JPH0616976A

JPH0616976A - 磁性塗料及びエンコーダ用の磁性層の形成方法

Info

Publication number: JPH0616976A
Application number: JP4200605A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Yoshimura; 邦明吉村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-01-25
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JP3191021B2

Abstract

(57)【要約】【目的】１回塗りで所望の厚さの磁性層を形成する。【構成】エンコーダ用の磁性層を形成する磁性塗料の
材料として、例えば粘度が低く、重合度や繰返し単位の
小さな樹脂を用いることにより塗りやすさの良好な粘度
を維持しつつ固形成分の比率を上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ドラム等のエンコ
ーダ用の磁性層を形成するための磁性塗料及び磁性層の
形成方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、モータ等の電動機の位置制御や
速御制御を行うためには、この電動機の回転数や回転角
度を精度良く検知するために、例えば磁気式のエンコー
ダが用いられる。図６は電動機に設けた一般的な磁気式
のエンコーダを示す斜視図である。図示するように電動
機２の回転軸４に基体としてのドラム基体６を固定して
一体的に回転できるようにし、このドラム基体６の表面
全周に渡って厚さＴ１が例えば８０μｍ程度の磁性層８
を形成すると共に、この表面にＮ・Ｓ極を着磁ピッチ
λ、例えば１２５μｍでもって形成する。そして、この
ドラム基体６の表面の近傍には、例えば８０〜１００μ
ｍのスペーシングＸ１を隔てて磁気抵抗素子１０を設け
て、ドラム基体６の回転に伴う上記Ｎ・Ｓ極からの磁界
の変化を検出し、この検出結果をサーボ回路１２へ送出
して電動機２の回転や回転角度等を制御し得るように構
成されている。

【０００３】ところで、上記した磁性層８を形成するた
めには、例えばＣｏ−γＦｅ₂ Ｏ₃よりなる磁性粉に分
散剤としてのポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、バ
インダ剤としてのエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の他
に酢酸セロソルブ等の揮発性溶剤を混合させて液状の磁
性塗料を形成し、この磁性塗料を上記ドラム基体６の表
面に例えば２回に分けて重ね塗りして厚さが１０００μ
ｍ程度の磁性塗料の層を形成する。そして、この層を乾
燥して揮発性溶剤を蒸発させることにより１７０μｍ程
度の厚さにし、更に乾燥ベーク後に精密に研磨すること
により最終的に厚さ８０μｍ程度の磁性層６を形成して
いる。このように研磨する理由は、例えば塗膜表面に異
物が含まれていたりすると検出信号にその影響が出てし
まったりして表面状態がそのまま表面磁界に反映されて
しまうためである。

【０００４】この場合、通常の磁気テープ等の接触型の
検出ヘッドの場合には、磁性層表面にて所望の強さの磁
場強度が容易に得られることから磁性層の厚さは２．５
μｍ程度と薄くて済むが、この種のエンコーダにおいて
は、スペーシングＬ１を設けた非接触型の検出方式であ
ることから磁性層表面において所望の大きさの磁場強度
を得る為には、適当な磁性層の厚さが必要となる。図８
に磁性層表面の磁場強度と磁性層厚さの関係の計算結果
を示す。これより、スペーシングＸと着磁ピッチλの比
Ｘ／λが一定の場合には、磁性層の厚さｄと着磁ピッチ
λの比ｄ／λは、ｄ／λ比が小さいところでは、表面磁
場強度が弱くなることがわかる。例えば、Ｘ／ｄ＝０．
７５で表面磁場５０ガウスを得る為にはｄ／λ＞０．４
６が必要となる。λ＝１２５μｍとした場合、ｄは５７
μｍ以上が必要となる。本発明者は、加工裕度、特性バ
ラツキ裕度を考え、ｄは８０μｍに設定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記磁性塗
料がドラム基体６に塗布された直後においては、図７に
示すようにドラム基体６の表面に塗布された磁性塗料１
４中に含まれる気泡１６や粗大粒１８が揮発性溶剤の蒸
発に伴う塗料の還流作用により表面付近に押し出されて
排出されるが、この還流作用を有効に行わせるためには
塗料粘度は好ましくは７〜８．５ポイズ程度（ズリ速度
は３８．３０ｓｅｃ^-1）が良く、その理由はこれよりも
粘度が大きいと還流作用が十分に行われずに欠陥の原因
となる気泡等が塗料中に残存したり、この気泡に起因し
てクラックが発生したりし、また、逆に塗料の粘度が小
さ過ぎると塗布した磁性塗料がドラム基体６から滴下し
てしまうからである。

