(57)【要約】【課題】小型、軽量で分解能を充分に向上させることができる磁気式エンコーダー用磁気媒体を提供する。【解決手段】円盤状の磁気媒体の磁極形成部分として、円周等間隔状に磁極を配するプラスチック磁石を成型する。磁極形状である凹もしくは凸形状は射出成型で形成する。着磁ヨークにより磁極と隣り合う部分とを異なる極性にすることで、狭ピッチで急峻な磁界分布を有する磁気媒体を得る。プラスチック磁石の成分である永久磁石粉末を適当な粒度にすれば、磁気媒体の磁界分布はより一層の信頼性を呈する。磁気媒体にプラスチック磁石を使用することで、小型、軽量でかつ、高分解能、高信頼性である磁気式エンコーダー用磁気媒体の提供ができる。【選択図】      図１
2004317453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の磁極を円盤面に有する磁気媒体と前記磁極群の移動軌跡に対向するように配された磁気センサーの組合せからなる磁気式エンコーダーであって、前記磁気媒体の少なくとも磁極を含む部分がプラスチック磁石で構成され、凹もしくは凸形状の磁極が円周状に且つ等間隔をもって配されていることを特徴とする磁気式エンコーダー用磁気媒体。
【請求項２】
磁気媒体の少なくとも磁極を含む部分がプラスチック磁石で構成された円盤面に、凹もしくは凸形状の磁極が異なる２径からなる同心円周状に且つ等間隔をもって配され、外周円側の磁極ピッチ間に内周円側の磁極が配されることを特徴とする磁気式エンコーダー用磁気媒体
【請求項３】
磁気媒体の外径が２５．４ｍｍ（１インチ）以下で、磁気媒体が１回転あたり５００パルス以上の磁気信号を発することを特徴とする請求項１および２に記載の磁気式エンコーダー用磁気媒体。
【請求項４】
磁気媒体のプラスチック磁石を構成する永久磁石粉末の平均粒径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３に記載の磁気式エンコーダー用磁気媒体。
【請求項５】
磁気媒体のプラスチック磁石表面にある凹もしくは凸形状の磁極周辺の凹部を樹脂等で埋めて、磁極面を平坦化したことを特徴とする請求項１から４に記載の磁気式エンコーダー用磁気媒体。
【請求項６】
永久磁石粉末永久磁石粉末とプラスチック樹脂を混錬したスラリーを射出成型することで、磁極である凹もしくは凸形状が配されたプラスチック磁石を成型する工程、着磁ヨークにより磁気媒体を着磁する工程、を備えることを特徴とする請求項１から４に記載の磁気式エンコーダー用磁気媒体の製造方法。
【請求項７】
永久磁石粉末永久磁石粉末とプラスチック樹脂を混錬したスラリーを磁界中射出成型することで、磁極である凹もしくは凸形状が配されたプラスチック磁石を着磁成型する工程、着磁ヨークにより磁気媒体を追加着磁する工程、を備えることを特徴とする請求項１から４に記載の磁気式エンコーダー用磁気媒体の製造方法。
【請求項８】
永久磁石粉末とプラスチック樹脂を混錬したスラリーを射出成型することで、磁極である凹もしくは凸形状が配されたプラスチック磁石を成型する工程、少なくとも磁極を含む周辺の凹部に樹脂を塗布・硬化する工程、着磁ヨークにより磁気媒体を着磁する工程を備えることを特徴とする請求項１から５に記載の磁気式エンコーダー用磁気媒体の製造方法。
【請求項９】
永久磁石粉末とプラスチック樹脂を混錬したスラリーを磁界中射出成型することで、磁極である凹もしくは凸形状が配されたプラスチック磁石を着磁成型する工程、少なくとも磁極を含む周辺の凹部に樹脂を塗布・硬化する工程、着磁ヨークにより磁気媒体を追加着磁する工程を備えることを特徴とする請求項１から５に記載の磁気式エンコーダー用磁気媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の磁極が着磁された回転体の変位を磁気センサーによって検出する磁気式エンコーダーとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に磁気式ロータリーエンコーダーの一例を示す。磁気式ロータリーエンコーダー１１０は、磁極列を備えた回転する磁気媒体１１１と、媒体の回転を磁界の変化として検出する磁気センサー１１２の組合せによって構成されている。図１１ａ）は回転する磁気媒体１１１の外周面を着磁し、磁気センサー１１２で回転を検出するものである。図１１ｂ）は、回転する磁気媒体１１１の円盤面を着磁し、磁気センサー１１２で回転を検出するものである。
【０００３】
