JP7135617B2 - 磁気エンコーダの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、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の製造方法に関わり、さらに詳しくは、円環状支持部材と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、回転体に取り付けられる磁気エンコーダと、非回転体に取り付けられるセンサとからなる。
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。
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。
前記円環状磁石部材をプラスチック磁石とし、前記円環状支持部材をインサート品として、前記円環状支持部材の前記プラスチック磁石との接合面に熱硬化型接着剤を塗布した状態で射出成形を行うことにより、磁気エンコーダを製造するものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。このような製造方法によれば、前記円環状支持部材と前記円環状プラスチック磁石とは接着により固定される。
また、前記円環状磁石部材をプラスチック磁石とし、前記円環状支持部材をインサート品として、前記円環状支持部材の前記プラスチック磁石との接合面に熱硬化型接着剤を塗布しないで射出成形を行うことにより、磁気エンコーダを製造するものがある（例えば、特許文献３及び４参照）。このような製造方法では、前記円環状支持部材と前記円環状プラスチック磁石とは接着により固定されないため、前記円環状支持部材と前記円環状プラスチック磁石とを機械的に固定している。
特許文献３の磁気エンコーダは、円環状支持部材であるスリンガ２０のフランジ部２１に、切欠き２３及び貫通孔２４を形成することにより、円環状支持部材であるスリンガ２０と円環状プラスチック磁石であるエンコーダ３０を機械的に固定している。
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。
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。
特許文献１及び２の磁気エンコーダの製造方法は、前記のとおり、円環状支持部材に熱硬化型接着剤を塗布する工程が必要になる。よって、脱脂及び接着工程の管理が煩雑であるとともに、比較的大掛かりな脱脂及び接着処理設備が必要になるので、製造コストが増大する。
一方、特許文献３及び４の磁気エンコーダの製造方法は、前記のとおり、円環状支持部材と円環状プラスチック磁石とを機械的に固定するために、円環状支持部材に対し、切欠き及び貫通孔、又は、周方向に並ぶ放射溝を形成する加工を行う必要がある。よって、円環状支持部材の製造コストが増大する。
他方、磁気エンコーダを使用する環境の温度変化が大きい場合、例えば自動車のホイール支持用の転がり軸受（ハブベアリング）に用いる磁気エンコーダでは、例えば、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（ヒートサイクル試験）を1000サイクル以上行っても、円環状プラスチック磁石に亀裂等の破損が発生しないことが求められる（例えば、特許文献１の表２参照）。
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、円環状支持部材と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において、円環状支持部材と円環状プラスチック磁石とを機械的に固定するための円環状支持部材への加工を行うことなく、円環状支持部材と円環状プラスチック磁石との結合力を保持できるとともに、使用環境の温度変化が大きい場合であっても円環状プラスチック磁石が破損しない磁気エンコーダの製造方法を提供する点にある。
本発明の要旨は以下の通りである。
〔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。
〔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。
〔２〕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、
前記〔１〕に記載の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。
以上のような本発明に係る磁気エンコーダの製造方法によれば、主に以下に示すような作用効果を奏する。
（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。
（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。
（２）円環状プラスチック磁石の材料の機械的特性を、引張強度が65ＭＰａ以上で、且つヤング率が4000ＭＰａ以上、15000ＭＰａ以下としているので、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す円環状プラスチック磁石の収縮力が、鋼板製の円環状支持部材に作用するとともに、耐衝撃性が悪化しない。それにより、円環状支持部材と円環状プラスチック磁石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。よって、円環状支持部材と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において、円環状支持部材と円環状プラスチック磁石とを機械的に固定するための円環状支持部材への加工を行う必要がないので、円環状支持部材の製造コストを低減できる。
（３）射出成形用金型の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の軸方向長さＬを、0.2ｍｍ≦Ｌ≦0.6ｍｍとしているので、ディスクゲートにおける溶融プラスチック材料のせん断速度が大幅に低下する。それにより、円環状プラスチック磁石において、熱応力が大きくなる内方における溶融プラスチック材料が固化した後の残留応力が小さくなるので、耐熱衝撃性が高くなる。よって、使用環境の温度変化が大きい場合であっても円環状プラスチック磁石が破損しない。
等の顕著な効果を奏する。
等の顕著な効果を奏する。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
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。
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。
＜自動車のホイール支持用軸受装置＞
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。
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。
軸受１１は、外周面に内輪軌道面１２Ａが形成された内輪１２、及び内周面に外輪軌道面１３Ａが形成された外輪１３、並びに、内輪軌道面１２Ａ及び外輪軌道面１３Ａ間を転動する転動体１４，１４，…等を有する。
磁気エンコーダ１は、円環状支持部材２と、円環状支持部材２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プラスチック磁石３とにより構成される。
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。
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。
保護カバー１６は、繊維強化プラスチック製本体１６Ａ及び金属製環体１６Ｂからなるカップ状であり、軸受１１の内方側端部を密封するように外輪１３に取り付けられ、磁気センサ１０を保持するセンサホルダ部１７を有する。
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。
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。
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、保護カバー１６には厚み方向に貫通する貫通穴がないので、Ｏリング等のシール部材を組み込む必要がない。
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。
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。
＜磁気エンコーダ＞
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。
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）
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）
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、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の材料）
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。
