JP5860069B2

JP5860069B2 - 信号生成部を有する回転体を備えた磁気検出器製造方法

Info

Publication number: JP5860069B2
Application number: JP2014020520A
Authority: JP
Inventors: 弘智吉田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2034-02-05
Also published as: CN104819735A; US20150219435A1; DE102015101278A1; CN104819735B; CN204495364U; DE102015101278B4; JP2015148479A; US9541373B2

Description

本発明は、回転軸に対して垂直な面に信号生成部を有する回転体を備えた磁気検出器、例えば磁気式エンコーダの製造方法に関する。

モータの出力軸や自動車の車輪等の回転部材の回転位置を検出するために、磁気を利用した磁気検出器、例えば磁気式エンコーダが広く使用されている。磁気検出器は、回転軸回りに回転する回転体と、回転体の回転角度を検出する検出体とを含んでいる。検出体は、回転体に備えられた信号生成部に基づいて回転体の回転角度を検出する。

特許文献１に開示される磁気検出器の回転体は、その周面に信号生成部を有している。つまり、特許文献１では、信号生成部は、回転体の回転軸に対して平行な面に設けられている。

これに対し、特許文献２および特許文献３に開示される磁気検出器の回転体は、その上面または下面に信号生成部を有している。つまり、特許文献２および特許文献３では、信号生成部は、回転体の回転軸に対して垂直な面に設けられている。

このように回転軸に対して垂直な面に信号生成部が設けられている磁気検出器においては、回転体が回転軸に対して偏心した場合であっても、信号生成部と検出体との間の距離が変化することはない。このため、そのような信号生成部は、回転体の回転時に信号を安定して出力できるという利点がある。

特開2004-257850号公報特開平10-206448号公報特開2013-185826号公報

しかしながら、回転軸に対して垂直な面に信号生成部が設けられている磁気検出器においては、歯研機などを使用して回転体の信号生成部を作成することができない。従って、信号生成部を作成する際の精度を高めるのが困難となり、また回転体の作成コストも大幅に増大することになる。

また、特許文献２においては、回転体を高精度かつ安価に製造するために、信号生成部を含む磁石環をプラスチックマグネットで製造している。しかしながら、プラスチックマグネットの耐熱温度は通常の磁石よりも低いので、そのような磁石環を備えた回転体を含む磁気検出器を高温環境下で使用するのは困難である。さらに、プラスチックマグネットの機械的強度も通常の磁石より低く、そのような回転体を高速回転させられない。

また、特許文献３においては、回転体を高精度かつ安価に製造するために、複数の貫通スリットが形成された強磁性体板から回転体を作成している。そのような強磁性体板はエッチングまたはプレスにより高精度且つ安価に作成できる。しかしながら、強磁性体板に複数の貫通スリットが形成されるために、回転体自体の強度が不足する。このため、そのような回転体を高速回転させるのは困難である。

さらに、特許文献２および特許文献３の両方においては、信号生成部が回転体の上面または下面に位置している。このため、回転体の製造時、運搬時、または磁気検出器の組立時に、回転体の信号生成部が損傷し易いという欠点がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回転体が高速回転するのに十分な強度を有しつつ、回転体の信号生成部が損傷し難いようにした磁気検出体製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、回転軸回りに回転する回転体を準備し、信号生成部の複数の凹凸部のうちの凸部の断面が先細のテーパ状であるように電鋳法によって前記複数の凹凸部を前記回転軸に対して垂直な前記回転体の面に成形し、前記信号生成部に基づいて磁気を用いて前記回転体の回転角度を検出する検出体を前記信号生成部に対面するよう配置して磁気検出器を製造する、磁気検出器製造方法が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記回転軸に対して垂直な前記回転体の前記面において、前記信号生成部の前記複数の凹凸部に対して前記回転体の半径方向内側または半径方向外側に突起部を設けることをさらに含む。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記回転軸に対して垂直な前記回転体の前記面に、前記回転体の周方向に延びる周方向溝または周方向切欠を形成することをさらに含み、前記信号生成部の前記複数の凹凸部は前記周方向溝または前記周方向切欠の内部に形成されている。

１番目の発明においては、電鋳法によって信号生成部を作成しているので、信号生成部を高精度で且つ安価に作成することができる。さらに、回転体に貫通スリットを形成する必要がないので、回転体を高速回転させるのに十分な強度を確保できる。
２番目の発明においては、或る回転体の突起部を別の回転体に接触させられるので、複数の回転体を互いに積み重ねることができる。或る回転体の信号生成部は別の回転体などに接触しないので、信号生成部が損傷するのを避けられる。或る回転体と別の回転体との間に梱包材を介在させる必要がなく、また磁気検出器を自動的に組立てることも可能となる。従って、さらに安価に磁気検出器を作成できる。
３番目の発明においては、或る回転体の一面を別の回転体の他面に接触させられるので、複数の回転体を互いに積み重ねることができる。或る回転体の信号生成部は別の回転体などに接触しないので、信号生成部が損傷するのを避けられる。或る回転体と別の回転体との間に梱包材を介在させる必要がなく、また磁気検出器を自動的に組立てることも可能となる。従って、さらに安価に磁気検出器を作成できる。また、２番目の発明と比較して、材料費を少なくすることができる。

