JP6227967B2 - 磁気エンコーダ装置および回転検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気エンコーダ装置およびこれを有する回転検出装置に関するものである。

磁気エンコーダ装置は、磁気センサに対面する多極磁石を回転させ、磁気センサで多極磁石の各磁極Ｎ、Ｓの通過を検出することで、回転部材の回転を検出する構成を有する。この種の磁気エンコーダ装置としては、例えば特開２０１０−２４９５３６号公報（特許文献１）に開示されているように、自動車の車輪用軸受装置に組み込まれ、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）における車輪の回転数を検出するために用いられるものが公知である。この磁気エンコーダ装置では、磁気センサに対向する多極磁石が、磁性粉と熱可塑性樹脂とを含む磁石材料を射出成形することで形成されている。

その一方で、例えば特開２００９−８００５８号公報（特許文献２）に開示されているように、磁気エンコーダ装置として、磁気エンコーダトラックを複列に配置し、異なるトラックで検出した磁気信号の位相差に基づき、回転軸の絶対角度（回転位相）を検出できるようにしたものも知られている。

特開２０１０−２４９５３６号公報 特開２００９−８００５８号公報

特許文献１に記載されるような回転数を検出するための回転検出装置であれば、それほど高い分解能が要求されないので、検出精度に関する限り既存の製品精度でも実用上の不都合はない。これに対し、特許文献２に記載される回転軸の絶対角度を検出する回転検出装置では、単に回転数を検出するにすぎない場合と比べて格段に高い分解能と精度が必要とされる。

このように回転軸の角度を検出する場合、特許文献１記載のように樹脂および磁性粉からなる多極磁石を使用すると、回転検出装置が大きな温度変化に晒された際に、多極磁石がそのベースとなる部材（通常は、多極磁石とは別材料で形成される）から剥離し、あるいは多極磁石に割れを生じる場合がある。この剥離や割れにより、多極磁石とベースとなる部材とが同期回転せずに両者間に微少な位相ずれを生じ、そのために絶対角度の検出精度が大きく低下するおそれがある。

そこで、本発明は、温度変化が大きい環境下で回転軸の角度を検出する際の検出精度の低下を防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、回転部材に取り付けるための取り付け面を有するベース部と、ベース部をインサートして射出成形された成形部とを備え、成形部に円周方向に配列した複数の磁極を有する磁気エンコーダトラックが設けられ、磁気エンコーダトラックの各磁極を磁気センサとの対向領域で移動させることで、回転部材の角度が検出される磁気エンコーダ装置において、ベース部を、鉄を含む焼結金属で形成し、ベース部の表面うち、少なくとも成形部との接触領域に酸化被膜を有することを特徴とする。

一般に鉄粉を含む圧粉体を焼結すると、鉄粉の表面は、自己拡散によってより球形に近い形状になろうとする。そのため、焼結後の鉄粒子の表面は微小凹凸が消えて比較的滑らかな表面を呈している。これに対して、ベース部の表面に酸化被膜を形成すれば、酸化被膜の表面に微小凹凸が形成されて比表面積が増大し、また酸化被膜と射出成形材料との間に分子間力が作用する。そのため、ベース部と成形部の間で高い密着力を得ることができ、大きな温度変化が予想される使用条件下でも成形部の剥離や割れを防止することができる。従って、ベース部と成形部の微小な位相ずれを防止して、そのような条件下での回転部材の角度（例えば絶対角度）の検出精度を向上させることができる。

また、酸化被膜は焼結組織の表面を硬化させる性質を有する。従って、ベース部の取り付け面に酸化被膜を形成することで、取り付け面を硬くしてフレッティング摩耗を抑制することができる。また、酸化被膜が絶縁性を有するため、回転部材とベース部との間での局部電池の形成による金属腐食を抑制することができ、回転部材の材料選定の自由度を高めることができる。

ベース部の少なくとも取り付け面をサイジングで仕上げることにより（サイジングで仕上げた面には切削痕や研摩痕等の機械加工痕が存在しない）、取り付け面の平面度、円筒度等の表面精度を低コストに向上させることができる。そのため、取り付け面に回転部材を取り付けた場合でも、回転部材の回転中心に対して磁気エンコーダ装置を高精度の同軸度をもって回転させることができる。これにより、成形部に設けた磁気エンコーダトラックの振れ回りを防止し、高い検出精度を得ることが可能となる。

