(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し、ストロンチウム−フェライトを３００部〜１８００部、シランカップリング剤を０．５〜２部及び滑剤を１〜１０部混合して成ることを特徴とするエンコーダ用磁性ゴム組成物。
【請求項２】
アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し、バリウム−フェライトを３００部〜１８００部、シランカップリング剤を０．５〜２部及び滑剤を１〜１０部混合して成ることを特徴とするエンコーダ用磁性ゴム組成物。
【請求項３】
アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し、ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物を３００部〜１８００部、シランカップリング剤を０．５〜２部及び滑剤を１〜１０部混合してなることを特徴とするエンコーダ用磁性ゴム組成物。
【請求項４】
ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物が、バリウム−フェライトを２０〜５０重量％含有することを特徴とする請求の範囲第３項記載のエンコーダ用磁性ゴム組成物。
【請求項５】
エンコーダ用磁性ゴム組成物は、さらに、アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し、加硫剤を０．１〜１０部混合して成ることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項又は第４項記載のエンコーダ用磁性ゴム組成物。
【請求項６】
エンコーダ用磁性ゴム組成物は、さらに、アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し、カーボンブラックを２〜３０部混合して成ることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項記載のエンコーダ用磁性ゴム組成物。
【請求項７】
カーボンブラックの粒径が、１０〜５０ナノメーターであることを特徴とする請求の範囲第６項記載のエンコーダ用磁性ゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば自動車などの車輪軸の回転速度検出用の回転センサなどに採用されるエンコーダ用の磁性ゴム組成物に関するものである。このような磁性ゴム組成物は着磁されてエンコーダとして使用されるものである。本発明は、着磁されてエンコーダとして使用されるために必要とされる磁力特性、耐熱性、耐水性及び耐油性を有し、加工性に優れ、金属と加硫接着が可能なエンコーダ用磁性ゴム組成物に関する。更に、成形したエンコーダの周上で、エンコーダに必要とされる充分な磁力が得られ、かつ磁力強度のばらつきも効果的に抑制されるエンコーダ用磁性ゴム組成物に関する。
背景技術
従来、ゴムは、一般的に、耐熱性、耐水性、耐油性に劣り、１３０〜１５０℃の環境下で長時間使用するとゴム弾性が失われるといわれるが、これらの欠点を克服するものとして水素添加ニトリルブタジエンゴムが開発された。
水素添加ニトリルブタジエンゴムに磁性を持たせるためには、磁性粉として希土類、フェライト等を混合する必要がある。希土類は、コストが高く、混練り作業性も悪いため、フェライトが一般に用いられる。ここで、ゴムに磁性を付与するフェライトとしては、バリウム系とストロンチウム系が一般的であるが、後述のようにフェライトの混合量が問題となるため、バリウム系フェライトより磁力が大きいストロンチウム系フェライトを使用する方が有利であるといえる。
水素添加ニトリルブタジエンゴムに着磁されてエンコーダとして使用されるに十分な実用域の磁気特性を付与するためには、多量のフェライトを混合する必要がある。
ところが、水素添加ニトリルブタジエンゴムに多量のフェライトを混合すると、使用に耐えうる強度が確保できず、伸びやゴム弾性等の物性が低下し、加工性が著しく悪くなる。一方、フェライトの大量使用により損なわれた物性を回復するため、水素添加ニトリルブタジエンゴム組成物に各種添加剤を混合していくと、磁気特性が悪化し、加硫接着性が低下する。
従って、水素添加ニトリルブタジエンゴムに実用域の磁気特性を付与する目的でフェライトを混合する場合には、種々の技術的な問題が存在する。
本発明は、着磁されてエンコーダとして使用されるに十分な実用域の磁気特性を持つと共に、エンコーダとして使用されるために必要とされる耐熱性、耐水性及び耐油性を有し、加工性に優れ、金属との加硫接着が可能であるエンコーダ用磁性ゴム組成物を提供するものである。更に、成形したエンコーダの周上で、エンコーダに必要とされる充分な磁力が得られ、かつ磁力強度のばらつきも効果的に抑制されるエンコーダ用磁性ゴム組成物の提供を目的とするものである。
発明の開示
本発明者は、数々の配合を検討し、磁気特性試験を行った結果、実用域の磁気特性を持ち、耐熱性などに優れ、かつ金属との加硫接着可能なエンコーダ用磁性ゴム組成物を見い出し、本発明をするに至った。
即ち、本発明のエンコーダ用磁性ゴム組成物は、アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し、ストロンチウム−フェライトを３００部〜１８００部又はバリウム−フェライトを３００部〜１８００部、シランカップリング剤を０．５〜２部及び滑剤を１〜１０部混合して成る。
本発明では、従来のニトリルブタジエンゴムに比べ、耐熱性、特に伸び変化率に優れ、アクリルゴムに比べ、耐水性及び耐グリース性の良いポリマーとして、アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴムを使用する。ここで、アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴムは、常法により得られたものを使用することができる。
