JP7135617B2 - 磁気エンコーダの製造方法 - Google Patents
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Description
前記磁気エンコーダは、回転体に取り付けるための円環状支持部材と、前記円環状支持部材に固定され、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とからなる。
前記センサは、前記円環状磁石部材の回転を検知するために、前記円環状磁石部材磁石部材に対向する。
特許文献4の磁気エンコーダは、円環状支持部材である芯金20の一面に、径方向に沿って延び、かつ内径方向に開口する放射溝21を周方向に並んで多数形成するとともに、円環状プラスチック磁石であるスケール成形体40の内周側に回り込み成形部41を設けることにより、円環状支持部材である芯金20と円環状プラスチック磁石であるスケール成形体40を機械的に固定している。
〔1〕鋼板により形成された円環状支持部材、及び円環状プラスチック磁石からなる、前記円環状支持部材と前記円環状プラスチック磁石との間に接着剤層が無い磁気エンコーダを、射出成形用金型を用いて製造する製造方法であって、
前記円環状支持部材は、円筒部、及び前記円筒部の端縁から径方向外方又は径方向内方へ延びるフランジ部からなり、
前記円環状プラスチック磁石は、その外周側に、前記円環状支持部材の外周部を覆って内径方向へ回り込む回り込み成形部を有する形状を成し、
前記円環状プラスチック磁石の外径(半径)と前記円環状支持部材の外径(半径)との差は、0.3mm以上であり、
前記射出成形用金型のゲートは、前記円環状プラスチック磁石の内径側に配置したディスクゲートであり、
前記ディスクゲートは、前記円環状支持部材における前記円筒部と前記フランジ部との間の湾曲部と対向しないように設けられ、
前記ディスクゲートの軸方向長さLは、0.2mm≦L≦0.6mmであり、
前記円環状プラスチック磁石の材料の機械的特性は、引張強度が65MPa以上で、且つヤング率が4000MPa以上、15000MPa以下であり、
前記射出成形用金型を開いて、前記円環状支持部材をインサート品として前記射出成形用金型内に配置する工程と、
前記射出成形用金型を閉じて、溶融した前記円環状プラスチック磁石の材料を前記ディスクゲートから前記射出成形用金型のキャビティ内に射出し、前記形状を成す前記円環状プラスチック磁石を射出成形する工程と、
を含む、
磁気エンコーダの製造方法。
前記〔1〕に記載の磁気エンコーダの製造方法。
(1)円環状支持部材と円環状プラスチック磁石とを接着しないので、円環状支持部材に熱硬化型接着剤を塗布する工程が不要になる。よって、煩雑な脱脂及び接着工程の管理が不要になるとともに、比較的大掛かりな脱脂及び接着処理設備が不要になるので、製造コストを低減できる。
等の顕著な効果を奏する。
本明細書において、自動車のホイール支持用軸受装置Aの回転軸の方向を「軸方向」、軸方向に直交する方向を「径方向」という。
また、自動車のホイール支持用軸受装置Aにおいて、自動車の車体から車輪側に向かう方向を「外方」、その反対方向を「内方」という。
図1の部分縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る自動車のホイール支持用軸受装置Aは、外輪13に対して内輪12が回転する軸受11の他に、アキシャル型の磁気エンコーダ1、保護カバー16、及び磁気センサ10、並びに軸受11の外方側端部に配置したシール部材15等を備える。
磁気エンコーダ1は、円環状支持部材2により内輪12に固定され、軸受11の内方側端部に位置する。
センサホルダ部17は、磁気センサ10を取り付けるための取付ボルト19が螺合するナット18を保持するとともに、磁気センサ10を挿入するセンサ取付穴17Aを有する。
保護カバー16のセンサホルダ部17に装着された磁気センサ10は、仕切壁20を隔てて磁気エンコーダ1に対向し、磁気エンコーダ1の回転を検知する。
また、保護カバー16により軸受11の内方側端部が密封されるので、磁気エンコーダ1に小石や泥水等が当たらないことから磁気エンコーダ1の破損を防止できる。
さらに、保護カバー16により軸受11の内方側端部が密封されるので、磁気エンコーダ1の内方側のシール部材が不要になるため、摺動抵抗の低減により軸受11の回転トルクを低減できる。
