JP6333538B2 - 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、ベース部と成形部を異種材料で形成し、ベース部に第一係合部を設けると共に、成形部に前記第一係合部と円周方向で係合する第二係合部を設け、第一係合部と第二係合部とで回り止めを構成したことを特徴とする。この場合、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のが好ましい。

かかる構成から、ベース部の第一係合部と成形部の第二係合部とが円周方向で係合して回り止めとして機能するため、温度変化で成形部の一部がベース部から剥離等した際にも、ベース部と成形部の微小な位相ずれを防止することができる。そのため、回転部材の角度を精度良く検出することが可能となる。

成形部の第二係合部を、ベース部の第一係合部を成形型にして成形することにより、第一係合部と第二係合部を隙間なく密着させることができる。従って、ベース部と成形部の間の微小な位相ずれをより確実に防止することができる。

回り止めを磁気センサと対向させて配置すれば、回り止めの近傍で磁界や磁力線の乱れを生じ、検出精度の低下を招く。これに対し、回り止めを磁気センサと対向しない領域に配置することにより、かかる問題を回避することができる。

また、回り止めを、成形部を射出成形する際の射出成形材料の流動方向下流側に設けることにより、射出成形材料の流れが乱れることによる回り止め周辺での磁気エンコーダトラックの着磁精度の低下を回避し、検出精度を高めることができる。

ベース部を円筒状とし、成形部に、ベース部の軸方向一方側の端面を覆う第一プレート部と、ベース部の軸方向他方側の端面を覆う第二プレート部と、ベース部の外周面を覆う円筒部とを設け、かつ成形部を、第一プレート部から円筒部を経て第二プレート部に至るまで連続して形成するのが好ましい。

射出成形工程におけるゲートは、第一プレート部の内周面に設けるのが好ましい。この場合、離型後の成形品の第一プレート部の内周面にゲート跡が形成される。この時、第一プレート部が射出成形材料の流動方向上流側となり、第二プレート部が射出成形材料の流動方向下流側となる。ゲートをディスクゲートとすれば、成形部でのウェルド等の発生を防止することができる。この場合、ゲート跡が第一プレート部の内周面全周にわたって形成される。

ベース部を焼結金属で形成し、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。そのため、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することができる。

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。

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。 図１に示す回転検出装置を第二プレート部側から見た正面図である。 サイジング工程を示す断面図である。 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。 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８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。 図８に示す磁気エンコーダ装置を第二プレート側から見た正面図である。 （ａ）図は磁気エンコーダ装置の断面図、（ｂ）図は磁気エンコーダ装置を第一プレート部側から見た正面図である。 （ａ）図は磁気エンコーダ装置の断面図、（ｂ）図は磁気エンコーダ装置を第二プレート部側から見た正面図である。 （ａ）図は磁気エンコーダ装置の断面図、（ｂ）図は磁気エンコーダ装置を第二プレート部側から見た正面図である。 （ａ）図は磁気エンコーダ装置の断面図、（ｂ）図は磁気エンコーダ装置を第二プレート部側から見た正面図である。 （ａ）図は磁気エンコーダ装置の断面図（同図（ｂ）のＸ−Ｘ線断面図）、（ｂ）図は磁気エンコーダ装置を第二プレート部側から見た正面図である。 回転検出装置の他の実施形態を示す断面図である。 （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。 磁気センサと対向する領域に回り止めを形成した場合のデメリットを説明する図で、（ａ）図が平面図であり、（ｂ）図が断面図である。

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、銅を主成分とする銅系、銅および鉄を主成分とする銅鉄系、並びに鉄を主成分とする鉄系の何れも使用できるが、ベース部３３は磁性体であるのが好ましく、そのために鉄の含有量を極力多くするのが好ましい。本実施形態では鉄系の焼結金属（Ｆｅ：１００ｗｔ％）を使用している。多孔質のベース部３３に対する潤滑油の含浸は行われていない。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。

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、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。

図３は磁気エンコーダ装置３を軸方向他方側（第二プレート部３４２側）から見た正面図である。図３に示すように、円筒状をなすベース部３３の軸方向他方側の端部には、その外周面の円周方向一部領域を半径方向に除肉した形態の除肉部３６が形成される（以下、「半径方向の除肉部」と呼ぶ）。図３は、平面状にした除肉部３６を例示している。成形部３４の第二プレート部３４２の内周面には、除肉部３６と対応して内径側に突出させた突出部３７が形成されている。この除肉部３６と突出部３７は密着状態にあり、かつ円周方向で係合した状態にある。

除肉部３６と突出部３７のうち、回転軸２に直接回転駆動されるベース部３３の除肉部３６が第一係合部を構成し、回転軸２に直接回転駆動されない成形部３４の突出部３７が第二係合部を構成する。第一係合部３６と第二係合部３７は、ベース部３３と成形部３４の微小な位相ずれを防止する回り止め３８として機能する。