パソコン用インク吐出型（インクジェット型）プリンターに用いられている紙送り機構は、光学式のロータリーエンコーダーが用いられることが主流であったが、発色性の良さから顔料系インクが主流となるに従い、磁気式エンコーダーが多く用いられるようになってきた。これは磁気式の方が光学式と比較して、インク飛散による位置検出エラーに対する信頼性が高いためである。モーター等に用いられるエンコーダーでも、油やごみの付着による位置検出エラーに対する信頼性が必要となる場合には、光学式ではなく磁気式のエンコーダーが多く用いられている。プリンターの紙送り機構に用いられているエンコーダーは、配置空間の制限から、図１１ｂ）に示されるように、回転する磁気媒体の円盤面に磁極を形成する方式が検討されている。
【０００４】
図１１ｂ）を用いて、プリンターの紙送り機構について説明する。回転するシャフト１１３に円盤状の磁気媒体１１１を固定して、磁気媒体１１１に対向するように磁気センサー１１２が配される。シャフト１１３には紙送り用のローラー１１４が設けられ、ローラー１１４との摩擦力によって印刷用紙が所定量送り出される。ローラー１１４の回転移動量はエンコーダー１１０によって制御される。最近の吐出インク径は８μｍ程度であるので、紙送り機構の送り精度（分解能）は５μｍ程度が要求されている。円盤面への着磁は、従来の磁気媒体と同様にＮＳＮＳと異極を交互に着磁する。しかし、取付け空間の制限から磁気媒体の直径も２５．４ｍｍ（１インチ）以下が求められており、自ずと狭ピッチでの着磁が必要となる。磁気センサーには、狭ピッチで弱磁界を検出する能力が要求されるため、磁気抵抗効果型が主に用いられている。磁気抵抗型センサーは、磁気により電気抵抗が変化し、その電気抵抗の変化を電圧として取り出している。
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
パソコン用プリンターのエンコーダーには、高分解能だけでなく小型軽量であることが要求される。磁気媒体にバルクのハードフェライトを用いようとした場合、バルクのハードフェライトは脆性材であるため欠け易くまた、割れ易いため薄肉化することは困難であり、強度を有する一体物で製作するには重量が重くなってしまうという欠点があった。また、着磁ヘッドの寸法上の制約などから着磁ピッチを微細に設定することも困難であった。この欠点を補うことを目的として、図１２ａ）に示すように、円盤状永久磁石１２１に、配列された孔１２３を有する高透磁率の円板１２２を貼付け、孔部から高透磁率材に沿って磁界の強弱を得る方法が、特開平５−５２５８４公報に開示されている。この方法では、高透磁率の円板を貼り付けることで機械的強度が上がる利点もある。これに似た方法として、図１２ｂ）に示すように円盤状の高透磁率材１２４に所定のピッチで孔を空け、その孔部分に永久磁石粉末１２５を樹脂に混練して充填する方法もある。高透磁率材の孔に永久磁石粉末１２５を充填する方法には、磁気媒体の薄型、軽量化は図れるものの、狭ピッチでは永久磁石の粒の大きさや充填度合いにより磁界強度がばらつくといった問題があった。結果としてエンコーダーを小型・軽量化できても、分解能が低くなってしまうと言う欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決し、小型、軽量でかつ、高分解能である磁気式エンコーダー用磁気媒体を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気式エンコーダー用磁気媒体は、円盤面に有する磁極群の移動軌跡に対向するように配された磁気センサーとの組合せで磁気式エンコーダーを構成し、前記磁気媒体の少なくとも磁極を含む部分がプラスチック磁石で構成され、凹もしくは凸形状の磁極が円周状に且つ等間隔をもって配されていることが望ましい。
【０００８】
プラスチック磁石はバルク型ハードフェライトと比較して軽量であり薄肉化が可能な材質であることから、エンコーダーの小型、軽量化には有利である。また後述するように、プラスチック磁石は射出成型することで、最終形状に近い形状で成型可能な素材であり、量産時のコスト面から見ても有利であるといえる。
【０００９】
プラスチック磁石の、永久磁石粉末（以下、磁粉と言う）はネオジウム鉄ボロン系、サマリウムコバルト系、サマリウム鉄系、鉄とニッケル、コバルトもしくはそれらを含む合金材料および、バリウム系フェライト、ストロンチウム系フェライトを使用することができる。これらの磁粉を固着するプラスチックは熱可塑性の樹脂で、ＰＡ（ポリアミド系のナイロン６やナイロン１２）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド系）、ＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート系）等を使用することができる。プラスチック磁石の板厚は、シャフトに直接取り付けたときの強度等を考えて、０．５ｍｍ以上にすることが望ましい。プラスチック磁石の磁気特性は、磁粉の磁気特性および磁粉とプラスチックの混合比率により、残留磁束密度Ｂｒが０．２〜１．０（Ｔ）、保磁力Ｈｃが１５０〜１０００（ｋＡ／ｍ）の間で作製可能である。凹もしくは凸形状の磁極の幅、高さ、長さ等から決まるパーミアンス係数から、最適な磁気特性を有するプラスチック磁石を選定することができる。
