JP2001272250A - 磁化パターンを有する被検出体および磁気エンコーダ - Google Patents

磁化パターンを有する被検出体および磁気エンコーダ

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JP2001272250A JP2000084648A JP2000084648A JP2001272250A JP 2001272250 A JP2001272250 A JP 2001272250A JP 2000084648 A JP2000084648 A JP 2000084648A JP 2000084648 A JP2000084648 A JP 2000084648A JP 2001272250 A JP2001272250 A JP 2001272250A
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正美 相澤
Akihiro Ito
彰浩 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気エンコーダの性能を落とすことなく、被
検出体の小型化軽量化を図り、ひいては磁気エンコーダ
を小型化する。 【解決手段】 被検出体1は異方性SmFeN磁粉をポ
リアミド等のバインダーで結合したものを成形してなる
ボンド磁石を採用してある。異方性SmFeN磁粉は異
方性NdFeB磁粉と比較して1/10程度の大きさで
あるので、磁石中の磁粉の密度を均一にかつ密にできる
ので多極着磁が可能である。この磁石の最大エネルギー
積は異方性SmCo系磁石より高く、密度は低いので被
検出体の小型化軽量化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、磁化パターンを有する被
検出体および磁気エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばモータ等のアクチュエータ
の位置や速度等を検出するものとして磁気エンコーダが
採用されるケースがある。例えばモータの回転速度を検
出するものの場合、所望のピッチPで磁化パターンが形
成してある被検出体をモータの回転と連動して回転さ
せ、この回転によって生じる磁場変化を内部抵抗変化と
して検出する磁気抵抗効果素子(以下「MR素子」とい
う。)等の検出部を用いて検出している。
【0003】上記磁化パターンとしては、SmCo(サ
マリウムコバルト)磁粉を有した被検出体を所望のピッ
チPで着磁することにより形成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】モータの回転速度を検
出する磁気エンコーダの場合、着磁ピッチが小さい被検
出体の方がわずかな回転速度の変化も感度良く検出する
ことができる。
【0005】SmCo系磁石を利用して磁化パターンを
形成する場合、SmCo1−5系は磁粉の大きさが最大
10μm程度と小さいので、着磁精度が高く、着磁ピッ
チを小さくできる。しかし、SmCo磁石は異方性Nd
FeB(ネオジウム−鉄−ボロン)磁石などと比べると
最大エネルギー積が小さいのでセンシング精度が悪いと
いう問題を有していた。したがって、被検出体にSmC
o磁石を使用しようとする場合は最大エネルギー積が小
さい分、磁石として所定の体積、特に厚みが必要であっ
た。このことが被検出体の小型化ひいては磁気エンコー
ダの小型化を阻んでいた。
【0006】また、センシング精度を上げるために最大
エネルギー積が大きいNdFeB系磁石の被検出体を使
用した場合、磁粉がSmCo磁紛の10倍以上の大きさ
なので磁気エンコーダーに必要な着磁精度と細かい着磁
ピッチが得られないという問題を引き起こす。つまり、
被検出体の小型化を図ろうとすると、磁気エンコーダの
機能として重要な着磁精度と細かい着磁ピッチが得られ
なくなるという問題を有していた。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明の磁化パターンを有する被検出体は、Sm
FeNの磁性粉を樹脂バインダーに混合して所望の形状