成形部の射出成形材料としては、熱可塑性樹脂と磁性粉を主成分としたものを用いることができる。

磁気エンコーダトラックに、それぞれに磁極を有する第一トラックおよび第二トラックを設けることにより、バーニャ原理を活用して回転部材の角度を精度よく検出することが可能となる。

以上に述べた磁気エンコーダ装置と、ベース部が取り付けられる回転部材と、磁気エンコーダトラックに対向する磁気センサとで回転検出装置を構成することにより、大きな温度変化が予想される状況下でも、回転部材の角度を精度よく検出することが可能となる。

本発明によれば、成形部の剥離や割れが生じにくくなるので、大きな温度変化が予想される環境下でもベース部と成形部の間での位相ずれを防止し、回転部材の角度を検出する際の検出精度の低下を防止することができる。

本発明にかかる回転検出装置（ラジアルギャップタイプ）の断面図である。 図１に示す回転検出装置を半径方向から見た平面図である。 サイジング工程を示す断面図である。 酸化被膜の形成工程を示す側面図である。 射出成形工程を示す断面図である。 着磁工程を示す断面図である。 磁気エンコーダトラックの振れ回りを説明する概略図である。 酸化被膜を形成していないベース部表面の顕微鏡写真である。 酸化被膜を形成したベース部表面の顕微鏡写真である。 本発明にかかる回転検出装置（アキシャルギャップタイプ）の断面図である。 図１０に示す回転検出装置を第一プレート側から見た正面図である。 （ａ）図、（ｂ）図とも磁極パターンの他の実施形態を示す平面図（展開図）である。 ベース部８の表面付近の断面を模式的に表すミクロ組織図である。 剥離強度の試験方法を示す断面図である。 剥離強度の試験結果を示す表である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、この実施形態の回転検出装置１の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、この回転検出装置１は、回転部材としての回転軸２と、回転軸２に取り付けられる磁気エンコーダ装置３と、ハウジング等の静止部材に取り付けられる磁気センサ４とで構成される。回転軸２は、図示しないモータ（例えばサーボモータ）等の回転駆動源により回転駆動される。

図１では、磁気エンコーダ装置３としてラジアルギャップタイプを例示している。この磁気エンコーダ装置３は、ベース部３３と成形部３４とで構成される。以下、ベース部３３および成形部３４の主要構成を説明する。

ベース部３３は、多孔質の焼結金属で円筒状に形成される。焼結金属としては、磁性体である鉄を含むものが使用される。焼結金属中の鉄の含有量は極力多くするのが好ましく、本実施形態では鉄１００ｗｔ％の焼結金属を使用している。鉄を主成分とする限り、銅や他の金属を含有した焼結金属を使用しても構わない。なお、ベース部３３に対する潤滑油の含浸は行われない。ベース部３３の外周面３３ａおよび内周面３３ｂのうち、外周面３３ａが成形部３４を介して磁気センサ４のセンシング面と対向し、内周面３３ｂが回転軸２に取り付けるための取り付け面を構成する。

ベース部３３の表面には、図１３に示すように、酸化被膜７２が形成されている。この酸化被膜７２は、焼結金属に例えばスチーム処理を施して表面にＦｅ₃Ｏ₄を生成することで形成される。酸化被膜７２は、表面に存在する鉄粒子７１を全て覆っているが、粒子７１間の大きな空孔７０は封孔されない。そのため、ベース部３３の表面には、酸化被膜７２の形成後も多数の空孔７０が開口している。スチームが互いに連通する空孔を通じて焼結体の内部にも浸透するため、表面の粒子７０間の空孔だけでなく、これに連通する、内部の粒子間に形成された空孔７０にも酸化被膜７２が形成される。但し、スチームが浸透できないベース部２２の芯部には酸化被膜７２が形成されず、互いに連通する空孔がそのまま残っている。

