JP6424481B2

JP6424481B2 - 磁気エンコーダ及びその製造方法

Info

Publication number: JP6424481B2
Application number: JP2014120145A
Authority: JP
Inventors: 正行滝; 斎藤　充; 充斎藤
Original assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Current assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: EP2963424B1; US20160025515A1; JP2015232535A; EP2963424A1; CN105277219B; CN105277219A; US9885733B2

Description

本発明は、金属製の円環状固定部材、及び前記円環状固定部材の内向きフランジ部のセンサ対向面に取り付けられた円環状プラスチック磁石からなるアキシャル型の磁気エンコーダ及びその製造方法に関する。

回転体の回転速度（回転数）を検出する際に用いられる磁気エンコーダ装置は、様々な用途に用いられており、回転体に取り付けるための円環状固定部材、及び前記固定部材に固定され、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に多極に着磁した円環状磁石部材からなる磁気エンコーダと、前記磁石部材の回転を検知するために、前記磁石部材に対向するように非回転体に取り付けられるセンサとからなる。
ここで、アキシャル型の磁気エンコーダを取り付ける回転体に対してセンサによる磁気読み取り径が小さい場合には、前記回転体に嵌合する円環状固定部材を、円筒部及び前記円筒部の端縁から径方向内方へ延びる内向きフランジ部からなる形状とし、前記内向きフランジ部に円環状磁石部材を固定してなる磁気エンコーダが用いられる（例えば、特許文献１の図３、及び特許文献２の図１〜図１３参照。以下において、「内向きフランジ型磁気エンコーダ」という。）。

このような内向きフランジ型磁気エンコーダにおいて、機械的結合力により円環状プラスチック磁石の円環状固定部材からの脱落を抑制して、これらの結合信頼性を向上するために、円環状プラスチック磁石の内周部に、円環状固定部材の内向きフランジ部のセンサ対向面から裏面へ回り込む回り込み形状による結合部を形成したものがある（特許文献２の図２、図１１参照）。

特開２００３−１５６０５９号公報特開２００７−２７１５０６号公報

図７（ａ）の縦断面図、及び図７（ｂ）の部分縦断斜視図に示す、回り込み形状による結合部Ｃを備えた従来のアキシャル型の磁気エンコーダ１Ａを、図８（ａ）の要部拡大縦断面図に示すように回転体である内輪９に取り付ける場合は、回り込み形状による結合部Ｃが内輪９と干渉しないように取り付けることができるため、問題が生じない。
しかしながら、図８（ｂ）の要部拡大縦断面図に示すように磁気エンコーダ１Ａを回転体である外輪１０に取り付ける場合、磁気エンコーダ１Ａにより外輪１０の端面が隠れてしまうので、磁気エンコーダ１Ａを組み付ける際の軸方向の基準面となる外輪１０の端面に内向きフランジ部２Ｂを密着させる必要がある（特許文献１の図３も参照）。
したがって、回り込み形状による結合部Ｃがあると、図８（ｂ）のように外輪１０と干渉することから、回り込み形状による結合部Ｃを無くした形状にする必要があるため（特許文献１の図３参照）、回転体が外輪１０である場合には、円環状固定部材及び円環状プラスチック磁石の結合信頼性を向上できないという問題点がある。
なお、プラスチック製である回り込み形状による結合部Ｃを外輪１０の端面に当接させた状態で磁気エンコーダ１Ａを軸方向に位置決めした場合、磁気エンコーダ１Ａの軸方向の位置決め精度が悪くなるとともに、回り込み形状による結合部Ｃが破損する恐れがある。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、外輪に取り付ける場合であっても円環状固定部材及び円環状プラスチック磁石の結合信頼性を向上できる磁気エンコーダを提供する点にある。

