(57)【要約】【課題】  磁束密度を向上し、磁気式エンコーダの感度の向上を図ることができる磁気式エンコーダ用バックヨークを提供する。【解決手段】  回転体１に取り付けられ磁界を発生する永久磁石２と、この永久磁石２に一側が対向すると共に該永久磁石２との間に空隙Ｋを有して固定体３に取り付けられた磁界検出素子４とを備えた磁気式エンコーダに用いられる。固定体３の他側にバックヨーク101を設け、このバックヨーク101は、表面絶縁処理した軟磁性材粉末114を圧縮成形してなる。バックヨーク101バックヨーク中のいかなる方向の磁束に対しても渦電流の発生が抑えられ、磁束密度の向上及び均一化を図ることができ、永久磁石２の回転に応じた磁束密度を、磁界検出素子４が高い感度で検出することができる。【選択図】  図１
2006300736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に取り付けられ磁界を発生する発磁体と、この発磁体に一側が対向すると共に該発磁体との間に空隙を有して固定体に取り付けられた磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダに用いられ、前記固定体の他側に設けるバックヨークであって、このバックヨークは、表面絶縁処理した軟磁性材粉末を圧縮成形してなるものであることを特徴とする磁気式エンコーダ用バックヨーク。
【請求項２】
回転体に取り付けられ磁界を発生する発磁体と、この発磁体に一側が対向すると共に該発磁体との間に空隙を有して固定体に取り付けられた磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダにおいて、前記固定体の他側にバックヨークを設け、このバックヨークは、表面絶縁処理した軟磁性材粉末を圧縮成形してなるものであることを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気式エンコーダ用バックヨークの製造方法において、表面を絶縁処理した軟磁性材粉末を成形金型のキャビティに充填し、この軟磁性材粉末を圧縮成形したあと熱処理を施して製造されることを特徴とする磁気式エンコーダ用バックヨークの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気式エンコーダ用バックヨークと磁気式エンコーダ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気式エンコーダとして、回転体に取り付けられた磁界を発生する発磁体と、前記発磁体に空隙を介して対向するように固定体に取り付けられた磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダにおいて、前記発磁体は、前記回転体の軸方向端部に配設された円板状または直方体状の永久磁石で構成されると共に、前記回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化されたものであり、前記磁界検出素子は、前記永久磁石と軸方向に空隙を介して配置したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、この種の磁気式エンコーダにおいて、磁気特性を向上するために、磁性体からなるバックヨークを用いることが知られており（例えば、特許文献２及び特許文献３）、そのバックヨークには、電磁鋼板等をプレス加工により打ち抜いた鋼板を複数枚積層にした積層鋼鈑などが用いられる。
【特許文献１】特開２０００−６５５９６号公報
【特許文献２】特開平９−２５３８９６号公報
【特許文献３】特開２０００−８７１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように積層鋼鈑を用いたバックヨークでは、積層方向の磁束が存在する為に、渦電流発生による磁束密度の低下を招き、磁気式エンコーダの感度を増す上での課題となっている。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題を解決しようとするものであり、三次元的に絶縁された材料を用いることで磁束密度の低下を防ぎ、磁気式エンコーダの感度の向上を図ることができる磁気式エンコーダ用バックヨークと磁気式エンコーダ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、回転体に取り付けられ磁界を発生する発磁体と、この発磁体に一側が対向すると共に該発磁体との間に空隙を有して固定体に取り付けられた磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダにおいて、前記固定体の他側にバックヨークを設け、このバックヨークは、表面絶縁処理した軟磁性材粉末を圧縮成形してなるものである。
