JP2013031346A - 回転機器用回転子、回転機器用回転子の着磁方法、磁気エンコーダおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機器の回転子に着磁を行う技術において、着磁ヘッドを回転子に接触させて着磁を行う場合に、着磁ヘッドおよび回転子の一方または両方が磨耗する現象を抑える技術を提供する。
【解決手段】円筒形状のホルダであるロータ部材１０１と、ロータ部材１０１の外周面に固定された被着磁体であるマグネット層１０３とを備え、マグネット層１０３の外周面が塗装によって形成されたフッ素樹脂の層である摺動部材の層１０４で覆われていることを特徴とする回転機器用回転子。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転機器用回転子、回転機器用回転子の着磁方法、磁気エンコーダおよびその製造方法に係り、回転子に高磁力な着磁が可能となる技術に関する。

着磁された回転子を有したモータや磁気エンコーダ等の各種回転機器が知られている。この回転子における着磁構造は、周方向にそって沿って配置された永久磁石の構成材料に着磁装置を用いてＮＳＮＳ・・と順次着磁を行うことで構成されている。ところで、モータや磁気エンコーダの性能を向上させる上で、上述した回転子のマグネットをより強力（より高磁力）なものとすることが重要となる。マグネットをより強力なものとするには、より強力な着磁を行う必要がある。

着磁をより強力に行うには、着磁装置の着磁ヘッドを着磁対象部分に接触させた状態で着磁を行う方法が最も効果的である。これは、着磁ヘッドが着磁対象部分から離れると、漏れ磁束が生じる傾向が増大し、着磁の効率が低下するからである。

特許文献１には、着磁対象物に着磁ヘッドを接触させて着磁を行う技術について記載されている。特許文献２の図３には、着磁ヘッドをテープ状のカバー部材を介して着磁対象物に押し当て、着磁を行う技術が記載されている。

特開２００３−５９７１８号公報 特開平１１−１８６０３６号公報

上述したように、より強力な着磁を行うには、着磁対象物に着磁ヘッドを直接接触させる方法が有効となる。しかしながら、回転機器の回転子に着磁を行う場合、着磁ヘッドに対して回転子を回転させながら着磁を行うので、着磁ヘッドと回転子表面とが擦れる。この擦れにより、着磁ヘッド表面および着磁対象物表面の一方または両方の磨耗が生じる。特許文献２には、着磁ヘッドと着磁対象物との間にカバー部材を介する技術が記載されているが、この技術ではカバー部材を別に用意しなくてはならず、また作業が煩雑となる問題がある。

このような背景において、本発明は、回転機器の回転子に着磁を行う技術において、着磁ヘッドを回転子に接触させて着磁を行う場合に、着磁ヘッドおよび回転子の一方または両方が磨耗する現象を抑える技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、円筒形状のホルダと、前記ホルダの外周面に固定された被着磁体とを備え、前記被着磁体の外周面が摺動部材で覆われていることを特徴とする回転機器用回転子である。請求項１に記載の発明によれば、摺動部材があることで、摺動部材越しに被着磁体に着磁ヘッドを接触させ、且つ、着磁ヘッドを相対的に移動させての着磁において、被着磁体および着磁ヘッドの一方または両方の磨耗が抑えられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記被着磁体に塗布する前記摺動部材は、フッ素樹脂、グラファイトまたは二硫化モリブデンのいずれかを潤滑剤とした塗料であることを特徴とする。塗装により摺動部材を形成することで、工程が簡素化され、製造コストの上昇を抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記摺動部材は、前記被着磁体に焼付け塗装されていることを特徴とする。焼付け塗装により、摺動部材を形成することで、より強固の塗膜をより短時間で得ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記被着磁体は、ボンド磁石であることを特徴とする。ボンド磁石を用いた場合、樹脂材料中に磁性材料の粉体が分散した材質となるので、着磁ヘッドと直接接触させた場合に、着磁ヘッドが相対的に高硬度で分散して存在する細かい磁性粉と接触することになり、ボンド磁石に対して着磁ヘッドを摺動させた場合における着磁ヘッドの磨耗が顕著になる。本発明を採用した場合、ボンド磁石と着磁ヘッドとの摺動が摺動部材を介在してものとなるので、ボンド磁石を用いた場合であっても、上記の着磁ヘッドの磨耗が抑えられる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の回転機器用回転子を用いたことを特徴とする磁気エンコーダである。磁気エンコーダの回転子における着磁は、検出する角度の分解能を高めるために狭いピッチで、且つ、高磁束な状態で行う必要がある。このような着磁は、着磁ヘッドを着磁する対象に接触させた状態で着磁ヘッドを移動させつつ行う必要がある。本発明を採用した場合、着磁ヘッドとその接触対象物との間で生じる磨耗の問題が緩和されるので、磁気エンコーダの回転子のような狭いピッチで高磁束な磁極を形成しなくてはならない場合にも対応が容易となる。