図３では、この回り止め３８を半径方向で対向する円周方向二カ所に設けているが、円周方向の一カ所のみに形成し、あるいは円周方向の三箇所以上に形成することもできる（図１２等参照）。

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。この圧粉体の段階で、その軸方向一端部外周に除肉部３６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。

サイジングは、図４に示すように、焼結後の焼結素材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。

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。また、除肉部３６もサイジングされないため、面取り３３ｅと同様に、除肉部３６の表面空孔率は上記各面３３ａ〜３３ｄの表面空孔率よりも大きくなる。

このようにして製作されたベース部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。この成形部３４の成形と同時に、ベース部３３の除肉部３６を成形型として突出部３７が成形される。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４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とになる。

これに対し、図３に示すように、ベース部３３の除肉部３６（第一係合部）と成形部３４の突出部３７（第二係合部）とを円周方向で係合させて回り止め３８を構成すれば、仮に成形部３４が剥離等した場合でも、ベース部３３と成形部３４の円周方向の位相ずれを防止することができる。そのため、磁気エンコーダ装置３を温度変化が大きい使用条件下で使用する場合でも、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。

特に本実施形態の構成では、図５に示すインサート成形時に、突出部３７（第二係合部）が除肉部３６（第一係合部）を成形型として成形されるので、成形後は第一係合部３６と第二係合部３７を隙間なく密着させることができ、ベース部３３と成形部３４の間の微小な位相ずれをより確実に防止することができる。

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〜図３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８および図９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、図８に示すように、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。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。また、図１０に示すように、ベース部３３と第二プレート部３４２との間に、図３の実施形態と同様に、半径方向の除肉部３６（第一係合部）および突出部２７（第二係合部）からなる回り止め３８が設けられている。

図１１（ａ）（ｂ）は、回り止め３８の他の実施形態を示すもので、ベース部３３に、その端面３３ｃの一部領域を軸方向に除肉した形態の除肉部３６（以下、「軸方向の除肉部」と称する）を形成すると共に、成形部３４に、除肉部３６に対応する軸方向の突出部３７を形成して回り止め３８を構成した場合を示す。この実施形態では、軸方向の除肉部３６として、ベース部３３に端面３３ｃに形成した円孔状の凹部を例示している。かかる構成でも、第一係合部となる除肉部３６と第二係合部となる突出部３７とが密着し、かつ円周方向で係合するため、ベース部３３と成形部３４の間の回り止め３８を構成することができる。

図１１（ａ）（ｂ）に示す実施形態では、成形部３４のうち、ゲート側（ゲート跡３４４への接近側）となる第一プレート部３４１とベース部３３との間に回り止め３８を設けており、この点が反ゲート側（ゲート跡３４４からの遠方側）となる第二プレート部３４２とベース部３３との間に回り止め３８を設けた図１〜図３の実施形態と異なる。射出成形時のキャビティ４２（図５参照）内での樹脂材料の流動を乱さないためにも、図１〜図３に示す実施形態のように、回り止め３８は樹脂材料の流動方向下流側である第二プレート部３４２とベース部３３との間に形成するのが好ましい。但し、この点についての影響が軽微である場合には、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、樹脂材料の流動方向上流側である第一プレート部３４１とベース部３８の間に回り止め３８を設けることができる。

この他、図１８（ａ）（ｂ）に示すように、成形部３４の円筒部３４３とベース部３３３の間に回り止め３８を設けることも考えられるが、ラジアルギャップタイプにおいてかかる構成を採用すると、円筒部３４に設けた磁気エンコーダトラック３０の磁界や磁力線が回り止め３８の周辺で乱れるため、検出精度に悪影響を及ぼす。これを防止するため、回り止め３８はセンサ４と対向しない領域、すなわち第一プレート部３４１とベース部３３の間や、第二プレート部３４２とベース部３３の間に形成するのが好ましい。

以上を勘案すれば、ラジアルギャップタイプ（図１〜図３、および図１１（ａ）（ｂ）に示す実施形態）、およびアキシャルギャップタイプ（図８〜図１０に示す実施形態）を問わず、回り止め３８は、成形部３４のうち、センサ４と対向せず、かつ樹脂材料の流動方向下流側（磁気センサ４との対向面よりも下流側）となる第二プレート部３４２とベース部３３の間に設けるのが最も好ましい。

図１２（ａ）（ｂ）〜図１５（ａ）（ｂ）に回り止め３８の他の実施形態を示す。

図１２（ａ）（ｂ）〜図１４（ａ）（ｂ）は、半径方向の除肉部３６の他の実施形態を示すものであり、このうち、図１２（ａ）（ｂ）および図１３（ａ）（ｂ）は凹円筒面状に形成した除肉部３６を示している。図１２（ａ）（ｂ）では、図１３（ａ）（ｂ）よりも円筒面の曲率半径を大きくしてある。また、図１２（ａ）（ｂ）では、除肉部３６の円周方向両端と、これと円周方向で隣接するベース部３３の外周面とを凸円筒面を介して滑らかにつなげている。また、図１４（ａ）（ｂ）は、断面Ｖ字状に形成された除肉部３６を示している。