さらにまた、保護カバー16がセンサホルダ部17を備えているので、磁気エンコーダ1と磁気センサ10とのエアギャップ調整作業の煩雑さを解消できる。
図2の斜視図、図3(a)の縦断面図、図3(b)の要部拡大縦断面図に示すように、磁気エンコーダ1は、円環状支持部材2、及び円環状プラスチック磁石3からなる。
円環状支持部材2と円環状プラスチック磁石3との間には接着剤層が無い。
円環状支持部材2は、円筒部2A及び円筒部2Aの端縁から径方向外方へ延びるフランジ部2Bからなる。
円環状支持部材2は、ステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形される。
円環状プラスチック磁石3は、その外周側に、円環状支持部材2の外周部を覆って内径方向へ回り込む回り込み成形部Bを有する形状を成す。
円環状プラスチック磁石3は、円環状支持部材2をインサート品として射出成形により前記形状に成形される。
図3(b)に示す円環状プラスチック磁石3の外径と円環状支持部材2との外径(半径)の差Hは、円環状プラスチック磁石3と円環状支持部材2との安定した結合力を得るため、また、射出成形時の溶融したプラスチック磁石材料の流動性を考慮すると、0.3mm以上が好ましい。
円環状プラスチック磁石3は、磁性体粉、熱可塑性樹脂及び必要に応じて添加剤が含まれた磁石材料によって形成される。
円環状プラスチック磁石3の材料の機械的特性は、引張強度が65MPa以上で、且つヤング率が4000MPa以上、15000MPa以下とする。
それにより、円環状支持部材2の外周部を覆って内径方向へ回り込む回り込み成形部Bを有する形状を成す円環状プラスチック磁石3の収縮力が、鋼板製の円環状支持部材2に作用するとともに、耐衝撃性が悪化しない。したがって、円環状支持部材2と円環状プラスチック磁石3との安定した結合力が得られ、周方向の回転に対しても十分な拘束力が得られる。
図4の縦断面図、並びに、図5A、図5B及び図5Cの要部拡大縦断面図に示すような射出成形用金型4を用いて磁気エンコーダ1を製造する。
射出成形用金型4は、図示しない固定側取付板を固定盤にボルトで固定し、図示しない可動側取付板を可動盤にボルトで固定することにより、射出成形機に取り付けられる。
射出成形用金型4のゲートは、円環状プラスチック磁石3の内径側に配置したディスクゲートGであり、ディスクゲートGの軸方向長さLは、0.2mm≦L≦0.6mmである。
(インサート品セット工程)
射出成形用金型4を開いて、円環状支持部材2をインサート品として可動側金型6にセットして射出成形用金型4内に配置する。
射出成形用金型4を閉じて型締めした状態で、溶融した円環状プラスチック磁石3の材料P(以下、「溶融プラスチック材料P」という)をスプルー7から注入する。溶融プラスチック材料Pは、ランナー8を通ってディスクゲートGから固定側金型5及び可動側金型6間のキャビティC内に充填される
溶融プラスチック材料Pは、溶融プラスチック材料Pが射出できる粘度を有し、かつ固化しない程度の温度であればよく、例えば、200~360℃が挙げられるが、特に限定はない。
なお、スプルー7の方向(溶融プラスチック材料Pの注入方向)は、水平方向である。
溶融プラスチック材料Pを冷却・固化させた後、図5Cの要部拡大縦断面図に示すように、パーティングラインPLから可動側金型6を開く。
次に、ゲートカット前の成形品及びインサートコア9を図示しないエジェクタピンにより突き出すことにより、これらを取り出す。
次に、ゲートカット処理を行い、インサート成形品である磁気エンコーダ1をゲート部から切り離す。
円環状プラスチック磁石3は、円周方向に多極に着磁されている。この着磁は、例えば、前記射出成形工程において、調整した磁場内で射出成形をすることで、磁性粉を磁場配向させてもよいし、前記成形品取出し工程で得られた磁気エンコーダ1に対して脱磁を行ったのち、別途準備した着磁ヨーク等の着磁装置を用いて円環状プラスチック磁石3の周方向にN極とS極とが交互になるように多極に着磁してもよい。
円環状支持部材2と円環状プラスチック磁石3との間に接着剤層が無い磁気エンコーダ1に作用する熱応力を評価するために、非線形構造解析ソフトウェアであるMARCを使用して熱応力解析を行った。
