JP5314556B2 - 磁気エンコーダおよびその製造方法、回転検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、各種機器の回転検出、回転角度検出に使用する磁気エンコーダおよびその製造方法、回転検出装置に関する。

軸受要素の技術分野に関し、ライン状に並べた磁気センサを使用して、内挿したパルス信号を得る技術が開示されている（特許文献１，２）。
１回転あたりの磁極対数が異なる磁気ドラムと、複数の磁気センサとを使用して絶対角度を演算する技術が開示されている（特許文献３）。
前記特許文献１，２における磁気センサを使用して、異なる２つの磁気エンコーダの位相差に基づいて絶対角度を検出する角度検出装置が開示されている（特許文献４）。
また、多磁極着磁した磁気エンコーダを製造する方法等が開示されている（特許文献５）。

特表２００１−５１８６０８号公報 特表２００２−５４１４８５号公報 特開平６−５８７６６号公報 特開２００８−２３３０６９号公報 特許第４０２４４７２号公報

特許文献１，２を応用した特許文献４の角度検出装置において、センサ素子および演算処理回路を半導体上に集積する場合、センサを可能な限り省スペースに配置したい。
特許文献３で使用する２つの磁気エンコーダを近接配置すると、互いの磁気パターンが干渉して角度検出精度が悪化する。その結果、絶対角度を算出するための位相差が正確に求められず、絶対角度を算出する誤差が増大する。

特許文献４に記載された磁気エンコーダを別構成で実現する場合、磁気エンコーダの組立工程時に変形が起こると、着磁精度が悪化する。
また、それぞれの磁気エンコーダに着磁された信号を合わせることが難しいため、絶対角度検出の演算回路に位相調整工程や、位相ずれの補正値を設定する必要がある。
複数のセンサ素子間隔を大きくして構成すると上記の問題は解決できるが、半導体チップ面積が大きくなり、製造コストの増加になる。

この発明の目的は、複列の磁気エンコーダトラックについて、磁気干渉を生じることなく簡単に着磁し得ると共に着磁精度の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる磁気エンコーダおよびその製造方法、回転検出装置を提供することである。

この発明の磁気エンコーダは、互いに全周にわたって重ねる環状重なり部を有する２個の環状の芯金分割体からなり、前記環状重なり部で重ねて一体に組立ててなる芯金と、前記各芯金分割体にそれぞれ形成され、且つ、互いに隣り合うように並べた複列の環状の磁気エンコーダトラックと、これら複列の環状の磁気エンコーダトラック間に介在させた環状の磁性体からなる磁性体スペーサとを備えたことを特徴とする。

この構成によると、芯金が２個の環状の芯金分割体からなり、各芯金分割体にそれぞれ複列の環状の磁気エンコーダトラックが形成されている。このような２個の芯金分割体を環状重なり部で重ねて一体に組立てることで、複列の磁気エンコーダトラックを得る。複列の環状の磁気エンコーダトラック間に磁性体スペーサを介在させたうえで、各列の磁気エンコーダトラックを個別に着磁すると、磁気干渉を生じることなく簡単に着磁し得る。この場合、２個の芯金分割体の組立に起因して、磁気エンコーダトラック等が変形しても、着磁精度に影響を受けない。また、それぞれの磁気エンコーダトラックの相対位相を合わせて着磁することができるため、例えば、補正値を設定したり、複数のセンサ素子間隔を大きく構成する等の対策を講じる必要がなくなる。よって、製造コストの低減を図ることが可能となる。

前記２個の芯金分割体が、それぞれ軸方向に平行な軸心を有する筒状であって、各芯金分割体は、大径筒部と、この大径筒部に環状段差部を介して続く小径筒部とを有し、軸方向先端側の芯金分割体における小径筒部の外周面に、軸方向基端側の芯金分割体における大径筒部の内周面を嵌合させたものであっても良い。
この場合、軸方向先端側の芯金分割体における小径筒部の外周面に、軸方向基端側の芯金分割体における大径筒部の内周面を嵌合させることで、２個の芯金分割体を一体に組立て、ラジアルタイプの磁気エンコーダを実現することができる。
各芯金分割体における大径筒部の外周面に、それぞれ１列の磁気エンコーダトラックを形成し、複列の環状の磁気エンコーダトラックを、互いに軸方向に隣り合うように並べても良い。