【００１０】
本発明では、磁気媒体を構成する部品全てがプラスチック磁石である必要は無い。すなわち、磁極を形成する部分のみプラスチック磁石であれば良く、シャフトと接する部分を別に作製したフランジとすることも可能である。フランジを使用すれば、プラスチック磁石を薄肉化したとき磁気媒体自身の機械的補強となるだけでなく、フランジにネジ孔を設け、磁気媒体をシャフトにネジで強固に固定することも可能となる。プリンターの紙送り機構にはこのよう強固な補強は必要ないと思われるが、高速回転をするエンコーダーでは信頼性を高める点で有効な技術である。
【００１１】
磁極の形状を、凹もしくは凸形状にすることで、着磁間隔を狭く磁界分布を急峻にすることができる。磁界分布を急峻にするためには、磁極の高さを０．０５ｍｍ以上とすることが望ましい。プラスチック磁石上に形成される磁極は、周囲の面から凸の部分を形成して磁極とするよりも、凹の部分を形成して磁極とする方が望ましい。プラスチック磁石で同じ磁極高さを形成する場合でも、凹の部分を形成して磁極とする方が強度的に有利であり、シャフトに取り付けた時の変形量を最小限にする事ができる。また、プラスチック磁石に凹の部分を形成して磁極とする方が、成型時の金型の作製も容易となる。
【００１２】
凹もしくは凸形状である磁極は、磁気センサーの感磁部形状に合わせ、底面もしくは上面の形状を円形、方形、台形、扇形等から最適な形状を選定することができる。磁極の壁面は略直角に形成されていることが望ましいが、成型時に金型から抜けやすいよう、壁面に２０度程度の傾斜をつけても構わない。
【００１３】
本発明の磁気式エンコーダー用磁気媒体は、円盤面に有する磁極群の移動軌跡に対向するように配された磁気センサーとの組合せで磁気式エンコーダーを構成し、前記磁気媒体の少なくとも磁極を含む部分がプラスチック磁石で構成され、凹もしくは凸形状の磁極が異なる２径からなる同心円周状に且つ等間隔をもって配され、外周円側の磁極ピッチ間に内周円側の磁極が配されることが望ましい。
【００１４】
磁極を異なる２径からなる同心円周状に且つ等間隔をもって配し、外周円側の磁極ピッチ間に内周円側の磁極を配することによって、１つの円周状の配置に比べ、電極間隔を大きくすることが可能である。これにより、凹もしくは凸形状作成が容易になるだけでなく、隣り合う磁極の磁界の影響が少なくなり、磁界分布を急峻にすることができる。しかし本発明の場合、外周および内周円側の磁極の磁界を同時に検知する磁気センサーが必要になる。センサーの小型および低価格化に反するが、エンコーダーの分解能を高くするには有用な技術である。磁極の底面もしくは上面の形状は、外周と内周とで同一にしても良いが、外周と内周の円周長は異なるので、磁極の大きさを変える必要がある。
【００１５】
本発明の磁気式エンコーダー用磁気媒体は、磁気媒体の外径が２５．４ｍｍ（１インチ）以下で、磁気媒体が１回転あたり５００パルス以上の磁気信号を発することが望ましい。
【００１６】
磁気媒体の外径が大きくなれば、磁極ピッチが一定のもとでは発生可能なパルス数は増え、パルス数が一定のもとでは磁極ピッチを大きくできることは、理解に難くない。しかし、磁気媒体の外径を小さくしつつパルス数を増やすことは、容易なことではない。パソコン用プリンターでは、取付け容積の関係から小型の磁気媒体が必要とされており、媒体の外径は最大でも２５．４ｍｍ（１インチ）が望まれている。他のモーターに使用する場合でも、媒体の小型化が望まれていることは言うまでもない。媒体より発するパルス数は、電気的な逓倍化により増やすことも可能であるが、４逓倍程度が上限である。パルス数を増やすためには、出来る限り磁気媒体自身の発生パルス数を上げることが望ましく、磁気媒体１回転あたり最低５００パルス以上であることが望ましい。
【００１７】
本発明の磁気式エンコーダー用磁気媒体は、磁気媒体のプラスチック磁石を構成する磁粉の平均粒径が５μｍ以下であることが望ましい。
【００１８】
磁粉の粒径はプラスチック磁石の磁気特性を左右するのは言うまでもないが、同時に磁粉の粒径はエンコーダーの分解能を左右するパラメーターでもある。微視的に見た場合、磁石表面からの磁界強度は、磁石表面に磁区を構成する単位粒子ごとに揺らぎを生じている。磁区を構成する単位粒子とは、金属磁石の場合は結晶粒であり、焼結磁石の場合は焼結粒子であり、本発明のプラスチック磁石の場合は、フィラーである磁粉粒子となる。本発明のように、プラスチック磁石表面に微細な凹凸を形成して磁極とする場合、磁極幅もしくは磁極ピッチに対する磁粉の粒径が重要となる。磁極幅もしくは磁極ピッチに対して磁粉の粒径が大きい場合、磁粉粒子に起因した磁極面からの磁界強度の揺らぎが無視できず、磁極ごとに磁界強度のばらつきが生じ、結果としてエンコーダーの分解能が低くなってしまう欠点がある。磁極ごとの磁界強度のばらつきを小さくするためには磁粉の粒径を小さくすることが望ましく、磁粉の平均粒子径として５μｍ以下であることが望ましい。より望ましくは磁粉の平均粒子径が３μｍ以下である。