請求項６に記載の発明は、円筒形状のホルダと、前記ホルダの外周面に固定された被着磁体と、着磁ヘッドとを用いて前記被着磁体に着磁を行う着磁方法において、前記着磁ヘッドの先端部と、前記被着磁体の外周面のうちの少なくともいずれか一方が摺動部材で被覆された状態において、前記着磁ヘッドの先端部を前記被着磁体の外周面に当接させて着磁を行うことを特徴とする回転機器用回転子の着磁方法である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記被着磁体に塗布する前記摺動部材は、フッ素樹脂、グラファイトまたは二硫化モリブデンのいずれかを潤滑剤とした塗料であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の発明において、前記摺動部材は、前記被着磁体に焼付け塗装により形成されることを特徴とする。

請求項９に記載の発明において、前記被着磁体は、ボンド磁石であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の回転機器用回転子の着磁方法を用いたことを特徴とする磁気エンコーダの製造方法である。

本発明によれば、回転機器の回転子に着磁を行う技術において、着磁ヘッドを回転子に接触させて着磁を行う場合に、着磁ヘッドおよび回転子の一方または両方が磨耗する現象を抑える技術が提供される。

実施形態の回転子の製造工程を段階的に示す断面図（Ａ）および（Ｂ）と、（Ｂ）に示す構造の斜視図（Ｃ）である。 着磁工程を示す概念図（Ａ）と着磁ヘッドの拡大図（Ｂ）である。 着磁された状態を示す概念図である。 実施形態の磁気エンコーダの概念図である。

以下、発明を利用した回転子について説明する。以下において例示する回転子は、略円筒形状を有し、外周の周方向にＮＳＮＳ・・と着磁された構造を有している。この回転子は、磁気エンコーダやブラシレスＤＣモータ等の回転機器の回転子（ロータ）として利用することができる。

図１〜３には、実施形態の回転子の製造工程が示されている。まず、図１（Ａ）に示すロータ部材１０１を用意する。ロータ部材１０１は、円筒形状のホルダの一例であり、金属により構成されている。ロータ部材１０１の中心には、回転軸となる後述するシャフトを貫通させるための貫通孔１０２が設けられている。ロータ部材１０１を用意したら、ロータ部材１０１に射出成形（モールド成形）により製作されたマグネット層（リング部材）１０３を接着して、ロータ部材１０１の外周に固着したマグネット層１０３を形成する。マグネット層１０３は、被着磁体の一例であり、後に着磁されることで永久磁石となる。

マグネット層（リング部材）１０３は、ボンド磁石（プラスチック磁石）であり、永久磁石を構成する磁性材料の粉末と樹脂材料とを混ぜ、それを原料とした射出成形法によって形成される。なお、この段階において、マグネット層１０３は、着磁されておらず、磁石とはなっていない。

図１（Ａ）に示す状態を得たら、マグネット層１０３の表面に対して塗装を行い摺動部材の層１０４を形成し、図１（Ｂ）に示す状態を得る。図１（Ｃ）には、図１（Ｂ）に示す状態を斜めから見た状態が示されている。摺動部材の層１０４は、摺動性（潤滑性）の高い非磁性の材料により構成する。この例において、摺動部材１０４は、フッ素樹脂の層であり、フッ素樹脂塗料を塗装することで形成する。摺動部材の層１０４の厚みは、乾燥状態で３μｍ〜３０μｍ程度とする。フッ素樹脂塗料としては、東洋ドライルーブ社製のフッ素樹脂系ドライルーブ（商品名）を用いることができる。摺動部材の層１０４としては、フッ素樹脂以外に、グラファイトや二硫化モリブデンを用いることができる。この場合もグラファイトや二硫化モリブデンの層を形成する目的で市販されている塗料を用いて塗膜を形成し、摺動部材の層１０４とする。例えば、グラファイトの層を形成するための塗料としては、グラファイト系ドライルーブ（商品名）が利用可能であり、二硫化モリブデンの層を形成するための塗料としては、二硫化モリブデン系ドライルーブ（商品名）が利用可能である。