前記２個の芯金分割体が、それぞれ軸方向を向く板状であって、互いに径が異なり、大径側の芯金分割体は前記磁気エンコーダトラックが正面に形成されたトラック形成部と、このトラック形成部の内径側へ段差部を介して続き前記トラック形成部よりも背面側に位置する環状重なり部とでなり、小径側の芯金分割体は、大径側の芯金分割体の前記環状重なり部の正面側に環状重なり部が重なり、この環状重なり部の外径側周縁部に前記磁性体スペーサが正面側へ延びて一体に設けられ、前記段差部にこの磁性体スペーサの基端部を嵌合させ、前記環状重なり部の正面に前記磁気エンコーダトラックが形成されたものであっても良い。
この場合、小径側の芯金分割体における環状重なり部の外径側周縁部に、磁性体スペーサを一体に設け、大径側の芯金分割体の段差部に、磁性体スペーサの基端部を嵌合させることで、２個の芯金分割体を一体に組立て、アキシアルタイプの磁気エンコーダを実現することができる。このような嵌合構成を採用することで、２個の芯金分割体を容易に組み立てることができる。また、磁性体スペーサを芯金分割体に一体に設けることで、部品点数の低減を図ることができる。
この発明において、前記段差部に磁性体スペーサの基端部を嵌合させる嵌合構成に代えて、または前記嵌合構成と共に、前記大径側の芯金分割体における環状重なり部の内径側周縁部に、背面側へ延びる嵌合部を設け、且つ、前記小径側の芯金分割体における環状重なり部の内径側周縁部に、背面側へ延びて前記嵌合部に嵌合される被嵌合部を設けても良い。これら嵌合部および被嵌合部を採用する場合であっても、２個の芯金分割体を容易に組み立てることができる。

前記複列の磁気エンコーダトラックは、２個の環状の芯金分割体を一体に組立てた状態で、隣り合う複列の磁気エンコーダトラックの被検出面を互いに同一面上に揃うように加工したものであっても良い。
この場合、２個の芯金分割体の組立に起因して、磁気エンコーダトラック等が変形しても、隣り合う複列の磁気エンコーダトラックの被検出面を互いに同一面上に揃えるように加工し、その後、磁気エンコーダトラックを着磁し得る。このため、トラック間の同軸性を確保することができる。したがって、磁気エンコーダトラックに精度良く着磁することができる。
前記複列の磁気エンコーダトラックの被検出面を、切削加工面としても良い。

前記芯金は、２個の芯金分割体で前記磁性体スペーサの一部を挟み込んで組立てたものであっても良い。
この場合、磁性体スペーサを別部材としているため、幅の狭い磁気エンコーダを実現できる。例えば、厚さ０．５ｍｍ程度の磁性鋼板を打ち抜き加工したものを用いることができる。このため、互いのトラック間に作用する磁気干渉を小さくすることができ、例えば、絶対角度検出の計算等を精度良くできる。
磁石部分が熱収縮した場合でも、２個の芯金分割体で磁性体スペーサの一部を挟み込んでいるため、この磁性体スペーサの固定を安定させて維持することができる。

前記２個の芯金分割体のうちいずれか一方の芯金分割体に凹み部を設け、他方の芯金分割体に、前記凹み部に係合する係合部を設けたものであっても良い。
前記係合部を凹み部に係合することで、芯金分割体の抜け防止を図り、組立て強度を上げることができる。これにより、より高速での回転も可能になる。

前記２個の芯金分割体のうち一つの芯金分割体に、前記磁性体スペーサを一体に設けても良い。この場合、２個の芯金分割体を精度良く組立てることができる上、部品点数の削減を図ることができる。したがって、製造コストの低減を図れる。
前記芯金分割体の端部を加工して前記磁性体スペーサを一体に設け、前記磁性体スペーサの厚みを、前記芯金分割体の端部以外の部分の厚みよりも薄くしても良い。この場合、磁性体スペーサの幅を抑えることができる。

前記磁気エンコーダトラックは、ゴムまたはプラスチックに磁性粉を混合させた材質から成るものであっても良い。削り易さの点でゴムの方が望ましい。
前記磁気エンコーダトラックは、等ピッチの着磁パターンで磁極が交互に繰り返す回転検出用トラックを含むものであっても良い。

前記磁気エンコーダトラックは、回転検出用トラックに加えて形成されるトラックの一つが、一回転に一回または数回の繰り返しパターンを設けて、回転の基準位置を示すＺ相信号を生成するものであっても良い。
前記磁気エンコーダトラックは、回転検出用トラックに加えて形成されるトラックの一つが、前記回転検出用の等ピッチの着磁パターンとは磁極間隔が異なる等ピッチの着磁パターンで形成されるものであっても良い。
前記磁気エンコーダトラックは、回転検出用トラックに加えて形成されるトラックの一つが、前記回転検出用の等ピッチの着磁パターンと同じ磁極数で且つ位相関係がずれたパターンで形成されるものであっても良い。
このような複雑な着磁パターンであっても精度良く着磁可能となる。

この発明における第１の回転検出装置は、請求項１ないし請求項１６のいずれか１項の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置において、
前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、ｓｉｎおよびｃｏｓの２相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して検出するものである。
磁気センサをこのような構成にすると、磁気エンコーダの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。

この発明における第２の回転検出装置は、請求項１ないし請求項１６のいずれか１項の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置において、前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、ｓｉｎ，ｃｏｓの２相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものである。
磁気センサをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダの位相を検出し得る。

この発明の磁気エンコーダの製造方法は、互いに全周にわたって重ねる環状重なり部を有する２個の芯金分割体に、環状の未着磁の磁気エンコーダトラックをそれぞれ環状磁性体として形成する形成過程と、これら環状磁性体が形成された２個の芯金分割体を前記環状重なり部で重ねて一体に組立て、これら２個の芯金分割体の環状磁性体によって複列の隣り合って並ぶ環状の未着磁の磁気エンコーダトラックとする組立過程と、この組立過程の後、各列の磁気エンコーダトラックを個別に着磁する着磁過程とを含む。