【００１９】
磁粉の形状は、球状、楕円状、６面体や８面体もしくはこれ以上の多面体状、板状、フレーク状、針状、砕いた岩石状、砂状、個々の形状に規則性が見いだし難い不定形、またはこれらの組合せ形状のものを用いることができる。また、単体の粒子ではなく、複数の粒子を結合させた粒子を用いてもよい。ただし、磁粉が含まれる量の均一性を保持するためには、ほぼ類似の形状であって粒径の分布が均一である粉末を用いるほうが望ましい。磁粉の平均粒径は、磁粉を写真に撮り写真上の任意の仮想線を横断する粒子の径の合計長さを粒子数で除したものとした。粒度分布は磁粉を写真に撮り各粒子の最短径と最長径を測定し平均値を取る２軸平均径をヒストグラム化したものとした。
【００２０】
本発明の磁気式エンコーダー用磁気媒体は、磁気媒体のプラスチック磁石表面にある凹もしくは凸形状磁極周辺の凹部を樹脂等で埋めて、磁極面を平坦化することが望ましい。
【００２１】
磁気媒体が回転すると空気の乱れが起こり、特に凸部等があると風切り音が発生しやすい。プリンターの紙送り機構に用いる場合は、磁気媒体の回転速度は遅いので特に問題とはならないが、高速回転する部位に用いる場合は問題となることがある。風切り音を防止するためには、磁極を含むその周辺の凹部に非磁性の樹脂等を埋めて、磁気媒体表面を平坦化することが望ましい。凹部を埋めることは、凹部へのごみ等の付着防止にもなる。
【００２２】
磁気媒体と磁気センサーは数μｍから数１０μｍの間隔を持って対向配置されることが多いが、間隔を正確に保つことが困難であるため、磁気センサーもしくは磁気媒体表面に、摺動性の高い非磁性材を間隔分付加し、磁気センサーと磁気媒体を接触させる方法が主流となりつつある。磁気媒体の表面に凸部があると、磁気センサー表面に付加した摺動性の高い非磁性材を、揺動時に削り取ってしまう可能性があり、磁極を含むその周辺の凹部を樹脂等で埋めて平坦化することは、非常に有効である。
【００２３】
磁極を含むその周辺の凹部を埋める樹脂は、摺動性の良い、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン）系やＰＡ（ポリアミド系のナイロン６やナイロン１２）系等の樹脂を用いることが望ましい。樹脂は少なくとも磁極上面と同一高さになるよう付加する必要があるが、磁極上面より高くても構わない。磁気媒体と磁気センサーの間隔に相当する分、磁極上面より凸にすることで、磁気媒体と磁気センサーの間隔を容易に得ることができる。もちろん、磁極上面にも同間隔に相当する厚みで樹脂を付加することがより望ましい。表面に高摺動性の材質を付加した磁気センサーと組み合わせることも可能であり、磁気センサー側に付加した高摺動性材の厚み分だけ、磁極上面から凸にする樹脂を減らすことで、磁気媒体と磁気センサーの間隔は維持することが可能となる。
【００２４】
少なくとも磁極を含むその周辺の凹部を埋める樹脂の付加方法は、次の方法を取ることができる。液状の樹脂を、刷毛やスプレー、浸漬等により塗布した後硬化する方法や、射出成型を行う方法、成形した樹脂を磁気媒体に接着する方法、平板を樹脂で接着し接着材で凹部を埋める方法等から選ぶことが可能である。
【００２５】
本発明の磁気式エンコーダー用磁気媒体は、磁粉とプラスチック樹脂を混錬したスラリーを射出成型することで、磁極である凹もしくは凸形状が配されたプラスチック磁石を成型する工程、着磁ヨークにより磁気媒体を着磁する工程を備えることが望ましい。
【００２６】
プラスチック磁石の原料である磁粉とプラスチック樹脂は、スラリーを形成するために、まず加温状態で混錬する。予め磁粉はシランカップリング剤等により表面処理してから混錬しても構わない。また、混錬する際には、成型性をよくするために潤滑剤を添加して混錬しても構わない。スラリーにおける磁粉とプラスチック樹脂の比率は、成型時の金型への充填のし易さ等に依存するが、できる限り磁粉の比率を上げることで高い磁気特性のプラスチック磁石が得られる。混錬が完了したスラリーは、プレスもしくは射出成型により金型に充填され、磁極である凹もしくは凸形状を有するプラスチック磁石が形成される。
【００２７】