【０００７】
請求項２の発明は、回転体に取り付けられ磁界を発生する発磁体と、この発磁体に一側が対向すると共に該発磁体との間に空隙を有して固定体に取り付けられた磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダに用いられ、前記固定体の他側に設けるバックヨークであって、このバックヨークは、表面絶縁処理した軟磁性材粉末を圧縮成形してなるものである。
【０００８】
また、請求項３の発明は、請求項１に記載の磁気式エンコーダ用バックヨークの製造方法において、表面を絶縁処理した軟磁性材粉末を成形金型のキャビティに充填し、この軟磁性材粉末を圧縮成形したあと熱処理を施して製造される製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の構成によれば、バックヨーク中のいかなる方向の磁束に対しても渦電流の発生が抑えられ、磁束密度の向上及び均一化を図ることができ、発磁体の回転に応じた磁束密度を、磁界検出素子が高い感度で検出することができ、磁気式エンコーダの精度を向上することができるバックヨークを提供できる。
【００１０】
請求項２の構成によれば、バックヨーク中のいかなる方向の磁束に対しても渦電流の発生が抑えられ、磁束密度の向上及び均一化を図ることができ、発磁体の回転に応じた磁束密度を、磁界検出素子が高い感度で検出することができる。
【００１１】
請求項３の構成によれば、バックヨーク中のいかなる方向の磁束に対しても渦電流の発生が抑えられ、磁束密度の向上及び均一化を図ることができ、発磁体の回転に応じた磁束密度を、磁界検出素子が高い感度で検出することができ、磁気式エンコーダの精度を向上することができるバックヨークを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な磁気式エンコーダと磁気式エンコーダ用バックヨーク及びこの製造方法を採用することにより、従来にない磁気式エンコーダと磁気式エンコーダ用バックヨーク及びこの製造方法が得られ、その磁気式エンコーダと磁気式エンコーダ用バックヨーク及びこの製造方法について記述する。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例１を図１〜図７を参照して説明する。まず、本発明のバックヨークについて、説明すると、バックヨーク101は、軸芯に貫通孔102を形成したリング状に形成されている。前記バックヨーク101は、磁化や減磁が比較的容易にできる例えば電磁軟鉄、ケイ鋼等の軟磁性材の粉末、すなわち軟磁性材粉末114に表面絶縁処理を施し、この表面絶縁処理を施した軟磁性材粉末114を圧縮成形してなり、前記表面絶縁処理として、前記軟磁性材粉末114の表面に電気の絶縁皮膜（図示せず）を設け、この絶縁皮膜は、燐酸塩処理、樹脂被膜、ゾルゲル法による酸化物被覆などの電気の絶縁層であって、磁力線を通し、また、軟磁性材粉末114のバインダー（結合剤）としても機能する。
【００１４】
次にバックヨークの製造方法について説明する。成形用金型118は貫通孔119を形成した雌型120と、貫通孔119に上方より挿入する雄型たる上パンチ121と、前記貫通孔119の下方より挿入する円柱状のコアピン122と、それぞれリング状の下パンチ123とを備える。コアピン122は貫通孔119の軸芯ｚ´上に配置されており、その上面122ａは雌型20のほぼ上面に配置されており、下パンチ123はコアピン22の外周に同芯上に配置されると共に、貫通孔119内に嵌合しており、その上面123ａは底面を形成している。尚、上パンチ121には、コアピン122が嵌入する貫通孔126が形成されている。
【００１５】
そして、製造にあっては予めコアピン122と下パンチ123が貫通孔119に挿入しており、そして貫通孔119等の原料を収容する収容部128に、表面絶縁処理した軟磁性材粉末114を落とし込んで充填する。尚、表面絶縁処理した軟磁性材粉末114には、充填性及び圧縮性を向上するため潤滑剤を混合しておく。