この構成によると、２個の芯金分割体に磁気エンコーダトラックをそれぞれ形成した後で、２個の芯金分割体を一体に組立てることで複列の磁気エンコーダとし、その状態で磁気エンコーダトラックを着磁する。この場合、２個の芯金分割体の組立に起因して、磁気エンコーダトラック等が変形しても、着磁精度に影響を受けない。また、それぞれの磁気エンコーダトラックの相対位相を合わせて着磁することができるため、例えば、補正値を設定したり、複数のセンサ素子間隔を大きく構成する等の対策を講じる必要がなくなる。

この発明の磁気エンコーダは、互いに全周にわたって重ねる環状重なり部を有する２個の環状の芯金分割体からなり、前記環状重なり部で重ねて一体に組立ててなる芯金と、前記各芯金分割体にそれぞれ形成され、且つ、互いに隣り合うように並べた複列の環状の磁気エンコーダトラックと、これら複列の環状の磁気エンコーダトラック間に介在させた環状の磁性体からなる磁性体スペーサとを備えたため、複列の磁気エンコーダトラックについて、磁気干渉を生じることなく簡単に着磁し得ると共に着磁精度の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。

この発明における第１の回転検出装置は、請求項１ないし請求項１６のいずれか１項の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置において、前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、ｓｉｎおよびｃｏｓの２相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して検出するものであるため、複列の磁気エンコーダトラックについて、磁気干渉を生じることなく簡単に着磁し得ると共に着磁精度の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。

この発明における第２の回転検出装置は、請求項１ないし請求項１６のいずれか１項の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置において、前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、ｓｉｎ，ｃｏｓの２相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであるため、複列の磁気エンコーダトラックについて、磁気干渉を生じることなく簡単に着磁し得ると共に着磁精度の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。

この発明の磁気エンコーダの製造方法は、互いに全周にわたって重ねる環状重なり部を有する２個の芯金分割体に、環状の未着磁の磁気エンコーダトラックをそれぞれ環状磁性体として形成する形成過程と、これら環状磁性体が形成された２個の芯金分割体を前記環状重なり部で重ねて一体に組立て、これら２個の芯金分割体の環状磁性体によって複列の隣り合って並ぶ環状の未着磁の磁気エンコーダトラックとする組立過程と、この組立過程の後、各列の磁気エンコーダトラックを個別に着磁する着磁過程とを含むため、複列の磁気エンコーダトラックについて、磁気干渉を生じることなく簡単に着磁し得ると共に着磁精度の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。

この発明の一実施形態に係る磁気エンコーダの要部断面図である。 （Ａ）は２個の芯金分割体に未着磁の磁気エンコーダトラックをそれぞれ形成した段階の断面図、（Ｂ）は２個の芯金分割体を環状重なり部で互いに嵌合させた段階の断面図である。 環状磁性体を回転させながら、この環状磁性体の円周方向の一部ずつ着磁ヘッドにより着磁する例を示す図である。 環状磁性体の各磁気エンコーダトラックに着磁する磁極の各パターン例を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る磁気エンコーダの要部断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る磁気エンコーダの要部断面図である。 （Ａ）は、この発明の実施形態に係るアキシアルタイプの磁気エンコーダの断面図、（Ｂ）は、この発明の他の実施形態に係るアキシアルタイプの磁気エンコーダの断面図である。 （Ａ）はこの発明のいずれかの磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置の概念図、（Ｂ）は磁気センサの一構成例の説明図である。 磁気センサの他の構成例の説明図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。
この発明の実施形態に係る磁気エンコーダは、例えば、各種モータの回転制御に用いられる回転検出装置等に適用される。ただし、各種モータの回転制御用に限定されるものではない。以下の説明は、磁気エンコーダの製造方法についての説明をも含む。

磁気エンコーダの構造としては、アキシアルタイプ、ラジアルタイプのどちらでも良いが、この例ではラジアルタイプの磁気エンコーダ１について説明する。アキシアルタイプの磁気エンコーダについては後述する。
図１に示すように、磁気エンコーダ１は、芯金２と、複列の環状の磁気エンコーダトラック３，４と、磁性体スペーサ５とを備えている。芯金２は、互いに全周にわたって重なるつまり嵌合する環状重なり部６，７を有する２個の環状の芯金分割体２ａ，２ｂからなる。芯金２は、前記環状重なり部６，７における圧入状態の嵌合によって一体に組立ててなる。各芯金分割体２ａ，２ｂには、複列の環状の磁気エンコーダトラック３，４における片方の磁気エンコーダトラック３，４がそれぞれ形成され、且つ、磁気エンコーダトラック３，４が互いに隣り合うように並べて設けられる。これら磁気エンコーダトラック３，４は、未着磁の環状磁性体８，８に着磁して構成され、且つ隣合う列の磁気エンコーダトラック３，４の円周方向に沿う着磁パターンが互いに異なる。磁性体スペーサ５は、これら複列の環状の磁気エンコーダトラック３，４間に接触状態で介在させた環状の磁性体からなる。