【０００６】そして、上記磁性塗料の原料であるエポキ
シ樹脂やＰＶＢ樹脂としてはかなり粘度が大きく、分子
量の大きな樹脂を使用し、磁性粉及び各種樹脂の構成す
る固形成分の比を１７．３８Ｖｏｌ％程度に設定し、前
述したように研磨後の最終的な磁性層の膜厚を８０〜１
３０μｍに設定するために４００μｍ＋６００μｍの厚
さとなるように２回塗布していた。尚、塗布操作１回で
形成できる塗料の厚さは最大６００μｍ程度であり、そ
れ以上厚くすると上記した気泡等を十分に排出できない
場合が生ずる。

【０００７】しかしながら、このように２回塗りを行う
と磁性層の形成に多くの時間を要してしまうという問題
点があるばかりか、乾燥時におけるゴミ付着等の機会が
増加してしまい、不良欠陥が発生し易くなるという問題
点があった。この場合、乾燥後の塗膜を厚くするために
単に固形成分の比率を上げることも考えられるが、固形
成分の比率を単に上げるとそれに伴って粘度も上昇し、
このため塗膜中に含まれる気泡等が十分に排出できない
という問題点がある。本発明は、以上のような問題点に
着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであ
る。本発明の目的は、１回塗りで所望の厚さの磁性膜を
形成することができる磁性塗料及びエンコーダ用の磁性
層の形成方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁性塗料とし
て使用するエポキシ樹脂やＰＶＢ樹脂として、粘度がよ
り低く且つより軟らかい樹脂を使用することにより、磁
性塗料の粘度を従来と同様に維持しつつ固形成分の比率
を上げることができる、という知見を得ることによりな
されたものである。第１の発明は、上記問題点を解決す
るために、磁性粉と樹脂と揮発性溶剤とを混合させてな
る所定の値の粘度を有する磁性塗料において、前記磁性
塗料の粘度を所定の値に維持しつつ前記磁性粉と前記樹
脂とよりなる固形成分に対する前記揮発性溶剤の比を小
さく設定したものである。第２の発明は、上記第１の発
明で得られた磁性塗料を基体上に塗布することによりエ
ンコーダ用の磁性層を得るように構成したものである。

【０００９】

【作用】第１の発明は、例えば樹脂として粘度が比較的
低く且つ重合度や繰り返し単位が小さいものを用いるこ
とにより粘度を従来塗料と同様な値に維持しつつ塗料中
の固形成分の比率を従来塗料の場合よりもかなり大きく
設定することが可能となる。第２の発明は、上記第１の
発明において得られた磁性塗料を基体上に塗布すると、
その固形成分の比率が高いことから１回の塗布により所
望の厚さの磁性層を得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明に係る磁性塗料及びエンコー
ダ用の磁性層の形成方法の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。まず、磁性塗料の適切な粘度を確認するた
めに粘度を種々変えた時の塗料の塗りやすさ、クラック
発生の有無、ポア発生の有無を検討した。その結果を下
記表１に示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】この表１から明らかなように塗料粘度が
６．５ポイズより小さいと塗料だれが生じ、また粘度が
１０ポイズを超えると塗料の広がりが悪くなって塗りに
くくなる。そして、粘度が８．２ポイズのときに塗りや
すさは最も良好となることが判明する。また、塗料粘度
が１５．０ポイズになると、クラック及びポアが共に発
生することになり、従って、磁性塗料の粘度としては
６．５〜１０．０ポイズの範囲が良好であることが判明
する。