本発明の第一の実施形態に基づく磁気検出器の軸方向断面図である。回転体の信号生成部の拡大図である。本発明の第二の実施形態に基づく磁気検出器の軸方向断面図である。図３に示される回転体の底面図である。図３に示される回転体を積重ねた状態を示す図である。第二の実施形態における回転体の他の底面図である。本発明の第三の実施形態に基づく磁気検出器の軸方向断面図である。図７に示される回転体を積重ねた状態を示す図である。本発明のさらに他の実施形態に基づく磁気検出器の軸方向断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の第一の実施形態に基づく磁気検出器、例えば磁気式エンコーダの軸方向断面図である。図１に示されるように、磁気検出器１０は、回転軸１１と一緒に回転するディスク型の回転体１３と、回転体１３の回転角度を検出する検出体３０とを主に含んでいる。回転体１３の底面１４は、回転軸１１に一体的に結合されたフランジ型の支持部１２に支持されている。

本発明においては、信号生成部２０が、回転体１３の底面１４において支持部１２よりも半径方向外側に形成されている。言い換えれば、本発明における信号生成部２０は回転軸１１に対して垂直な底面１４に形成されている。公知であるように、信号生成部２０は回転体１３の周方向に等間隔で形成された複数の凹凸部から構成されている。なお、回転体１３の頂面１５には、信号生成部２０は形成されていない。

図１に示されるように、検出体３０は、回転体１３の底面１４に形成された信号生成部２０に対面して配置されている。検出体３０は単極着磁磁石３１を備えており、単極着磁磁石３１を用いて回転体１３の回転角度を検出するようにしている。単極着磁磁石３１は、多極着磁磁石やプラスチック磁石を含む磁気検出器と比較して耐熱性が高い。従って、本発明の磁気検出器１０を高温環境下で使用することが可能である。

ところで、本発明の第一の実施形態においては、回転体１３の信号生成部２０は電鋳法によって作成されている。このため、回転体１３はニッケルまたはニッケル合金から作成されるのが好ましい。

具体的には、信号生成部２０の高精度なマスタモデルを予め作成し、このマスタモデルを電鋳法により成形する。従って、本発明においては、マスタモデルの凹凸部の形状をナノメートル単位で正確に再現した、マスタモデルと同等の精度をもつ信号生成部２０を含む回転体１３を高精度且つ安価に作成することができる。本発明では、電鋳法以外の方法により予め作成した回転体１３に対して、電鋳法により信号生成部２０を作成している。このため、材料費および作業時間を削減することも可能である。

さらに、図１から分かるように磁気検出器１０の回転体１３には貫通スリット等が形成されていない。このため、本発明の回転体１３を高速回転させた場合であっても、回転体１３が損傷することはなく、十分な強度を確保することができる。

本発明の他の実施形態においては、回転体１３の信号生成部２０を焼結により作成してもよい。前述したように、本発明における信号生成部２０は回転軸１１に対して垂直な回転体１３の底面１４に形成されている。このため、本発明においては、焼結時の加圧方向が底面１４に対して垂直であるので、加圧力が底面１４に直接作用する。従って、信号生成部２０が微細であっても粉体を十分充填することができ、高分解能かつ高精度な回転体１３を焼結で製造することができる。

従来は、信号生成部２０が回転軸１１に対して平行な面、例えば回転体１３の周面に形成されていた。このため、焼結時の加圧方向が周面に対して平行であるので、加圧力が周面に直接作用しない。従って、信号生成部２０が微細である場合には、粉体の充填率が不十分になり、微細な信号生成部２０を作成することができなかった。その結果、焼結では高分解能かつ高精度な回転体１３を製造することは困難であった。

ところで、図２は回転体の信号生成部の拡大図である。図２においては、本発明の信号生成部２０の複数の凹凸部が実線で示されている。図２に示されるように、複数の凹凸部のうちの凸部の断面は先細のテーパ状である。従来技術においては、図２に破線で示されるように、複数の凹凸部の断面は矩形である。本発明では図２の実線で示される形状であるので、電鋳法または焼結による信号生成部２０の作成を、より容易に行えるのが分かるであろう。