ラジアルタイプの磁気エンコーダ１の場合、２個の芯金分割体２ａ，２ｂが、それぞれ軸方向に平行な軸心を有する筒状であって、互いに径が異なり、軸方向先端側の芯金分割体２ａと、軸方向基端側の芯金分割体２ｂとでなる。各芯金分割体２ａ，２ｂは、例えば、薄肉状の軸受鋼、鋼管、その他鋼等から成るパイプ材からなる。各芯金分割体２ａ，２ｂは、大径筒部１０と、小径筒部１１とを有する。小径筒部１１は、大径筒部１０に環状段差部１２を介して小径側に続く。前記パイプ材を例えばプレス加工等により絞り加工することで、大径筒部１０、環状段差部１２、および小径筒部１１が形成される。

軸方向先端側の芯金分割体２ａにおける小径筒部１１の外周面に、軸方向基端側の芯金分割体２ｂにおける大径筒部１０の内周面を嵌合させている。各芯金分割体２ａ，２ｂにおける大径筒部１０の外周面に、それぞれ１列の磁気エンコーダトラック３，４を形成し、２列の環状の磁気エンコーダトラック３，４を互いに軸方向に隣り合うように並べている。芯金２が組立てられた状態で、回転部材９の外径面等に、軸方向基端の芯金分割体２ｂにおける小径筒部１１の内周面を圧入嵌合させている。

このラジアルタイプの磁気エンコーダ１の場合、磁性体スペーサ５は、例えば、厚さ０．５ｍｍ程度の磁性鋼板を打ち抜き加工した円板状のものを用いることができる。ただし、磁性体スペーサ５の板厚は０．５ｍｍに限定されるものではない。この磁性体スペーサ５の一側面に軸方向先端側の芯金分割体２ａにおける磁気エンコーダトラック３が位置し、磁性体スペーサ５の他側面に軸方位基端側の芯金分割体２ｂにおける磁気エンコーダトラック４が位置する。また、磁性体スペーサ５の外周縁部を径方向外方に臨ませ、図１矢符Ｂ１に示すように、同磁性体スペーサ５の内周側の端部を、環状段差部１２と、軸方向基端の芯金分割体２ｂにおける大径筒部１０の端縁部との間に挟むように組立てている。回転部材９の外径面等に、軸方向基端の芯金分割体２ｂにおける小径筒部１１の内周面を圧入嵌合することで、ラジアルタイプの磁気エンコーダ１が軸受等に取付けられる。軸方向基端の芯金分割体２ｂにおける小径筒部１１の内周面の内径は、軸方向先端側の芯金分割体２ａにおける小径筒部１１の内径よりも小径とされている。前記回転部材９としては、例えば、回転軸、モータ軸、軸受外輪、軸受内輪等を適用することができる。

磁気エンコーダトラック３，４は、例えば、フェライト系、希土類系、または磁性粉を添加して形成した焼結磁石等から成る環状磁性体に着磁したものであっても良い。後述の着磁方式では容易に着磁することができる点と、防錆処理を省ける点でフェライト系が望ましい。その他、磁気エンコーダトラック３，４は、磁性粉を含むゴム、プラスチックから成り、着磁によってそれぞれゴム磁石、プラスチック磁石となるものであっても良い。
図１に示すように、複列の磁気エンコーダトラック３，４は、２個の環状の芯金分割体２ａ，２ｂを一体に組立てた状態で、隣り合う複列の磁気エンコーダトラック３，４の被検出面３ａ，４ａを切削加工したものである。

次に、磁気エンコーダ１の製造方法等について説明する。
磁気エンコーダ１の製造方法は、この磁気エンコーダ１の構成部品を製造する過程である形成過程と、前記構成部品を組立て等する組立過程と、着磁過程とを含む。先ず形成過程において、図２（Ａ）に示すように、前述の２個の芯金分割体２ａ，２ｂに、環状の未着磁の磁気エンコーダトラック３，４である環状磁性体３Ａ，４Ａを形成する。次に、組立過程において、図２（Ｂ）に示すように、環状磁性体３Ａ，４Ａが形成された２個の芯金分割体２ａ，２ｂを環状重なり部６，７で互いに嵌合させて一体に組立てる。これにより、２個の芯金分割体２ａ，２ｂの環状磁性体３Ａ，４Ａによって複列の隣り合って並ぶ環状の未着磁の磁気エンコーダトラック３，４とする。この組立過程において、２個の環状の芯金分割体２ａ，２ｂを一体に組立ておき、隣り合う複列の磁気エンコーダトラック３，４の被検出面３ａ，４ａを揃えるように切削加工する。この切削加工時、磁性体スペーサ５の外周縁部を同時に切削加工する。このため、被検出面３ａ，４ａおよび磁性体スペーサ５の外周縁部の径方向位置を揃わせ、対向する図示外の磁気センサとのギャップを精度良く管理することが可能となる。組立過程の後、着磁過程において、各列の磁気エンコーダトラック３，４を個別に着磁する。