図１５（ａ）（ｂ）は、軸方向の除肉部３６の他の実施形態を示すもので、円周方向に延びる長孔状の除肉部３６を形成した場合を例示している。

図１２（ａ）（ｂ）〜図１５（ａ）（ｂ）の何れの実施形態でも、突出部３７は除肉部３６と密着する形状をなしている。なお、図１２（ａ）（ｂ）〜図１５（ａ）（ｂ）に示す各回り止め３８の形態は、図８〜図１０に示すアキシャルギャップタイプの磁気エンコーダ装置３にも同様に適用することができる。

図１２（ａ）（ｂ）〜図１４（ａ）（ｂ）に示すように半径方向の除肉部３７を形成した場合、除肉部３７の円周方向両端と、これと円周方向で隣接するベース部３３の外周面との間のコーナー部ｃがエッジであると、ベース部３３と成形部３４の熱膨張係数の差に起因して生じた熱応力により、エッジ部分に対向する成形部３４で剥離や割れ等を生じるおそれがある。これを防止するため、コーナー部ｃはアール形状にするのが好ましい。この時のコーナー部ｃの曲率半径としては、０．５〜８ｍｍ程度が好ましい（図３に示す実施形態のコーナー部ｃでも同じ）。０．５ｍｍを下回ると応力集中による破壊が生じやすくなり、８ｍｍを上回ると回り止めとしての効果が低減する。

以上の各実施形態では、ベース部３３として円筒状の焼結金属を用いる場合を例示したが、ベース部３３の形状や材質はこれには限定されない。例えば図１６に示すように、ベース部３３を断面Ｌ字型として溶製金属材（例えば金属板のプレス加工品）で形成し、これをインサートして成形部３４を射出成形することもできる。この場合も、温度変化が大きくなると、ベース部３３に対し、ベース部３３と異種材料からなる成形部３４が剥離し、ベース部３３と成形部３４の間の微小な位相ずれを生じる場合があるが、各実施形態で述べた回り止め３８を設けることでかかる事態を防止することができる。この回り止め３６を構成する除肉部３６は、ベース部３３をプレス加工する際に同時に形成することができる。

図１６に示す実施形態では、ベース部３３の内周面（取り付け面３３ｂ）を円筒状の回転部材６１の外周面に圧入固定し、さらに回転部材６１の内周に回転軸２を圧入固定している。この場合、回転部材６１を焼結金属で形成し、かつその内周面にサイジングを施すことで、各実施形態と同様に磁気エンコーダトラック３０の振れ回りを抑制し、回転軸２の絶対角度を検出することが可能となる。

また、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。

さらに、以上の説明では、回り止め３８を構成する除肉部３６および突出部３７のうち、除肉部３６をベース部３３に形成し、突出部３７を成形部３４に形成する場合を例示しているが、これとは逆に突出部３４をベース部３３に形成し、除肉部３６を成形部３４に形成してもよい。

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１７（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１７（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
３６ 除肉部（第一係合部）
３７ 突出部（第二係合部）
３８ 回り止め

Claims (9)

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、
   ベース部と成形部を異種材料で形成し、ベース部に第一係合部を設けると共に、成形部に前記第一係合部と円周方向で係合する第二係合部を設け、第一係合部と第二係合部とで回り止めを構成し、
   回り止めを、磁気センサと対向しない領域に配置し、
   回り止めを、成形部を射出成形する際の射出成形材料の流動方向下流側に設けたことを特徴とする磁気エンコーダ装置。
2. 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、
   ベース部と成形部を異種材料で形成し、ベース部に第一係合部を設けると共に、成形部に前記第一係合部と円周方向で係合する第二係合部を設け、第一係合部と第二係合部とで回り止めを構成し、
   ベース部を円筒状とし、成形部に、ベース部の軸方向一方側の端面を覆う第一プレート部と、ベース部の軸方向他方側の端面を覆う第二プレート部と、ベース部の外周面を覆う円筒部とを設け、かつ成形部を、第一プレート部から円筒部を経て第二プレート部に至るまで連続して形成したことを特徴とする磁気エンコーダ装置。
3. 第一プレート部の内周面にゲート跡を有する請求項２記載の磁気エンコーダ装置。
4. 成形部の第二係合部を第二プレート部に形成した請求項３記載の磁気エンコーダ装置。
5. 前記ゲート跡が第一プレート部の内周面全周にわたって形成されている請求項３記載の磁気エンコーダ装置。
6. 成形部の第二係合部を、ベース部の第一係合部を成形型にして成形した請求項１または２記載の磁気エンコーダ装置。
7. ベース部を焼結金属で形成し、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または２記載の磁気エンコーダ装置。
8. 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または２記載の磁気エンコーダ装置。
9. 請求項１または２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。

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