本発明に係る磁気エンコーダは、前記課題解決のために、回転体に取り付けられる円筒部、及び前記円筒部の端縁よりも径方向内方へ延びる内向きフランジ部を含む円環状固定部材、並びに前記内向きフランジ部のセンサ対向面に取り付けられた円環状プラスチック磁石からなる、前記円環状プラスチック磁石の内周部に、前記センサ対向面から裏面へ回り込む回り込み形状による結合部を備えたアキシャル型の磁気エンコーダであって、
前記内向きフランジ部の内径側部分に、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分を前記回転体に当接させた状態で、前記回転体から離間する離間内周部を形成し、前記円環状プラスチック磁石の内周部を前記離間内周部の裏面へ回り込ませるとともに、前記離間内周部の裏面へ回り込んだ前記円環状プラスチック磁石の回り込み形状による結合部が、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分よりも前記回転体に近づかない形状であり、
前記離間内周部は、前記内向きフランジ部の内径側部分を段押し加工して形成された段押し加工部であり、
前記内向きフランジ部の内径側部分に形成された前記段押し加工部の段差ｅ（ｍｍ）は、
０．１５ｍｍ≦ｅ≦０．５ｍｍであり、
前記段押し加工部の外径（直径）ｄ２（ｍｍ）は、前記内向きフランジ部の内径（直径）ｄ１（ｍｍ）に対して、
（ｄ１＋０．３ｍｍ）≦ｄ２≦（ｄ１＋２．０ｍｍ）であることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気エンコーダの製造方法は、前記課題解決のために、回転体に取り付けられる円筒部、及び前記円筒部の端縁よりも径方向内方へ延びる内向きフランジ部を含む円環状固定部材をプレス成形により製作するプレス成形工程と、金型内に前記円環状固定部材を配置した状態で前記金型内に溶融したプラスチック磁石材料を射出する射出成形工程とを含む、円環状プラスチック磁石からなるアキシャル型の磁気エンコーダの製造方法であって、
前記プレス成形工程を経た前記円環状固定部材に対し、前記内向きフランジ部の内径側部分に、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分を前記回転体に当接させた状態で、前記回転体から離間する離間内周部をプレス加工又は機械加工により形成する工程を備えるとともに、前記射出成形工程により前記円環状固定部材に取り付ける前記円環状プラスチック磁石の形状を規定する前記金型を、前記円環状プラスチック磁石の内周部を前記離間内周部の裏面へ回り込ませるとともに、前記離間内周部の裏面へ回り込んだ前記円環状プラスチック磁石の回り込み形状による結合部が、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分よりも前記回転体に近づかない形状としてなることを特徴とする。

以上のような本発明に係る磁気エンコーダ、及び本発明に係る磁気エンコーダの製造方法により製造された磁気エンコーダによれば、円環状固定部材の内向きフランジ部の内径側部分に内向きフランジ部の裏面の外径側部分を回転体に当接させた状態で、回転体から離間する離間内周部を形成し、円環状プラスチック磁石の内周部を離間内周部の裏面へ回り込ませるとともに、離間内周部の裏面へ回り込んだ円環状プラスチック磁石の回り込み形状による結合部が、内向きフランジ部の裏面の外径側部分よりも回転体に近づかない形状であるので、円環状固定部材の内向きフランジ部の裏面の外径側部分を回転体に当接させることにより、回転体の基準面に対して磁気エンコーダを軸方向に位置決めできる。
その上、円環状固定部材の内向きフランジ部の裏面の外径側部分を回転体に当接させても、円環状プラスチック磁石の回り込み形状による結合部が、内向きフランジ部の裏面の外径側部分よりも回転体に近づかない形状であるため、前記回り込み形状による結合部が破損しない。
その上さらに、円環状プラスチック磁石の回り込み形状による結合部が円環状プラスチック磁石の内周部に形成した離間内周部の裏面へ回り込んでいるため、回り込み形状による結合部の機械的結合力により円環状固定部材及び円環状プラスチック磁石の結合信頼性を向上できる。

本発明の実施の形態１に係る磁気エンコーダを示しており、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は部分縦断斜視図である。同磁気エンコーダを回転体である外輪に取り付けた状態を示す要部拡大縦断面図である。同磁気エンコーダを示す要部拡大縦断面図であり、（ａ）は円環状固定部材、（ｂ）は磁気エンコーダである。実施の形態２に係る磁気エンコーダを示す要部拡大縦断面図であり、（ａ）は円環状固定部材、（ｂ）は磁気エンコーダである。実施の形態３に係る磁気エンコーダを示す要部拡大縦断面図であり、（ａ）は円環状固定部材、（ｂ）は磁気エンコーダである。実施の形態４に係る磁気エンコーダを示す要部拡大縦断面図であり、（ａ）は円環状固定部材、（ｂ）は磁気エンコーダである。従来の内向きフランジ型磁気エンコーダを示しており、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は部分縦断斜視図である。（ａ）は従来の内向きフランジ型磁気エンコーダを回転体である内輪に取り付けた状態を示す要部拡大縦断面図であり、（ｂ）は従来の内向きフランジ型磁気エンコーダを回転体である外輪に取り付ける際の問題点を説明するための要部拡大縦断面図である。