前記着磁過程では、図３に示すように、環状磁性体（この例では環状磁性体３Ａ）をこの軸心Ｌ１回りに回転させながら、この環状磁性体３Ａの円周方向の一部ずつ着磁ヘッド１３により着磁する。すなわち、インデックス着磁を行う。これにより、各トラック形成領域を、着磁パターンが互いに異なる磁気エンコーダトラック３，４とする。着磁ヘッド１３は、着磁ヨーク１４に励磁コイル１５を巻回したものである。着磁ヨーク１４は磁気ギャップを介して対向する一対の対向端部１４ａ，１４ｂを有し、図示外の着磁電源から励磁コイル１５に励磁電流を供給することにより、両対向端部１４ａ，１４ｂ間に磁束を通す。この着磁ヘッド１３の前記磁気ギャップに、環状磁性体３Ａ（４Ａ）における所望の１列の磁気エンコーダトラック３（４）を配置する。

所望の１列の磁気エンコーダトラック３（４）が両対向端部１４ａ，１４ｂで挟まれるように配置することで、磁気エンコーダトラック３（４）に磁束を通して着磁する。この場合、例えば、スピンドル装置に環状磁性体３Ａ，４Ａを支持し、同スピンドル装置をインデックス回転させる。この回転の停止毎に、励磁コイル１５への通電方向を逆にする。これにより、磁気エンコーダトラック３，４の周方向にＮ磁極とＳ磁極とを交互に着磁することができる。
スピンドルの回転に同期して励磁コイル１５への通電方向を切り替えて制御することで、回転を停止せずに着磁することも可能である。

図４（Ａ）〜（Ｄ）は、図３に示す着磁方法等を用いて、環状磁性体の各磁気エンコーダトラックに着磁する磁極の各パターン例を示す。図４（Ａ）のパターン例は、１列の磁気エンコーダトラック３を、互いに異なる磁極を等ピッチで交互に着磁して回転検出用トラックとしている。他の１列の磁気エンコーダトラック４には、回転基準位置検出用の磁極をトラックの一周の一箇所（または複数箇所）に着磁して、回転の基準位置を示すＺ相信号を生成するＺ相信号生成用トラックとしたものである。
図４（Ｂ）のパターン例は、１列の磁気エンコーダトラック３に、互いに異なる磁極を等ピッチで交互に着磁して回転検出用トラックとしている。他の１列の磁気エンコーダトラック４には、互いに異なる磁極を等ピッチで交互に、かつ前記回転検出用トラックとは磁極数を異ならせて着磁して、別の回転検出用トラックとしたものである。

図４（Ｃ）のパターン例は、１列の磁気エンコーダトラック３に、互いに異なる磁極を等ピッチで交互に着磁して回転検出用トラックとしている。他の１列の磁気エンコーダトラック４には、互いに異なる磁極を交互に、かつ前記回転検出用トラックと磁極数が同じで磁極の位相をずらして着磁して、別の回転検出用トラックとしたものである。
図４（Ｄ）のパターン例では、アキシアルタイプの環状磁性体での磁気エンコーダトラック３（４）の各磁極対Ａにおいて、図４（Ｃ）の例と同様なパターンを形成するために、そのＮ磁極の幅とＳ磁極の幅とがトラック外周半部つまり径方向内外で互いに異なるように着磁したものである。

以上説明した磁気エンコーダ１によると、芯金２が２個の環状の芯金分割体２ａ，２ｂからなり、各芯金分割体２ａ，２ｂにそれぞれ複列の環状の磁気エンコーダトラック３，４が形成されている。このような２個の芯金分割体２ａ，２ｂを環状重なり部６，７における嵌合によって一体に組立てることで、複列の磁気エンコーダトラック３，４を得る。複列の環状の磁気エンコーダトラック３，４間に磁性体スペーサ５を介在させたうえで、各列の磁気エンコーダトラック３，４を個別に着磁すると、磁気干渉を生じることなく簡単に着磁し得る。

この場合、２個の芯金分割体２ａ，２ｂの組立に起因して、磁気エンコーダトラック３，４等が変形しても、複列の磁気エンコーダトラック３，４の被検出面３ａ，４ａを切削加工面としているため、着磁精度に影響を受けない。隣り合う複列の磁気エンコーダトラック３，４の被検出面３ａ，４ａを揃えるように切削加工し、その後、磁気エンコーダトラック３，４を着磁し得る。このため、トラック間の同軸性を確保することができる。したがって、磁気エンコーダトラック３，４に精度良く着磁することができる。
また、それぞれの磁気エンコーダトラック３，４の相対位相を合わせて着磁することができるため、例えば、補正値を設定したり、複数のセンサ素子間隔を大きく構成する等の対策を講じる必要がなくなる。よって、製造コストの低減を図ることが可能となる。

