JP2010040914A - 多極磁石の着磁方法、多極磁石及びそれを用いた磁気式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】多極磁石における着磁精度を向上すること。
【解決手段】磁石素材１側に複数の凹凸部を有すると共に、当該凹凸部の凹部２０４にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ着磁パターンを形成するように着磁用コイル２０５を引き回した着磁ヨーク２に、上記凹凸部の凸部２０３に対応する複数の突出片１０２を有する磁石素材１を接触させて着磁を行う多極磁石の着磁方法において、着磁ヨーク２の上記凹凸部の凸部２０３に複数の突出片１０２を対向配置し、着磁用コイル２０５に通電することで複数の突出片１０２を着磁することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石素材に対して多数の磁極が着磁される多極磁石の着磁方法、多極磁石及びそれを用いた磁気式エンコーダに関し、特に、当該多数の磁極における着磁精度が向上された多極磁石の着磁方法、多極磁石及びそれを用いた磁気式エンコーダに関する。

従来、磁気式エンコーダ等の構成要素として、リング状の多極磁石が利用されている。このようなリング状の多極磁石においては、例えば、リング状部分の一方の端面に回転検出用の磁極を全周にわたって均等に着磁したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この多極磁石においては、着磁用の巻線コイルが交互に取り巻くように配置された多数の着磁用極部を備え、この着磁用極部と略直角に磁力線を発生させる着磁ヨークにより着磁が行われる。
特開平７−７４０２０号公報

しかしながら、上述したような従来の多極磁石の着磁に用いられる着磁ヨークにおいては、巻線コイルが手作業等により着磁用極部に取り巻くように配置されることから、巻線コイルの位置精度を確保することが困難である。このため、このような巻線コイルから発生する磁束によって形成される着磁パターンが不揃いとなり、多極磁石における着磁精度が低下するという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みて為されたものであり、着磁精度を向上することができる多極磁石の着磁方法、多極磁石及びそれを用いた磁気式エンコーダを提供することを目的とする。

本発明の多極磁石の着磁方法は、磁石素材側に複数の凹凸部を有すると共に、当該凹凸部の凹部にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ着磁パターンを形成するように着磁用コイルを引き回した着磁ヨークに、前記凹凸部の凸部に対応する複数の突出片を有する前記磁石素材を接触させて着磁を行う多極磁石の着磁方法であって、前記着磁ヨークの前記凹凸部の凸部に前記複数の突出片を対向配置し、前記着磁用コイルに通電することで前記複数の突出片を着磁することを特徴とする。

上記多極磁石の着磁方法によれば、着磁ヨークの凸部に複数の突出片が対向するように磁石素材を配置した状態で複数の突出片を着磁するようにしたことから、形状精度が低い着磁用コイルの対応部分が着磁される事態を回避して、形状精度の高い着磁ヨークの凸部を用いて磁石素材の複数の突出片を着磁することができるので、着磁後の多極磁石の着磁精度を向上することが可能となる。

上記多極磁石の着磁方法において、前記磁石素材が有する前記複数の突出片は、軟磁性材料から成る基部から突出形成されることが好ましい。この場合には、軟磁性材料から成る基部がバックヨークとして機能し、着磁用コイルに通電することにより発生した磁束の漏れを防いで突出片を通過する磁束密度を高めることができることから、着磁後の多極磁石の突出片における磁力を向上することが可能となる。

例えば、上記多極磁石の着磁方法において、前記磁石素材は、円環形状を有する。磁石素材が円環形状を有する場合、これに対応して着磁ヨークの凹部に配置される着磁用コイルの形状が不均一となり易いが、着磁ヨークの凸部に複数の突出片を対向配置させた状態で当該複数の突出片を着磁することにより、形状精度が低い着磁用コイルの対応部分が着磁される事態を回避して、形状精度の高い着磁ヨークの凸部を用いて磁石素材の突出片を着磁することができるので、着磁後の多極磁石の着磁精度を向上することが可能となる。

本発明の多極磁石は、上述したいずれかの着磁方法により着磁されることを特徴とする。このように上述したいずれかの着磁方法により多極磁石を着磁することにより、Ｎ極に着磁された突出片と、Ｓ極に着磁された突出片とが交互に配置されると共に、Ｎ極又はＳ極に着磁された磁極部分と、着磁されていない非磁極部分とが一定間隔で配置された多極磁石を製造することができるので、従来のように平面形状を有する磁石素材を着磁する場合と比べて着磁精度を向上することが可能となる。

本発明の磁気式エンコーダは、上述した多極磁石と、前記多極磁石を構成する前記磁石素材における前記複数の突出片に対向配置され、当該突出片からの磁束を検出する磁気検出手段とを具備することを特徴とする。このように、着磁精度が向上された多極磁石を磁気式エンコーダに適用することにより、多極磁石における複数の突出片に対応して、より均一なパルス出力を得ることができ、信号周期精度を向上することが可能となる。