【００１６】
次に、上パンチ121を所定圧力で貫通孔119に挿入することによりバックヨーク101を成形する。このようにして圧縮成形が終了した後、上パンチ121を上昇すると共に、下パンチ123を上昇することにより成形体（バックヨーク）を貫通孔119より抜き出すものである。この成形体（バックヨーク）は、あとで絶縁層の硬化や成形時に生じたひずみ取りのため焼鈍などの熱処理を２００〜６００℃で施す。
【００１７】
次に、本件発明に好適な磁気式エンコーダの一例を以下に示す。図３〜図５において、１は回転体、２は回転体１に回転軸11を介して固定された発磁体たる永久磁石であって、材料はフェライト系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｅ―Ｆｅ―Ｂ系磁石、または各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石の何れか一つによって形成し、図中の矢印で示すように回転軸11に対して、垂直に一方向磁化されている。３は永久磁石２と空隙Ｋを介して配設された固定体であって、この固定体３の一側が前記永久磁石２に対向し、４は固定体３に互いに周方向に９０度間隔で取り付けられた４個の磁界検出素子であって、回転体の回転中心の同心円上にあり、互いに機械角で９０度ずれている２個１対の磁界検出素子を互いに１８０度位相をずらした位置に２対設けている。すなわち、隣り合う４つの素子の位置関係は、Ａ1相検出素子41とＢ1相検出素子42およびＡ2相検出素子43とＢ2相検出素子44はそれぞれ機械角で９０度変位しており、Ａ1相検出素子41とＡ2相検出素子43およびＢ1相検出素子42とＢ2相検出素子44は、それぞれ機械角で１８０度変位している。また、信号処理回路５は、Ａ1相とＡ2相それぞれの出力信号であるＶA1とＶA2の差動信号ＶAを出力する差動アンプ51と、Ｂ1相とＢ2相それぞれの出力信号であるＶB1とＶB2の差動信号ＶBを出力する差動アンプ52と、差動信号ＶAとＶBとから回転角度を検出する角度検出回路53とを設けてある。ここで、絶対角度の検出方法は、位相トラッキング方式や逓倍方式、位相変調方式、ディジタル演算処理等の正弦波、余弦波から角度情報を検出する方法をすべて含むものである。そして、前記固定体３の他側には、前記バックヨーク６が設けられている。
【００１８】
次に、動作について説明する。磁気式エンコーダは、上記の構成によりＡ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2の各相の磁界検出素子41，42，43，44によって、磁束が検出される。回転体１が１回転すると、一つの検出素子は図６に示すような回転角位置に応じた正弦波状の磁束密度を検出する。回転体１が偏心して回転するようなことがある場合は、検出した磁束密度の波形は偏心量に応じて変位する。しかし、Ａ相、Ｂ相は互いに１８０度位相がずれたＡ1相とＡ2相およびＢ1相とＢ2相の差動をとるので、偏心量は相殺され、図７に示すような、互いに９０度位相がずれた二つの正弦波、すなわち、回転角をθとしたとき、ｓｉｎθとｃｏｓθの波形が得られるので、Ａ相、Ｂ相を入力とする角度検出回路53によって処理が行われ、絶対位置の回転角度が検出される。この場合、上述したように前記バックヨーク101は、バックヨーク101においては、鉄に近い磁束密度が可能となり、また、金属材料に比べ２〜３桁高い比抵抗値を可能とするものであるから、磁束密度の向上及び均一化を図ることができる。
【００１９】
なお、回転体の偏心量が極めて小さい場合は、磁界検出素子を互いに周方向に９０度間隔で固定されたＡ相検出素子とＢ相検出素子によってｓｉｎθとｃｏｓθの波形の検出信号を得るようにしても良い。また、磁界検出素子は、Ａ相検出素子とＢ相検出素子を必ずしも回転体の回転中心に対して同心円上に設ける必要はなく、検出信号の振幅を調整すれば、十分な分解能を得ることも可能である。さらに、磁界検出素子は、Ａ相およびＢ相の検出素子をそれぞれ２つずつ設け互いに機械角で９０度位相がずれているが、これに限定されることなく０度乃至１８０度の範囲の間で位相をずらしても構わない。またさらに、上記実施例では、磁界検出素子をホール効果素子を使用した場合について説明したが、磁気抵抗素子を使用しても同様の効果が得られる。