図３は本発明の第二の実施形態に基づく磁気検出器の軸方向断面図であり、図４は図３に示される回転体の底面図である。簡潔にする目的で、図４においては回転軸１１および支持部１２の図示を省略している。図３および図４に示されるように、回転体１３の底面１４には、環状の突起部１６が支持部１２に同心に配置されている。突起部１６は回転体１３と一体的に作成されるのが好ましい。この突起部１６は支持部１２と信号生成部２０との間に配置されている。底面１４から突出する突起部１６の突出高さは、信号生成部２０の凹凸部の深さよりも十分に長いものとする。

回転体１３を回転軸１１の支持部１２に組付ける前においては、複数の回転体１３を互いに積重ねてまとめて移動させる場合がある。図５は図３に示される回転体を積重ねた状態を示す図である。図５に示されるように、上方の回転体１３の突起部１６は下方の回転体１３の頂面１５に接触する。従って、上方の回転体１３の信号生成部２０は下方の回転体１３および他の部材に接触することはない。

それゆえ、第二の実施形態においては、回転体１３の搬送時または保管時などに信号生成部２０が損傷するのを避けることが可能となる。さらに、上方の回転体１３と下方の回転体１３との間に梱包材を介在させる必要がなく、また磁気検出器１０を自動的に組立てることも可能である。従って、本発明においては、さらに安価に磁気検出器１０を作成できるのが分かるであろう。

図６は第二の実施形態における回転体の他の底面図であり、図４と同様な図である。図６においては、突起部１６が信号生成部２０と回転体１３の外周面との間の領域に形成されている。あるいは、突起部１６は、回転体１３の縁部に沿って形成されていてもよい。このような場合であっても、複数の回転体１３を前述したように積重ね、信号生成部２０が損傷するのを避けられるのは明らかであろう。

なお、図５および図６においては、環状の突起部１６が示されている。しかしながら、突起部１６は必ずしも環状である必要はない。回転体１３の信号生成部２０、突起部１６によって他の回転体１３の頂面１５に接触しない限りにおいては、突起部１６の形状および数は図示されるものに限定されない。

図７は本発明の第三の実施形態に基づく磁気検出器の軸方向断面図である。図７に示されるように、回転体１３の底面１４には、回転体１３の周方向全体に延びる周方向溝１７が形成されている。そして、信号生成部２０が周方向溝１７の底部に形成されている。周方向溝１７の深さは、信号生成部２０の凹凸部の深さよりも大きい。

図８は図７に示される回転体を積重ねた状態を示す図である。図７に示されるように、上方の回転体１３の底面１４は下方の回転体１３の頂面１５に接触する。前述したように信号生成部２０は周方向溝１７内部に形成されている。従って、複数の回転体１３を積重ねた場合であっても、上方の回転体１３の信号生成部２０は下方の回転体１３の頂面１５および他の部材に接触することはない。

さらに、図９は本発明のさらに他の実施形態に基づく磁気検出器の軸方向断面図である。図９に示されるように、回転体１３の底面１４の縁部には、回転体１３の周方向全体に延びる周方向切欠１８が形成されている。周方向切欠１８は、回転体１３の底面１４に平行な面と、底面１４に垂直な面とを含む段部でもある。そして、信号生成部２０が、底面１４に平行な周方向切欠１８の面に形成されている。周方向切欠１８の深さは、信号生成部２０の凹凸部の深さよりも大きい。

従って、図８を参照して説明したのと同様に、複数の回転体１３を積重ねた場合であっても、上方の回転体１３の信号生成部２０は下方の回転体１３の頂面１５および他の部材に接触することはない。それゆえ、第三の実施形態においても、第二の実施形態と同様な効果が得られることが分かるであろう。さらに、第三の実施形態においては、突起部１６を設ける必要がないので、第二の実施形態よりも材料費を抑えて磁気検出器１０をさらに安価に作成することが可能である。

１０磁気検出器
１１回転軸
１２支持部
１３回転体
１４底面
１５頂面
１６突起部
１７周方向溝
１８周方向切欠
２０信号生成部
３０検出体
３１単極着磁磁石

Claims

回転軸回りに回転する回転体を準備し、
信号生成部の複数の凹凸部のうちの凸部の断面が先細のテーパ状であるように電鋳法によって前記複数の凹凸部を前記回転軸に対して垂直な前記回転体の面に成形し、
前記信号生成部に基づいて磁気を用いて前記回転体の回転角度を検出する検出体を前記信号生成部に対面するよう配置して磁気検出器を製造する、磁気検出器製造方法。
前記回転軸に対して垂直な前記回転体の前記面において、前記信号生成部の前記複数の凹凸部に対して前記回転体の半径方向内側または半径方向外側に突起部を設けることをさらに含む、請求項１に記載の磁気検出器製造方法。
前記回転軸に対して垂直な前記回転体の前記面に、前記回転体の周方向に延びる周方向溝または周方向切欠を形成することをさらに含み、
前記信号生成部の前記複数の凹凸部は前記周方向溝または前記周方向切欠の内部に形成されている、請求項１に記載の磁気検出器製造方法。