磁気媒体のプラスチック磁石は、厚み方向にＮもしくはＳ極に着磁を行ったあと、着磁ヨークで挟持し逆極になるように凸部磁極に着磁を行う。着磁ヨークは磁極と接する部位が凸になるように、周囲に切り込みを入れた構造とすることが望ましい。磁極の周辺は凹んでいるため、磁気媒体の凹み量と着磁ヨークの切り込み深さが磁気ギャップとなり磁界が弱められ磁極の反転に必要な磁界が得られないため磁極の反転は起こらない。このように追加着磁することで、例えば磁極の凸部表面はＮ極、磁極周辺の凹部表面はＳ極とすることが出来る。磁気媒体の凸部磁極の幅、長さより着磁ヨークの凸部の幅、長さは１０〜２０％程度大きくすることが好ましく、大きくすることで位置決めが容易となる利点がある。同一面上にＮ極とＳ極を連続的に着磁したものに比べ、Ｎ極とＳ極で段差を有する本発明の磁気媒体は急峻な磁界が得られる。凸部への追加着磁は磁気媒体の一括着磁でなくても構わない。磁極が配される円周状に分割着磁するのであれば、着磁ヨークの凸形状を少なくすることができ、着磁装置を簡易なものとすることが可能である。
【００２８】
プラスチック磁石の成型に射出成型を使用すれば、▲１▼プラスチック磁石とシャフト、▲２▼プラスチック磁石とフランジ、▲３▼プラスチック磁石とフランジとシャフトなどの一体成型が可能である。一体成型することは、後工程での組み立て工程が省略できるので、製造工数的に有利な方法である。この場合、着磁はプラスチック磁石とシャフト、もしくはフランジと一体のまま行われる必要があり、シャフトもしくはフランジは非磁性体を使用するなどして、磁化されないような工夫をすることが望ましい。
【００２９】
プラスチック磁石で形成した磁気媒体の少なくとも磁極を含むその周辺の凹部に、樹脂を埋め込む工程を付加することも出来る。樹脂の埋め込み工程は、プラスチック磁石成型後でも、磁気媒体の着磁後でも、磁気媒体と他の部品との組み立て後のいずれでも構わない。磁気媒体製造上最もやり易く、安価に磁気媒体が出来る様に、工程を前後させることは可能である。
【００３０】
本発明の磁気式エンコーダー用磁気媒体は、磁粉とプラスチック樹脂を混錬したスラリーの磁界中プレスもしくは磁界中射出成型により、磁極である凹もしくは凸形状が配されたプラスチック磁石を着磁成型する工程、着磁ヨークにより磁気媒体を追加着磁する工程を備えることを特徴としている。
【００３１】
プラスチック磁石の成型に、磁界中プレスもしくは磁界中射出成型を使用することで、成型後の着磁を１工程省略できるので、工数的に有利な方法である。この場合においても、磁気媒体の少なくとも磁極を含むその周辺の凹部に、樹脂を埋め込む工程を付加することも出来る。磁界を印加する時。スラリーが流動性を有していれば異方性、流動性が無い時は等方性のプラスチック磁石となる。異方性プラスチック磁石は等方性プラスチック磁石に比べ磁気特性が良くなるので、スラリーが流動性を有する間に磁場を印加することが望ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明のエンコーダー用磁気媒体を用いたプリンターの紙送り機構の斜視図である。図２ａ）は、磁気媒体の斜視図、図２ｂ）は、ａ）図のｋ−ｋ’断面図である。
【００３３】
図１はプリンターの紙送り機構の一部で、モーター等により回転するシャフト４に、磁気媒体１およびローラー５が固定されている。ローラー５は紙との摩擦を得るためにゴムを用いた。ローラー５の回転により紙が所定量送り出され、印字ヘッドにより印刷は行われる。印字ヘッドおよび紙の図示は省略した。ローラーの回転角情報は、磁気媒体１の磁極２からの磁界変化として、磁極に対向して設けられた磁気センサー３が検出する。この回転角情報をモーターへとフィードバックすることで、紙送りの精度向上が実現されている。
【００３４】
図２ａ）は磁気媒体の斜視図、図２ｂ）は断面構造を示している。図３は磁極部近傍の拡大図である。説明をわかりやすくするため、同一の部位、部品には同じ符号を用いている。磁気媒体１には、磁気媒体全体がストロンチウムフェトライト系のプラスチック磁石を使用した。プラスチック磁石の磁気特性は、残留磁束密度０．１８（Ｔ）、保磁力２５０（ＫＡ／ｍ）である。プラスチック磁石の板厚は０．８ｍｍとした。外径ｄ１は２０ｍｍとし、シャフト４が挿入される内径ｄ３は８ｍｍとした。磁極中心の直径ｄ２は１９．４ｍｍとし、磁極２の中心方向の長さＬは０．５ｍｍとした。磁極は１周で５００としたため、磁極中心の直径ｄ２の位置で磁極ピッチは０．１２２ｍｍとなる。磁極は長方形で円周方向の磁極幅Ｗは０．０７ｍｍとし、磁極間の凸部幅は０．０５２ｍｍとした。磁極の凹量（磁極周辺の凸量）は０．０５ｍｍである。凹部と凹部周辺の凸部でＮおよびＳ極の磁石を形成するものであるが、特に断りのない限り本明細書では凹部を磁極として説明している。そのため、磁極５００とはＮ極が５００、Ｓ極５００からなっているものである。凹部の幅を磁極幅、凹部と凹部の間隔を磁極ピッチとしている。
