JP2020139799A

JP2020139799A - 磁石ユニット

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Publication number: JP2020139799A
Application number: JP2019034502A
Authority: JP
Inventors: 翔平鈴木; Shohei Suzuki; 利啓 ▲高▼楠; Toshihiro TAKAKUSU
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-09-03

Abstract

【課題】簡単な方法で、磁石ホルダと磁石との回り止めや抜け止め機能を有し、角度の検出精度の優れた磁石ユニットを提供する。【解決手段】回転軸１００の一端側に設けられる樹脂製の磁石ホルダ１と、磁石ホルダ１に設けられるボンド磁石２とを備え、磁石ホルダ１とボンド磁石２とがインサート成形により一体化された磁石ユニットである。ボンド磁石２の磁石ホルダ１に対する径方向の回転を規制する回転防止機構９を設けるとともに、ボンド磁石２の磁石ホルダ１からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構６を設け、回転防止機構は、磁石ホルダ１とボンド磁石２との界面に設けられる少なくとも１個の凹凸構造部であり、抜け止め機構は、磁石ホルダ１とボンド磁石２との段差構造部である。【選択図】図１

Description

本発明は、磁石ユニットに関する。

磁気センサを利用した回転センサや角度センサ等は、例えば自動車の電動パワーステアリング装置等に搭載される電動モータの回転角度の検出のために用いられている（特許文献１）。特許文献１に記載されているモータは、磁石の固定用部品となる磁石ホルダと磁石とで構成される磁石ユニットがモータシャフトの先端に取り付けられ、磁石と空間を介して相対する位置に取り付けられた磁気センサで回転角度や回転数を検知する。

磁石ユニットの製造方法として、特許文献２に示すように、磁石ホルダを射出成形金型内にインサートし、射出ボンド磁石材を用いて射出成形により磁石ホルダと磁石とを一体に製造する方法が提案されている。すなわち、特許文献２に記載された方法により製造された磁石ユニットは、樹脂部品である射出ボンド磁石と、鉄系金属部品である磁石ホルダとの一体品である。

特許第５１４１７８０号公報特開２０１６−２０５９７７号公報

磁石ユニットは、モータシャフトの回転中心とシャフトに取り付けられる磁石ホルダの回転中心、および磁石ホルダに取り付けられる磁石の回転中心が一致していなければ、角度の検知精度が悪くなることから、精度良く組立可能な構造であることが求められる。特許文献２に記載されている磁石ユニットのように、磁石ホルダは金属部品であるのに対して、ボンド磁石は樹脂部品であると、これらの熱膨張係数が大きく異なる。このため、磁石ユニットの温度が変化した際に、磁石と磁石ホルダ間に隙間が生じ、位置ずれが発生してガタつきやそれに伴う検出精度の低下が生じるおそれがある。また、射出ボンド磁石は製法上、製品以外に余分なランナー部分が生じ、歩留まりが下がる。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な方法で、磁石ホルダと磁石との回り止めや抜け止め機能を有し、角度の検出精度の優れた磁石ユニットを提供しようとするものである。

本発明の磁石ユニットは、回転軸の一端側に設けられる樹脂製の磁石ホルダと、前記磁石ホルダに設けられるボンド磁石とを備え、前記磁石ホルダとボンド磁石とがインサート成形により一体化された磁石ユニットにおいて、前記ボンド磁石の磁石ホルダに対する径方向の回転を規制する回転防止機構を設けるとともに、ボンド磁石の磁石ホルダからの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構を設け、前記回転防止機構は、前記磁石ホルダとボンド磁石との界面に設けられる少なくとも１個の凹凸構造部であり、前記抜け止め機構は、前記磁石ホルダとボンド磁石との段差構造部である。

本発明の磁石ユニットによれば、磁石ホルダ及びボンド磁石はともに樹脂製としているため、両者の熱膨張係数が大きく異なることがなくなり、温度変化してもボンド磁石と磁石ホルダ間に隙間が生じることを防止でき、位置ずれが発生しにくいものとなる。また、磁石ホルダとボンド磁石との界面に凹凸構造部を設けることで、磁石の磁石ホルダに対する径方向の回転を規制する回転防止機構となる。また、磁石ホルダとボンド磁石との段差構造部を設けることで、ボンド磁石が磁石ホルダに挟まれる構造となり、ボンド磁石の磁石ホルダからの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構となる。

前記構成において、前記ボンド磁石は、磁粉と樹脂とのコンパウンドを圧縮形成により成形したものであってもよい。磁石としては射出ボンド磁石より圧縮ボンド磁石を用いる方が、磁石成形時の歩留まりが良く、さらに磁粉密度が高いため、磁石を小型化でき、ユニット全体の小型化に寄与できる。