成形部３４は、ベース部３３の外周面３３ａ、およびベース部３３の軸方向両端部を連続して被覆しており、平板状をなす第一プレート部３４１および第二プレート部３４２と、円筒状をなす円筒部３４３とで一体に形成される。第一プレート部３４１、第二プレート部３４２、および円筒部３４３の肉厚は実質的に同一である。図１に示す実施形態において、第一プレート部３４１はベース部３３の軸方向一方側の端面３３ｃの外径側領域を覆っている。ベース部３３の軸方向他方側の端面３３ｄは軸方向の段差を有しており、第二プレート部３４２はこの段差付き端面３３ｄのうち軸方向一方側の端面３３ｄ１を覆っている。また、円筒部３４３はベース部３３の外周面３３ａを覆っている。ベース部３３の内径側の面取り３３ｅは、成形部４３には覆われずに露出している。

この実施形態において、第一プレート部３４１および第二プレート部３４２の内径寸法は何れもベース部３３の内径寸法よりも大きい。また、かつ第二プレート部３４２の内径寸法は、第一プレート部３４１の内径寸法よりも大きい。成形部３４の第一プレート部３４１の端面とベース部３３の軸方向一方側の端面３３ｃとの間には、軸方向の段差が存在するが、成形部３４の第二プレート部３４２の端面とベース部３３の軸方向他方側の端面３３ｄの一部（段差付き端面３３ｄのうち軸方向他方側の端面３３ｄ２）とは、半径方向で同一平面上にある。

図２は回転検出装置１をセンサ４側から見た平面図である。
図１および図２に示すように、成形部３４の円筒部３４３の外周面には、異なる磁極（Ｎ極およびＳ極）を周方向交互に配置した磁気エンコーダトラック３０が形成される。磁気エンコーダトラック３０は、バーニャ原理により絶対角度を検出可能としたのもので、図２に示すように、第一トラック３１と第二トラック３２とを同心で環状に複列配置した形態をなしている。

第一トラック３１および第二トラック３２のそれぞれに、Ｎ極およびＳ極からなる磁極対３１ａ，３２ａが異なる磁極を周方向交互に配置して着磁されている。本実施形態では、第一トラック３１の磁極を等ピッチλ１とし、第二トラック３２の磁極も等ピッチλ２としている。第一トラック３１おける磁極対３１ａの数（例えば３２個）は、第二トラック３２における磁極対３２ａの数（例えば３１個）と異なる。例えば第一トラック３１における磁極対３１ａを任意の数ｎとした場合、第二トラック３２には、ｎ±１で表される数の磁極対３２ａを設けることができる。これにより回転軸２の１回転を０°〜３６０°の範囲の絶対角度で検出することができる。検出可能な絶対角度の範囲を３６０°ではなく１８０°とする場合には、第二トラック３２にｎ±２で表される数の磁極対３２ａを設ければよい。この場合、回転軸２の１回転に対して０°〜１８０°の範囲の検出を２回繰り返すことになる（いわゆる２ｘモード）。同様にｎ±３とした場合には絶対角度検出範囲は１２０°となり、回転軸２の１回転に対して３回繰り返して検出することになる（いわゆる３ｘモード）。

成形部３４は、磁性粉（強磁性体）と熱可塑性樹脂とを主成分とする樹脂材料で形成される。磁性粉としては、例えばストロンチウムフェライトやバリウムフェライトなどに代表されるフェライト系磁性粉の他、ネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト、サマリウム−鉄−窒素等などに代表される希土類系磁性粉等の公知の磁性粉が使用できる。これらの磁性粉は単独で、あるいは複数組み合わせて使用される。本実施形態では、コストおよび耐候性の面で優位性を示すフェライト系磁性粉を主として使用している。なお、フェライト系の磁性粉を用いる場合、フェライトの磁気特性を向上させるためにランタンやコバルト等の希土類系元素を混合することもできる。

