JP4453056B2

JP4453056B2 - 磁気媒体とその製造方法

Info

Publication number: JP4453056B2
Application number: JP2000110725A
Authority: JP
Inventors: 幸昌諸野脇; 琴諸野脇
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: JP2001296141A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサーで回転情報を検出するための磁気媒体に関する。特に、シャフト状の磁気媒体に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
エンコーダーの磁気媒体は、モーター等の軸に取り付けられる。この磁気媒体の回転をＭＲセンサーで検出する。従来のエンコーダーの概略構成を図６に示す。まず、モーター１０１のシャフト１０２の一端に磁気媒体１０３が固着されている。この磁気媒体１０３は、いわゆるドラムの形状をしている。そのドラムの側面には、一様に薄い硬質な磁性体膜が被膜として形成されている。この磁性体膜を着磁することで形成した磁気信号の並びをトラックという。
【０００３】
図６では、インクリメント信号用トラック（ＩＮＣとも称する）１０７、基準点位置信号用トラック１０８、及びアブソリュート信号用トラック（磁極位置信号用トラック、またはＡＢＳともいう）１０９について、磁極Ｎ，Ｓの着磁の状態を矢印で模式的に示す。この磁気媒体１０３に対応してＭＲセンサー１０４が、ある適当な距離（すなわちギャップｇ）を介して図６のごとく近接して配置されている。ＩＮＣ１０７の点線は、磁極がドラムの外周を連続的に周回している様を示す。ＡＢＳ１０９は周回した同じ磁極を重複して示している。位置情報であるそれぞれのトラックの磁気信号はＭＲセンサー１０４によって電気信号に変換され、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）１０５を通じて波形成形回路基板１０６に接続される。波形成形回路基板１０６ではＭＲセンサーの出力電圧を増幅し、矩形状の電圧信号に変換する。さらに、波形成形回路基板１０６の出力は図示していない制御操作回路にフィードバックされ、所望の制御が行われるようになっている。ギャップｇは信号ピッチλの長さのおよそ０．７〜０．８倍程度に設定して使用されている。検出される信号波形の傾きが急峻で検出精度が向上する為である。
【０００４】
なお、インクリメント信号は同じ信号の繰り返しで、磁極のＳとＮが交互にドラムの外周に沿って着磁され、その磁界がインクリメント検出部により検出される。その磁界信号の数をカウントすることにより回転数や位置を知ることができる。アブソリュート信号は絶対位置信号とも呼ばれ、複数本のトラックに書かれた位置の情報を信号として読み取り、その信号をカウントすることなく位置を知ることができる。着磁の並びはドラムの外周に沿っているが、信号毎の磁化の向きはインクリメント信号の磁化と直交する向きにある。
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
従来の磁気媒体の形はドラム状であり、モーターのシャフトに比べて大きな外径を有する。このような磁気媒体を、小型の電気機器、例えばプリンターに用いると、ドラムを配置する空間を要するために、機器の体積が大きくなってしまう。プリンターにおいて、紙送りロールの回転角を検出するために磁気媒体を用いると、モーターやギヤ等のロール駆動機構の妨げとならないように配置する必要があり、プリンターを小型化することが困難となる。そこで、本発明の目的は、紙送り用ロールの回転角を検出するとともに、小型のプリンター内に収納するのに適した小型の磁気媒体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気媒体は、回転軸とその周囲に設けられた磁性体を有する磁気媒体であって、前記回転軸と前記磁性体は同軸に配置され、前記回転軸の表面と前記磁性体の表面は同一面を構成しており、前記回転軸は紙送り用ロールであることを特徴とする。