磁気エンコーダ1の形状は、図3(a)及び図3(b)の形状とし、以下の機械的特性及び熱的特性の値とした。
円環状支持部材2は、ヤング率:206800MPa、ポアソン比:0.29、線膨張係数:1.17×10-05とし、円環状プラスチック磁石3は、ヤング率:4200MPa、ポアソン比:0.35、線膨張係数:5.00×10-05とした。
2D軸対称モデルを用い、円環状支持部材2と円環状プラスチック磁石3を接着せずに、JIS Z 8703の標準状態の温度である20℃を基準温度として-40℃の熱ひずみを負荷した際に各部に発生する応力を評価項目とした。
図3(b)の外周部Fに最大応力が発生した。この外周部Fの応力を1としたとき、中央部Eには0.7、内周部Dには0.9の応力が発生していた。すなわち、前記射出成形工程で、円環状プラスチック磁石3の内径側に配置したディスクゲートGから溶融プラスチック材料Pが高圧で注入される箇所の熱応力が大きいことが分かる。
円環状支持部材2と円環状プラスチック磁石3とを接着しない場合、緩衝材として機能する接着剤層が無いので、内周部にも比較的高い熱応力が発生すると考えられる。
ディスクゲートGから溶融プラスチック材料Pが高圧で注入される箇所のせん断速度を評価するために、プラスチック射出成形用シミュレーションツールであるSimulation Moldflowを使用してせん断速度解析を行った。
図3(b)の円環状プラスチック磁石3の厚みTを0.9mm、材料データをPA12-フェライトボンド磁石、樹脂温度を268℃、金型温度を80℃、射出流量を43cc/sとし、ディスクゲートGの軸方向長さL(図5A及び図5B参照)による、ディスクゲートGにおける溶融プラスチック材料Pのせん断速度を評価項目とした。
「せん断速度」が速すぎる状態では、分子は安定な絡み合い状態ではなく、流動方向へ引き伸ばされる。樹脂の充填が完了すると、樹脂の流れは無くなるので、分子はもとの平衡状態に戻ろうとする。しかし樹脂は金型によって冷却され、やがて固化するので、引き伸ばされた分子は、もはや元に戻ることができなくなり、成形品に応力が残る(残留応力)。
ディスクゲートGの軸方向長さLを0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.5mm、0.8mmとした場合のディスクゲートGにおける溶融プラスチック材料Pのせん断速度を、L=0.1mmのときの前記せん断速度を1として図6に示す。
ディスクゲートGの軸方向長さLが0.2mm以上になると、ディスクゲートGにおける溶融プラスチック材料Pのせん断速度が大幅に低下することが分かる。
溶融プラスチック材料Pのせん断速度が大きい場合には固化後の残留応力が大きくなり、前記せん断速度が小さい場合は固化後の残留応力が小さくなる。
使用環境の温度変化が大きい場合における耐熱衝撃性を評価するために、図3(a)及び図3(b)の形状の磁気エンコーダ1を製造し、120℃の環境に30分保持した後、-40℃の環境に30分保持することを1サイクル(回)とする熱衝撃試験を行った。
図3(b)の円環状プラスチック磁石3の厚みTを0.9mmとし、射出成形用金型4のディスクゲートGの軸方向長さLを変えて磁気エンコーダ1を製造した。円環状プラスチック磁石3の機械的特性は、ヤング率:4200MPa、引張強さ:70Mpaである。
円環状支持部材2は、ステンレス鋼板製とし、円環状プラスチック磁石3は、PA12-フェライトボンド磁石とした。
前記熱衝撃試験を行い、1000サイクル(自動車のホイール支持用軸受装置に用いる磁気エンコーダに対する一般的な要求仕様での閾値)で破損がない場合を合格(○)、1000サイクル未満で破損があった場合を不合格(×)とする。
ディスクゲートGの軸方向長さLが0.2mm、0.3mm、0.5mmの射出成形用金型4で製造した磁気エンコーダ1を、それぞれ実施例1、実施例2、実施例3とする。
ディスクゲートGの軸方向長さLが0.1mmの射出成形用金型4で製造した磁気エンコーダ1を、比較例1とする。
試験結果を表1に示す。
それに対して、ディスクゲートGの軸方向長さL=0.2mm(実施例1)、L=0.3mm(実施例2)、L=0.5mm(実施例3)では、前記熱衝撃試験を1000サイクル以上行っても破損しなかったため、合格(○)であった。
よって、射出成形用金型4のディスクゲートGの軸方向長さL≧0.2mmとすることにより、耐熱衝撃性が高くなることが分かる。