また、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド系の樹脂材料、例えばＰＡ１２を使用することができる。本実施形態のように薄肉（０．５ｍｍ程度）の成形部３４で高磁力を得るためには磁性粉を高充填する必要があるが、ポリアミド系は流動性に優れることからそのような要求にも応えることができる。また、本実施形態の磁気エンコーダ装置３を例えば自動車の車輪用軸受に使用する場合には、広い温度範囲で耐候性、耐薬品性等を満たすことが求められるが、ポリアミド系は要求される温度範囲（−４０℃〜＋１２０℃）でもこれらの特性を満足することができる。ポリアミド系として、ＰＡ１２の他にＰＡ６，ＰＡ６６，ＰＡ６１２等も使用可能であるが、特にＰＡ１２はこれらの中で吸水性が最も少ないので、吸水による磁気特性低下を防止するために最も好ましい。

図２に示すように、磁気センサ４は、第一トラック３１および第二トラック３２のそれぞれと対面する検出素子４ａを有する。各検出素子４ａは、トラックピッチの方向に所定距離だけ離隔させた二つの磁気検出素子等からなり、半径方向に０．３ｍｍ〜４ｍｍ程度のラジアルギャップを介して第一トラック３１および第二トラック３２のそれぞれと対向している。磁気エンコーダトラック３０を回転させることで、各トラック３２の磁極が検出素子４ａの対面領域を移動するので、二つの検出素子４ａの出力波形を比較してその位相差を求めることにより、磁気エンコーダトラック３０の絶対角度を検出することが可能となる。

次に、以上に述べた磁気エンコーダ装置３の製造工程を順次説明する。

先ず、焼結金属製のベース部３３が製作される。ベース部３３は、焼結金属の製造手法として常用される、金属粉末の圧縮成形→焼結→サイジングの各工程を経て製作される。圧縮成形工程では、鉄粉に潤滑剤を添加した原料粉末を成形して圧粉体が成形される。この圧粉体を焼結炉に移送して例えば１１２０℃で焼結することにより、Ｆｅ１００ｗｔ％の焼結素材が得られる。原料粉に添加された潤滑剤は、焼結工程中に燃焼あるいは揮散する。焼結後の焼結素材の密度は、６．２〜７．０ｇ／ｃｍ³程度である。

焼結後の焼結素材はサイジング工程に移送される。サイジングは、図３に示すように、焼結素材３３’を、その軸方向両端面３３ｃ’，３３ｄ’をパンチ１３，１４で拘束しつつダイ１１に圧入し、あるいはダイ１１に焼結素材３３’を収容してから、焼結素材３３’の軸方向両端面３３ｃ’、３３ｄ’をパンチ１３，１４で加圧することで、焼結金属素材３３’を圧迫する工程である。サイジング中は焼結金属素材３３’の内周にはコアロッド１２が挿入されている。

このサイジングにより、焼結素材３３’の外周面３３ａ’、内周面３３ｂ’、および両端面３３ｃ’，３３ｄ’がそれぞれダイ１１の内周面、コアロッド１２の外周面、および両パンチ１３，１４の端面に押し付けられて塑性変形により矯正され、各面が精度良く仕上げられる。その後、焼結金属素材３３’をダイ１１内から取り出すことで、ベース部３３が完成する。焼結素材３３’のサイジングされた面の表面粗さＲａは６．３μｍ〜１２．５μｍ程度である。

ベース部の３３の外周面３３ａ、内周面３３ｂ、および両端面３３ｃ、３３ｄは何れもサイジングされた面となるが、サイジングに伴って表面空孔が潰れるため、サイジング後の各面３３ａ〜３３ｄの表面空孔率は、内部の空孔率よりも小さくなる。ベース部３３の軸方向両端の内径角部および外径角部には、それぞれ面取り３３ｅが設けられているが、これら面取り３３ｅはサイジングされないため、面取り３３ｅの表面空孔率は上記各面３３ａ〜３３ｄの表面空孔率よりも大きい。

サイジングを経たベース部３３は、酸化被膜の形成工程に移送される。この工程では、図４に示すように、例えばベルト式のスチーム炉６５を使用してスチーム処理が行われる。スチーム炉６５のメッシュベルト上にベース部３３を順次供給し、高温蒸気で満たされた炉６５内をゆっくり通過させることにより、ベース部３３の表面が高温蒸気で酸化されて図１３に示す酸化被膜７２が形成される。なお、サイジング前に酸化被膜７２を形成したのでは、サイジングに伴って酸化被膜７２が破壊されるので、サイジング後に酸化被膜７２を形成することとする。