次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。

実施の形態１．
図１（ａ）の縦断面図、図１（ｂ）の部分縦断斜視図、図２の要部拡大縦断面図、及び図３（ｂ）の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態１に係るアキシャル型の磁気エンコーダ１は、内向きフランジ型であり、円環状固定部材２、及び円環状固定部材２に取り付けられた円環状プラスチック磁石３により構成される。
図３（ａ）の要部拡大縦断面図に示す円環状固定部材２は、回転体である外輪１０（図２参照）に取り付けられる円筒部２Ａ、及び円筒部２Ａの端縁から径方向内方へ延びる内向きフランジ部２Ｂからなり、プレス成形工程によりステンレス鋼製の板材から製作される。
すなわち、円環状固定部材２を絞り加工により図７及び図８のような一般的な形状にプレス成形した後、内向きフランジ部２Ｂの内径側部分を段押し加工することにより、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分を図２のように外輪１０に当接させた状態で外輪１０から離間する離間内周部Ｄである段押し加工部４を形成する。

円環状プラスチック磁石３は、図３（ａ）の円環状固定部材２をインサート品とした射出成形工程により、円環状固定部材２の、図２に示すセンサ８が対向する面（以下、「センサ対向面」という）Ａに取り付けられる。すなわち、円環状固定部材２の円環状プラスチック磁石３との接合面（センサ対向面Ａ）に熱硬化性樹脂接着剤を塗布して金型内に配置した状態で、前記金型内に溶融した円環状プラスチック磁石材料を射出することにより、円環状固定部材２と円環状プラスチック磁石３とが一体化される。
ここで、前記熱硬化性樹脂接着剤としては、一般の磁気エンコーダに使用されているものであればよく、例えば、フェノール樹脂系接着剤やエポキシ樹脂系接着剤等が挙げられる。なお、前記接着剤は必須のものではなく、要求仕様等によっては前記接着剤を無くしてもよい。

円環状プラスチック磁石３は、磁性体粉、バインダ、及び添加剤が含まれた磁石材料によって形成される。
ここで、磁性体粉としては、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライト等のフェライト系磁性粉末の他、ネオジム系やサマリウム系等の希土類磁性粉末が好適に使用できる。
また、バインダとしては、ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ１２、ＰＡ６１２等）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性脂材料が好適に使用できる。
さらに、添加剤としては、カーボンファイバー等の有機系添加剤や、ガラスビーズ、ガラスファイバー、タルク、マイカ、窒化珪素（セラミック）、及び結晶性（非結晶性）シリカ等の無機系添加剤が好適に使用できる。

円環状プラスチック磁石３の内周部には、センサ対向面Ａから離間内周部Ｄである段押し加工部４の裏面へ回り込んだ回り込み形状による結合部Ｃが形成される。また、回り込み形状による結合部Ｃは、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分よりも外輪１０に近づかない形状とされる。
例えば、回り込み形状による結合部Ｃの段押し加工部４の裏面に回り込んだ部分は、図２及び図３（ｂ）に示すように、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分と面一になるように形成される。
すなわち、前記射出成形工程により円環状固定部材２に取り付ける円環状プラスチック磁石３の形状を規定する前記金型は、円環状プラスチック磁石３の内周部を、円環状固定部材２の離間内周部Ｄである段押し加工部４の裏面へ回り込ませるとともに、段押し加工部４の裏面へ回り込んだ円環状プラスチック磁石３の回り込み形状による結合部Ｃが、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分と面一になる形状とされる。

ここで、図３（ａ）に示す円環状固定部材２に形成する離間内周部Ｄである段押し加工部４の段差ｅは、０．１５〜０．５ｍｍの範囲とするのが好ましく、ｅ＜０．１５ｍｍでは樹脂が流れず、ｅ＞０．５ｍｍではセンサ対向面Ａ側の円環状プラスチック磁石３の内径側部分の厚みが薄くなって強度が低下する。
また、離間内周部Ｄである段押し加工部４の外径（直径）ｄ２は、円環状固定部材２の内向きフランジ部２Ｂの内径（直径）ｄ１よりも０．３〜２．０ｍｍ大きい範囲（（ｄ１＋０．３ｍｍ）≦ｄ２≦（ｄ１＋２．０ｍｍ））とするのが好ましく、ｄ２＜（ｄ１＋０．３ｍｍ）では成形収縮等により所要の結合強度が得られず、ｄ２＞（ｄ１＋２．０ｍｍ）では樹脂充填不足等により機械結合強度が低下する。