この試験結果に基づき、本発明では、射出成形用金型4のディスクゲートGの軸方向長さLを、L≧0.2mmとしている。
また、ゲートカットしやすさを考慮すると、L≦0.6mmが好ましいので、本発明では、前記のとおり、0.2mm≦L≦0.6mmとしている。
本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダ1の製造方法によれば、主に以下の作用効果を奏する。
次に、磁気エンコーダ1の変形例について説明する。
図7(a)の縦断面図、及び図7(b)の要部拡大縦断面図に示す磁気エンコーダ1は、図3(a)の縦断面図、及び図3(b)の要部拡大縦断面図に示す磁気エンコーダ1と同じアキシャル型であり、図8(a)の縦断面図、及び図8(b)の要部拡大縦断面図に示す磁気エンコーダ1はラジアル型である。
図8(a)の縦断面図、及び図8(b)の円環状支持部材2は、円筒部2A及び円筒部2Aの端縁から径方向内方へ延びるフランジ部2Bからなる。
また、磁気エンコーダ1を製造する射出成形用金型のゲートは、円環状プラスチック磁石3の内径側に配置したディスクゲートであり、前記ディスクゲートの軸方向長さLは、0.2mm≦L≦0.6mmである。
そして、磁気エンコーダ1の製造方法は、前記射出成形用金型を開いて、円環状支持部材2をインサート品として前記射出成形用金型内に配置する工程と、前記射出成形用金型を閉じて、溶融した円環状プラスチック磁石3の材料を前記ディスクゲートから前記射出成形用金型のキャビティ内に射出し、円環状プラスチック磁石3を射出成形する工程とを含む。
2 円環状支持部材
2A 円筒部
2B フランジ部
3 円環状プラスチック磁石
4 射出成形用金型
5 固定側金型
6 可動側金型
7 スプルー
8 ランナー
9 インサートコア
10 磁気センサ
11 軸受
12 内輪
12A 内輪軌道面
13 外輪
13A 外輪駆動面
14 転動体
15 シール部材
16 保護カバー
16A 繊維強化プラスチック製本体
16B 金属製環体
17 センサホルダ部
17A センサ取付穴
18 ナット
19 取付ボルト
20 仕切壁
A 自動車のホイール支持用軸受装置
B 回り込み成形部
C キャビティ
D 内周部
E 中央部
F 外周部
G ディスクゲート
H 円環状プラスチック磁石と円環状支持部材との外径の差
L ディスクゲートの軸方向長さ
P 溶融した円環状プラスチック磁石の材料
PL パーティングライン
T 円環状プラスチック磁石の厚み
Claims (2)
- 鋼板により形成された円環状支持部材、及び円環状プラスチック磁石からなる、前記円環状支持部材と前記円環状プラスチック磁石との間に接着剤層が無い磁気エンコーダを、射出成形用金型を用いて製造する製造方法であって、
前記円環状支持部材は、円筒部、及び前記円筒部の端縁から径方向外方又は径方向内方へ延びるフランジ部からなり、
前記円環状プラスチック磁石は、その外周側に、前記円環状支持部材の外周部を覆って内径方向へ回り込む回り込み成形部を有する形状を成し、
前記円環状プラスチック磁石の外径(半径)と前記円環状支持部材の外径(半径)との差は、0.3mm以上であり、
前記射出成形用金型のゲートは、前記円環状プラスチック磁石の内径側に配置したディスクゲートであり、
前記ディスクゲートは、前記円環状支持部材における前記円筒部と前記フランジ部との間の湾曲部と対向しないように設けられ、
前記ディスクゲートの軸方向長さLは、0.2mm≦L≦0.6mmであり、
前記円環状プラスチック磁石の材料の機械的特性は、引張強度が65MPa以上で、且つヤング率が4000MPa以上、15000MPa以下であり、
前記射出成形用金型を開いて、前記円環状支持部材をインサート品として前記射出成形用金型内に配置する工程と、
前記射出成形用金型を閉じて、溶融した前記円環状プラスチック磁石の材料を前記ディスクゲートから前記射出成形用金型のキャビティ内に射出し、前記形状を成す前記円環状プラスチック磁石を射出成形する工程と、
を含む、
磁気エンコーダの製造方法。
- 前記磁気エンコーダは、自動車のホイール支持用軸受装置に用いるものである、
請求項1に記載の磁気エンコーダの製造方法。
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