その後、ベース部３３は射出成形工程に移送される。この射出成形工程は、図５に示すように、ベース部３３を固定金型４０および可動金型４１内にインサートして位置決め保持し、両金型４０，４１間に形成したキャビティ４２に、上述した熱可塑性樹脂と磁性粉とを含む樹脂材料を、スプール４３およびゲート４４を介して射出することで成形部３４を成形（インサート成形）する工程である。成形部３４でのウェルド等の発生を防止するため、ゲート４４としては、ディスクゲート（フィルムゲート）を使用するのが好ましい。射出成形に際しては、キャビティ４２に磁場をかけながら磁性粉の磁化容易軸を揃える処理（磁場成形）も併せて行われる。

樹脂材料の冷却固化後、型開きを行い、図示しない押し出しピンで成形品を押し出す。成形品の押し出しと共にゲートカットが行われ、成形品が離型される。ディスクゲート４４を介して射出成形を行っているため、ゲートカットの痕跡であるゲート跡３４４（図１参照）は、成形部３４の第一プレート部３４１の内周面全周にわたって形成される。

その後、脱磁を行ってから、成形品に着磁を行って磁気エンコーダトラック３０を形成する。着磁中は、図６に示すように、成形品３９のベース部３３の内周面３３ｂがスピンドル５０に嵌合されると共に、図示しないチャック機構でベース部３３の端面、例えば軸方向他方側の端面３３ｄが着磁装置の位置決め面５１に押し付けられる。この時、位置決め精度の向上のため、成形部３４は位置決め面５１と接触させないのが好ましい。これにより、成形品３９が内周面３３ｂおよび一方の端面（本実施形態では３３ｄ）を基準として、着磁装置に対して軸方向および半径方向で位置決めされる。

この状態で磁気エンコーダトラック３０の外径側に着磁ヘッド５２を配置し、成形品をインデックス回転させながら、磁気エンコーダトラック３０の第一トラック３１と第二トラック３２のうち、どちらか一方のトラックの着磁を行う。その後、着磁ヘッド５２を軸方向にスライドさせ、同様の操作を繰り返して他方のトラックの着磁を行うことで、図１および図２に示す磁気エンコーダ装置３が完成する。なお、インデックス回転させながら複数のトラックを同時に着磁するようにしてもよく、その他、全ての磁極を同時に着磁させる方法を採用することもできる。

このようにして製作した磁気エンコーダ装置３のベース部３３の内周面（取り付け面）３３ｂに回転部材である回転軸２を固定し、ハウジングの所定位置に磁気センサ４を取り付けることで、図１および図２に示す回転検出装置１が完成する。ベース部３３と回転軸２との固定は、両者間での芯ずれ防止のために圧入で行うのが好ましいが、芯ずれを回避できる対策を講じれば、接着等の他の固定手段で固定することもできる。例えば自動車の車輪用軸受装置にこの磁気エンコーダ装置を使用する場合、車輪用軸受装置の内輪（回転部材）の外周面にベース部３３の取り付け面３３ｂが嵌合固定され、軸受外輪やナックル等の車体側の部材の所定位置に磁気センサ４が取り付けられる。

本発明の磁気エンコーダ装置３においては、ベース部３３が焼結金属で形成され、かつベース部３３の少なくとも回転軸２に対する取り付け面（内周面）３３ｂがサイジングにより仕上げられている。そのため、取り付け面３３ｂは高い平面度および円筒度を有し、かつ両端面３３ｃ、３３ｄに対する直角度や回転軸心に対する同軸度も良好なものとなる。このように取り付け面３３ｂが高い表面精度を有するため、ベース部３３の取り付け面３３ｂに回転軸２を嵌合固定して回転軸２を回転させた場合でも、磁気エンコーダトラック３０の振れ回りを小さくすることができる。そのため、回転中の磁気エンコーダトラック３０の幾何学的な誤差、さらには磁気センサ４との間のギャップ変動に基づく誤差を小さくすることができ、回転軸２の角度（例えば絶対角度）の検出精度を高めることができる。

