JP4797578B2 - 磁気エンコーダの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車輪支持用軸受ユニットの回転体に取り付けられ、当該回転体の回転速を検出するために用いられる磁気エンコーダの製造方法に関する。

従来、車輪支持用軸受ユニットに用いられる磁気エンコーダとして、金属製のスリンガに磁性ゴムを接合し、該接合体を円周方向に多極磁化したものが知られている。この磁気エンコーダには更なる検出精度の向上が要求されているが、かかる要求に応えるには磁性ゴム中の磁性粉の配合量を高めていくしかなく、それにも限界がある。

一方、接着剤を塗布した金属製のスリンガに、樹脂組成物と磁性粉とからなるプラスチック磁石材料をインサート成形により一体に接合し、該接合体を円周方向に多極磁化したものが提案されている。プラスチック磁石は、磁界をかけた状態での射出成形（磁場成形）が可能なため、優れた磁気特性発現に不可欠な異方性が得られるという利点がある。つまり、磁性粉の配向制御によって、より効率的に磁力向上が図れるプラスチック磁石を用いれば、磁性ゴム製のものに対して、検出精度の優れた磁気エンコーダを得ることが可能となる。

このようなプラスチック磁石を用いた磁気エンコーダは、例えば図６に示すように、回転体に嵌合される円筒部１と、該円筒部１から径方向外方に延びる円輪部２と、を備えた金属製のスリンガの円輪部２の一方の軸方向端面に、プラスチック磁石３がインサート成形により接合されるが、プラスチック磁石３の形状、サイズ、材料等によっては、インサート成形後の冷却固化工程におけるプラスチック磁石３の収縮により、スリンガの円輪部２が変形する可能性がある。つまり、インサート成形後の冷却固化工程では、金属製のスリンガに対してプラスチック磁石３の熱収縮量が大きく、且つスリンガの円輪部２とプラスチック磁石３との接合が強固であるため、スリンガの円輪舞２及びプラスチック磁石３に図６の矢印方向の力が作用して検出面となるプラスチック磁石３の露出された軸方向端面が傾き、検出精度に悪影響を及ぼす虞れがある。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、高い検出精度を安定して確保することができる磁気エンコーダの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る磁気エンコーダの製造方法は、回転体に嵌合固定される円筒部と、該円筒部から径方向に延びる円輪部と、を備えた金具の前記円輪部の一方の軸方向端面に、円環状に形成されて円周方向に多極に着磁されるプラスチック磁石が同心に接合されてなる磁気エンコーダの製造方法であって、前記円輪部において前記プラスチック磁石が接合される前記一方の軸方向端面とは反対側の軸方向端面と前記円筒部の外周面とのなす角度が全周にわたり鋭角となるように前記円輪部を傾倒し、この状態で前記プラスチック磁石をインサート成形して前記円輪部の前記一方の軸方向端面に接合させ、前記円輪部が、前記インサート成形後の前記プラスチック磁石の冷却固化時の熱収縮により、前記円筒部に対して、前記プラスチック磁石が接合される側に傾倒し、前記円輪部の前記一方の軸方向端面とは反対側の軸方向端面と前記円筒部の外周面とのなす角度が全周にわたり直角となることを特徴としている。
また、本発明に係る磁気エンコーダの製造方法は、前記プラスチック磁石の材料に含有される磁性粉は、ストロンチウムフェライト、バリウムフェライト、ネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト、サマリウム−鉄のいずれかであることを特徴としている。
また、本発明に係る磁気エンコーダの製造方法は、前記円輪部の傾倒量は、前記円輪部の最外径端位置を、軸方向に２０〜３０μｍ変位させたものであることを特徴としている。

本発明によれば、金具の円輪部の一方の軸方向端面にプラスチック磁石をインサート成形により接合する際に、インサート成形後の冷却固化によるプラスチック磁石の収縮によって金具の円輪部に生じる変形を考慮して、円輪部においてプラスチック磁石が接合される一方の軸方向端面とは反対側の軸方向端面と円筒部の外周面とのなす角度が全周にわたり鋭角となるように予め円輪部を傾倒させており、これにより、円輪部及びプラスチック磁石の軸方向端面を円筒部の軸線、即ち回転体の回転軸に対して直交するように配置することができ、高い検出精度を安定して確保することができる磁気エンコーダを得ることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の磁気エンコーダの製造方法の一実施形態により製造された磁器エンコーダを備えた車輪支持用軸受ユニットを示す断面図、図２は図１の部分拡大断面図、図３は図１の磁気エンコーダに用いられるプラスチック磁石の磁化の一例を示す斜視図、図４はインサート成形前のスリンガの要部断面図、図５はインサート成形後の冷却固化工程を経たスリンガとプラスチック磁石との接合体を示す要部断面図である。