前記構成において、前記磁石ホルダは、インサート成形により磁石に設けられた凹部又は凸部、及び段差を覆うように形成されたものであってもよい。

本発明の磁石ユニットは、簡単な方法で、磁石の磁石ホルダに対する回転防止機構、及び磁石の磁石ホルダからの抜け止め機構を設けることができる。また、温度変化しても、ガタつきが生じにくく、角度の検出精度が優れたものとなる。

本発明の第１実施形態の磁石ユニットの断面図である。前記図１の磁石ユニットを構成するボンド磁石であり、（ａ）は一端側における平面図、（ｂ）は一端側における斜視図、（ｃ）は他端側における平面図、（ｄ）は他端側における斜視図である。本発明の第２実施形態の磁石ユニットの断面図である。前記図３の磁石ユニットを構成するボンド磁石であり、（ａ）は一端側における斜視図、（ｂ）は他端側における斜視図である。本発明の第３実施形態の磁石ユニットの断面図である。前記図５の磁石ユニットを構成するボンド磁石であり、（ａ）は一端側における平面図、（ｂ）は他端側における平面図、（ｃ）は一端側における斜視図である。前記図５の磁石ユニットの他形態を示す断面図である。本発明の第４実施形態の磁石ユニットの断面図である。前記図８の磁石ユニットを構成するボンド磁石であり、（ａ）は一端側における平面図、（ｂ）は他端側における平面図、（ｃ）は一端側における斜視図である。前記図８の磁石ユニットの他形態を示す断面図である。

図１に、磁石ユニットの第１実施形態を示す。磁石ユニットは、回転軸１００の一端側に設けられ、ボンド磁石２と対向する図示省略の磁気センサが、ボンド磁石２の回転角度を検出する。以下、回転軸１００とは反対側（図１等の左側）を一端側、回転軸１００が設けられる側（図１等の右側）を他端側という。磁石ユニットは、図１に示すように、磁石ホルダ１と、磁石ホルダ１の一端側で磁石ホルダ１と一体化されたボンド磁石２とを備えている。

ボンド磁石２は、磁粉と樹脂のコンパウンドを圧縮形成により成形されたものであり、本実施形態では周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されて並んでいる。ボンド磁石２は、図２に示すような短円筒形状をなし、図２の（ａ）（ｂ）は一端側（図１において左側から見た図）を示し、図２の（ｃ）（ｄ）は他端側（図１において右側から見た図）を示す。

ボンド磁石２の内径面には、図１及び図２（ａ）（ｂ）に示すように全周にわたって連続する段差部３が設けられている。すなわち、ボンド磁石２は、一端側において内径の大きい大径部４と、他端側において内径の小さい小径部５とから構成される。

ボンド磁石２の他端側の軸方向端面７には、図１及び図２（ｃ）（ｄ）に示すように、周方向に延びる凹部８が設けられている。本実施形態では、凹部８は、図１に示すように断面略三角形状をなし、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、周方向に沿って間欠的に、ほぼ等ピッチで３つ設けられている。

磁石ホルダ１は、図１に示すように、軸方向両端部が開口する円筒状に形成される。磁石ホルダ１は、軸方向に延びる側面部１０と、径方向に延びる第１径方向部１１と、第１径方向部１１よりも他端側に設けられる第２径方向部１２と、第２径方向部１２から一端側に向かって突出し、凹部８に対応して周方向に沿ってほぼ等ピッチで設けられる３つの突出部１３から構成される。

磁石ホルダ１の第１径方向部１１は、ボンド磁石２の段差部３と当接し、第１径方向部１１と第２径方向部１２との間の側面部１０ａは、ボンド磁石２（小径部５）の内径面と当接し、第２径方向部１２は、ボンド磁石２の軸方向端面７と当接する。これにより、磁石ホルダ１とボンド磁石２とで段差構造部が形成され、この段差構造部が、ボンド磁石２の磁石ホルダ１からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構６となる。すなわち、ボンド磁石２が磁石ホルダ１に内径側から挟まれることで（第１径方向部１１と第２径方向部１２とで挟まれることで）、ボンド磁石２の軸方向の移動が規制され、ボンド磁石２の磁石ホルダ１に対する抜けを規制することができる。