【００３５】
プラスチック磁石の磁粉には、焼結磁石をボールミルで粉砕したストロンチウムフェライト粉を使用し、プラスチック樹脂はポリアミド系のナイロン１２を使用した。使用した磁粉の平均粒径は２．２μｍであり、重量比率で９０％とした。磁粉は２５０℃の温度でナイロン１２と共に混錬してスラリーとした。成型時の金型抜けを良くするために、金型にシリコンオイル系の離型材をスプレー塗布した。混錬したスラリーは２８０℃に加熱した金型中で射出成型され、円盤上で且つ表面に凹形状の電極部を有するプラスチック磁石を得た。成型したプラスチック磁石は上下面に着磁ヨークを当て、通電着磁することで磁気媒体とした。
【００３６】
本発明の他の実施例として、図４および図５に示す磁極を２円周状に配した磁気媒体について説明する。図４ａ）は磁気媒体の斜視図、図４ｂ）は断面構造を示している。図５は磁極部近傍の拡大図である。磁気媒体１には、磁気媒体全体がバリウムフェトライト系のプラスチック磁石を使用した。磁気媒体の磁気特性は、残留磁束密度０．１３（Ｔ）、保磁力２００（ＫＡ／ｍ）である。プラスチック磁石の板厚は１．５ｍｍとした。外径ｄ１は２０ｍｍとし、シャフトが挿入される内径ｄ３は８ｍｍとした。外周側の磁極中心の直径ｄ２は１９．４ｍｍ、内周側の磁極中心の直径ｄ２’は１８．３ｍｍとした。磁極の中心方向の長さＬは内周側磁極、外周側磁極とも０．５ｍｍとした。磁極は１周で６００としたため、外周側磁極と内周側磁極の数は各々３００とした。外側の磁極中心の直径ｄ２の位置で磁極ピッチは０．２０３ｍｍ、内側の磁極中心の直径ｄ２’の位置では０．１９２ｍｍとなった。磁極は長方形で円周方向の磁極幅Ｗは０．０９ｍｍとし、磁極間の凸部幅は外側磁極では０．１１３ｍｍ、内側磁極では０．１０３ｍｍとした。磁極の凹量（磁極周辺の凹量）は０．０５ｍｍとした。
【００３７】
プラスチック磁石の磁粉には、焼結磁石の材料となるバリウムフェライトを使用し、プラスチック樹脂には、ポリアミド系のナイロン６を使用した。磁粉は平均粒径１．３μであり、重量比率で８８％とした。磁粉は２５０℃の温度でナイロン６と混錬してスラリーとした。成型時の金型抜けを良くするために、金型にＰＴＦＥを塗布した。混錬したスラリーは２８０℃に加熱した金型中で磁場中射出成型され、円盤上で且つ表面に凹形状の電極部を有するプラスチック磁石を得た。金型中のプラスチック磁石はスラリー状態で磁場がかかるため、磁界方向に磁気異方性が付与されたものとなっている。成型したプラスチック磁石は上下面に着磁ヨークを当て、追加着磁することで磁気媒体とした。金型中で冷却し樹脂が固まった時点で金型に磁場を与えて着磁する事もできるが、成形されたプラスチック磁石は等方性となるため、異方性に比べ磁気特性が低下してしまうため、異方性の方が望ましいものである。
【００３８】
本発明の他の実施例として、図６に示すように磁極を１円周状に配し、磁極を形成する部分のみプラスチック磁石とし、シャフトと接する部分を別に作製したフランジとした磁気媒体について説明する。図６ａ）は磁気媒体の斜視図、図６ｂ）は断面構造を示している。磁気媒体１は、磁極を形成する部分にストロンチウムフェトライト系のプラスチック磁石１１を使用し、シャフトと接する部分をアルミニウム製のフランジ１２とした。プラスチック磁石の磁気特性は、残留磁束密度０．１８（Ｔ）、保磁力２５０（ＫＡ／ｍ）である。プラスチック磁石１１の板厚ｔ１は０．８ｍｍ、外径ｄ１は２０ｍｍとし、フランジ１２が挿入される内径ｄ３’は１８．０ｍｍとした。磁極の配置、寸法は図２と同一とした。
【００３９】
本実施例で使用したアルミニウム製フランジ１２の板厚ｔは１．８ｍｍとし、シャフトと接する部分は図に示されるような形状であり、幅ｃを１．０ｍｍとした。また、シャフトが挿入される内径ｄ３は８ｍｍとした。フランジ１２は予めプラスチック磁石１１と接する面をローレット加工し、プラスチック磁石１１とフランジ１２が強固に一体化されるようにした。
【００４０】
プラスチック磁石の磁粉には、焼結磁石をボールミルで粉砕したストロンチウムフェライト粉を使用し、プラスチック樹脂はポリアミド系のナイロン１２を使用した。使用した磁粉の平均粒径は２．２μｍであり、重量比率で９０％とした。磁粉は２５０℃の温度でナイロン１２と共に混錬してスラリーとした。金型には予め作製したフランジをセットし、成型時の金型抜けを良くするために、金型にはシリコンオイル系の離型材をスプレー塗布した。混錬したスラリーは２８０℃に加熱した金型中で射出成型され、表面に凹形状の電極部を有するプラスチック磁石とアルミニウム製フランジとの一体品を得た。プラスチック磁石とフランジとの一体品は上下面に着磁ヨークを当て、通電着磁することで磁気媒体とした。本実施例で作製した磁気媒体は、フランジにネジ孔を設け、磁気媒体をシャフトにネジで強固に固定することが可能である。また、本実施例の磁気媒体は６．９ｇの重量であり、同じ形状の磁気媒体を全てプラスチック磁石（比重約３．７）で作製した場合と比較して、約３０％の軽量化となった。磁気媒体を軽量化するためには、本実施例のアルミニウム（比重２．６９）製フランジのように、軽量のフランジを使用することが望ましい。