まず、図１を参照して、従来周知の車輪支持用軸受ユニットから簡単に説明すると、この車輪支持用軸受ユニットは従動輪用とされており、ハブ７ａの車幅方向の内端部に形成された小径段部１５に内輪１６が外嵌されている。該内輪１６ａは、ハブ７ａの車幅方向の内端部を径方向外方に加締め広げることにより形成された加締め部２３によってハブ７ａに固定されており、このハブ７ａと内輪１６ａとにより回転輪を構成している。

また、ハブ７ａの車幅方向の外端部に形成された取り付けフランジ１２には車輪が取り付けられ、静止輪である外輪５ａの外周面に形成された結合フランジ１１は懸架装置を構成する図示しないナックル等に結合される。

外輪５ａの内周面に形成された外輪軌道面１０ａ，１０ｂとハブ７ａ及び内輪１６ａの外周面に形成された内輪軌道面１４ａ，１４ｂとの間には、複列の玉１７ａが保持器１８を介して転動可能に介装されている。また、外輪５ａの車幅方向の外端部内周面とハブ７ａの中間部外周面との間にはシールリング２１ａが設けられ、外輪５ａの車幅方向の内端部内周面と内輪１６ａの間にはシールリング２１ｂが設けられている。これらのシールリング２１ａ，２１ｂにより軸受の両端開口が閉塞され、軸受空間と外部空間とが遮断されている。

シールリング２１ａ，２１ｂは、それぞれ軟鋼板を曲げ形成して、断面Ｌ字形で全体を円環状とされた芯金２４ａ，２４ｂに、弾性材２２ａ，２２ｂが接着等により固着されている。シールリング２１ａは、芯金２４ａを外輪５ａの車幅方向外端部に締り嵌めで内嵌させ、弾性材２２ａが構成するシールリップの先端部をハブ７ａの中間部外周面に全周に亙り摺接させている。一方、シールリング２１ｂは、図２に示すように、芯金２４ｂを外輪５ａの車幅方向内端部に締り嵌めで内嵌させ、弾性材２２ｂが構成するシールリップの先端部を内輪１６ａの内端部外周面に外嵌固定された金属製のスリンガ２５に全周に亙り摺接させている。

スリンガ２５は、内輪１６ａの内端部外周面に外嵌固定される円筒部２５ａと、該円筒部２５ａの車幅方向の内端部から径方向外方に延びるフランジ部（円輪部）２５ｂとを備えており、フランジ部２５ｂの車幅方向内側を向く軸方向端面には、円環状に形成されたプラスチック磁石２６が同心に接合されている。プラスチック磁石２６は、図３に示すように、円周方向に交互にＮ極、Ｓ極が形成され（即ち、多極に着磁され）ており、これらスリンガ２５及びプラスチック磁石２６で磁気エンコーダが構成されている。そして、磁気センサ（図示せず）がプラスチック磁石２６の軸方向に対向配置される。

プラスチック磁石２６は、磁性粉とそのバインダとなる樹脂組成物とを含有するプラスチック磁石材料で形成され、基本的には、接着剤を予め半硬化状態でフランジ部２５ｂの磁石接合面に焼き付けたスリンガ２５をコアにしてプラスチック磁石材料のインサート成形を行い、その後、接着剤を完全に硬化させて、スリンガ２５のフランジ部２５ｂに成形と同時に一体的に接合され、その後、円周方向に多極磁化して製造される。

上記プラスチック磁石材料に含有される樹脂組成物としては、ポリアミド系樹脂、具体的には、融雪剤として使用される塩化カルシウムが水と一緒にかかる可能性があるという点を考慮して、吸水率の小さい所謂高級ナイロンであるナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１２、あるいはアジピン酸ユニットにテレフタル酸を一部共重合させた半芳香族ナイロンであるナイロン６Ｔ／６−６、ナイロン６Ｔ／６Ｉ、ナイロン６Ｔ／６Ｉ／６−６、ナイロン６Ｔ／Ｍ−５Ｔ、ナイロン９Ｔなどを例示することができる。

スリンガ２５のフランジ部２５ｂの接合面（接着剤焼き付け面）は、プラスチック磁石２６との接合をより強固なものとするため、ショットブラストなどの機械的処理や化学エッチング法などの処理により粗面化してもよい。

