JP5089967B2 - 磁気エンコーダの製造方法、多極磁石用磁場射出成形装置、および多極磁石用金型 - Google Patents

Description

この発明は、磁気エンコーダおよび転がり軸受に関し、特に、回転軸を支持する転がり軸受に備えられる磁気エンコーダおよびこのような磁気エンコーダを備える転がり軸受に関するものである。

従来、自動車のＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）装置に使用される軸受として、磁気エンコーダを備えたシール付きの転がり軸受がある。このような転がり軸受は、例えば、特開２００５−２２１３２９号公報（特許文献１）や特開２００６−９０９９５号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１によると、回転数や回転方向を検出する回転検出装置は、磁気エンコーダとセンサとから構成される。磁気エンコーダは、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、これを支持するスリンガとからなる。センサは、回転軸と共に回転する磁気エンコーダの交互に配置される磁極を検出する。このようにして、回転検出装置は、回転数等を検出している。
特開２００５−２２１３２９号公報（図１） 特開２００６−９０９９５号公報

上記した磁気エンコーダの多極磁石は磁性粉を含むが、生産性等の観点から磁性粉のバインダとして熱可塑性樹脂等のプラスチックを使用することが好ましい。磁気エンコーダをプラスチック製とした場合、射出成形によって成形することにより、大量生産が容易になり、生産性の面で有効である。

多極磁石の製造方法について簡単に説明する。まず、磁性粉と熱可塑性樹脂とを混練した磁石材料を準備する。そして、この磁石材料をディスクゲート方式によって射出成形し、多極磁石の外形形状を形成する。この場合、多極磁石に含まれる磁性粉が軸方向に配向するように磁場を印加し、金型に磁界を発生させながら射出成形を行う。その後、着磁ヨーク等によって着磁し、多極磁石を得る。

ここで、多極磁石に含まれる磁性粉の配向が不十分であると、成形後の着磁工程において、多極磁石に適切に着磁することができない。このような多極磁石を含む磁気エンコーダは、センサによって磁力を適切に検出することが困難となる。さらに、このような磁気エンコーダを備える転がり軸受は、回転数等を適切に検出することができない。

この発明の目的は、適切に磁力を検出可能な磁気エンコーダを提供することである。

この発明の他の目的は、適切に回転数等を検出可能な転がり軸受を提供することである。

この発明に係る磁気エンコーダは、周方向に交互に磁極が配置された環状の多極磁石と、多極磁石を保持するスリンガとを含む。多極磁石の磁石材料は、磁性粉と、樹脂とを含む。多極磁石は、外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうちキャビティの内径側に配置される金型が非磁性材料で構成されキャビティの軸方向に配置される金型が磁性材料で構成される金型部、キャビティ内に磁石材料を射出する射出部、および射出部によりキャビティ内に磁石材料を射出する際に金型部に軸方向の磁界を発生させるコイルとを備える多極磁石用磁場射出成形装置によって、射出成形時に軸方向に磁界を発生させながら製造される。

このように構成することにより、磁場射出成形において、磁石材料を射出する際に、金型部に発生した軸方向の磁界をキャビティ部分に収束させることができる。そうすると、多極磁石に含まれる磁性粉を、軸方向に高度に配向させることができる。このように高度に配向された多極磁石は、後の着磁工程によって、適切に着磁することができる。したがって、このような多極磁石を含む磁気エンコーダは、適切に磁力を検出することができる。

好ましくは、多極磁石用磁場射出成形装置は、外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうちキャビティの外径側に配置される金型が非磁性材料で構成される金型部を備える。こうすることにより、さらに磁界を収束させることができる。したがって、多極磁石に含まれる磁性粉を、軸方向にさらに高度に配向させることができる。

さらに好ましくは、樹脂は、熱可塑性樹脂である。こうすることにより、容易に磁場射出成形を行うことができる。

さらに好ましくは、磁性粉は、フェライト系磁性粉である。こうすることにより、防食性を向上させることができる。

この発明の他の局面においては、転がり軸受は、上記したいずれかの磁気エンコーダを含む。このような転がり軸受は、適切に磁力を検出することができる磁気エンコーダを備えるため、回転数等を適切に検出することができる。