【００１３】次に、磁性塗料の製造方法及びエンコーダ
用の磁性層の形成方法を説明する。図１は、磁性塗料及
び磁性層の概略的な形成方法を示すフロー、図２は磁性
塗料を製造するための方法を示すフロー、図３は磁性塗
料をドラム基体に塗布する方法を説明するための説明図
である。まず、図１に示すようにＳ１において、磁性粉
とバインダ樹脂としてのＰＶＢ樹脂及び揮発性成分を複
数のブレードを有するニーダ機に投入し、これらを混練
する。この混練が終了したならば次にＳ２にてエピコー
ト樹脂やフェノール樹脂等を加えてこれを直径数ｍｍの
ステンレス球の収容されたボールミル内又は、ガラスビ
ーズ等の収容されたサンドミルで攪拌し、分散処理を行
い、磁性塗料を完成する。

【００１４】この磁性塗料の製造過程を図２に示すフロ
ーに基づいて具体的に説明すると、まず、磁性粉とし
て、例えばＣｏ−γＦｅ₂ Ｏ₃ を所定量、例えば７０
０．２ｇ秤量し、ＰＶＢ樹脂として例えば積水化学のエ
レックスＢ（商標）の低重合度タイプＢＬ−１、ＢＬ−
２、ＢＬ−３、ＢＬ−Ｓ、ＢＸ−Ｌのいずれかのタイ
プ、例えばＢＸ−Ｌを所定量、例えば７０．６ｇ秤量す
る（Ｓ２１）。従来の磁性塗料としては、粘度が７０〜
１４０ポイズと高い高重合度タイプ、例えばＢＸ−１が
用いられたが、本発明においては前述したように低重合
度タイプの樹脂を用いる。この低重合度タイプの樹脂の
粘度は、１０〜６０ポイズの範囲であり、特に低重合度
タイプＢＸ−Ｌは粘度が１０〜３０ポイズと非常に小さ
い値となっている。このエレックスＢの構造式は下記の
化学式１に示すように表される。

【００１５】

【化１】

【００１６】この構造式の重合度により樹脂の熱的・機
械的性質及び粘度が左右され、本発明においては、重合
度の小さい樹脂を用いる。このように秤量が終了したな
らば、これらを複数のブレードを有するニーダ機内に投
入し、更に揮発性溶剤として、例えば下記の示性式で表
される酢酸セロソルブを所定量、例えば１５０．４ｇ加
え（Ｓ２２）、混練を行う。ＣＨ₃ ＣＯＯＣＨ₂ ＣＨ₂ ＯＣ₂ Ｈ₅ 混練操作を行うに従って、更に酢酸セロソルブを、例え
ば１３５．４ｇ及び２７５．２ｇをそれぞれ順次投入す
る（Ｓ２３、Ｓ２４）。このようにして所定時間のニー
ダ混練操作を終了したならばこのニーダ混合物、例えば
９００．６ｇに他の揮発成分として例えば下記の示性式
に示されるブチルセロソルブを例えば２８８．８ｇ加え
て溶剤調合し（Ｓ２５）、その後、所定時間だけプレミ
キシングを行う（Ｓ２６）。

【００１７】このように、プレミキシングが終了したな
らば、固形成分として例えば１７３．０ｇのエポキシ樹
脂と例えば１０３．８ｇのフェノール樹脂を加えて樹脂
を調合する（Ｓ２７）。この場合、エポキシ樹脂として
は例えば油化シェルのエピコート（商標）の内の分子量
が比較的小さくしかも粘度も比較的低いグレード１００
１、１００２、１００３、１０５５、１００４、１００
４ＡＦの内のいずれかのタイプ、例えばグレード１００
１を用いる。従来の磁性塗料としては分子量が約２９０
０であってしかも粘度も大きなグレード１００７が用い
られていたが、本実施例においては、上述のように分子
量が小さく、しかも粘度の低いフェノール樹脂を用い、
特に上記グレード１００１の分子量は約９００と非常に
小さい。このエピコートの構造式は、下記の化学式２に
示すように表される。