芯金２は、２個の芯金分割体２ａ，２ｂで磁性体スペーサ５の一部を挟み込んで組み立てたものである。この場合、磁性体スペーサ５を別部材としているため、幅の狭い磁気エンコーダ１を実現できる。磁性体スペーサ５の素材として例えば、厚さ０．５ｍｍ程度の磁性鋼板を打ち抜き加工したものを用いることができる。このため、互いのトラック間に作用する磁気干渉を小さくすることができ、例えば、絶対角度検出の計算等を精度良くできる。磁石部分が熱収縮した場合でも、２個の芯金分割体２ａ，２ｂで磁性体スペーサ５の一部を挟み込んでいるため、この磁性体スペーサ５の固定を安定させて維持することができる。

この発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図５に示すように、軸方向基端側の芯金分割体２ｂに凹み部１６を設け、軸方向先端側の芯金分割体２ａに、凹み部１６に係合する係合部１７を設けても良い。この例では、芯金分割体２ｂにおいて、環状段差部１２と大径筒部１０との隅部に、例えば、周方向適当間隔おきに複数の凹み部１６を設けている。複数の凹み部１６に代えて環状の凹み部１６を設けても良い。係合部１７は、軸方向先端側の芯金分割体２ａの小径筒部１１の端部を径方向外方に屈曲させてなる。環状重なり部６，７を圧入状態で嵌合させる場合、係合部１７を径方向内方に弾性変形させる。芯金分割体２ａ，２ｂが磁性体スペーサ５を挟み込み、環状重なり部６，７が所定の軸方向位置に位置決めされた段階で、係合部１７を径方向外方に弾性復帰させ芯金分割体２ｂの凹み部１６に係合させ得る。

係合部１７を凹み部１６に係合することで、芯金分割体２ａ（２ｂ）の軸方向抜け防止を図り、組立て強度を上げることができる。これにより、より高速での回転も可能になる。部品点数を増やすことなく芯金分割体２ａ（２ｂ）の抜け防止を図れるため、磁気エンコーダ１Ａの組立てを簡単化し、製造コストの低減を図れる。
なお、凹み部１６を、芯金分割体２ｂにおける大径筒部１０の内周面に設け、この凹み部１６に係合する係合部１７を、芯金分割体２ａの小径筒部１１の外周面に設けても良い。逆に、凹み部１６を、芯金分割体２ａの小径筒部１１の外周面に設け、この凹み部１６に係合する係合部１７を、芯金分割体２ｂにおける大径筒部１０の内周面に設けても良い。このような凹み部１６および係合部１７は、プレス加工により容易に形成し得る。

図６に示すように、２個の芯金分割体２ａ，２ｂのうち一つの芯金分割体２ｂに、前記磁性体スペーサ５を一体に設けた磁気エンコーダ１Ｂとしても良い。この例では、軸方向基端側の芯金分割体２ｂのうち、大径筒部１０の先端部をプレス加工等により径方向外方に曲げ加工する。これにより大径筒部１０の先端部が、フランジ状に拡径して磁性体スペーサ５となる。この場合、２個の芯金分割体２ａ，２ｂを精度良く組立てることができる上、部品点数の削減を図ることができる。したがって、製造コストの低減を図れる。
芯金分割体２ｂのうち大径筒部１０の先端部を曲げ加工して、前記磁性体スペーサ５の厚みｔ１を、前記芯金分割体２ｂの端部以外の部分の厚みｔ２よりも薄くしても良い。この場合、磁性体スペーサ５の幅を抑えることができる。なお、別部材である磁性体スペーサ５を、固着手段を用いて、芯金分割体２ｂの大径筒部１０の先端部に一体に固着させても良い。

図７（Ａ）に示すように、アキシアルタイプの磁気エンコーダ１の場合、２個の芯金分割体２ａ，２ｂが、それぞれ軸方向を向く鋼板等から成る板状であって、互いに径が異なり、大径側の芯金分割体２ａと、小径側の芯金分割体２ｂとを有する。大径側の芯金分割体２ａは、プレス加工等により形成され、トラック形成部２ａａと、段差部２ａｂと、環状重なり部６とでなる。これらのうちトラック形成部２ａａの正面には、磁気エンコーダトラック３が形成される。環状重なり部６は、トラック形成部２ａａの内径側へ段差部２ａｂを介して続き前記トラック形成部２ａａよりも背面側に位置する。

小径側の芯金分割体２ｂは、例えば、プレス加工等により形成され、円筒部２ｂａと、この円筒部２ｂａの一端から外径側に立ち上がって円板状となる立板部２ｂｂと、この立板部２ｂｂの外径側へ段差部２ｂｃを介して続き立板部２ｂｂよりも正面側に位置する環状重なり部７と、この環状重なり部７の外径側周縁部に一体に設けられ正面側へ延びる磁性体スペーサ５とでなる。回転部材９の端面に立板部２ｂｂを固定する場合等において、円筒部２ｂａを省略しても良い。大径側の芯金分割体２ａの環状重なり部６の正面側に、小径側の芯金分割体２ｂの環状重なり部７が重なり、この環状重なり部７の正面に磁気エンコーダトラック４が形成される。大径側の芯金分割体２ａにおける段差部２ａｂに、磁性体スペーサ５の基端部を嵌合させることで、両芯金分割体２ａ，２ｂが組立てられる。この状態で、２列の磁気エンコーダトラック４，３が径方向内外に並べて配置される。