前記磁性体粉としては、インサート成形により製造された市販の磁気エンコーダのプラスチック磁石部に使用されている磁性体粉であればよく、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等のフェライト系磁性粉末、ネオジム系やサマリウム系等の希土類磁性粉末が使用できる。また、フェライトの磁気特性を向上させるためにランタンとコバルト等を混入したり、フェライトの一部をネオジウム－鉄－ボロン、サマリウム－コバルト、サマリウム－鉄等の希土類磁性体粉に置き換えてもよい。これらの磁性体粉は単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせてもよい。
前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ１２、ＰＡ６１２等）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性樹脂が好適に使用できる。
前記添加剤としては、カーボンファイバー等の有機系添加剤、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、ベンゼンスルホン酸アルキルアミド類、トルエンスルホン酸アルキルアミド類、及びヒドロキシ安息香酸アルキルエステル類等が挙げられ、これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせてもよい。
（円環状プラスチック磁石の材料の機械的特性）
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。
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。
＜磁気エンコーダの製造方法＞
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。
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）
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。
（射出成形工程）
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。
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。
（成形品取出し工程）
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。
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。
（着磁工程）
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。
＜熱応力解析＞
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。
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。
（解析条件及び評価項目）
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。
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。
（解析結果）
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。
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。
＜せん断速度解析＞
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。
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。
（解析条件及び評価項目）
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。
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。
ここで、「せん断速度」とは、樹脂層(固化層と流動層など)の速度差を示す指標である。
「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）。
「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）。
（解析結果）
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。
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。
＜熱衝撃試験＞
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。
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。
（試験条件及び評価項目）
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。
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。
（実施例及び比較例）
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。
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）
試験結果を表１に示す。
試験結果を表１に示す。
ディスクゲートＧの軸方向長さＬ＝0.1ｍｍ（比較例１）は、451サイクルで破損したため、不合格（×）であった。
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。
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。
＜作用効果＞
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。
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。
（１）円環状支持部材２と円環状プラスチック磁石３とを接着しないので、円環状支持部材２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。
（２）円環状プラスチック磁石３の材料の機械的特性を、引張強度が65ＭＰａ以上で、且つヤング率が4000ＭＰａ以上、15000ＭＰａ以下としているので、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。それにより、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。よって、円環状支持部材２と円環状プラスチック磁石３との間に接着剤層が無い磁気エンコーダ１において、円環状支持部材２と円環状プラスチック磁石３とを機械的に固定するための円環状支持部材２への加工を行う必要がないので、円環状支持部材２の製造コストを低減できる。
（３）射出成形用金型４の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の軸方向長さＬを、0.2ｍｍ≦Ｌ≦0.6ｍｍとしているので、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。それにより、円環状プラスチック磁石３において、熱応力が大きくなる内方における溶融プラスチック材料Ｐが固化した後の残留応力が小さくなるので、耐熱衝撃性が高くなる。よって、使用環境の温度変化が大きい場合であっても円環状プラスチック磁石３が破損しない。
＜磁気エンコーダの変形例＞
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。
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。
何れの形態の磁気エンコーダ１においても、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を有し、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以下である。
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。
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。
以上の実施の形態の記載はすべて例示であり、これに制限されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を施すことができる。
１ 磁気エンコーダ
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
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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- 2018-09-07 JP JP2018167762A patent/JP7135617B2/ja active Active
-
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