以下、この作用効果を図７に示すモデルを用いて説明する。同図において、磁気エンコーダトラック３０の半径Ｒに対して、磁気エンコーダトラック３０の中心が回転軸心ＯからΔＲだけ偏心した位置に固定されている場合を想定すると、磁気エンコーダトラック３０に回転角θに依存したΔＲの振れ回りが発生する。これにより、ｔａｎΔθ〜ΔＲ／Ｒの大きさで変動する角度誤差（幾何学的な誤差）が観測されることになる。

例えば、複列の磁気エンコーダトラック３０を用いて１回転を１２ビット（４０９６分割）以上の分解能で測定する場合、磁気エンコーダトラック３０の各トラック３１，３２のピッチ誤差を±０．５％以下に抑えることが望まれる。Ｒ＝２５ｍｍの位置に３２極対の磁気エンコーダトラック３０を形成する場合を考えると、１磁極対に相当する回転角度は３６０°／３２＝１１．２５°なので、ピッチ誤差０．５％は、１１．２５°×０．５％＝０．０５６２５°となり、その場合、許容される偏心量はΔＲ＜Ｒｔａｎ（０．０５６２５°）＝２４．５μｍとなる。従って、ピッチ誤差を０．５％以下にするためには、ベース部３３の取り付け面３３ｂにおける公差を±２０μｍ以下に設定することが望まれる。少なくともベース部３３の取り付け面３３ｂを焼結金属で形成し、これにサイジングを施せば、取り付け面３３ｂをそのような公差範囲に収めることは容易であるので、ピッチ誤差を０．５％以下に抑えた磁気エンコーダトラック３０を低コストに提供することが可能となる。

また、振れ回り量が小さくなることで、磁気センサ４と各磁極との間のギャップ変動を抑えることができる。既存の磁気エンコーダ装置では、磁気センサ４と各磁極との間のギャップは、機械部品の加工精度や組み付け精度によって制限され、その変動幅が大きいためにギャップを小さくするには限度がある。これに対し、本発明では、磁気エンコーダトラック３０の振れ回り量が小さいため、ギャップの変動範囲を±０．１ｍｍ以下に抑えることができる。そのため、磁気センサ４と各磁極との間のギャップを詰めることができ、磁気強度の増大を通じてノイズの少ない高品質の信号を出力することが可能となる。この点からも、回転軸２の絶対角度の検出精度を高めることができる。

また、図６に示すように、磁気エンコーダトラック３０に着磁する際には、ベース部３３の取り付け面３３ｂが着磁装置のスピンドル５０に嵌合すると共に、どちらか一方の端面（本実施形態では軸方向他方側の端面３３ｄ）が位置決め面５１と当接している。着磁の際には、スピンドル５０の回転角度を基準として磁気パターンを形成するため、着磁面に振れ回りがあると、正確な角度ピッチで着磁することが困難となる。これに対し、本実施形態の構成では、被位置決め面となるベース部３３の取り付け面３３ｂおよび端面３３ｄがサイジングにより高精度に仕上げられているので、着磁装置のスピンドル５０に対するベース部３３の取り付け姿勢を安定化することができ、磁気エンコーダ装置３の使用時と同レベルの同軸状態で着磁を行うことができる。そのため、着磁中の成形部３４の振れ回りを小さくして、振れ回りによる着磁パターンの幾何学的誤差を防止することができ、これにより回転軸２の絶対角度をさらに精度良く検出することが可能となる。

異種材料からなるベース部３３と成形部３４の複合成形品を、温度変化の大きい環境下で使用した場合には、成形部３４のうちベース部３３との境界部の一部領域で剥離（浮き上がりやはがれ）や割れを生じるおそれがある。このような剥離や割れを放置すると、振動等によりベース部３３と成形部３４が同期回転せずに微小な位相ずれを生じる場合がある。特に本実施形態の磁気エンコーダ装置３のように回転軸２の絶対角度を検出する場合には、このような微小な位相ずれが絶対角度の検出精度に大きな影響を与える。