【００１８】

【化２】

【００１９】この構造式中の繰返し単位ｎが小さい程、
分子量が小さいので、繰返し単位ｎが小さいエピコート
を上述のように選択する。また、フェノール樹脂として
は、従来の磁性塗料に用いたと同様の材料、例えば化学
式３に示すようなＭｅｔｈｙｌｏｎ７５１０８（商標）
を用いる。

【００２０】

【化３】

【００２１】このようにして、樹脂の調合が終了したな
らば、前記したように、直径数ｍｍの多数のステンレス
球を収容したボールミル内又は、ガラスビーズ等を収容
したサンドミル内でこれらの混合物を所定時間だけ攪拌
して分散処理を行う（Ｓ２８）。この攪拌によって混合
物の粒子はボールの間にとらえられて、衝撃力と強いず
り応力を受け、分散効果が発揮される。これにより磁性
塗料の製造が完成される。この磁性塗料の固形成分（磁
性粉、各種樹脂）に対する揮発性溶剤（酢酸セロソル
ブ、ブチルセロソルブ）の比、すなわち揮発成分／固形
成分は約２．３７となる。

【００２２】このように、本実施例においては、従来塗
料と比較して使用する各樹脂ともに単体では粘度が低く
て軟らかいものを使用し、磁性塗料化する際に加える揮
発性溶剤（酢酸セロソルブ、ブチルセロソルブ）の使用
量を抑制し、従来塗料と同一粘度を維持しつつ固形成分
（磁性粉、各種樹脂）の比率が多くなるように構成され
ている。この場合、従来の塗料の固形成分の比率は約１
７．３８Ｖｏｌ％であるに対して、本実施例の固形成分
の比率は約２８．９５Ｖｏｌ％になり、その値を大幅に
向上させることができる。尚、磁性粉の充填率や磁粉量
は従来塗料と同じ値に設定している。

【００２３】ここで図１に示すフローに戻ると、上記磁
性塗料の製造と並行して、ドラム基体６（図６参照）の
加工が行われる。具体的には、円環状のアルミニウムの
表面にアルマイト処理を施してドラム基体を完成し（Ｓ
３）、その後、このドラム基体６の表面を超音波洗浄す
る（Ｓ４）。このようにドラム基体６の洗浄が完了した
ならば、図３に示す塗布装置を用いて、先に製造した磁
性塗料をドラム基体６の表面に塗布する（Ｓ５）。具体
的には、この磁性塗料塗布装置は、磁性塗料１４を充填
した塗料ボトル２０を加圧タンク２２内へ収容し、この
加圧力によりパイプ２４内を圧送された磁性塗料１４を
パイプ途中に設けたノズル付きバルブ２８のノズル２６
から回転しているドラム基体６の表面に磁性塗料１４を
塗布する。この時のパイプ２４内を流れる磁性塗料１４
の流量はディスペンサコントローラ３０により制御さ
れ、この装置のオン・オフはこのコントローラ３０に接
続されるフットスイッチ３２により行われる。

【００２４】この時、ドラム基体表面に付着した余分な
磁性塗料はスキージ３４により掻き取られ、所定の厚
さ、例えば約６００μｍ程度の厚さに１回で塗られる。
ここで、本実施例における塗布膜の厚さ６００μｍは、
従来の固形成分の比率の少ない２層塗り塗布膜の厚さ１
０００μｍ（４００μｍ＋６００μｍ）と等価となり、
従って、本実施例による磁性塗膜を用いることにより最
終的な磁性層の厚さ（乾燥研磨後）、例えば８０μｍを
得るには、約６００μｍの厚さの塗布層を１回塗りで行
えばよいことが判明する。このように磁性塗料の塗布操
作が完了したならば、この磁性塗膜を所定の温度で乾燥
させることにより揮発性成分を除去し、厚さ約１７０μ
ｍ程度の磁性層８を得る（Ｓ６）。そして、乾燥後の磁
性層８の表面を研磨処理することにより欠陥の含まれや
すい表面部分を削除し、所望の厚さ、例えば８０μｍの
磁性層８を最終的に得る（Ｓ７）。そして、得られた磁
性層８に所定の着磁ピッチλ１でＮ・Ｓ極の着磁を施
し、エンコーダ用の磁性層８を完成する（Ｓ８）。