【００２０】
このように本実施例では、請求項１に対応して、回転体１に取り付けられ磁界を発生する発磁体たる永久磁石２と、この永久磁石２に一側が対向すると共に該永久磁石２との間に空隙Ｋを有して固定体３に取り付けられた磁界検出素子４とを備えた磁気式エンコーダに用いられ、固定体３の他側に設けるバックヨーク101であって、このバックヨーク101は、表面絶縁処理した軟磁性材粉末を圧縮成形してなるものから、バックヨーク101バックヨーク中のいかなる方向の磁束に対しても渦電流の発生が抑えられ、磁束密度の向上及び均一化を図ることができ、永久磁石２の回転に応じた磁束密度を、磁界検出素子４が高い感度で検出することができ、磁気式エンコーダの精度を向上することができるバックヨーク101を提供できる。
【００２１】
このように本実施例では、請求項２に対応して、回転体１に取り付けられ磁界を発生する発磁体たる永久磁石２と、この永久磁石２に一側が対向すると共に該永久磁石２との間に空隙Ｋを有して固定体３に取り付けられた磁界検出素子４とを備えた磁気式エンコーダにおいて、固定体３の他側にバックヨーク101を設け、このバックヨーク101は、表面絶縁処理した軟磁性材粉末114を圧縮成形してなるものであるから、バックヨーク101バックヨーク中のいかなる方向の磁束に対しても渦電流の発生が抑えられ、磁束密度の向上及び均一化を図ることができ、永久磁石２の回転に応じた磁束密度を、磁界検出素子４が高い感度で検出することができる。
【００２２】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、請求項１に記載の磁気式エンコーダ用バックヨークの製造方法において、表面を絶縁処理した軟磁性材粉末114を成形用金型118のキャビティたる収容部128に充填し、この軟磁性材粉末114を圧縮成形したあと熱処理を施して製造されるから、バックヨーク101バックヨーク中のいかなる方向の磁束に対しても渦電流の発生が抑えられ、磁束密度の向上及び均一化を図ることができ、永久磁石２の回転に応じた磁束密度を、磁界検出素子４が高い感度で検出することができ、磁気式エンコーダの精度を向上することができるバックヨーク101を提供できる。
【００２３】
また、上述したように、本実施例では、発磁体は、回転体１の軸方向端部に配設された円板状または直方体状の永久磁石２で構成されると共に、回転体１の軸方向と垂直な一方向に磁化されたものであり、磁界検出素子４は、永久磁石２と軸方向に空隙Ｋを介して配置し、また、磁界検出素子４は、回転体１の回転中心に対して同心円上に配置されると共に、互いに周方向に機械角で９０度位相がずれている２個１対の磁界検出素子41，43，42，44を互いに１８０度位相をずらした位置に２対設けてあり、信号処理回路５は、互いに対向する磁界検出素子41，43，42，44間の差動信号を処理する差動アンプ51，52を設けてあり、回転体１の位置の絶対値を検出するようにしたから、構造が極めて簡単な永久磁石２と、永久磁石２に対向する２個または４個の磁界検出素子41，43，42，44を設けるだけで、正確な正弦波信号を得られるので、従来のように、軸方向に長い磁気記録媒体を設けたり、回転体１の外形に起伏を設けたり、楕円形にした磁気記録媒体を設ける場合に比べて、構造が簡単で、コストが低く、極めて分解能が高い、高精度の磁気式エンコーダを提供できる効果がある。
【実施例２】
【００２４】
図８及び図９は、本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、前記バックヨーク101は、磁化や減磁が比較的容易にできる例えば電磁軟鉄、ケイ鋼等の軟磁性材の粉末、すなわち軟磁性材粉末114をバインダー115を介して一体的に固着して形成されるものであり、軟磁性材粉末114の表面には磁力線を通す絶縁皮膜116が形成されている。そして、バインダー115として、主鎖中に熱的、化学的に安定なイミド環（複素環）や芳香環などの分子構造を有する高分子であるポリイミド樹脂を用いる。前記軟磁性材粉末114の粒度（最大幅）は、１０μｍ以上で３００μｍ以下であって、好ましくは１０μｍ以上で１００μｍ以下である。これは軟磁性材粉末114の粒度（最大幅）が１０μｍ未満であると軟磁気特性の低下が生じ、一方粒度（最大幅）が３００μｍより大きくなると十分な比抵抗が得られず、また十分な高周波が得られなくなるためである。
