測裝置等。另外，包含在直線方向上交互配置有磁極的多極磁性體的磁編碼器用於檢測直線運動的傳感器。例如，可以用於直線導軌裝置、自動開閉式窗、自動調節式座位、制動器踏入量檢測裝置、辦公設備等。其中，作為車輛用防抱死制動系統的傳感器轉子用的磁編碼器的使用，是柔軟性和磁特性優異、殘留磁通密度和頑磁力高的通過本發明的方法製造的磁編碼器最有用的用途。
實施例
實施例1
[未硫化橡膠片的製作]
將如下所示的原料，使用8英寸直徑的開煉輥，將組合物的溫度維持在60～100℃進行35分鐘混煉，製作了厚度1mm、1.5mm及2mm的未硫化橡膠片。
·丁腈橡膠(未氫化：NBR)：100質量份
丙烯腈含量34％、門尼粘度(ML1+10、100℃)45
·鍶鐵氧體磁性粉A(磁場取向用)：1100質量份
平均粒徑1.2μm(在粒度分布中具有多個峰值。)
壓縮密度3.6g/cm3
壓縮體的殘留磁通密度196mT
壓縮體的頑磁力236kA/m
·增塑劑TOTM[偏苯三酸三(2-乙基己酯)]：3質量份
·氧化鋅：4質量份
·硬脂酸：3質量份
·抗老化劑[4,4』-雙-(α,α-二甲基苄基)二苯基胺]：5質量份
·固形石蠟：2質量份
·硫：0.4質量份
·硫化促進劑MBTS(2,2』-二硫化二苯並噻唑)：2質量份
·硫化促進劑TETD(二硫化四乙基秋蘭姆)：1.5質量份
[硫化特性]
將所得到的未硫化橡膠片作為試樣，基於JIS K6300-2，使用株式會社A&D制的「Curelastometer 7」進行了測定。以測定溫度180℃測定5分鐘的硫化曲線，求以縱軸為扭矩、以橫軸為時間的曲線的扭矩的最小值ML(kgf·cm)、最大值MH(kgf·cm)、直到MH的10％的扭矩的時間t10(分鐘)以及直到MH的90％的扭矩的時間t90(分鐘)。
[機械特性]
基於JIS K6251進行拉伸試驗。使用所得到的未硫化橡膠片以170℃進行10分鐘加壓硫化，得到厚度1mm的硫化橡膠片。使用對所得到的硫化橡膠片進行衝孔而得到的啞鈴狀3號形的試驗片，在23℃、相對溼度50％中，以拉伸速度500mm/分鐘的拉伸速度測定拉伸強度(MPa)和延伸率(％)。其結果，拉伸強度為4.0MPa，延伸率為30％。
[硬度]
基於JIS K6253進行測定。將與拉伸試驗同樣製作的厚度2mm的硫化橡膠片重疊三片，使用類型A杜羅回跳式硬度計，以23℃、相對溼度50％中進行測定，讀取峰值。其結果，A硬度為90。
[磁特性]
使用所得到的未硫化橡膠片，製成直徑18mm、厚度6mm的圓盤狀試驗片，一邊在試驗片的厚度方向施加磁場，一邊以170℃進行10分鐘加壓硫化，得到硫化橡膠試驗片。通過metron技研株式會社制的直流磁化特性試驗裝置「BH波形記錄器」測定所得的成型品的殘留磁通密度和頑磁力。其結果，殘留磁通密度為300mT，頑磁力為270kA/m。
[對支承部件的粘接性]
作為支承部件(吊環)，使用由板厚0.6mm的SUS430構成的、截面L字型的圓環狀的部件。該支承部件的尺寸為內徑側圓筒部的內徑為55mm、外側圓圈部的外徑為67mm、內徑圓筒部的軸向長度為4.0mm。另一方面，將所得到的厚度1.5mm的未硫化橡膠片衝孔成為內徑56mm、外徑67mm的環狀，載置於預先塗敷有以酚醛樹脂為原料的粘接劑的支承部件上。接著，以180℃進行3分鐘加壓硫化，形成內徑56mm、外徑67mm、厚度1.0mm的磁性體。該磁性體與支承部件牢固地粘接，粘接性良好。將以上的結果匯總表示在表1中。
實施例2
在實施例1中，代替鍶鐵氧體磁性粉A而使用鍶鐵氧體磁性粉B，除此之外，與實施例1同樣地製作了未硫化橡膠片。鍶鐵氧體磁性粉B的特性如下所述。使用所得到的未硫化橡膠片，與實施例1同樣地測定了硫化特性、磁特性、以及對支承部件的粘接性。將結果匯總表示在表1中。
平均粒徑1.14μm(在粒度分布中具有一個峰值。)
壓縮密度3.5g/cm3
壓縮體的殘留磁通密度185mT
壓縮體的保持力273kA/m
實施例3
在實施例1中，代替丁腈橡膠(NBR)而使用氫化丁腈橡膠(HNBR)，將硬脂酸的配合量設為2質量份，將硫的配合量設為0.5質量份，除此之外，與實施例1同樣地製作了未硫化橡膠片。這裡所使用的氫化丁腈橡膠的特性如下所述。使用所得到的未硫化橡膠片，與實施例1同樣地測定了硫化特性、磁特性、以及對支承部件的粘接性。將結果匯總表示在表1中。
丙烯腈含量36％
門尼粘度(ML1+10、100℃)57
碘值28g/100g
比較例1
在實施例1中，代替鍶鐵氧體磁性粉A而使用鍶鐵氧體磁性粉C(磁場取向用)，除此之外，與實施例1同樣地製作了未硫化橡膠片。鍶鐵氧體磁性粉C的特性如下所述。使用所得到的未硫化橡膠片，與實施例1同樣地測定了硫化特性、磁特性、以及對支承部件的粘接性。將結果匯總表示在表1中。
平均粒徑1.4μm(在粒度分布中具有一個峰值。)
壓縮密度3.4g/cm3
壓縮體的殘留磁通密度185mT
壓縮體的頑磁力207kA/m
比較例2
在實施例1中，代替鍶鐵氧體磁性粉A而使用了鍶鐵氧體磁性粉D(機械取向用)，不施加磁場而進行了加壓硫化，除此之外，與實施例1同樣地製作了未硫化橡膠片。鍶鐵氧體磁性粉D的特性如下所述。使用所得到的未硫化橡膠片，與實施例1同樣地測定了硫化特性、磁特性、以及對支承部件的粘接性。將結果匯總表示在表1中。
平均粒徑1.1μm(在粒度分布中具有一個峰值。)
壓縮密度3.2g/cm3
壓縮體的殘留磁通密度193mT
壓縮體的頑磁力235kA/m
表1
根據表1可知，在使用壓縮密度為3.5g/cm3以上的磁性粉一邊施加磁場一邊進行硫化的實施例1～3中，能夠得到殘留磁通密度、頑磁力均高的磁性體。另外，在實施例1～3中，硫化曲線的ML值小，成型時的流動性也良好。可知，特別是在磁性粉的粒度分布中具有多個峰值的實施例1中，ML值變得特別低，流動性大幅改善。然而，在使用壓縮密度低於3.5g/cm3的磁性粉一邊施加磁場一邊進行硫化的比較例1的磁性體中，由於混煉時所承受的剪切力導致頑磁力降低。另外，在加壓硫化時未施加磁場而機械取向的比較例2的磁性體中，磁性粉的取向不充分，殘留磁通密度變小。