【００２５】このように、磁性塗料の材料であるバイン
ダ樹脂として単体樹脂としての粘度が低く、重合度や繰
返し単位数の小さい樹脂を使用することにより、磁性塗
料としての粘度を変えることなく従来塗料と比較して固
形成分の比率を約１．６７倍程度増すことが可能となっ
た。従って、従来塗料の場合と同一塗布厚みでもって塗
っても乾燥後において約１．６７倍程の厚さの塗布膜を
得ることができるので、従来塗料の乾燥前の塗布厚１０
００μｍ（２層塗り４００μｍ＋６００μｍ）に対する
乾燥後の塗布膜と同等の厚さの塗布膜を得るためには本
実施例の磁性塗料を約６００μｍの厚さで１回塗りすれ
ばよいことが判明する。

【００２６】従って、本実施例による磁性塗料を使用す
ることにより１回塗りで最終的に所望とする磁性層の厚
さを得ることができ、従来塗料の２回塗りの場合と比較
して製造工程を簡単化できるので製造時間を短縮化でき
るのみならず、工程数が減少することからゴミ等の付着
による欠陥が発生する可能性を減少させることができ
る。また、磁性塗料の粘度としては、６．５〜１０．０
ポイズの範囲が好ましく、特に粘度８．５程度が特に好
ましい。また、固形成分に対する揮発性溶剤の比、すな
わち揮発成分／固形成分は１．７０以下に設定する。

【００２７】次に、本発明の磁性塗料と従来の磁性塗料
とを表２に示す配合量により形成し、これらを用いて磁
性塗膜を形成したときの厚さを比較する。まず、本発明
の磁性塗料を表２の実施例１に示す配合量で製造して磁
性塗膜を形成したときの厚さと、従来の磁性塗料を表２
の比較例１に示す配合量で製造して磁性塗膜を形成した
ときの厚さとを比較する。

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例１と比較例１は、共に磁性粉として
はＣｏ−γＦｅ２０３を用い、揮発性成分として酢酸セ
ロソルブ及びブチルセロソルブを用い、また樹脂の一部
としてフェノール樹脂（Ｍｅｔｈｙｌｏｎ７５１０８）
を用いた。そして、比較例１の分散剤としてのＰＶＢ樹
脂としては、粘度の大きな高重合度タイプ（ＢＸ−１）
の樹脂を用いると共にバインダ剤としてのエポキシ樹脂
としては繰返し単位ｎが大きくて分子量及び粘度が共に
大きなエピコート１００７を用いた。これに対して実施
例１の分散剤としてのＰＶＢ樹脂としては、粘度の小さ
な低重合度タイプ（ＢＸ−Ｌ）の樹脂を用いると共にバ
インダ剤としてのエポキシ樹脂としては繰返し単位ｎが
小さくて分子量及び粘度が共に小さなエピコート１００
１を用いた。この場合、実施例１及び比較例１の磁性粉
充填率は共に６５ｗｔ％に設定し、また、粘度は共に
８．０ポイズに設定した。

【００３０】これらの材料に先の実施例で説明したと同
様な方法で、ニーダ混練処理、ボールミル処理等を施し
て磁性塗料を製造し、それぞれの塗料をドラム基体に塗
布した。表２より明らかなように、塗料塗布処理及び乾
燥処理後の塗膜体積（厚さ）を表す固形成分の比率は、
従来塗料では１７．３８Ｖｏｌ％であるのに対して実施
例１の磁性塗料では２８．９５Ｖｏｌ％となる。これに
より、実施例１と比較例１の塗料を同じ厚さで塗って
も、乾燥後の塗膜の厚さに関しては、実施例１の場合は
比較例１よりも約１．６７倍程厚く形成されることが推
定できる。図４は上記実施例１と比較例１の磁性塗料の
塗布時の厚さと、高周波膜厚測定計により計測された乾
燥後の膜厚との関係を示すグラフである。