この発明によると、磁場射出成形において、磁石材料を射出する際に、金型部に発生した軸方向の磁界をキャビティ部分に収束させることができる。そうすると、多極磁石に含まれる磁性粉を、軸方向に高度に配向させることができる。このように高度に配向された多極磁石は、後の着磁工程によって、適切に着磁することができる。したがって、このような多極磁石を含む磁気エンコーダは、適切に磁力を検出することができる。

また、このような転がり軸受は、適切に磁力を検出することができる磁気エンコーダを備えるため、回転数等を適切に検出することができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る転がり軸受の一部を示す断面図である。図１を参照して、転がり軸受１１は、回転軸（図示せず）を支持する。転がり軸受１１は、転動体としての玉１２と、玉１２の内径側に配置される内輪１３と、玉１２の外径側に配置される外輪１４と、玉１２を保持する保持器１５と、回転軸の回転数等を検出するための磁気エンコーダ１６と、軸受内部を密封するためのシール１７とを含む。内輪１３は、回転軸に固定されており、回転軸と共に回転する。一方、外輪１４は、ハウジング（図示せず）に固定されている。玉１２は、回転軸の回転時において、内輪１３および外輪１４に設けられた軌道面１８ａ、１８ｂ上を転動する。

シール１７は、剛性を有する芯金３１と、弾性を有するゴム部３２とを含む。芯金３１は、外輪１４に取り付けられ、固定されている。ゴム部３２は、芯金３１の一部を覆うように構成されている。ゴム部３２は後述するスリンガ２４と適当な圧力で、複数の箇所において接触している。具体的には、シール１７の内径側や軸受外部側に突出する複数のリップ部２８ａ、２８ｂ、２８ｃが、スリンガ２４と接触している。このようにして、転がり軸受１１の内部１９を密封する。こうすることにより、内部１９に封入された潤滑油の漏れの防止や、転がり軸受１１の内部１９内への異物の混入の防止を図っている。

回転軸の回転数等を検出する回転検出装置２１は、転がり軸受１１に含まれる磁気エンコーダ１６と、回転センサ２２とを含む。磁気エンコーダ１６と回転センサ２２は、互いに対向する位置に設けられている。回転センサ２２は、例えば、外輪１４等と共にハウジングに取り付けられ、固定されている。

ここで、磁気エンコーダ１６の構成について説明する。磁気エンコーダ１６は、周方向に交互に磁極が配置された多極磁石２３と、多極磁石２３を保持する金属製のスリンガ２４とを含む。図２は、多極磁石２３の構成を示す概念図である。図１および図２を参照して、多極磁石２３は、環状であり、その中央に貫通孔を有する。多極磁石２３は周方向において多極に磁化されており、ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ：ピッチ円直径）２６上において、Ｎ極２７ａおよびＳ極２７ｂを交互に配置するように構成されている。

スリンガ２４は、円筒部２９ａと、円筒部２９ａの一方端から外径側に延びるフランジ２９ｂとを含む。スリンガ２４の断面は、略Ｌ字状である。多極磁石２３の外径側の端部３０は、鍵状である。多極磁石２３は、端部３０をフランジ２９ｂの最外径に位置する外径部２９ｃに引掛けるようにして、スリンガ２４に保持されている。

スリンガ２４に保持された多極磁石２３は、回転軸の回転に伴って、内輪１３と共に回転する。このとき、軸方向外側に配置され、多極磁石２３に対向する位置に設けられた回転センサ２２の検出部２５により、多極磁石２３のＮ極２７ａおよびＳ極２７ｂの磁力の変化を読取る。このようにして、回転検出装置２１は、回転軸の回転数等を検出する。

ここで、磁気エンコーダ１６を構成する多極磁石２３は、磁性粉と、バインダとしての熱可塑性樹脂とから構成される。このように構成することにより、後述する磁場射出成形によって、容易に磁気エンコーダ１６を製造することができる。

磁性を有する磁性粉は、バリウム系やストロンチウム系のフェライト粉であって、等方性のフェライト粉であってもよいし、異方性のフェライト粉であってもよい。このようなフェライト粉は、酸化しにくいため、磁気エンコーダ１６の防食性を向上させることができる。また、フェライト粉のみでは磁力が不足する場合、サマリウム鉄系磁性粉やネオジウム鉄系磁性粉等の希土類系磁性粉をフェライト粉に混合してもよい。