本発明において、ストロンチウム−フェライト及びバリウム−フェライトは、市販のものを使用することができるが、磁気特性に優れているという点から、平均粒径が０．９〜１．４μｍであるものが好ましく、粒径分布が広いものが好ましい。
本発明のエンコーダ用磁性ゴムの磁気特性は、フェライトの含有率により大きく変化する。
本発明において、磁粉としてストロンチウム−フェライトのみを混合した場合には、磁気特性に優れたものとなる。この場合、ストロンチウム−フェライトを水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し３００〜１８００部混合する。ストロンチウム−フェライトの量が水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し３００部未満であると、エンコーダとして必要な磁気特性が得られないことがあるからであり、逆に１８００部を超えると、加工が困難になり、ゴム物性が低下するだけでなく、金属への接着性が悪くなるからである。
また、磁粉としてバリウム−フェライトのみを混合した場合には、規則正しい磁極が得られる。この場合、バリウム−フェライトを水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し３００〜１８００部混合する。バリウム−フェライトの量が水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し３００部未満であると、エンコーダに必要とされる物性が得られないことがあるからであり、逆に１８００部を超えると、加工が困難になり、ゴム物性が低下するだけでなく、金属への接着性が悪くなるからである。
本発明において、シランカップリング剤は、ゴム物性を向上させ、ポリマーとの繋ぎ作用としての補強効果とフェライトとポリマーの相互作用を向上させる目的で混合する。
シランカップリング剤としては、例えば、メルカプトシランを使用することができる。シランカップリング剤は、水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し０．５〜２部混合する。シランカップリング剤の量が水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し０．５部未満であると、シランカップリング剤を添加した効果が十分に得られないことがあるからであり、逆に、２部を超えると、加硫速度が速くなり、成形性が悪くなるからである。
本発明においては、滑剤を混合することにより、接着性に影響を与えず、加工性、特に混練り性が改善される。
滑剤としては、例えば、マイクロクリスタリンワックスやパラフィンワックスを使用することができる。滑剤は、水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し１〜１０部混合する。滑剤の量が水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し１部未満であると、加工性を改善するのに不十分であるからであり、逆に、１０部を超えると、ゴム特性や加硫接着性に悪影響を与えるからである。なお、加工性を改善させつつ、ゴム特性や加硫接着性への影響をできるだけ少なくする上では、滑剤を水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し１〜５部混合するのがさらに好ましい。
また、本発明者は、ストロンチウム−フェライトにバリウム−フェライトをブレンドすることで、エンコーダの周上で、エンコーダに必要とされる磁力として充分な磁力が得られ、かつ磁力のバラツキを効果的に抑えることができることを見い出し、本発明をするに至った。
即ち、本発明の他のエンコーダ用磁性ゴム組成物は、アクリロニトリル量１５〜５０％で水素添加率８０〜９９％の水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し、ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物を３００部〜１８００部、シランカップリング剤を０．５〜２部及び滑剤を１〜１０部混合して成る。
水素添加ニトリルブタジエンゴムに、ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物を混合することで、従来のゴム製品と同様の方法で成形でき、磁粉としてストロンチウム−フェライトのみを混合した場合とほとんど変わらない磁力が得られ、かつエンコーダの周上での磁力のバラツキを効果的に抑えることができる。
ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物は、水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し３００〜１８００部混合する。ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物の量が水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し３００部未満であると、エンコーダとして必要な磁気特性が得られないことがあるからであり、逆に１８００部を超えると、加工が困難になり、ゴム物性が低下するだけでなく、金属への接着性が悪くなるからである。
ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物中には、バリウム−フェライトが２０〜５０重量％含有されているのが好ましい。ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの混合物において、バリウム−フェライトの占める割合を２０重量％以上とした方が、エンコーダの周上での磁力のバラツキを抑える上でより効果的であるが、逆に、５０重量％を超えると、エンコーダ用磁性ゴムとして要求される物性が得られないことがあるため、好ましくない。
ストロンチウム−フェライトにバリウム−フェライトがブレンドされている前記の本発明のエンコーダ用磁性ゴム組成物においても、上述の理由により、シランカップリング剤及び滑剤を混合する。