に成形してなる成形体に所望の磁化パターンを着磁して
いる。また、本発明の磁気エンコーダは、上記被検出体
と上記被検出体に着磁された上記所望の磁化パターンを
検出する検出部とを備えている。よって、着磁ピッチを
小さくしたままセンシング精度の向上を図りつつ、磁化
パターンを有する被検出体や磁気エンコーダの小型化が
図れる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
説明する。図1は、磁化パターンaを有し円筒状(リン
グ形状)に形成してなる被検出体1を示すものである。
本発明に用いる磁化パターンを有する被検出体として
は、磁気的に異方性のSmFeN(一般に、窒化サマリ
ウム鉄、サマリウム鉄窒素またはサマリウム窒化鉄など
と称される。)の粉末を用い、バインダーとしてエポキ
シ樹脂またはポリアミド樹脂を混練して磁場中にて射出
成形したものを採用してある。なお、バインダーとして
低融点金属(Zn、Pb、ハンダ等)を使用する場合も
ある。
【0009】上記の異方性SmFeN磁粉の組成はおお
よそSm(サマリウム)が22wt%、Fe(鉄)が6
7wt%、N(窒素)が2wt%である。この磁石の磁
粉の容積含有率は56.9%であり最大エネルギー積は
100.03×103J/m3(ジュールパー立方メート
ル)である。ちなみに上述した異方性SmCo磁粉を用
いたボンド磁石の場合、最大エネルギー積としては64
×103J/m3程度しか得られない。
【0010】磁化パターンaは円筒状(リング形状)に
形成された被検出体1の円周を交互にN極とS極に着磁
することで形成してある。SmFeNの磁粉の大きさは
最大10μm程度で、異方性SmCo1−5系とほぼ同
程度である。よって、この磁化パターンを有する被検出
体では異方性SmCo1−5系を用いた場合と同様の磁
化パターンのピッチの小ささが得られ、なおかつ磁粉の
粒径が小さいので磁粉を密にかつ、均一に充填される。
【0011】よって、この磁化パターンを有する被検出
体では最大エネルギー積を大きくできるので、磁化パタ
ーンを有する被検出体としてSmCo磁粉を用いた場合
より、センシング精度が向上し、さらに小型化が図れ
る。つまり、小型化しても所望の磁束密度を得ることが
できる。
【0012】図2(a)は外径φ15mm、内径φ12
mm、高さ3mmのリング形状で外周24極着磁を想定
し、ラジアル磁界中にて成形した異方性磁石1aを示し
たもので、本例ではこの異方性磁石1aを被検出体1と
して用いる。図2(b)は図2(a)のA−A線断面図
で、1bは磁束線を示している。
【0013】図2で示した異方性磁石を磁気エンコーダ
に使用する被検出体とし、その異方性磁石として異方性
SmCoと異方性SmFeNのボンド磁石の2種類を想
定し、それぞれの異方性磁石を用いた場合の同一空間点
で得られる空間磁束密度を磁場解析シミュレーションに
て比較した。なお、異方性SmCo磁石の材料は住友金
属鉱山(株)のwellmax.P6で最大エネルギー積が約64
×103J/m3、異方性SmFeN磁石は日亜化学工業
(株)の12Aで最大エネルギー積が約100.03×1
3J/m3であると想定した。図3は上記シミュレーシ
ョン結果を示したもので、具体的には材料と形状の条件
を違えたときに、図2(a)、(c)に示したように異
方性磁石1aの高さ方向(図2(a)のz軸方向)の中
心位置(図2(a)のA−A線断面部)における外周2
4極のN極側ピークから所望距離のエアギャップをとっ
た箇所の空間磁束密度を予測したものである。
【0014】図3に示したように、図2(c)のごとく
外周24極のN極側ピークの中心位置からエアギャップ
を1.5mmとった空間点の磁束密度は異方性SmCo
磁石の場合20.85kA/mであり、一方異方性Sm
FeN磁石は32.6285kA/mである。すなわ
ち、異方性SmFeN磁石を被検出体に使用すること
で、異方性SmCo磁石を使用した場合に比べて感度が
約1.5倍上がるということになる。また、外周24極
のN極側ピークの中心位置からエアギャップを2.5m
m、3.5mmとった空間点の磁束密度も異方性磁石と