【００４１】
本発明の他の実施例として、図７に示すように磁極を１円周状に配し、磁気媒体の磁気センサー対向面に樹脂を塗布した磁気媒体について説明する。図７ａ）には磁気媒体の斜視図、図７ｂ）には断面図を示す。磁気媒体１には、磁気媒体全体がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系のプラスチック磁石を使用した。磁気媒体の磁気特性は、残留磁束密度０．６（Ｔ）、保磁力６８０（ＫＡ／ｍ）である。プラスチック磁石の板厚は１．５ｍｍとした。磁極の配置、寸法は図２と同一とした。
【００４２】
プラスチック磁石の磁粉には、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁粉を使用し、プラスチック樹脂は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）系樹脂を使用した。使用した磁粉の平均粒径は５μｍである。磁粉は２５０℃の温度でＰＰＳと混錬してスラリーとした。混錬したスラリーは２８０℃に加熱された金型中で射出成型し、円盤上で且つ表面に凹形状の電極部を有するプラスチック磁石を得た。成型したプラスチック磁石は上下面に着磁ヨークを当て、通電着磁することで磁気媒体とした。
【００４３】
樹脂は磁極の凹部底面だけでなく、磁極の磁気センサー対向面にも塗布し、その樹脂厚みは最薄部で１０μｍとした。用いた樹脂は東洋ドライルーブ株式会社製のドライルーブ＃１０１Ａである。樹脂はフッ素系で、スプレーコーターを用いて吹き付け塗布した後加熱硬化させた。硬化したフッ素系樹脂の表面硬さは鉛筆硬度でＨである。鉛筆硬度は三菱鉛筆ユニを使用し、荷重１ｋｇ、角度４５°で引っかき、フッ素系樹脂の表面に傷が入るか否かで測定した。磁気媒体側の樹脂硬さは磁気センサーの表面硬さとの関係で決まるもので、磁気媒体側の樹脂硬さは２Ｂ〜３Ｈの範囲で選択することが可能である。
【００４４】
ストロンチウムフェライト系で、残留磁束密度０．１８（Ｔ）、保磁力２５０（ＫＡ／ｍ）のプラスチック磁石を用いた磁気媒体の着磁について述べる。図８に、本発明の磁気媒体に関する、着磁方法の一例を示す。図では磁気媒体の形状、磁極の数等は、イメージ的なものであり、実際の形状とは異なる。図８ａ）に示すように、凹状の磁極を有する磁気媒体１を着磁ヨーク８１，８２で上下から挟み、コイル８３に電流を流すことで磁気媒体厚み方向にＮＳの着磁をし、磁極および磁極周辺をＳ極に着磁した。着磁ヨーク８１，８２は円盤型で磁気媒体接触面は凹凸の無い簡単な構造とした。着磁した磁気媒体を、図８ｂ）に示すように磁気媒体の上面に着磁ヨーク８５の凸部８６を突き当て、磁気媒体上面がＮ極になるようにコイル８３に電流を流した。磁極の背面の磁気媒体に突き当てた着磁ヨーク８７は平面のものを使用した。図８ａ）の着磁では、着磁ヨークに３８０（ＫＡ／ｍ）の磁界が発生するようにコイルに単発パルス電流を流したが、図８ｂ）では、２８０（ＫＡ／ｍ）と減じている。図８ａ）では、磁極である凹部も完全に着磁できるようにプラスチック磁石の保磁力に対して約１．５倍の磁界を印加した。これは、凹部高さが磁気ギャップとなるためである。図８ｂ）では、磁気媒体の上面のみ磁化すれば良く、磁極である凹部は磁化反転してはいけない。そのため、プラスチック磁石の保磁力の約１．１倍の磁界とした。磁極である凹部に印加される磁界を極力小さくするため、磁気ヨークの表面の凸部８６の高さは約０．７ｍｍとした。言い方を変えると、磁気ヨークに深さ約０．７ｍｍの穴をあけたものを使用した。磁気ヨークの穴深さ約０．７ｍｍと磁極周辺部の凹み量約０．０５ｍｍの合計約０．７５ｍｍが磁気ギャップとなる。この磁気ギャップにより、磁極である凹部はＳ極からＮ極への反転を起こさない。コイルに流す電流、磁気ヨークの切り込み深さ約０．７ｍｍ等は用いるプラスチック磁石の保磁力によって、最適な値が決まるものであり、必ずしも本実施例で述べた値でなくても構わない。射出成形と同時に着磁する場合は、図８ｂ）から始めて良いものである。
【００４５】
図９ａ）に、本発明である磁気媒体の磁界分布を示す。図９ｂ）には、比較例として凹凸形状を有しない磁気媒体の磁界分布を示す。図９ｂ）の一転鎖線内がＮ極の着磁範囲である。磁界分布はホール素子型磁力計を用い、磁極の円周方向の磁界を磁気媒体を回転移動させ測定した。図９ａ）に示す様に、本発明の凹凸状の磁極を有する磁気媒体の磁界分布は、図９ｂ）に比べ磁界分布が急峻であることがわかる。図中の破線は磁界分布から予測した磁界を模式的に表わしたものである。