これに対し、図１３に示すように、ベース部３３の表面に酸化被膜７２を形成した状態で成形部３４を成形すれば、酸化被膜７２の表面に微小凹凸が形成されてベース部３３の比表面積が増大し、成形部４３との間の接触面積が増大する。加えて成形部３４を構成する樹脂材料がベース部３３の表面に形成された空孔７０にも入りこみ、アンカー効果を発揮する。また酸化被膜７２を形成することでベース部３３の表面の分子的な親和性が向上し、成形部３４との間に分子間力を作用させることができる。そのため、ベース部３３と成形部３４の間で高い密着力を得てベース部３３からの成形部３４の剥離等を防止することができる。これにより、ベース部３３と成形部３４の微小な位相ずれを防止し、大きな温度変化が予想される使用条件下でも回転軸２の絶対角度を精度良く検出することが可能となる。本実施形態の磁気エンコーダ装置３の構成では、ベース部３３が成形部３４で覆われるため、封孔や防錆等の観点から焼結金属製のベース部３３に酸化被膜を形成する必要性はないが、これとは別の観点から敢えて酸化被膜７２を形成することで、成形部３４の剥離強度を向上させるという独自の効果を奏することができる。

図８は酸化被膜７２を形成していない鉄系焼結組織の顕微鏡写真であり、図９は酸化被膜７２を形成した鉄系焼結組織の顕微鏡写真である。図８と図９の対比から明らかなように、酸化被膜を形成していない鉄粒子の表面は滑らかであるが（図８）、酸化被膜を形成すると、鉄粒子を覆う酸化被膜７２の表面に微小な凹凸が形成されることが理解できる（図９）。この微小凹凸が成形部３４との間の密着力の強化に寄与する。

以上に述べた効果を確認するため、図１４に示す方法で成形部３４の剥離強度の評価試験を行った。試験片として、ベース部３３と同じ組成のフランジ状の焼結金属材７３に成形部３４と同じ組成の樹脂材７４をインサート成形したものを使用し、これを台座７５で支持しながら樹脂材７４に一定荷重を与えて樹脂材７４と焼結材７３の剥離程度を評価した。試験機として株式会社エー・アンド・デイのテンシロン万能試験機ＵＴＭ−５Ｔを使用し、クロスヘッドスピードは５ｍｍ／ｍｉｎに設定した。ロードセルはフルスケール５０ｋｇｆとした。

図１５に試験結果を示す。同図に示す評価のうち、×は界面が完全に剥離したことを表し、△は界面の面積の５０％以上が剥離したことを表し、○は界面面積の５０％未満が剥離したことを表す。図１５の試験結果から明らかなように、スチーム処理より酸化被膜を形成することで、未処理品に比べ、剥離強度が向上することが明らかである。また、この試験結果から、スチーム処理の炉内温度として５３０〜５７０℃の範囲（好ましくは５５０℃〜５７０℃）が適切であり、スチーム処理を行う時間としては２５分程度が適切であることも判明した。

なお、酸化被膜７２の好ましい生成量を、断面組織観察により計測した酸化被膜７２の膜厚Ｔで表すと、１μｍ≦Ｔ≦１０μｍ程度である。この下限値を下回ると十分な剥離強度が得られず、上限値を上回ると、酸化被膜７２が過剰に生成されて表面の空孔７０が封孔されるため、却って成形部３４が剥離しやすくなる。

ところで、酸化被膜７２は焼結組織の表面を硬化させる性質も有する。従って、ベース部３３の取り付け面３３ｂに酸化被膜７２を形成することで、取り付け面３３ｂを硬くすることができ、これによって回転軸２との間で生じるフレッティング摩耗を抑制することが可能となる。また、酸化被膜７２は絶縁性を有するため、回転軸２とベース部３３との間での局部電池の形成による金属腐食を抑制することができる。従って、かかる現象を考慮して回転軸２の材料を選定する必要がなく、回転軸２の材料選定の自由度を高めることができる。

以上に述べた作用効果を奏するため、酸化被膜７２はベース部３３の表面のうち、少なくとも成形部３４との接触領域に形成し、あるいは少なくとも該接触領域と取り付け面３３ｂとに形成すれば足りる。もちろんベース部３３の全表面に酸化被膜７２を形成しても構わない。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態の説明において、図１および図２に示す実施形態と共通する構成および部材には共通の参照符号を付して重複説明を省略する。