ここで、同一面とは、双方の表面が回転軸の軸方向に沿って連続していることをいう。ここで連続とは、回転軸と磁性体の間に段差がないか、あるいはその段差が実質的に無視できる程度をいう。好ましくは、前記回転軸の外径と前記磁性体の外径の差を２５μｍ以下とする。また、前記磁性体と前記回転軸が異種材料で構成されていることが好ましい。さらに、前記回転軸の材質が非磁性体で構成するとよい。このように磁性体以外の部分について、非磁性体等の異種材料を用いることで、磁性体に付加する着磁パターンの乱れを抑制することができる。
【０００７】
上記本発明の磁気媒体は、凹部を有する回転軸と、前記凹部に設けられたリング状の磁性体を有する磁気媒体であって、前記回転軸と前記磁性体は同軸に配置され、前記回転軸の外径と前記磁性体の外径はほぼ同一であり、前記回転軸は紙送り用ロールとして機能する複合構造とも言える。また、この構成は、シャフトに凹部形成し、その凹部を埋めるように磁性体を設け、実質的に表面に凹凸のない丸棒状のシャフトを磁気媒体として用いる物とも言える。ここで実質的とは、溝を形成する前の回転軸の表面に対して、溝に埋め込んだ磁性体の表面のズレが、径方向において２０μｍ以下である状態を言う。径方向とは回転軸の長手方向に垂直な向きである。埋め込んだ磁性体の表面と回転軸の表面が、段差や凹みのない同一面となるように磁性体を加工することが望ましい。
【０００８】
上記本発明において、前記磁性体は磁気媒体の円周方向に沿って同一のピッチλで着磁されており、５μｍ≦λ≦１０００μｍであることを特徴とする。λの上限が１０００μｍであれば、媒体（磁性体）の外周の曲率による出力信号の乱れも少なく、また紙送りの精度を保持することができる。媒体の曲率のため、ＭＲセンサーの感磁部は、その中央と周辺で媒体との距離に差が生じる。λが１０００μｍより大きくなると、この距離の差がエンコーダーの出力信号に誤差をもたらす。また、λの下限値を５μｍとするのは、径の小さい磁気媒体に正確に着磁するためである。これよりλが小さくなると、着磁することが難しくなる。また、λより小さいピッチから発生する磁場は弱く、出力信号を得にくい。
【０００９】
さらに、上記本発明において、前記磁性体は、表面粗さが最大でも６．３μｍ以下とするとよい。この磁気媒体は、隣接させた他のロールとの間で紙を送るロールとして動作させるものである。紙を送る面には摩擦力を発生させるために多少の凹凸が必要であるが、その他の部分に大きな突起があると、滑らかな紙送りを妨げるおそれがある。大きな突起や研削残り（バリ）を磁性体の表面から除去して滑らかな面に仕上げるべきである。また、媒体（磁性体）とＭＲセンサーを接触させた用いるので、表面粗さが大きいと出力信号の精度が悪い。従って、磁性体の表面粗さを規定することが望ましい。
【００１０】
さらに、上記本発明において、前記磁性体はリング状であり、その厚さが１０μｍ以上かつ５ｍｍ以下の範囲内にある構成とするとよい。上限値は、回転軸（シャフト）の小型化のために規定する。これより厚くすると、磁性体の表面を上述した表面粗さに抑えるための加工工程が長くなってしまい、生産効率が低下する。１０μｍより薄くすると、ピッチ毎の磁場が弱い。また、磁場の強さの不均一が生じる。
【００１１】
また、本発明の磁気媒体において、前記磁性体はプラスチックまたは非磁性金属の中に磁性粉末を保持したものであり、前記磁性粉末は金属系磁石あるいは酸化物系磁石のいずれかであることを特徴とする。特に、工程時間の短縮と加工精度の観点から、プラマグを用いて磁気媒体を作製することが望ましい。プラマグは、プラスチック中に磁性体を分散させたプラスチックマグネットの略称である。
【００１２】
本発明の磁気媒体の製造方法は、回転軸の周囲に磁性体を設け、前記磁性体と前記回転軸の外周面を回転砥石の外周面にあわせて回転させて前記回転軸と前記磁性体のセンタレス加工を同時に行い、ほぼ同一の外径を有する回転軸と磁性体を得ることを特徴とする。前記磁性体を設ける工程は、リング状のプラマグを前記回転軸の細径部に固着する工程であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の斜視図である。図２から図４は、本発明の他の実施形態を説明する断面図である。図２の断面は、磁気媒体を中心軸（一点鎖線）に沿ってみた断面図である。図５は、図１の磁気媒体を用いた紙送り機構の一例を示す概略図である。