このアキシアルタイプの磁気エンコーダの場合、回転部材９の外径面等に円筒部２ｂａを圧入嵌合することで、アキシアルタイプの磁気エンコーダ１が軸受に取付けられる。図７（Ａ）に示すように、芯金分割体２ａの段差部２ａｂに、磁性体スペーサ５の基端部を嵌合させる嵌合構成を採用することで、２個の芯金分割体２ａ，２ｂを容易に組立てることができる。また、磁性体スペーサ５を芯金分割体２ｂに一体に設けることで、部品点数の低減を図ることができる。
図７（Ｂ）に示すように、図７（Ａ）の前記嵌合構成に代えて、または前記嵌合構成と共に、大径側の芯金分割体２ａにおける環状重なり部６の内径側周縁部に、背面側へ延びる嵌合部６ａを設け、且つ、小径側の芯金分割体２ｂにおける環状重なり部７の内径側周縁部に、背面側へ延びて前記嵌合部６ａに嵌合される被嵌合部７ａを設けても良い。これら嵌合部６ａおよび被嵌合部７ａを採用する場合であっても、２個の芯金分割体２ａ，２ｂを容易に組み立てることができる。図７（Ａ）の嵌合構成と、嵌合部６ａおよび被嵌合部７ａの構成の両方を採用した場合、２個の芯金分割体２ａ，２ｂをより強固に組み立てることができる。

図８（Ａ）に示すように、この発明のいずれかの磁気エンコーダ１，１Ａ，１Ｂと、この磁気エンコーダ１，１Ａ，１Ｂの磁界を検出する磁気センサ１８Ａ，１８Ｂとを備えた回転検出装置１９を実現し得る。磁気センサ１８Ａ，１８Ｂは、対応する磁気エンコーダトラック４，３の磁極対の数よりも高い分解能で磁極検出できる機能、つまり磁気エンコーダトラック４，３の磁極の範囲内における位置の情報を検出する機能を有するものとされる。この機能を満たすために、例えば磁気センサ１８Ａとして、対応する磁気エンコーダトラック４の１磁極対のピッチλを１周期とするとき、図８（Ｂ）のように９０度位相差（λ／４）となるように磁極の並び方向に離して配置したホール素子などの２つの磁気センサ素子１８Ａ１，１８Ａ２を用い、これら２つの磁気センサ素子１８Ａ１，１８Ａ２により得られる２相の信号(sinφ,cosφ) から磁極内位相（φ=tan^-1(sinφ／cosφ))を逓倍して算出するものとしても良い。他の磁気センサ１８Ｂについても同様である。なお、図８（Ｂ）の波形図は、磁気エンコーダ４の磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。
磁気センサ１８Ａ，１８Ｂをこのような構成とすると、磁気エンコーダトラック４，３の磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。

磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する磁気センサ１８Ａ，１８Ｂの他の例として、図９（Ｂ）に示すようなラインセンサを用いても良い。すなわち、例えば磁気センサ１８Ａとして、対応する磁気エンコーダトラック４の磁極の並び方向に沿って磁気センサ素子１８ａが並ぶラインセンサ１８ＡＡ，１８ＡＢを用いる。図９（Ａ）は、磁気エンコーダトラック４における１磁極の区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、磁気センサ１８Ａの第１のラインセンサ１８ＡＡは、図９（Ａ）における１８０度の位相区間のうち９０度の位相区間に対応付けて配置し、第２のラインセンサ１８ＡＢは残りの９０度の位相区間に対応付けて配置する。このような配置構成により、第１のラインセンサ１８ＡＡの検出信号を加算回路２０で加算した信号Ｓ１と、第２のラインセンサ１８ＡＢの検出信号を加算回路２１で加算した信号Ｓ２を別の加算回路２２で加算することで、図９（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたsin 信号を得る。また、信号Ｓ１と、インバータ２３を介した信号Ｓ２をさらに別の加算回路２４で加算することで、図９（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたcos 信号を得る。このようにして得られた２相の出力信号から、磁極内における位置を検出する。
磁気センサ１８Ａ，１８Ｂをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダトラック４，３の位相を検出することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ…磁気エンコーダ
２…芯金
２ａ，２ｂ…芯金分割体
２ａａ…トラック形成部
２ａｂ…段差部
３，４…磁気エンコーダトラック
５…磁性体スペーサ
６，７…環状重なり部
６ａ…嵌合部
７ａ…被嵌合部
１０…大径筒部
１１…小径筒部
１８Ａ，１８Ｂ…磁気センサ
１９…回転検出装置

Claims (19)