また、プラスチック磁石２６は、例えば、−４０〜１２０°Ｃの繰り返し冷熱衝撃が印加されるような状況下での信頼性をより確実なものとするために、プラスチック磁石材料に含有される樹脂組成物を、低吸水性を示すポリアミド樹脂と、衝撃強さ改良剤として配合される軟質成分とのポリマーアロイとするのが好ましい。ここで、軟質成分は、樹脂組成物の総重量に対して、５〜５０重量％、好ましくは１０〜３５重量％配合され、軟質成分としては、その分子構造中にガラス転移温度が少なくとも−４０°Ｃ以下である軟質セグメントを含むブロック共重合体を例示できる。

プラスチック磁石材料に利用可能なブロック共重合体としては、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、塩化ビニル系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ホリジオレフィン系及びシリコン系があるが、プラスチック磁石２６に要求される性能や、その使用環境を考慮すると、ポリエステル系及びポリアミド系が好ましく、また、これらブロック共重合体における軟質セグメントのガラス転移温度が−４０°Ｃ以下のものであれば良い。

更に、プラスチック磁石材料に含有される樹脂組成物には、熱安定剤（耐熱加工安定剤、酸化防止剤）、光安定剤、帯電防止材、可塑剤、無機あるいは有機難燃剤、その他、補強材等が必要に応じて適宜添加されるが、特に、使用環境を考慮すると、熱安定剤の添加が望ましく、好適に添加されるものとしては、アミン系酸化防止剤として、２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリンポリマーに代表されるアミン・ケトン系、ｐ，ｐ′−ジクミルジフェニルアミンに代表されるジアリルアミン系、Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミンに代表されるｐ−フェニレンジアミン系、のものを例示でき、フェノール系酸化防止剤として、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノ一ルに代表されるモノフェノ−ル系、２，２′−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノ−ル）に代表されるポリフェノール系、のものを例示できる。また、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノンといったハイドロキノン系のものも例示できる。

更に、酸化防止剤と共に、過酸化物分解型酸化防止剤（二次酸化防止剤）を併用してもよい。二次酸化防止剤としては、２−メルカプトベンズイミダゾールのような硫黄系二次酸化防止剤や、トリス（ノニル化フェニル）フォスファイトのようなリン系二次酸化防止剤を例示できる。尚、熱安定剤の配合量は、樹脂に対して０．１〜３重量％程度が好ましいが、種類によっては（ブルームしない、あるいは樹脂の物性に悪影響を及ぼさない範囲で）それ以上の量が添加される場合ある。

一方、プラスチック磁石材料に含有される磁性粉としては、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライトなどのフェライト、ネオジウム−鉄−ボロン，サマリウム−コバルト，サマリウム−鉄などの希土類磁性粉を例示することができ、更にフェライトの磁気特性を向上させるためにランタンとコバルト等を混入させたものであってもよい。

尚、プラスチック磁石２６の磁気特性を十分に確保するため、磁性粉の含有量を６０〜８０体積％としている。これは、磁性粉の含有量が６０体積％未満の場合は、磁気特性が劣ると共に、細かいピッチで円周方向に多極磁化させるのが困難になるためであり、−方、８０体積％を越える場合は、バインダとなる樹脂組成物量が少なくなりすぎて、磁石全体の強度が低くなると同時に、成形が困難になり、実用性が低下するためである。

次に、本実施形態の磁気エンコーダの製造方法について説明する。
本実施形態の磁気エンコーダの製造方法は、基本的には、接着剤を予め半硬化状態でフランジ部２５ｂの磁石接合面に焼き付けたスリンガ２５をコアにして、プラスチック磁石材料のインサート成形を行い、その後、接着剤を完全に硬化させて、スリンガ２５のフランジ部２５ｂにプラスチック磁石２６を成形と同時に一体的に接合するが、プラスチック磁石２６及び当該プラスチック磁石２６が接合されたフランジ部２５ｂは、上述したように、プラスチック磁石２６のインサート成形後の収縮（冷却固化時の収縮）により、車幅方向内方に向けて傾倒するように、換言すれば、フランジ部２５ｂにおいてプラスチック磁石２６が接合される軸方向内端面とは反対側の軸方向外端面と円筒部２５ａの外周面とのなす角度が全周にわたり鈍角となるように変形する。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、フランジ部２５ｂにおいてプラスチック磁石２６が接合される軸方向内端面とは反対側の軸方向外端面と円筒部２５ａの外周面とのなす角度αが全周にわたり鋭角となるように、予めフランジ部２５ｂを傾倒し、この状態で上記のインサート成形を行うようにしている。尚、スリンガ２５のフランジ部２５ｂの傾斜加工は、スリンガ２５のプレス加工時、あるいは、フランジ部２５ｂの接合面に対する表面処理（例えば、ショットブラスト処理）時に行うのが好ましい。