また、磁石ホルダ１の突出部１３が、ボンド磁石２の凹部８と係合している。これにより、磁石ホルダ１とボンド磁石２との界面に凹凸構造部が形成され、この凹凸構造部が、ボンド磁石２の磁石ホルダ１に対する径方向の回転を規制する回転防止機構９となる。すなわち、磁石ホルダ１の突出部１３が凹部８と係合することで、ボンド磁石２の周方向の移動が規制され、ボンド磁石２の磁石ホルダ１に対する径方向の回転を規制することができる。

前記第１実施形態の磁石ユニットの製造方法について説明する。まず、磁粉と樹脂とのコンパウンドから圧縮成形でボンド磁石２を成形する。ボンド磁石２は短円筒体にて形成し、短円筒体の内径面には、全周にわたって連続する段差部３が設けられる。また、短円筒体の一方の軸方向端面には、断面略三角形状で周方向に延びる凹部８を、ほぼ等ピッチに３つ設ける。

さらに、図示省略のＮ極用コイル及びＳ極用コイルを、短円筒体に対し近接して配置し、各コイルに電流を通電して、Ｎ極着磁部とＳ極着磁部とを周方向に交互に設ける。このようにしてボンド磁石２を形成する。

その後、ボンド磁石２を、磁石ホルダ１のインサート成形用金型のキャビティ内に収容保持し、射出成形ノズルより、樹脂材料をキャビティ内へ充填し射出成形することによって、磁石ホルダ１とボンド磁石２とが一体化される。このとき、射出成形で樹脂が段差部３の段差を覆うように充填されることで、ボンド磁石２が磁石ホルダ１に挟まれて（第１径方向部１１と第２径方向部１２とで挟まれて）段差構造部が形成され、磁石２の磁石ホルダ１に対する抜け止め機構６を形成することができる。また、射出成形で樹脂が凹部８に充填されることで、磁石ホルダ１の突出部１３が凹部８と係合して凹凸構造部が形成され、回転防止構造９を形成することができる。これを金型から取り外して、磁石ユニットの製造が完了する。

このように、本実施形態の磁石ユニットは、磁石ホルダ１及びボンド磁石２はともに樹脂製としているため、両者の熱膨張係数が大きく異なることがなくなり、温度変化しても、ボンド磁石２と磁石ホルダ１間に隙間が生じることを防止できて位置ずれが発生しにくいものとなる。これにより、ガタつきが生じにくく、角度の検出精度が優れたものとなる。

磁石ホルダ１とボンド磁石２との界面に凹凸構造部を設けることで、磁石の磁石ホルダに対する径方向の回転を規制する回転防止機構９となる。また、磁石ホルダとボンド磁石との段差構造部を設けることで、ボンド磁石２が磁石ホルダ１に挟まれる構造となり、ボンド磁石２の磁石ホルダ１からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構６となる。このように、簡単な方法で、回転防止機構９及び抜け止め機構６を設けることができる。

図３及び図４は、第２実施形態の磁石ユニットを示す。本実施形態において、ボンド磁石２０の外径面には、図３及び図４（ａ）に示すように全周にわたって連続する段差部２１が設けられている。すなわち、ボンド磁石２０の外径面は、一端側において外径の小さい小径部２２と、他端側において外径の大きい大径部２３とから構成される。

磁石ホルダ１４は、図３に示すように、軸方向両端部が開口する円筒状に形成される。磁石ホルダ１４の一端側の端部は、径方向に延びる第１径方向部２４と、第１径方向部２４よりも他端側に設けられる第２径方向部２５と、第１径方向部２４と第２径方向部２５とを繋ぐ軸方向部２６と、第２径方向部２５から一端側に向かって突出し、凹部８に対応して周方向に沿ってほぼ等ピッチで設けられる３つの突出部１３から構成される。

磁石ホルダ１４の第１径方向部２４は、ボンド磁石２０の段差部２１と当接し、軸方向部２６は、ボンド磁石２０（大径部２３）の外径面と当接し、第２径方向部２５は、ボンド磁石２０の軸方向端面７と当接する。これにより、磁石ホルダ１４とボンド磁石２０とで段差構造部が形成され、この段差構造部が、ボンド磁石２０の磁石ホルダ１４からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構１９となる。すなわち、ボンド磁石２０が磁石ホルダ１４に外径側から挟まれることで（第１径方向部２４と第２径方向部２５とで挟まれることで）、ボンド磁石２０の軸方向の移動が規制され、ボンド磁石２０の磁石ホルダ１４に対する抜けを規制することができる。回転防止機構９は、前記第１実施形態のものと同様である。

第２実施形態の磁石ユニットでも、前記第１実施形態の磁石ユニットと同様の作用効果を奏する。なお、図３及び図４の磁石ユニットにおいて、図１及び図２に示す磁石ユニットと同一の構成については、図１及び図２の符号と同一符号を付してその説明を省略する。