前述した本発明のいずれのエンコーダ用磁性ゴム組成物においても、水素添加ニトリルブタジエンゴムにカーボンブラックを混合することが、本発明のゴム組成物の機械的強度を増大させ、硬さ、耐摩耗性などの物性を向上させる上で望ましい。
カーボンブラックは、市販のものを使用することができるが、粒径が１０〜５０ナノメーターのものを使用することが好ましい。粒径が細かいほど、一般に補強効果はあるが、その一方、加工が難しくなるからである。また、カーボンブラックは、原料ゴム１００部に対し、４０〜６０部が標準配合量であるが、本発明のゴム組成物では、多量に混合すると磁気特性が低下するので、水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し２〜３０部混合するのが好ましい。
本発明では、水素添加ニトリルブタジエンゴムの物理的性質を改善する点で加硫を行った方がよい。
本発明において、加硫を行うために混合する加硫剤としては、例えば、イオウ、パーオキサイドなどが挙げられる。加硫剤としてパーオキサイドを用いる場合には、共架橋剤も混合する。
加硫剤は、水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し０．１〜１０部混合するのが好ましい。加硫剤が水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し０．１部未満であると、ゴム物性の向上が見られないことがあるため、好ましくなく、逆に１０部を超えると、加硫ゴムの柔軟性が劣ることがあるため、好ましくないからである。なお、ゴム物性の向上を図りつつ、より柔軟性の優れた加硫ゴムを得るためには、イオウ加硫の場合、加硫剤を水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対し０．１〜２部混合するのがさらに好ましい。
加硫剤の他には、加硫速度を増進させ、加硫物の物性を向上させるため、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＣＭ）、テトラメチルチウラムジサルファイド（ＴＴ）、Ｎ−（シクロヘキシルチオ）フタルイミド（ＰＶＩ）などの加硫促進剤、酸化亜鉛及びステアリン酸などの加硫促進助剤を混合することが好ましい。
なお、加硫成型後には、二次加硫をすることによって、金属への接着性がさらに向上する。
本発明では、本発明の効果を妨げない範囲であれば、上述したもの以外を混合することもできる。例えば、熱劣化を防止するため、老化防止剤を水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対して１〜５部混合してもよく、混練性や押し出し性を向上させるため、可塑剤を水素添加ニトリルブタジエンゴム１００部に対して１〜２０部混合してもよい。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
密閉型の混練り機を用いてあらかじめ温度を９０℃に設定し、以下のものを一括添加し混練した。
アクリロニトリル量３６％で水素添加率８０％の水素添加ニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）（日本ゼオン株式会社製）１００部
平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部
シランカップリング剤として、ＫＢＭ８０３（信越化学株式会社製）１部
滑剤として、パラフィン１７０°Ｆ（日本精蝋株式会社製）３部
イオウ（細井化学株式会社製）０．５部
加硫促進剤として、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（三新化学工業株式会社製）１．５部、テトラメチルチウラムジサルファイド（三新化学工業株式会社製）１部及びＮ−（シクロヘキシルチオ）フタルイミド（三新化学工業株式会社製）０．３部
加硫促進助剤として、活性亜鉛華（境化学工業株式会社製）４部及びステアリン酸（花王株式会社製）３部
老化防止剤として、ナウガード４４５（ユニロイヤルケミカル社製）１．５部ポリエステル系可塑剤（大日本インキ株式会社製）３部
上記混練物をシート状にして、１９０℃で３分加硫して成形した後、１８０℃で１時間二次加硫し、本発明の実施例となるシート状の磁性ゴム組成物１ａを得た。
また、別に、上記混練物をひも状にしたものをフェノール系接着剤が塗布された金属環上に置き、１９０℃で３分加硫して成形した後、１８０℃で１時間二次加硫し、外径７２．５ミリメートル、内径５９．１ミリメートル、厚み０．９ミリメートルの本発明の実施例となる磁性ゴム組成物が接着形成された金属環１ｂを得た。
（実施例２）
密閉型の混練り機を用いてあらかじめ温度を９０℃に設定し、以下のものを一括添加し混練した。
アクリロニトリル量３６％で水素添加率８０％の水素添加ニトリルブタジエンゴム（日本ゼオン株式会社製）１００部
粒径３０ナノメーターのカーボンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル社製）１０部
平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部
シランカップリング剤として、ＫＢＭ８０３（信越化学株式会社製）１部
滑剤としてパラフィン１７０°Ｆ（日本精蝋株式会社製）３部
イオウ（細井化学株式会社製）０．５部
加硫促進剤として、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（三新化学工業株式会社製）１．５部、テトラメチルチウラムジサルファイド（三新化学工業株式会社製）１部及びＮ−（シクロヘキシルチオ）フタルイミド（三新化学工業株式会社製）０．３部
加硫促進剤として、活性亜鉛華（堺化学工業株式会社製）４部及びステアリン酸（花王株式会社製）３部
老化防止剤として、ナウガード４４５（ユニロイヤルケミカル社製）１．５部ポリエステル系可塑剤（大日本インキ株式会社製）３部