して異方性SmFeNのボンド磁石を用いた方が異方性
SmCoを用いた場合より大きくなった。
【0015】また、被検出体として異方性SmFeN磁
石を使用した場合は異方性SmCo磁石を使用した場合
に比べ十分に大きな磁束が得られるので、回転軸のぶれ
などに影響を受けにくく、センシング精度のよい、安定
した磁気エンコーダになる。
【0016】また、被検出体として異方性SmFeN磁
石を使用した場合は異方性SmCo磁石を使用した場合
に比べ最大エネルギー積が大きくなるので、異方性Sm
FeN磁石を使用すると異方性SmCo磁石を使用した
場合に比べ被検出体の形状を小さくしても同一のMR素
子で動作可能となる。この点を確認するために、上述の
φ15−φ12−L3(外径φ15mm、内径φ12m
m、高さ3mm)リング形状の異方性SmCo磁石とφ
10−φ8−L3(外径φ10mm、内径φ8mm、高
さ3mm)リング形状の異方性SmFeNの高さ方向
(図2(a)のz軸方向)の中心位置(図2(a)のA
−A線断面部)における外周24極のN極側ピークから
エアギャップ1.5mmの空間点の磁束密度をシミュレ
ーションにて予測した。シミュレーションの結果、図3
に示すように上述の異方性SmCoの外周24極のN極
側ピークの中心位置からエアギャップを1.5mmとっ
た空間点の磁束密度は空間点の磁束密度20.85kA
/mに対し、小さい形状の異方性SmFeNの同一空間
点の磁束密度は24.14kA/mで異方性SmCoに
比べ大きい。このことはエンコーダの形状を小型化して
も異方性SmFeNを使用すれば十分に性能を出すこと
が可能であるといえる。
【0017】また小型化が可能であるうえに異方性Sm
FeNボンド磁石の密度は4.8g/cm3で、異方性
SmCoボンド磁石の密度6.0g/cm3に対し体積
あたり80%の重量である。したがって、被検出体の軽
量化ができることで可動部のイナーシャ軽減の効果もあ
る。
【0018】図1に示してあるように、磁化パターンを
有する被検出体1は、上記した成形品2の全表面に防錆
処理により被膜3を形成したものからなる。表面への被
膜3の形成は、金属用プライマー防食塗料としてエポキ
シ樹脂系焼付型塗料のうちからリン酸塩を含む塗料を用
いた。具体的にはリン酸塩を含む塗料としてリン酸アル
ミニウムを防錆顔料として含む塗料(以下「リン酸アル
ミニウム系塗料」という。)を用い、成形品2の表面全
体に塗膜を形成し、これを125℃で1〜2時間焼成し
て磁石の表面に被膜を密着形成させた。この結果、表面
に光沢のある防食被膜3を有する磁化パターンを有する
被検出体1が得られた。
【0019】この磁化パターンを有する被検出体1の断
面の構成を拡大して調べてみると、表面の位置によって
異なるが、1回塗装では被膜3の厚さが20〜40μ
m、2回塗装では40〜80μmとなっており、被膜が
剥がれたりひびが入っているものは見当たらないものと
なっていた。
【0020】次に、この磁化パターンを有する被検出体
1を常温生理食塩水中に浸漬し、錆発生の有無を調べた
ところ120日経過した時点においても、錆の発生は全
く見られなかった。因みに一般的なエポキシ系樹脂の塗
料を同種の磁石の表面に塗布したものは同様の実験にお
いて3日後に錆が発生していた。なお、さらに厳しい環
境である10%塩酸浸漬でも20日間変化がなかった。
【0021】このように防錆効果が高いのは、SmFe
N磁石とリン酸アルミニウム系塗料の結合性が優れてい
るためと考えられる。すなわちSmFeN磁石中に含ま
れるFe成分のうち、不安定な状態で存在するFeが錆
発生の原因となっていると考えられるが、これをリン酸
塩を防錆用として含む塗料を用いた被膜処理により化学
反応を起して耐食性に優れ、また密着性にも優れた緻密
なリン酸塩被膜を形成するためである。
【0022】上述した例のリン酸塩被膜処理の化学反応
は次の化学式で示される。
【化1】
【0023】上記化学式(3)のFe(H2PO4)2
(リン酸水素鉄)は密着性が高く耐食性に優れた被膜
となる。
【0024】なお、上記実施例で用いたSmFeN磁石
の成分比は一例であり、他の成分比のSmFeN磁石を
使用することも可能である。さらにまた、リン酸塩を防