また、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド１２、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリフェニレンスルフィド等が好ましい。このような熱可塑性樹脂は、吸水性が乏しいため、塩水や泥水、雨水等、水分が多い環境下において、特に有効である。また、上記した熱可塑性樹脂からなる群から選択される１以上の化合物を含むように構成してもよい。

ここで、磁気エンコーダ１６の製造方法について説明する。まず、２軸押出機や混練機等を用いて、磁性粉と溶融した熱可塑性樹脂とを混練し、磁性粉を熱可塑性樹脂に適当に分散させる。このようにして、多極磁石２３の磁石材料を準備する。次に、この磁石材料を用い、上記した多極磁石２３の形状となるよう磁場射出成形を行う。

図４は、この場合における磁場射出成形装置を示す模式図である。図５は、図４に示す磁場射出成形装置の要部を示す拡大断面図である。図６は、図５中のＶＩで示す部分の拡大図である。図４、図５および図６を参照して、磁場射出成形装置の構成について説明する。磁場射出成形装置６１は、多極磁石２３の外形形状を形成する金型部６２と、磁石材料を金型部６２のキャビティ７５内に射出する射出部６３と、金型部６２に軸方向の磁界を発生させるコイル７１とを備える。金型部６２および射出部６３は、土台部６４上に設置されている。

金型部６２は、土台部６４に固定された固定部６５、６６と、固定部６５、６６間を図４中の矢印Ａの方向またはその逆の方向に移動可能な可動部６７と、固定部６５、６６および可動部６７に取り付けられる複数のタイバー６８とを含む。

可動部６７および固定部６６には、それぞれ多極磁石２３の外形形状を形成する可動側金型６９、固定側金型７０が設けられる。また、可動側金型６９および固定側金型７０の外側部分には、コイル７１が配置される。このコイル７１に通電することにより、金型部６２に軸方向の磁界を発生させることができる。

可動側金型６９および固定側金型７０の間に、多極磁石２３の外形形状に沿ったキャビティ７５と、キャビティ７５内への磁石材料の流れ込みを可能にするディスクゲート７６が形成される。キャビティ７５内には、上記した磁気エンコーダ１６に含まれるスリンガ２４を収容可能である。可動側金型６９は、複数の分割金型７２ａ、７２ｂ、７２ｃから構成される。分割金型７２ａ〜７２ｃは、これらを支持する支持部７３にそれぞれ取り付けられている。また、固定側金型７０も同様に、複数の分割金型７４ａ、７４ｂ、７４ｃから構成される。

射出部６３は、磁石材料をノズル７７から射出し、ディスクゲート７６を介してキャビティ７５内に充填する。磁石材料を射出する際には、コイル７１に通電して印加し、軸方向の磁界を発生させる。この場合、スリンガ２４をキャビティ７５内に取り付けておくことにより、スリンガ２４と一体化された多極磁石２３を得ることができる。

ここで、可動側金型６９を構成する複数の分割金型７２ａ〜７２ｃのうち、キャビティ７５の内径側に配置される分割金型７２ａおよびキャビティ７５の外径側に配置される分割金型７２ｃは、非磁性材料で構成されている。また、可動側金型６９のうち、多極磁石２３が形成されるキャビティ７５の軸方向に配置される分割金型７２ｂは、磁性材料で構成されている。同様に、固定側金型７０を構成する複数の分割金型７４ａ〜７４ｃのうち、キャビティ７５の内径側に配置される分割金型７４ａおよびキャビティ７５の外径側に配置される分割金型７４ｃは、非磁性材料で構成されている。また、固定側金型７０のうち、多極磁石２３が形成されるキャビティ７５の軸方向に配置される分割金型７４ｂは、磁性材料で構成されている。分割金型７２ｂ、７４ｂは、例えば、磁性を有するイジェクターピン等により構成される。

このように構成することにより、金型部６２に発生する磁界は、可動側金型６９を構成する分割金型７２ａ〜７２ｃのうち、磁性材料で構成される分割金型７２ｂを通過する。同様に、固定側金型７０を構成する分割金型７４ａ〜７４ｃのうち、磁性材料で構成される分割金型７４ｂを通過する。そうすると、金型部６２に発生した磁界は、キャビティ７５部分に収束し、軸方向に沿う方向となる。このようにして、射出成形時に、キャビティ７５部分に軸方向の磁束を収束させることができる。したがって、射出成形時において、磁石材料に含まれる磁性粉を軸方向に高度に配向させることができる。