摺動部材の層１０４を形成するための塗装としては、焼付け塗装が好ましい。焼付け塗装を用いることで、塗膜（摺動部材の層１０４）をより耐久性の高いものとできる。また、焼付け塗装は、作業時間を短縮できるので、生産性を上げることができる。

図１（Ｂ）の状態を得たら、マグネット層１０３に対する着磁を行う。図２には、この着磁を行う作業の状態が概念的に示されている。図２（Ａ）には、着磁装置２００が示されている。着磁装置２００は、着磁ヘッド２０１を備えている。着磁ヘッド２０１は、軟磁性材料により構成されたコア材２０３，２０４の先端の部分により構成されている。コア材２０３，２０４には、励磁コイル２０５，２０６が巻回されている。励磁コイル２０５，２０６に励磁電流を流すことでコア材２０３，２０４に磁路を作り、着磁ヘッド２０１に接触または近接した被着磁体である強磁性材料に着磁を行う。

図２（Ｂ）には、図２（Ａ）の着磁ヘッド２０１の部分を拡大した状態が示されている。図２（Ｂ）に示すように、コア材２０３，２０４の先端部分は、規定の隙間を隔てて離れており、それぞれが摺動部材の層１０４越しにマグネット層１０３に接触する。コア材２０３，２０４の着磁体対象物に直接または間接に接触する部分には、摺動部材の層２０２が形成されている。摺動部材の層２０２は、摺動部材の層１０４と同じ層であり、塗装により形成されている。摺動部材の層２０２の塗装条件等は、摺動部材の層１０４の場合と同じである。

図２（Ａ）を参照してマグネット層１０３に対する着磁の作業について説明する。まず、摺動部材の層１０４越しにマグネット層１０３に着磁ヘッド２０１を押し付け、接触させる（図２（Ａ）の状態）。この際、着磁ヘッド２０１の摺動部材の層２０２の部分が、摺動部材の層１０４に接触する。この状態で励磁コイル２０５，２０６に励磁電流を流し、着磁ヘッド２０１が摺動部材の層１０４越しに接触したマグネット層１０３の部分に対する着磁を行なう。次いで、励磁コイル２０５，２０６に流している励磁電流を一旦切り、着磁ヘッド２０１が摺動部材の層１０４に接触した状態でロータ部材１０１を回転させ、先に着磁した部分に隣接する場所に着磁ヘッド２０１を移動させる。そして、上述したのと同様な着磁の作業を再度行う。この動作を繰り返すことで、周方向において、マグネット層１０３がＮＳＮ・・・と着磁された状態を得る。この着磁された状態の一例が、図３に示されている。図３に示す構造は、角度センサの一種である磁気エンコーダのロータ（回転子）に利用することができる。

図４には、図３に示す構造を利用した磁気エンコーダの断面構造の一例が示されている。図４には、図３に示す構造を有するロータ（回転子）１０８が示されている。ロータ１０８は、ロータ部材１０１、マグネット層１０３および摺動部材の層１０４を備えている。ロータ部材１０１の中心には、回転軸となるシャフト１１６が固定されている。シャフト１１６は、図示しない軸受によりステータハウジング１１０の内側において回転自在な状態で保持されている。ステータハウジング１１０は、ステータ１０９を構成する部材である。ステータハウジング１１０は、非磁性材料により構成され、略円筒形状を有している。ステータハウジング１１０の内周とロータ１０８の外周とは、ロータ１０８の回転が阻害されない程度の隙間が設けられている。

ステータハウジング１１０の内周面には、ＭＲセンサ（磁気抵抗センサ）１１１〜１１４が埋め込まれている。ここで、ＭＲセンサの代わりにホールＩＣを利用することもできる。ＭＲセンサ１１１〜１１４の抵抗値は、電気信号として角度演算部１１５に送られる。ロータ１０８が回転すると、周方向にＮＳＮＳ・・と着磁されたマグネット１０３層がＭＲセンサ１１１〜１１４の前を移動する。この際、ＭＲセンサ１１１〜１１４の抵抗値が変化する。このＭＲセンサ１１１〜１１４の抵抗値の変化に基づき、角度演算部１１５は、ロータ１０８の回転の有無、回転方向および回転角度を算出する。角度演算部１１５において行われる演算は、通常の磁気エンコーダにおけるものと同じである。