上記混練物をシート状にして、１９０℃で３分加硫して成形した後、１８０℃で１時間二次加硫し、本発明の実施例となるシート状の磁性ゴム組成物２ａを得た。
また、別に、上記混練物をひも状にしたものをフェノール系接着剤が塗布された金属環上に置き、１９０℃で３分加硫して成形した後、１８０℃で１時間二次加硫し、外径７２．５ミリメートル、内径５９．１ミリメートル、厚み０．９ミリメートルの本発明の実施例となる磁性ゴム組成物が接着形成された金属環２ｂを得た。
（実施例３）
平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部を平均粒径１．３μｍであるバリウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部に代えた以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本発明の実施例となるシート状磁性ゴム組成物３ａ及び本発明の実施例となる磁性ゴム組成物が接着形成された金属環３ｂを得た。
（実施例４）
平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部を平均粒径１．３μｍであるバリウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部に代えた以外は、実施例２と同様の操作を繰り返し、本発明の実施例となるシート状磁性ゴム組成物４ａ及び本発明の実施例となる磁性ゴム組成物が接着形成された金属環４ｂを得た。
（実施例５）
平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部を平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）６０９部と平均粒径１．３μｍであるバリウム−フェライト（戸田工業株式会社製）２６１部に代えた以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本発明の実施例となるシート状磁性ゴム組成物５ａ及び本発明の実施例となる磁性ゴム組成物が接着形成された金属環５ｂを得た。
（実施例６）
平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）８７０部を平均粒径１．１μｍであるストロンチウム−フェライト（戸田工業株式会社製）６０９部と平均粒径１．３μｍであるバリウム−フェライト（戸田工業株式会社製）２６１部に代えた以外は、実施例２と同様の操作を繰り返し、本発明の実施例となるシート状磁性ゴム組成物６ａ及び本発明の実施例となる磁性ゴム組成物が接着形成された金属環６ｂを得た。
（試験例）
（１）本発明の実施例となるシート状磁性ゴム組成物１ａ〜６ａを用いて、磁力特性、常態物性、耐熱性、耐水性、耐グリース性を評価した。
磁力特性は、ＶＳＭ（振動試料型磁力計）により測定した。
常態物性は、日本工業規格（ＪＩＳ）に基づき測定した。即ち、シートから打ち抜かれたダンベル状試験片を用いて引張試験にて測定した。
耐熱性は、日本工業規格に基づき測定した。即ち、シートから打ち抜かれたダンベル状試験片をギヤー式オーブンで熱劣化させたものを測定した。
耐水性は、日本工業規格に基づき測定した。即ち、シートから打ち抜かれたダンベル状試験片を熱水に浸漬したものを測定した。
耐グリース性は、日本工業規格に基づき測定した。即ち、シートから打ち抜かれたダンベル状試験片をグリース浸漬したものを測定した。
（２）本発明の実施例となる磁性ゴム組成物が接着形成された金属環１ｂ〜６ｂをＮＳ各４８極に着磁した後、ホールセンサーにより各磁極の極束密度を測定し、エンコーダ周上における平均磁束密度及び平均磁束密度に対する磁力のバラツキを算出した。
その結果を表１に示す。
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表１から、本発明の磁性ゴム組成物（実施例１〜６）は、フェライト含有率が８７％を超えていても、エンコーダとして使用されるために必要とされる耐熱性、耐水性及び耐油性を有することがわかった。
また、本発明の磁性ゴム組成物（実施例１〜６）はいずれも（ＢＨ）ｍａｘ７．８ＫＪ／ｍ3を超える磁力特性を示し、エンコーダ用の磁性ゴムに要求される実用的な磁力を発揮するということがわかった。
フェライトとして、ストロンチウム−フェライトのみが配合されている実施例１及び２、バリウム−フェライトのみが配合されている実施例３及び４、ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトが配合されている実施例５及び６との比較から、エンコーダ周上における平均磁束密度をより強くする上では、ストロンチウム−フェライト単独にすることが望ましく、平均磁束密度に対する磁力のバラツキをより少なくする上では、実施例３及び４のように、バリウム−フェライト単独にすることが望ましく、エンコーダ周上における平均磁束密度を強くしつつ、平均磁束密度に対する磁力のバラツキを少なくする上では、実施例５及び６のように、ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの双方を配合することが望ましいことが分かる。
また、実施例１と実施例２、実施例３と実施例４、実施例５と実施例６との比較から、カーボンブラックを配合すると、フェライトとして、ストロンチウム−フェライトのみが配合されている場合、バリウム−フェライトのみが配合されている場合、ストロンチウム−フェライトとバリウム−フェライトの双方が配合されている場合のいずれであっても、硬さ、引張強さ、伸びという常態物性が改善されることがわかる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係るエンコーダ用磁性ゴム組成物は、精密な着磁ピッチが要求される分野で利用することができ、耐熱性、耐候性、耐油性及び耐水性が要求される場合に適している。
従って、回転数測定のエンコーダ等に用いられる磁性ゴムとして有用である。