錆用として含む塗料についても、これに代えて例えばリ
ン酸亜鉛を含む塗料等を使用することも可能である。な
お、リン酸亜鉛を含む塗料等を用いた場合、上記化学式
のアルミニウムの部分が亜鉛等に置き換わるだけであ
り、密着性が高く耐食性に優れたFe(H2PO4)2
(リン酸水素鉄)の生成には何ら変わりはないことは敢
えて言及するまでもない。
【0025】なお、錆が発生しにくい環境下で被検出体
を使用する場合などは、上述した被膜を設けなくてもよ
い。この場合、被膜形成処理が不要になるので、製造コ
ストを抑えられる。
【0026】図4は、上記した磁化パターンを有する被
検出体1をモータ等によって回転駆動される回転体4に
固着し、被検出体1の近傍に検出部としてのMR素子5
を配設してなる磁気エンコーダの例を示している。この
場合、上述したように被検出体1を小型化できるので磁
気エンコーダ全体としても小型化が図れる。また、被検
出体1の小型化により軽量化も図れるので、可動部(本
例では回転体4。)の慣性による動作影響を低減でき
る。なお、検出部はMR素子に限らず、例えばホール素
子等を用いてもよい。
【0027】上記では、磁化パターンを有する被検出体
として円筒形状(リング形状)のものを用いたが、これ
に限らず、例えば棒状のものに磁化パターンを設けたも
のでも良い。
【0028】
【発明の効果】本発明の磁化パターンを有する被検出体
は、SmFeNの磁粉を樹脂バインダーに混合して所望
の形状に成形してなる。よって、最大エネルギー積が異
方性SmCo磁粉を使用したものより大きく、被検出体
を小型化しても磁気エンコーダとしての特性を落とすこ
とがない。また、磁粉粒度が小さいため均一で密に充填
しているので多極着磁の極位置の精度もよい。
【0029】被検出体が小型化することは磁気エンコー
ダ全体としての小型化に通じている。さらに、SmFe
Nボンド磁石の成形密度はSmCoボンド磁石に比べ8
0%程度であるので、被検出体の軽量化ができ、それに
よってイナーシャを軽減することができる。
【0030】よって、本発明によれば多極着磁の極位置
の精度と磁気エネルギーを縮小することなく磁気エンコ
ーダの被検出体を小型化でき、さらには磁気エンコーダ
の小型化、エネルギーの効率化につながる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の一部切欠斜視図である。
【図2】リング形状の異方性磁石を示した説明図であ
る。
【図3】本発明の一実施例の被検出体と従来例との特性
を示した図。
【図4】本発明の一実施例を示した斜視図である。
【符号の説明】
1 磁化パターンを有する被検出体 2 成形体 5 検出部 a 磁化パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 41/02 H01F 1/04 A Fターム(参考) 2F077 AA25 AA41 CC02 JJ02 JJ08 JJ09 TT06 VV11 VV33 VV35 5E040 AA11 AA19 BB03 HB06 5E062 CD05 CE02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SmFeNの磁性粉を樹脂バインダーに
    混合して所望の形状に成形してなる成形体に所望の磁化
    パターンが着磁されていることを特徴とする磁化パター
    ンを有する被検出体。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記成形体は、所望
    の磁化方向に磁束が発生している磁場中にて射出成形し
    てなる成形体であることを特徴とする磁化パターンを有
    する被検出体。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の被検出体と、
    上記被検出体に着磁された上記所望の磁化パターンを検
    出する検出部とを含むことを特徴とする磁気エンコー
    ダ。
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