以上のような構成の磁気エンコーダ１によれば、図２のように円環状固定部材２の内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分を回転体である外輪１０に当接させることにより、外輪１０の基準面に対して磁気エンコーダ１を軸方向に位置決めできる。
また、円環状固定部材２の内向きフランジ部２Ａの裏面Ｂの外径側部分を外輪１０に当接させても、円環状プラスチック磁石３の回り込み形状による結合部Ｃが、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分よりも外輪１０に近づかない形状であるため、回り込み形状による結合部Ｃが破損しない。
さらに、円環状プラスチック磁石３の回り込み形状による結合部Ｃが円環状プラスチック磁石３の内周部に形成した離間内周部Ｄの裏面へ回り込んでいるため、回り込み形状による結合部Ｃの機械的結合力により円環状固定部材２及び円環状プラスチック磁石３の結合信頼性を向上できる。

以下の実施の形態２〜４に、円環状固定部材２の内向きフランジ部２Ｂの内径側部分に、プレス加工又は機械加工により形成される離間内周部Ｄの変形例を示す。

実施の形態２．
円環状固定部材２を絞り加工により図７及び図８のような一般的な形状にプレス成形した後、図４（ａ）の要部拡大縦断面図に示すように、内向きフランジ部２Ｂの内径側部分を曲げ加工することにより、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分を外輪１０（図２参照）に当接させた状態で外輪１０から離間する離間内周部Ｄである、径方向内方へ行くにしたがって外輪１０からの離間距離が大きくなる曲げ加工部５を形成する。

図４（ａ）の円環状固定部材２をインサート品として金型内に配置した状態で射出成形を行うことにより、図４（ｂ）の要部拡大縦断面図に示すように、円環状プラスチック磁石３の内周部には、センサ対向面Ａから離間内周部Ｄである曲げ加工部５の裏面へ回り込んだ回り込み形状による結合部Ｃが形成される。また、回り込み形状による結合部Ｃは、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分よりも外輪１０に近づかない形状とされ、例えば、離間内周部Ｄである曲げ加工部５の裏面に回り込んだ部分は、図４（ｂ）に示すように、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分と面一になるように形成される。
以上のような実施の形態２の磁気エンコーダ１は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。

実施の形態３．
円環状固定部材２を絞り加工により図７及び図８のような一般的な形状にプレス成形した後、図５（ａ）の要部拡大縦断面図に示すように、内向きフランジ部２Ｂの内径側部分を面押し又は旋削することにより、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分を外輪１０（図２参照）に当接させた状態で外輪１０から離間する離間内周部Ｄである、径方向内方へ行くにしたがって外輪１０からの離間距離が大きくなるように傾斜する裏面傾斜加工部６を形成する。

図５（ａ）の円環状固定部材２をインサート品として金型内に配置した状態で射出成形を行うことにより、図５（ｂ）の要部拡大縦断面図に示すように、円環状プラスチック磁石３の内周部には、センサ対向面Ａから離間内周部Ｄである裏面傾斜加工部６の裏面へ回り込んだ回り込み形状による結合部Ｃが形成される。また、回り込み形状による結合部Ｃは、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分よりも外輪１０に近づかない形状とされ、例えば、離間内周部Ｄである裏面傾斜加工部６の裏面に回り込んだ部分は、図５（ｂ）に示すように、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分と面一になるように形成される。
以上のような実施の形態３の磁気エンコーダ１は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。

実施の形態４．
円環状固定部材２を絞り加工により図７及び図８のような一般的な形状にプレス成形した後、図６（ａ）の要部拡大縦断面図に示すように、内向きフランジ部２Ｂの内径側部分をコイニング加工又は旋削することにより、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分を外輪１０（図２参照）に当接させた状態で外輪１０から離間する離間内周部Ｄである減肉加工部７を形成する。