図５及び図６は、第３実施形態の磁石ユニットを示す。本実施形態において、ボンド磁石３０の内径面には、図５及び図６（ａ）（ｃ）に示すように全周にわたって連続する段差部３１が設けられている。すなわち、ボンド磁石３０は、一端側において内径の大きい大径部３２と、他端側において内径の小さい小径部３３とから構成される。

ボンド磁石３０の内径面には、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように凹部３４が設けられている。本実施形態では、凹部３４は、ボンド磁石３０の小径部３３に、周方向に沿って間欠的に、ほぼ等ピッチで３つ設けられる切欠部にて構成されている。すなわち、ボンド磁石３０の小径部３３は、周方向に不連続なものとなっている。

磁石ホルダ１５の一端側の端部は、図５に示すように、第１径方向部２７と、第２径方向部２８と、第１径方向部２７と第２径方向部２８とを繋ぎ、ボンド磁石３０の内径面を覆う側面部１０ａと、第２径方向部２８から一端側に向かって突出し、凹部３４（切欠部）に対応して周方向に沿ってほぼ等ピッチで設けられる３つの突出部３５から構成される。第１実施形態と同様に、磁石ホルダ１５とボンド磁石３０とで段差構造部が形成され、この段差構造部が、ボンド磁石３０の磁石ホルダ１５からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構２９となる。

また、磁石ホルダ１５の突出部３５が、ボンド磁石３０の凹部３４（切欠部）と係合している。これにより、磁石ホルダ１５とボンド磁石３０との界面に凹凸構造部が形成され、この凹凸構造部が、ボンド磁石３０の磁石ホルダ１５に対する径方向の回転を規制する回転防止機構３６となる。すなわち、磁石ホルダ１の突出部３５が凹部３４（切欠部）と係合することで、ボンド磁石３０の周方向の移動が規制され、ボンド磁石３０の磁石ホルダ１５に対する径方向の回転を規制することができる。

第３実施形態の磁石ユニットでも、前記第１及び第２実施形態の磁石ユニットと同様の作用効果を奏する。なお、図５及び図６の磁石ユニットにおいて、図１及び図２に示す磁石ユニットと同一の構成については、図１及び図２の符号と同一符号を付してその説明を省略する。

図７に第３実施形態の他形態を示す。ボンド磁石３０は第３実施形態のものと同様である。前記第３実施形態は、ボンド磁石３０が磁石ホルダ１５の外径側で磁石側面が露出するように一体化されているが、図７に示す形態では、ボンド磁石３０が磁石ホルダ１６の内径側で磁石側面が露出するように一体化されている。

すなわち、磁石ホルダ１６の一端側の端部は、図７に示すように、段差部３１に全周にわたって充填される周方向部３７と、磁石ホルダ１６の側面部１０から径方向に延びてボンド磁石３０の軸方向端面を覆う径方向部３８と、径方向部３８の外径部からさらに軸方向に延びてボンド磁石３０の外径面を覆う軸方向部３９と、径方向部３８から一端側に向かって突出し、凹部３４（切欠部）に対応して周方向に沿ってほぼ等ピッチで設けられる３つの突出部３５から構成される。

磁石ホルダ１６（周方向部３７）とボンド磁石３０とで段差構造部が形成され、この段差構造部が、ボンド磁石３０の磁石ホルダ１６からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構４５となる。また、第３実施形態と同様に、磁石ホルダ１６の突出部３５がボンド磁石３０の凹部３４（切欠部）と係合している。これにより、磁石ホルダ１６とボンド磁石３０との界面に凹凸構造部が形成され、この凹凸構造部が、ボンド磁石３０の磁石ホルダ１６に対する径方向の回転を規制する回転防止機構３６となる。

図８及び図９は、第４実施形態の磁石ユニットを示す。本実施形態において、ボンド磁石４０の外径面には、図８及び図９（ａ）（ｃ）に示すように全周にわたって連続する段差部４１が設けられている。すなわち、ボンド磁石４０は、一端側において外径の小さい小径部４２と、他端側において外径の大きい大径部４３とから構成される。

ボンド磁石４０の外径面には、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、凹部４４が設けられている。本実施形態では、凹部４４は、ボンド磁石４０の大径部４３に、周方向に沿って間欠的に、ほぼ等ピッチで３つ設けられる切欠部にて構成されている。すなわち、ボンド磁石４０の大径部４３は、周方向に不連続なものとなっている。