【００１４】
図１は、磁性体２を埋め込んだ非磁性体の回転軸１に、紙送り面５を設けた磁気媒体である。磁気媒体の構成を、製造工程に沿って説明する。まず、回転軸として、直径１４．３１ｍｍ、長さ２００ｍｍのアルミニウム製の中空棒（円筒）を用意した。この中空棒の端から少し離れた箇所に、研削加工で段差を設けた。この段差は、円柱方向の幅が５ｍｍで、回転軸の中心方向の深さが０．２ｍｍで、回転軸の周りを１周する溝を構成する。次に、この溝に、モールド技術でプラマグを埋め込んだ。プラマグを硬化させた後、回転軸の表面と磁性体の表面を同時にセンタレス加工で削り、φ１４．２６ｍｍに仕上げた。この加工によって、プラマグからなる磁性体と回転軸は同軸となり、かつ磁性体の表面は回転軸の表面とを実質的に同一面上に形成することができた。センタレス加工とは、回転する円柱状の砥石と、砥石と所定の間隔をおいて並列配置したロールの間に、丸棒状の部材を通して、その表面を研磨する加工方法をいう。
【００１５】
センタレス加工後、回転軸の表面に対して磁性体の表面がわずかに凹む形となった。但し、回転軸の外径と磁性体の外径の差が２０μｍ以下となるようにした。さらに、磁性体の表面粗さは、最大高さで６．３μｍ程度とした。
【００１６】
次に、回転軸の端部、磁性体とその近傍をマスキングして、サンドブラスト処理を行った。サンドブラスト処理を行った部分は、紙送り面５とした。紙を送る際のグリップ力を得るために、その表面粗さ平均Ｒｚは７μｍ程度とした。次に、φ１４．２６ｍｍに仕上げた磁性体の円周方向に一定のピッチで着磁を行った。ピッチλは４０μｍとした。ピッチ毎の磁化の向きは回転軸の長手方向に垂直とし、隣あうピッチの磁化は反平行な向きとした。着磁は磁性体の幅５ｍｍｍの全体にわたって行った。なお、この磁気媒体を紙送り機構に取り付けた構成は、図５の説明の箇所で行う。
【００１７】
本発明の他の実施形態を図２の（ａ）の断面図に示す。回転軸１ａは丸棒（円柱）であって、その表面を一周する溝３ａと、その溝内を埋めるプラマグ４ａと、ブラスト処理した紙送り面５ａを有する。回転軸の軸線（一点鎖線）からみて、回転軸の表面と磁性体の表面は実施的に同一の面を構成する。ミクロ的にみて、回転軸の表面に対して磁性体の表面が少々凸になっていてもよいが、その段差の大きさは２０μｍとした。
【００１８】
図２の（ｂ）は、本発明の他の実施形態の断面図である。回転軸１ａは、アルミニウムの丸棒と、その周囲を一周する溝に設けた磁性塗料４ｂと、丸棒の表面をブラスト処理した紙送り面５ａを有する。磁性塗料４ｂは、回転軸の表面に対して少し凹んではいるが、実質的に回転軸表面と同一平面を構成する。
【００１９】
図３は、本発明の他の実施形態の断面図である。この構成は、非磁性の回転軸１ｃと、その一方の端が研削によって細い径に加工された細軸３ｂと、回転軸の表面に形成された紙送り面５ａを有するものである。まず、回転軸とするための丸棒を旋盤加工して細部３ｂを形成した。次に、細軸３ｂに接着剤を塗布した。この細軸３ｂに、予めプラマグを成形したリング状の磁性体４ｃを嵌合させて、磁性体４ｃと回転軸１ｃを一体化させた。最後にセンタレス加工を行って、磁性体４ｃの表面と回転軸の表面を一括して研磨して同一面とし、磁気媒体を得た。この製造方法は、磁性塗料の塗布やプラマグのモールドに比べて、製造歩留まりが良く、組み立て時間も短いという利点がある。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施形態の断面図である。非磁性の金属パイプを主とする回転軸１と、金属パイプの周りを一周する溝３ａと、媒体用の磁性体としてこの溝の中にモールドで埋め込んだプラマグ４ａと、金属パイプの周りを一周する紙送り面５を有する磁気媒体である。パイプ構造によって回転軸の重量が軽くなるため、小型のプリンターに適した構成と言える。このパイプ構造を図２や図３の構成に適用してもよい。