図６（ａ）の円環状固定部材２をインサート品として金型内に配置した状態で射出成形を行うことにより、図６（ｂ）の要部拡大縦断面図に示すように、円環状プラスチック磁石３の内周部には、センサ対向面Ａから離間内周部Ｄである裏面傾斜加工部６の裏面へ回り込んだ回り込み形状による結合部Ｃが形成される。また、回り込み形状による結合部Ｃは、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分よりも外輪１０に近づかない形状とされ、例えば、離間内周部Ｄである減肉加工部７の裏面に回り込んだ部分は、図６（ｂ）に示すように、内向きフランジ部２Ｂの裏面Ｂの外径側部分と面一になるように形成される。
以上のような実施の形態４の磁気エンコーダ１は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。

以上の説明においては、磁気エンコーダを回転体である外輪に取り付ける場合を示したが、磁気エンコーダは回転体である内輪に取り付けてもよい。
また、以上の説明においては、磁気エンコーダの円環状固定部材が、円筒部、及び円筒部の端縁から径方向内方へ延びる内向きフランジ部からなる場合を示したが、円環状固定部材は、円筒部、及び円筒部の端縁よりも径方向内方へ延びる内向きフランジ部を含むものであればよい。

１，１Ａ磁気エンコーダ
２円環状固定部材
２Ａ円筒部
２Ｂ内向きフランジ部
３円環状プラスチック磁石
４段押し加工部
５曲げ加工部
６裏面傾斜加工部
７減肉加工部
８センサ
９回転側である内輪（回転体）
１０回転側である外輪（回転体）
Ａセンサ対向面
Ｂ裏面
Ｃ回り込み形状による結合部
Ｄ離間内周部
ｄ１内径
ｄ２段差部の外径
ｅ段差

Claims

回転体に取り付けられる円筒部、及び前記円筒部の端縁よりも径方向内方へ延びる内向きフランジ部を含む円環状固定部材、並びに前記内向きフランジ部のセンサ対向面に取り付けられた円環状プラスチック磁石からなる、前記円環状プラスチック磁石の内周部に、前記センサ対向面から裏面へ回り込む回り込み形状による結合部を備えたアキシャル型の磁気エンコーダであって、
前記内向きフランジ部の内径側部分に、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分を前記回転体に当接させた状態で、前記回転体から離間する離間内周部を形成し、前記円環状プラスチック磁石の内周部を前記離間内周部の裏面へ回り込ませるとともに、前記離間内周部の裏面へ回り込んだ前記円環状プラスチック磁石の回り込み形状による結合部が、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分よりも前記回転体に近づかない形状であり、
前記離間内周部は、前記内向きフランジ部の内径側部分を段押し加工して形成された段押し加工部であり、
前記内向きフランジ部の内径側部分に形成された前記段押し加工部の段差ｅ（ｍｍ）は、
０．１５ｍｍ≦ｅ≦０．５ｍｍであり、
前記段押し加工部の外径（直径）ｄ２（ｍｍ）は、前記内向きフランジ部の内径（直径）ｄ１（ｍｍ）に対して、
（ｄ１＋０．３ｍｍ）≦ｄ２≦（ｄ１＋２．０ｍｍ）であることを特徴とする磁気エンコーダ。
回転体に取り付けられる円筒部、及び前記円筒部の端縁よりも径方向内方へ延びる内向きフランジ部を含む円環状固定部材をプレス成形により製作するプレス成形工程と、金型内に前記円環状固定部材を配置した状態で前記金型内に溶融したプラスチック磁石材料を射出する射出成形工程とを含む、円環状プラスチック磁石からなるアキシャル型の磁気エンコーダの製造方法であって、
前記プレス成形工程を経た前記円環状固定部材に対し、前記内向きフランジ部の内径側部分に、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分を前記回転体に当接させた状態で、前記回転体から離間する離間内周部をプレス加工又は機械加工により形成する工程を備えるとともに、前記射出成形工程により前記円環状固定部材に取り付ける前記円環状プラスチック磁石の形状を規定する前記金型を、前記円環状プラスチック磁石の内周部を前記離間内周部の裏面へ回り込ませるとともに、前記離間内周部の裏面へ回り込んだ前記円環状プラスチック磁石の回り込み形状による結合部が、前記内向きフランジ部の裏面の外径側部分よりも前記回転体に近づかない形状としてなることを特徴とする磁気エンコーダの製造方法。