1. 互いに全周にわたって重ねる環状重なり部を有する２個の環状の芯金分割体からなり、前記環状重なり部で重ねて一体に組立ててなる芯金と、
   前記各芯金分割体にそれぞれ形成され、且つ、互いに隣り合うように並べた複列の環状の磁気エンコーダトラックと、
   これら複列の環状の磁気エンコーダトラック間に介在させた環状の磁性体からなる磁性体スペーサとを備えたことを特徴とする磁気エンコーダ。
2. 請求項１において、前記２個の芯金分割体が、それぞれ軸方向に平行な軸心を有する筒状であって、各芯金分割体は、大径筒部と、この大径筒部に環状段差部を介して続く小径筒部とを有し、
   軸方向先端側の芯金分割体における小径筒部の外周面に、軸方向基端側の芯金分割体における大径筒部の内周面を嵌合させた磁気エンコーダ。
3. 請求項２において、各芯金分割体における大径筒部の外周面に、それぞれ１列の磁気エンコーダトラックを形成し、複列の環状の磁気エンコーダトラックを、互いに軸方向に隣り合うように並べた磁気エンコーダ。
4. 請求項１において、前記２個の芯金分割体が、それぞれ軸方向を向く板状であって、互いに径が異なり、大径側の芯金分割体は前記磁気エンコーダトラックが正面に形成されたトラック形成部と、このトラック形成部の内径側へ段差部を介して続き前記トラック形成部よりも背面側に位置する環状重なり部とでなり、小径側の芯金分割体は、大径側の芯金分割体の前記環状重なり部の正面側に環状重なり部が重なり、この環状重なり部の外径側周縁部に前記磁性体スペーサが正面側へ延びて一体に設けられ、前記段差部にこの磁性体スペーサの基端部を嵌合させ、前記環状重なり部の正面に前記磁気エンコーダトラックが形成された磁気エンコーダ。
5. 請求項４において、前記段差部に磁性体スペーサの基端部を嵌合させる嵌合構成に代えて、または前記嵌合構成と共に、
   前記大径側の芯金分割体における環状重なり部の内径側周縁部に、背面側へ延びる嵌合部を設け、且つ、前記小径側の芯金分割体における環状重なり部の内径側周縁部に、背面側へ延びて前記嵌合部に嵌合される被嵌合部を設けた磁気エンコーダ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記複列の磁気エンコーダトラックは、２個の環状の芯金分割体を一体に組立てた状態で、隣り合う複列の磁気エンコーダトラックの被検出面を互いに同一面上に揃うように加工したものである磁気エンコーダ。
7. 請求項６において、前記複列の磁気エンコーダトラックの被検出面を、切削加工面とした磁気エンコーダ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記芯金は、２個の芯金分割体で前記磁性体スペーサの一部を挟み込んで組立てた磁気エンコーダ。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記２個の芯金分割体のうちいずれか一方の芯金分割体に凹み部を設け、他方の芯金分割体に、前記凹み部に係合する係合部を設けた磁気エンコーダ。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記２個の芯金分割体のうち一つの芯金分割体に、前記磁性体スペーサを一体に設けた磁気エンコーダ。
11. 請求項１０において、前記芯金分割体の端部を加工して前記磁性体スペーサを一体に設け、前記磁性体スペーサの厚みを、前記芯金分割体の端部以外の部分の厚みよりも薄くした磁気エンコーダ。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記磁気エンコーダトラックは、ゴムまたはプラスチックに磁性粉を混合させた材質から成る磁気エンコーダ。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記磁気エンコーダトラックは、等ピッチの着磁パターンで磁極が交互に繰り返す回転検出用トラックを含む磁気エンコーダ。
14. 請求項１３において、前記磁気エンコーダトラックは、回転検出用トラックに加えて形成されるトラックの一つが、一回転に一回または数回の繰り返しパターンを設けて、回転の基準位置を示すＺ相信号を生成するものである磁気エンコーダ。
15. 請求項１３において、前記磁気エンコーダトラックは、回転検出用トラックに加えて形成されるトラックの一つが、前記回転検出用の等ピッチの着磁パターンとは磁極間隔が異なる等ピッチの着磁パターンで形成されるものである磁気エンコーダ。
16. 請求項１３において、前記磁気エンコーダトラックは、回転検出用トラックに加えて形成されるトラックの一つが、前記回転検出用の等ピッチの着磁パターンと同じ磁極数で且つ位相関係がずれたパターンで形成されるものである磁気エンコーダ。
17. 請求項１ないし請求項１６のいずれか１項の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置において、
    前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、ｓｉｎおよびｃｏｓの２相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して検出するものである回転検出装置。
18. 請求項１ないし請求項１６のいずれか１項の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置において、
    前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、ｓｉｎ，ｃｏｓの２相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものである回転検出装置。
19. 互いに全周にわたって重ねる環状重なり部を有する２個の芯金分割体に、環状の未着磁の磁気エンコーダトラックをそれぞれ環状磁性体として形成する形成過程と、
    これら環状磁性体が形成された２個の芯金分割体を前記環状重なり部で重ねて一体に組立て、これら２個の芯金分割体の環状磁性体によって複列の隣り合って並ぶ環状の未着磁の磁気エンコーダトラックとする組立過程と、
    この組立過程の後、各列の磁気エンコーダトラックを個別に着磁する着磁過程と、
    を含む磁気エンコーダの製造方法。

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