【００４６】
本発明の図９ａ）に示す磁界分布を有する磁気媒体と、図９ｂ）に示す磁界分布を有する比較例の媒体を用いて、磁気抵抗効果型磁気センサーと組合わせて紙送り用エンコーダーを製作し、紙送りの精度を評価した。本実施例では、実際にエンコーダーを組み込んだプリンターでテスト印刷し、印刷仕上がり度合いで評価した。印刷したのは人物画で、Ａ４サイズの紙全面にわたってテスト印刷した。本発明の磁気媒体を組み込んだプリンターで印刷した場合、印刷された人物画には問題は発生しなかったが、比較例の磁気媒体を組み込んだプリンターで印刷した場合、印刷された人物画の一部に印刷不良が発生した。不良の内容は、１５０枚印刷した内３枚の一部に横筋が入ったようにインクの濃淡が出た、というものであった。
【００４７】
図１０ａ）に、本発明である磁気媒体の磁界分布を示す。図１０ｂ）には、比較例として、磁粉の平均粒径が１０μｍのプラスチック磁石を使用した磁気媒体の磁界分布を示す。磁界分布はホール素子型磁力計を用い、磁極の円周方向の磁界を磁気媒体を回転移動させ測定した。図１０ａ）に示すように、磁粉の平均粒径が５μｍ以下のプラスチック磁石を使用した本発明である磁気媒体の磁界分布は、図１０ｂ）に比べ磁界分布が安定していることが判る。
【００４８】
本発明の図１０ａ）に示す磁界分布を有する磁気媒体と、図１０ｂ）に示す磁界分布を有する比較例の媒体を用いて、磁気抵抗効果型磁気センサーと組み合わせて紙送り用エンコーダーを製作し、紙送り精度を評価した。評価は前述の実施例と同じ印刷テストの方法をとった。表１に印刷テストの結果を示す。表１中実施例と比較例での主な違いは磁粉の平均粒径である。本発明の磁気媒体を組み込んだプリンターで印刷した場合、印刷された人物画には問題は発生しなかったが、比較例の磁気媒体を組み込んだプリンターで印刷した場合、印刷された人物画の一部に印刷不良が発生した。原因としては比較例の磁気媒体は磁界分布が悪いため、図１０ｂ）のｆ点の磁界の急激な落ち込み部を磁界の反転と誤検知してしまったものと考えられる。磁界分布が悪い磁気媒体を調べたところ、磁界の急激な落ち込みを示す部分は、粒径の大きな磁粉がブリッジを作った様な状態で、磁粉の少ない部分ができていた。平均粒径が５μｍ以下の実施例ではこのような現象は見られなかった。
【００４９】
2004317453.tif 000003
【００５０】
【発明の効果】
エンコーダーの磁気媒体として、プラスチック磁石を使用することで、小型、軽量で分解能の高い磁気式エンコーダー用磁気媒体を製造し提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気式エンコーダーの斜視図である。
【図２】本発明の磁気媒体の斜視図と断面図である。
【図３】本発明の磁気媒体の拡大図である。
【図４】本発明の他の磁気媒体の斜視図と断面図である。
【図５】本発明の他の磁気媒体の拡大図である。
【図６】本発明の他の磁気媒体の斜視図と断面図である。
【図７】本発明の他の磁気媒体の斜視図と断面図である。
【図８】本発明の着磁方法を説明する図である。
【図９】本発明の磁気媒体の磁界分布を示す図である。
【図１０】本発明の他の磁気媒体の磁界分布を示す図である。
【図１１】従来の磁気式エンコーダーの斜視図である。
【図１２】従来の媒体の斜視図と断面図である。
【符号の説明】
１  磁気媒体、２  磁極、３  磁気センサー、４  シャフト、５  ローラー、６  樹脂、１１  プラスチック磁石、１２  フランジ、
８１，８２  着磁ヨーク、８３  コイル、８５  着磁ヨーク、８６  凸部、
８７  着磁ヨーク、１１０  磁気式ロータリーエンコーダー、
１１１  磁気媒体、１１２  磁気センサー、１１３  シャフト、
１１４  ローラー、１２１  円盤状永久磁石、１２２  高透磁率の円板、
１２３  孔、１２４  高透磁率材、１２５  永久磁石粉末。
【図１】
2004317453.tif 000004
【図２】
2004317453.tif 000005
【図３】
2004317453.tif 000006
【図４】
2004317453.tif 000007
【図５】
2004317453.tif 000008
【図６】
2004317453.tif 000009
【図７】
2004317453.tif 000010
【図８】
2004317453.tif 000011
【図９】
2004317453.tif 000012
【図１０】
2004317453.tif 000013
【図１１】
2004317453.tif 000014
【図１２】
2004317453.tif 000015