【００２１】
図５は、図１の磁気媒体をプリンターの紙送り機構に適用する様子を説明する概略図である。同図中、（ｂ）は（ａ）をＡ−Ａ′線でみた断面図である。この構成は、磁気媒体である回転軸１と第２のロール６を並列に配置して、互いに逆方向に回転させるとともに、両者の間に導入した紙８を回転と摩擦力で搬送する紙送り機構である。回転軸は、表面に潤滑剤を塗布・固化させた磁性体２と、紙送り面５を有する。回転軸はその両端を支持部７で支えた。第２のロールはその両端を他の支持部７ａで支えた。支持部７の一方は、ギヤを介してモーターの駆動力を回転軸に伝達するものであるが、その詳細は記載を省略した。回転軸の磁性体２にはピッチλで磁気信号を記録した。これと所定のギャップを介してＭＲセンサーを対向配置させた。磁気信号は磁性薄膜の感磁部９で検知され、回転軸が紙を送り出した量を認識するために、プリンターの駆動回路に伝達される。
【００２２】
【発明の効果】
以上で説明したように、回転軸とその周囲に設けられた磁性体を有し、前記回転軸の表面と前記磁性体の表面は同一面を構成しており、前記回転軸が紙送り用ロールである磁気媒体を用いることにより、磁気媒体を小型化してプリンターに収めることができる。また、磁性体と回転軸の表面が実質おなじ表面を構成しているため、紙送り機構の組み立てを容易にすることができる。また、部品のコストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気媒体の斜視図である。
【図２】本発明の磁気媒体の断面図である。
【図３】本発明の他の磁気媒体の断面図である。
【図４】本発明の他の磁気媒体の断面図である。
【図５】本発明の磁気媒体を紙送り機構の一例を示す概略図である。
【図６】従来の磁気媒体を用いたエンコーダーの斜視図である。
【符号の説明】
１回転軸（シャフト）、１ａ１ｃ回転軸、２磁性体、３ａ溝、
３ｂ細軸、４ａプラマグ、４ｂ磁性塗料、５５ａ紙送り面、
６第２のロール、７７ａ支持部、７ｂ孔、８紙、９感磁部、
１０ＭＲセンサー

Claims

回転軸とその周囲に設けられた磁性体を有する磁気媒体であって、前記回転軸と前記磁性体は同軸に配置され、前記回転軸の表面と前記磁性体の表面は同一面を構成しており、前記回転軸は紙送り用ロールであることを特徴とする磁気媒体。
前記回転軸の外径と前記磁性体の外径の差は２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気媒体。
前記磁性体と前記回転軸が異種材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の磁気媒体。
前記回転軸の材質が非磁性体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気媒体。
前記磁性体は磁気媒体の円周方向に沿って同一のピッチλで着磁されており、５μｍ≦λ≦１０００μｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気媒体。
前記磁性体は、表面粗さが最大でも６．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気媒体。
前記磁性体はリング状であって、その厚さが１０μｍ以上かつ５ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気媒体。
前記磁性体は、プラスチックまたは非磁性金属の中に磁性粉末を保持したものであり、前記磁性粉末は金属系磁石あるいは酸化物系磁石のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気媒体。
回転軸の周囲に磁性体を設け、前記磁性体と前記回転軸の外周面を回転砥石の外周面にあわせて回転させて前記回転軸と前記磁性体のセンタレス加工を同時に行い、前記回転軸の加工前表面に対する前記磁性体の加工後表面のズレを径方向において２０μｍ以下にすることを特徴とする磁気媒体の製造方法。