【００２５】
前記ポリイミド樹脂は、全芳香族ポリイミド、ビスマレイド系ポリイミド、或いは付加型ポリイミド等であって、その添加量は軟磁性材粉末114に対して重量比で０．０５％以上１．０％以下、好ましくは０．１以上０．５％未満である。これはポリイミド樹脂が０．０５％未満であると、比抵抗が保たれず、一方ポリイミド樹脂が１．０％を越えると密度が上がり難く磁束密度、透磁率の低下を招くためである。
【００２６】
そして、温間成形を用いる製造にあっては予めコアピン122と下パンチ123が貫通孔119に挿入しており、貫通孔119等の原料を収容する収容部128の壁面に潤滑層129を形成する。これは雌型120の上面上に設けられ貫通孔119に臨んだ噴出口より水溶液状の潤滑液を噴出して収容部128の壁面、表面に塗布し、塗布された潤滑液は雌型120の熱により水分が蒸発して貫通孔119の壁面の他に上面123ａの表面及びコアピン122の外周面の表面などに潤滑層129が形成される。潤滑液としては、１％安息香酸ナトリウム、１％リン酸水素２カリウムの水溶液を用い、１２０℃に熱した型壁面に噴射塗布することにより、水溶液が蒸発して壁面に潤滑層129としての晶出層が形成される。
【００２７】
このようにして、収容部128の壁面等に潤滑層129が形成された状態で、絶縁皮膜116が形成された軟磁性材粉末114と、例えば０．２重量％の付加型ポリイミド樹脂等前記バインダーとしてのポリイミド樹脂との混合物を、加熱された収容部128に落とし込んで収容する。
【００２８】
次に、実施例１と同様に、上パンチ121を所定圧力で貫通孔119に挿入することによりバックヨーク101を成形する。このようにして温間成形が終了した後、上パンチ121を上昇すると共に、下パンチ123を上昇することにより成形体（バックヨーク）を貫通孔119より抜き出すものである。この成形体（バックヨーク）は、必要に応じてあとでバインダーの硬化や成形時に生じたひずみ取りのため焼鈍などの熱処理を２００〜４００℃で施す。
【００２９】
前記バックヨーク101においては、磁束密度Ｂ10KA/m：１．６７Ｔ、比抵抗：５００μΩｍである。一方焼結材によるバックヨーク磁束密度Ｂ10KA/m：１．５７Ｔ、比抵抗：１〜１．５μΩｍとなった。この結果，本件発明に係るバックヨーク101においては、鉄に近い磁束密度が可能となり、また金属材料に比べ２〜３桁高い比抵抗値を持ち、交流磁界中においても高い透磁率を可能とするものである。
【００３０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１を示すバックヨークの斜視図である。
【図２】同上、成形装置の断面図である。
【図３】同上、磁気式エンコーダの要部の斜視図である。
【図４】同上、磁界検出素子から出力される各相信号を処理する信号処理回路を示す説明図である。
【図５】同上、磁気式エンコーダの要部の正面図である。
【図６】同上、１個の磁界検出素子の出力を示す説明図である。
【図７】同上、信号処理回路の出力を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２を示すバックヨークの要部の断面図である。
【図９】同上、成形時の要部の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  回転体
２  永久磁石（発磁体）
３  固定体
４  磁界検出素子
５  信号処理回路
11  回転軸
51  アンプ
52  アンプ
53  角度検出回路
101  バックヨーク
114  軟磁性材粉末
115  バインダー
116  絶縁皮膜
117  改流動剤
118  成形用金型
128  収容部（キャビティ）
Ｋ  空隙
【図１】
2006300736.tif 000003
【図２】
2006300736.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006300736.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006300736.tif 000009
【図８】
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【図９】
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