磁石材料がキャビティ７５内で固化後、脱磁を行う。その後、着磁ヨークによって多極磁石２３を着磁し、所望の磁気エンコーダ１６を得る。

このような構成の多極磁石２３を含む磁気エンコーダ１６は、磁性粉が高度に配向しているため、後の着磁工程によって、適切に着磁することができる。したがって、このような多極磁石２３を含む磁気エンコーダ１６は、適切に磁力を検出することができる。また、このような磁気エンコーダ１６を備える転がり軸受１１は、回転数等を適切に検出することができる。

また、このような多極磁石２３は、上記した熱可塑性樹脂を含んでいるため、塩水、泥水、雨水および融雪剤等に対して、劣化する恐れが少ない。したがって、このような多極磁石２３を含む磁気エンコーダ１６は、磁気特性の低下を防止することができる。

このような磁気エンコーダを含む転がり軸受は、自動車用の車軸の支持構造に備えられる。図３は、車軸支持構造を示す概略断面図である。図３を参照して、車軸支持構造４１は、車軸（図示せず）と共に回転するハブ輪４２と、車軸を支持する転がり軸受５１とを含む。ハブ輪４２のフランジ４４は、ボルト４３によって車輪（図示せず）に固定されている。転がり軸受５１は、複列アンギュラ玉軸受であり、複列に配置される玉５２と、内輪５３と、外輪５４と、保持器５５と、シール５６と、磁気エンコーダ（図示せず）とを含む。

内輪５３はハブ輪４２に固定され、車軸の回転と共に回転する。外輪５４は、外径側に配置されるハウジング（図示せず）に固定される。また、シール５６には、多極磁石およびスリンガを含む磁気エンコーダが含まれており、回転センサ５７により、回転数を検出することができる。

このように、車軸支持構造４１は構成されている。このような車軸支持構造４１は、磁気エンコーダに含まれる多極磁石のセンシングの感度が良好であるため、回転数等を適切に検出することができる。

なお、上記の実施の形態においては、キャビティの内径側および外径側に配置される分割金型を非磁性材料で構成することにしたが、これに限らず、キャビティの内径側に配置される分割金型のみを非磁性材料で構成することにしてもよい。また、磁性材料で構成される分割金型は、可動側金型または固定側金型のいずれか一方のみであってもよい。

なお、スリンガの形状は、断面が略Ｌ字状、または略Ｚ字状であってもよい。さらに円筒部が周方向に連なっていなくてもよいし、部分的に切り欠きが設けられた舌片状であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、転動体として玉を使用した場合について説明したが、転動体として、円筒ころや針状ころ、棒状ころ等のころを使用した場合についても適用される。また、シールを含まないタイプの転がり軸受や、外輪または内輪を含まない転がり軸受についても適用される。

なお、上記した磁気エンコーダは、転がり軸受に含まれることにしたが、これに限らず、滑り軸受に含まれることにしてもよい。さらに、回転軸等に限らず、他の回転部材の回転数等を検出する際にも適用され、検出センサと共に、回転部材の回転数等を検出する回転検出装置を構成することにしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係る磁気エンコーダおよび転がり軸受は、自動車用等、車軸用の転がり軸受等に、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受の一部を示す断面図である。 多極磁石の構成を示す概念図である。 この発明の一実施形態に係る転がり軸受を含む車軸支持構造を示す概略断面図である。 多極磁石を形成する磁場射出成形装置を示す模式図である。 図４に示す磁場射出成形装置の要部を示す概略断面図である。 図５中のＶＩで示す部分の拡大断面図である。