フランジ部２５ｂの傾斜は、プラスチック磁石２６の寸法形状やプラスチック磁石材料の物性に依存するため、随時実験によってその最適量を決定しなければならないが、例えば、図５を参照して、厚み０．６ｍｍのＳＵＳ４３０により作製した外径φ７５ｍｍ、内径φ６５ｍｍのスリンガ２５のフランジ部２５ｂに、厚み０．９ｍｍのプラスチック磁石２６（組成：ナイロン１２；１１．３重量％、磁性体（ストロンチウムフェライト）粉；８８．７重量％）をインサート成形により接合する場合に、フランジ部２５ｂの最外径端位置を、軸方向に２０〜３０μｍ変位させる程度が良い。

上記の説明から明らかなように、本実施形態では、スリンガ２５のフランジ部２５ｂの軸方向内端面にプラスチック磁石２６をインサート成形により接合する際に、フランジ部２５ｂにおいてプラスチック磁石２６が接合される軸方向内端面とは反対側の軸方向外端面と円筒部２５ａの外周面とのなす角度が全周にわたり鋭角となるように予めフランジ部２５ｂを傾倒させているので、プラスチック磁石２６の固化後、フランジ部２５ｂ及びプラスチック磁石２６の軸方向端面を円筒部２５ａの軸線、即ち回転体であるハブ７ａ及び内輪１６ａの回転軸に対して直交するように配置することができ、高い検出精度を安定して確保することができる磁気エンコーダを得ることができる。

また、プラスチック磁石２６中の磁性粉は、その厚み方向に高度に配向しているため、着磁により得られるプラスチック磁石２６の磁気特性は極めて良好なものとなる。このため、プラスチック磁石２６中の磁性粉の含有量によっては、従来の磁性ゴムによるものでは２０ｍＴ程度であった磁束密度を２６ｍＴ以上に向上させることが可能である。

従って、プラスチック磁石２６と磁気センサとのギャップを従来と同様に１ｍｍとした場合に、従来では９６極に多極磁化されていたものを、１極当りの磁束を維持して１２０極以上に多極磁化することが可能であり、このときの単一ピッチ誤差は±２％以下とできる。即ち、本発明に係る磁気エンコーダによれば、従来と同等のエアギャップとした場合に、極数を増加させて車輪の回転速度の検出精度を向上させることができ、また、従来と同数の極数とした場合に、エアギャップを大きくとることができ、センサを配置する際の自由度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明の磁気エンコーダの製造方法の一実施形態により製造された磁器エンコーダを備えた車輪支持用軸受ユニットを示す断面図である。 図１の部分拡大断面図である。 図１の磁気エンコーダに用いられるプラスチック磁石の磁化の一例を示す斜視図である。 インサート成形前のスリンガの要部断面図である。 インサート成形後の冷却固化工程を経たスリンガとプラスチック磁石との接合体を示す要部断面図である。 従来のスリンガとプラスチック磁石との接合体を示す要部断面図である。

符号の説明

２５ スリンガ（金具）
２５ａ 円筒部
２５ｂ フランジ部（円輪部）
２６ プラスチック磁石

Claims (3)

1. 回転体に嵌合固定される円筒部と、該円筒部から径方向に延びる円輪部と、を備えた金具の前記円輪部の一方の軸方向端面に、円環状に形成されて円周方向に多極に着磁されるプラスチック磁石が同心に接合されてなる磁気エンコーダの製造方法であって、
   前記円輪部において前記プラスチック磁石が接合される前記一方の軸方向端面とは反対側の軸方向端面と前記円筒部の外周面とのなす角度が全周にわたり鋭角となるように前記円輪部を傾倒し、この状態で前記プラスチック磁石をインサート成形して前記円輪部の前記一方の軸方向端面に接合させ、
   前記円輪部が、前記インサート成形後の前記プラスチック磁石の冷却固化時の熱収縮により、前記円筒部に対して、前記プラスチック磁石が接合される側に傾倒し、前記円輪部の前記一方の軸方向端面とは反対側の軸方向端面と前記円筒部の外周面とのなす角度が全周にわたり直角となることを特徴とする磁気エンコーダの製造方法。
2. 前記プラスチック磁石の材料に含有される磁性粉は、ストロンチウムフェライト、バリウムフェライト、ネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト、サマリウム−鉄のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダの製造方法。
3. 前記円輪部の傾倒量は、前記円輪部の最外径端位置を、軸方向に２０〜３０μｍ変位させたものであることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダの製造方法。

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