【００３１】このグラフによれば、例えば比較例１にお
いて２層塗りを行って合計１０００μｍの塗布厚に設定
した場合には、乾燥後には約１６０μｍの膜厚が得られ
るが、この１６０μｍの膜厚を得るための比較例１の塗
布厚は約６００μｍ程度であり、実施例１の塗料によれ
ば約０．６倍の塗布厚で済むことが判明した。また、表
３は、実施例２として前記実施例１で用いたと全く同様
の材料を用いて、各材料の配合量を適宜変えることによ
り揮発成分と固形成分（磁性粉＋ＰＶＢ樹脂＋エポキシ
樹脂＋フェノール樹脂）との比とを変えて４種類の磁性
塗料を製造し、これらの粘度を材料と対応させたもので
ある。図５は、表３における揮発成分と固形成分の比の
値と、粘度との関係を示すグラフである。尚、この粘度
測定には、Ｅ型の粘度測定計を用いた。

【００３２】

【表３】

【００３３】このグラフによれば４種類の磁性塗料全て
が粘りやすさの良好な粘度６．５〜１０ポイズの範囲に
入っており、しかも、磁性塗料の粘度６．５以上とする
には揮発成分と固形成分との比を１．７０以下に設定す
ればよいことが判明する。また、表３に示す配合量によ
り製造された４種類の磁性塗料を用いてドラム基体の表
面に厚さが約６００μｍ程度の塗膜を１回塗りで形成し
て乾燥したところ、全ての磁性塗料において約１６０μ
ｍ程度の所望の厚さの膜厚を得ることができることが判
明した。尚、以上の実施例においてＰＶＢ樹脂としてエ
レックスの低重合度タイプを用い、エポキシ樹脂として
繰返し単位の小さいエピコートを用いるようにしたが、
粘度が低く、重合度や繰返し単位が小さい樹脂であれ
ば、上記した樹脂に限定されない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。重合
度や繰返し単位の小さな樹脂を用いるようにしたので塗
りやすい粘度を維持しつつ固形成分の比率の大きな磁性
塗料を得ることができる。従って、上記した磁性塗料を
用いることにより、１回塗りで所望の厚さの磁性層を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁性塗料及び磁性層の概略的な形成方法のフロ
ーを示す図である。

【図２】磁性塗料を製造するための方法のフローを示す
図である。

【図３】磁性塗料をドラム基体に塗布する方法を説明す
るための説明図である。

【図４】本発明の磁性塗料と従来塗料の塗布厚と膜厚と
の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の磁性塗料の揮発成分／固形成分と粘度
との関係を示すグラフである。

【図６】一般的な磁気式ロータリエンコーダを示す構成
図である。

【図７】ドラム基体上の塗布された磁性塗料から気泡等
が放出される状態を説明するための説明図である。

【図８】Ｃｏ−γＦｅ₂ Ｏ₃ 磁性塗膜の表面磁界強度を
説明する図である。

【符号の説明】２電動機４回転軸６ドラム基体（基体）８磁性層１０磁気抵抗素子１２サーボ回路Ｔ１膜厚Ｘ１スペーシング λ１着磁ピッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性粉と樹脂と揮発性溶剤とを混合させ
てなる所定の値の粘度を有する磁性塗料において、前記
磁性塗料の粘度を所定の値に維持しつつ前記磁性粉と前
記樹脂とよりなる固形成分に対する前記揮発性溶剤の比
を小さく設定したことを特徴とする磁性塗料。
【請求項２】前記樹脂は、粘度が低く且つ重合度又は
／及び繰り返し単位が小さいことを特徴とする請求項１
記載の磁性塗料。
【請求項３】前記所定の値の前記粘度は６．５〜１
０．０ポイズの範囲内に設定すると共に前記固形成分に
対する前記揮発性溶剤の比を、１．７０以下に設定した
ことを特徴とする請求項１又は２記載の磁性塗料。
【請求項４】基体上に磁性塗料を塗布して乾燥させて
エンコーダ用の磁性層を形成するに際して、前記磁性塗
料は、前記請求項１乃至３に記載された磁性塗料である
ことを特徴とするエンコーダ用の磁性層の形成方法。