図１０および図１１は、アキシャルギャップタイプの回転検出装置１の断面図および平面図である。この実施形態においても、複列の磁気エンコーダトラック３０が成形部３４に形成されている。また、ベース部３３が焼結金属で形成されると共に、少なくとも取り付け面３３ｂ、さらに好ましくはベース部３３の全面３３ａ〜３３ｄがサイジングで仕上げられている。ベース部３３のサイジング後にベース部３３の表面に酸化被膜７２が形成され、その後、成形部３４が図５と同様の手法で射出成形されている。このアキシャルギャップタイプの磁気エンコーダ装置３において、磁気センサ４に対向する磁気エンコーダトラック３０は第一プレート部３４１に形成されている。磁気エンコーダトラック３０は、半径方向に離隔した第一トラック３１と第二トラック３２とを有する。

以上の説明では、成形部３４の射出成形材料として熱可塑性樹脂と磁性粉を主成分とするものを例示したが、射出成形材料としては着磁可能でかつ射出成形可能である限り任意の材料を使用することができる。例えばゴムと磁性粉を主成分とする射出成形材料で成形部３４を成形することもできる。

また、以上の説明では、成形部３４に形成する複列の磁気エンコーダトラック３０として、第一トラック３１と第二トラック３２の磁極対の数を異ならせると共に、第一トラック３１の磁極を等ピッチλ１とし、第二トラック３２の磁極を等ピッチλ２としたものを説明したが、磁気エンコーダトラック３０の磁極パターンはこれに限定されず、回転軸２の絶対角度を検出可能なあらゆる磁極パターンを採用することができる。例えば図１２（ａ）に示すように、第一トラック３１と第二トラック３２で磁極対の数を同じにすると共に、第一トラック３１および第二トラック３２のそれぞれで磁極ピッチを不等ピッチにすることもできる。この他、図１２（ｂ）に示すように、第一トラック３１を、異なる磁極を交互に等ピッチで形成した回転検出用トラックとすると共に、第二トラック３２を、回転基準位置検出用の磁極を周方向の一カ所もしくは複数個所に形成した、インデックス信号（Ｚ相）生成用トラックとしてもよい。

以上に述べた回転検出装置１は、回転軸２の絶対角度の検出が求められる用途に適用することができ、例示した車輪用軸受装置の他、ロボットの関節部分、精密位置決め装置をはじめ、各種産業機器に広く用いることが可能である。

１ 回転検出装置
２ 回転軸（回転部材）
３ 磁気エンコーダ装置
４ 磁気センサ
３０ 磁気エンコーダトラック
３１ 第一トラック
３２ 第二トラック
３３ ベース部
３３ａ 外周面
３３ｂ 内周面（取り付け面）
３３ｃ 軸方向一方側の端面
３３ｄ 軸方向他方側の端面
３４ 成形部
３４１ 第一プレート部
３４２ 第二プレート部
３４３ 円筒部
３４４ ゲート跡
７２ 酸化被膜

Claims (6)

1. 回転部材に取り付けるための取り付け面を有するベース部と、ベース部をインサートして射出成形された成形部とを備え、成形部に円周方向に配列した複数の磁極を有する磁気エンコーダトラックが設けられ、磁気エンコーダトラックの各磁極を磁気センサとの対向領域で移動させることで、回転部材の角度が検出される磁気エンコーダ装置において、
   ベース部を、鉄を含む焼結金属で形成し、ベース部の表面うち、少なくとも成形部との接触領域に酸化被膜を有することを特徴とする磁気エンコーダ装置。
2. さらにベース部の取り付け面に酸化被膜を形成した請求項１記載の磁気エンコーダ装置。
3. ベース部の少なくとも取り付け面をサイジングで仕上げた請求項１記載の磁気エンコーダ装置。
4. 成形部の射出成形材料として、熱可塑性樹脂と磁性粉を主成分とするものを用いた請求項１記載の磁気エンコーダ装置。
5. 磁気エンコーダトラックに、それぞれに磁極を有する第一トラックおよび第二トラックを設けた請求項１記載の磁気エンコーダ装置。
6. 請求項１に記載した磁気エンコーダ装置と、ベース部材が取り付けられる回転部材と、磁気エンコーダトラックに対向する磁気センサとを有する回転検出装置。