符号の説明

１１，５１ 転がり軸受、１２，５２ 玉、１３，５３ 内輪、１４，５４ 外輪、１５，５５ 保持器、１６ 磁気エンコーダ、１７，５６ シール、１８ａ，１８ｂ 軌道面、１９ 内部、２１ 回転検出装置、２２，５７ 回転センサ、２３ 多極磁石、２４ スリンガ、２５ 検出部、２６ ＰＣＤ、２７ａ Ｎ極、２７ｂ Ｓ極、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ リップ部、２９ａ、円筒部、２９ｂ，４４ フランジ、２９ｃ 外径部、３０ 端部、３１ 芯金、３２ ゴム部、４１ 車軸支持構造、４２ ハブ輪、４３ ボルト、６１ 磁場射出成形装置、６２ 金型部、６３ 射出部、６４ 土台部、６５，６６ 固定部、６７ 可動部、６８ タイバー、６９ 可動側金型、７０ 固定側金型、７１ コイル、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ 分割金型、７３ 支持部、７５ キャビティ、７６ ディスクゲート、７７ ノズル。

Claims (9)

1. 磁石材料が磁性粉と樹脂とを含み、周方向に交互に磁極が配置された環状の多極磁石と、前記多極磁石を保持するスリンガとを含む磁気エンコーダの製造方法であって、
   外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうち、前記キャビティの内径側に配置される金型が非磁性材料で構成され、前記キャビティの軸方向に配置される金型が磁性材料で構成され、かつ射出成型時に前記磁石材料と磁性材料で構成される前記金型とが軸方向の双方において非磁性材料を介在せずに配置される金型部、前記キャビティ内に前記磁石材料を射出する射出部、および前記射出部により前記キャビティ内に前記磁石材料を射出する際に前記金型部に軸方向の磁界を発生させるコイルを備える多極磁石用磁場射出成形装置を用いて製造されており、
   前記金型部により形成された前記キャビティ内に前記スリンガを取り付ける工程と、
   前記コイルに通電し、前記キャビティの軸方向に磁界を発生させながら、前記射出部により前記キャビティ内に磁石材料を射出する工程と、
   射出工程の後に、固化された前記磁石材料の脱磁を行い、その後着磁する工程とを含む、磁気エンコーダの製造方法。
2. 前記キャビティの軸方向に配置される金型は、磁性を有するイジェクタピンにより構成される、請求項１に記載の磁気エンコーダの製造方法。
3. 前記多極磁石用磁場射出成形装置は、外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうち前記キャビティの外径側に配置される金型が非磁性材料で構成される金型部を備える、請求項１または２に記載の磁気エンコーダの製造方法。
4. 磁石材料が磁性粉と樹脂とを含み、周方向に交互に磁極が配置された環状の多極磁石と、前記多極磁石を保持するスリンガとを含む磁気エンコーダを製造する際に用いられる多極磁石用磁場射出成形装置であって、
   外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうち、前記キャビティの内径側に配置される金型が非磁性材料で構成され、前記キャビティの軸方向に配置される金型が磁性材料で構成され、かつ射出成型時に前記磁石材料と磁性材料で構成される前記金型とが軸方向の双方において非磁性材料を介在せずに配置される金型部、前記キャビティ内に前記磁石材料を射出する射出部、および前記射出部により前記キャビティ内に前記磁石材料を射出する際に前記金型部に軸方向の磁界を発生させるコイルを備える、多極磁石用磁場射出成形装置。
5. 前記キャビティの軸方向に配置される金型は、磁性を有するイジェクタピンにより構成される、請求項４に記載の多極磁石用磁場射出成形装置。
6. 前記多極磁石用磁場射出成形装置は、外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうち前記キャビティの外径側に配置される金型が非磁性材料で構成される金型部を備える、請求項４または５に記載の多極磁石用磁場射出成形装置。
7. 磁石材料が磁性粉と樹脂とを含み、周方向に交互に磁極が配置された環状の多極磁石と、前記多極磁石を保持するスリンガとを含む磁気エンコーダを製造する際に用いられる多極磁石用金型であって、
   外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうち、前記キャビティの内径側に配置される金型が非磁性材料で構成され、前記キャビティの軸方向に配置される金型が磁性材料で構成され、かつ射出成型時に前記磁石材料と磁性材料で構成される前記金型とが軸方向の双方において非磁性材料を介在せずに配置される金型部を備える、多極磁石用金型。
8. 前記キャビティの軸方向に配置される金型は、磁性を有するイジェクタピンにより構成される、請求項７に記載の多極磁石用金型。
9. 前記多極磁石用金型は、外形形状を形成するキャビティを構成する金型のうち前記キャビティの外径側に配置される金型が非磁性材料で構成される金型部を備える、請求項７または８に記載の多極磁石用金型。
   

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