磁石ホルダ１７の一端側の端部は、図８に示すように、段差部４１に全周にわたって充填される周方向部５０と、磁石ホルダ１７の側面部１０から径方向に延びてボンド磁石４０の軸方向端面を覆う径方向部４６と、磁石ホルダ１７の側面部１０から連続し、ボンド磁石４０の内径面を覆う側面部１０ａと、径方向部４６から一端側に向かって突出し、凹部４４（切欠部）に対応して周方向に沿ってほぼ等ピッチで設けられる３つの突出部４７から構成される。

磁石ホルダ１７（周方向部５０）とボンド磁石４０とで段差構造部が形成され、この段差構造部が、ボンド磁石４０の磁石ホルダ１７からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構４８となる。また、磁石ホルダ１７の突出部４７がボンド磁石４０の凹部４４（切欠部）と係合している。これにより、磁石ホルダ１７とボンド磁石４０との界面に凹凸構造部が形成され、この凹凸構造部が、ボンド磁石４０の磁石ホルダ１７に対する径方向の回転を規制する回転防止機構４９となる。

図１０に第４実施形態の他形態を示す。ボンド磁石４０は第４実施形態のものと同様である。前記第４実施形態は、ボンド磁石４０が磁石ホルダ１７の外径側で磁石側面が露出するように一体化されているが、図１０に示す形態では、ボンド磁石４０が磁石ホルダ１８の内径側で磁石側面が露出するように一体化されている。

すなわち、磁石ホルダ１８の一端側の端部は、図１０に示すように、径方向に延びる第１径方向部５１と、第１径方向部５１よりも他端側に設けられる第２径方向部５２と、第１径方向部５１と第２径方向部５２とを繋ぎ、ボンド磁石４０の外径側を覆う軸方向部５３と、第２径方向部５２から一端側に向かって突出し、凹部４４（切欠部）に対応して周方向に沿ってほぼ等ピッチで設けられる３つの突出部４７から構成される。

磁石ホルダ１８とボンド磁石４０とで段差構造部が形成され、この段差構造部が、ボンド磁石４０の磁石ホルダ１からの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構４８となる。また、磁石ホルダ１８の突出部４７がボンド磁石４０の凹部４４（切欠部）と係合している。これにより、磁石ホルダ１とボンド磁石４０との界面に凹凸構造部が形成され、この凹凸構造部が、ボンド磁石４０の磁石ホルダ１に対する径方向の回転を規制する回転防止機構４９となる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記各実施形態では、ボンド磁石を圧縮成形にて形成したが、射出成形により形成してもよい。

また、前記各実施形態では、ボンド磁石に凹部を設け、磁石ホルダに凸部を設けることで凹凸構造部を形成していたが、ボンド磁石に凸部を設け、磁石ホルダに凹部を設けることで凹凸構造部を形成してもよい。

凹部の数は少なくとも１つ以上であればよく、その数は任意とすることができる。凹部を複数設ける場合は等ピッチでも不等ピッチでもよい。凹部の深さ、長さ、形は種々のものとすることができ、凹部を複数設ける場合は、夫々の凹部が全て同一の形状でなくてもよい。ボンド磁石は周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置されるものであったが、軸方向にＮ極とＳ極とが配置されるものであってもよい。

１、１４、１５，１６，１７，１８磁石ホルダ
２、２０、３０、４０ボンド磁石
３、２１、３１、４１段差部
６、１９、２９、４５、４８抜け止め機構
８、３４、４４凹部
９、３６、４９回転防止機構
１００回転軸

Claims

回転軸の一端側に設けられる樹脂製の磁石ホルダと、前記磁石ホルダに設けられるボンド磁石とを備え、前記磁石ホルダとボンド磁石とがインサート成形により一体化された磁石ユニットにおいて、
前記ボンド磁石の磁石ホルダに対する径方向の回転を規制する回転防止機構を設けるとともに、ボンド磁石の磁石ホルダからの軸方向への抜けを規制する抜け止め機構を設け、前記回転防止機構は、前記磁石ホルダとボンド磁石との界面に設けられる少なくとも１個の凹凸構造部であり、前記抜け止め機構は、前記磁石ホルダとボンド磁石との段差構造部であることを特徴とする磁石ユニット。
前記ボンド磁石は、磁粉と樹脂とのコンパウンドを圧縮形成により成形したものであることを特徴とする請求項１に記載の磁石ユニット。
前記磁石ホルダは、インサート成形により磁石に設けられた凹部又は凸部、及び段差を覆うように形成されてボンド磁石と一体化したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁石ユニット。