（優位性）
以上述べたように、図１（Ｂ）および（Ｃ）に示す回転機器用回転子は、円筒形状のホルダであるロータ部材１０１と、ロータ部材１０１の外周面に固定された被着磁体であるマグネット層１０３とを備え、マグネット層１０３の外周面が塗装によって形成されたフッ素樹脂の層である摺動部材の層１０３で覆われた構造を有している。また、着磁ヘッド２０１の先端が摺動部材の層２０２によって被覆されている。このため、図２に示すように、着磁ヘッド２０１を摺動部材の層１０４に接触させての着磁において、着磁ヘッド２０１とマグネット層１０３とを直接接触させることなく、且つ、両者を極力近付けることができ、高磁力の着磁を行いつつ、着磁ヘッド２０１およびマグネット層１０３（あるいはその一方）の磨耗が抑えられる。また、着磁ヘッド２０１およびマグネット層１０３がフッ素樹脂の層によって被覆されているので、着磁ヘッド２０１とマグネット層１０３の防錆や防食効果が得られる。

（その他）
着磁ヘッド２０１とマグネット層１０３の一方のみに摺動部材の層を設ける構成とすることも可能である。すなわち、摺動部材の層１０４を設けず、摺動部材の層２０２を設ける構成、あるいは摺動部材の層１０４を設け、摺動部材の層２０２を設けない構成も可能である。

図４には、回転機器の例として、磁気エンコーダの例を説明したが、本発明を利用した回転機器としては、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータ（ステッピングモータ）を挙げることができる。本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、回転機器用回転子、回転機器用回転子の着磁方法および磁気エンコーダに利用することができる。

１０１…ロータ部材、１０２…貫通孔、１０３…マグネット層、１０４…摺動部材の層、１０８…ロータ、１０９…ステータ、１１０…ステータハウジング、１１１…ＭＲセンサ、１１２…ＭＲセンサ、１１３…ＭＲセンサ、１１４…ＭＲセンサ、１１５…角度演算部、２００…着磁装置、２０１…着磁ヘッド、２０２…摺動部材の層、２０３…コア材、２０４…コア材、２０５…励磁コイル、２０６…励磁コイル。

Claims (10)

1. 円筒形状のホルダと、
   前記ホルダの外周面に固定された被着磁体と
   を備え、
   前記被着磁体の外周面が摺動部材で覆われていることを特徴とする回転機器用回転子。
2. 前記被着磁体に塗布する前記摺動部材は、フッ素樹脂、グラファイトまたは二硫化モリブデンのいずれかを潤滑剤とした塗料であることを特徴とする請求項１に記載の回転機器用回転子。
3. 前記摺動部材は、前記被着磁体に焼付け塗装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機器用回転子。
4. 前記被着磁体は、ボンド磁石であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転機器用回転子。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の回転機器用回転子を用いたことを特徴とする磁気エンコーダ。
6. 円筒形状のホルダと、
   前記ホルダの外周面に固定された被着磁体と、
   着磁ヘッドと
   を用いて前記被着磁体に着磁を行う着磁方法において、
   前記着磁ヘッドの先端部と、前記被着磁体の外周面のうちの少なくともいずれか一方が摺動部材で被覆された状態において、前記着磁ヘッドの先端部を前記被着磁体の外周面に当接させて着磁を行うことを特徴とする回転機器用回転子の着磁方法。
7. 前記被着磁体に塗布する前記摺動部材は、フッ素樹脂、グラファイトまたは二硫化モリブデンのいずれかを潤滑剤とした塗料であることを特徴とする請求項６に記載の回転機器用回転子の着磁方法。
8. 前記摺動部材は、前記被着磁体に焼付け塗装により形成されることを特徴とする請求項６または7に記載の回転機器用回転子の着磁方法。
9. 前記被着磁体は、ボンド磁石であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の回転機器用回転子の着磁方法。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の回転機器用回転子の着磁方法を用いたことを特徴とする磁気エンコーダの製造方法。

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