本発明によれば、着磁ヨークの凸部に複数の突出片が対向するように磁石素材を配置した状態で複数の突出片を着磁するようにしたことから、形状精度が低い着磁用コイルの対応部分が着磁される事態を回避して、形状精度の高い着磁ヨークの凸部を用いて磁石素材の突出片を着磁することができるので、着磁後の多極磁石の着磁精度を向上することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本発明を多極磁石の着磁方法に具現化した場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、当該着磁方法により着磁される多極磁石としても成立するものである。

図１は、本実施の一形態に係る着磁方法により着磁される磁石素材１の構成を示す図である。図１に示すように、磁石素材１は、円環形状を有する板状部材で構成される基部１０１と、この基部１０１の一面（後述する着磁ヨーク２側に向けられる一面）に突出して設けられた複数の突出片１０２とから構成される。これらの突出片１０２は、基部１０１の外周側部分において、全周にわたって均等な間隔で配置されている。具体的には、後述する着磁ヨーク２の凸部２０３に対向して配置されるように設けられている。これらの突出片１０２における端面（図１に示す上端面）は、同一平面上に配置され、これらの端面で後述する着磁ヨーク２に対する載置面が構成される。なお、それぞれの突出片１０２の間には、着磁ヨーク２に対する載置面から基部１０１まで窪んだ凹部１０３が形成されることとなる。

なお、本実施の形態に係る着磁方法に適用される磁石素材１としては、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の粉末とバインダとしての樹脂粉末とを混合してプレス成形し、さらに硬化熱処理及び防錆塗装を施した、所謂、ネオジムボンド磁石が好適に採用されるが、これに限定されるものではなく、フェライト磁石、或いは、焼結ネオジム磁石等を採用するようにしても良い。

図２は、本実施の形態に係る磁石素材１が着磁ヨーク２に載置された状態の斜視図である。図３は、図２に示す一点鎖線における断面図である。本実施の形態に係る多極磁石の製造方法で使用される着磁ヨーク２は、例えば、軟磁性材料を機械加工することで形成される。着磁ヨーク２は、図２及び図３に示すように、短い円筒形状を有する筒状部２０１と、この筒状部２０１をベース部材等に固定するための固定部２０２とを有している。固定部２０２は、筒状部２０１と一体形成され、その下端部でフランジ状に形成されている。

筒状部２０１の上端部には、その全周にわたって複数の凹凸部が形成されている。磁石素材１は、複数の突出片１０２を下方側に向けた状態において、この凹凸部を構成する凸部２０３の上面に載置される。凹凸部を構成する凹部２０４には、着磁用のコイル２０５が引き回されている。これらの複数の凹凸部は、コイル２０５を引き回すための歯形部として機能する。なお、上述のように着磁ヨーク２は、機械加工により形成されることから、筒状部２０１に形成される凹凸部は一定の形状精度を確保して形成される。一方、凹凸部の凹部２０４に配置されるコイル２０５は、手作業等により折り曲げ加工等が施されるため、凹凸部の形状精度と比べてその形状精度が低くなっている。

この着磁用のコイル２０５は、不図示の着磁電源装置（例えば、パルス着磁電源装置）に接続される１本のコイルで構成され、それぞれ隣接する凸部２０３の内周側端部（筒状部２０１の内周側端部）と外周側端部（筒状部２０１の外周側端部）とを交互に通過するように凹部２０４に配置されている。すなわち、凸部２０３の側方に配置される凹部２０４において、異なる方向に電流が流れるようにコイル２０５が配置されている。この場合、コイル２０５は、後述するように、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶ着磁パターンを形成するように凹部２０４に配置されている。なお、凹部２０４に配置された状態において、コイル２０５の上端部は、凸部２０３の上面よりも低い位置に配置された状態となっている。

図４は、本実施の形態に係る磁石素材１が着磁ヨーク２に載置された状態の要部拡大図である。図４に示すように、磁石素材１が着磁ヨーク２に載置された状態において、磁石素材１の複数の突出片１０２は、それぞれ凸部２０３に対向して配置される。すなわち、磁石素材１は、複数の突出片１０２により凸部２０３の上面に面接触する。凸部２０３に載置された状態において、突出片１０２は、図３に示すように、凸部２０３の略中央部分に配置される。このように、磁石素材１は、複数の突出片１０２が凸部２０３に対向配置する位置に位置決めされ、その状態で着磁処理のために着磁ヨーク２に対して一時的に固定される。これらの位置決め及び固定するための構成については、特に限定されるものではない。

本実施の形態に係る着磁方法においては、このように着磁ヨーク２に磁石素材１が載置された状態でコイル２０５に通電することにより着磁処理が行われる。コイル２０５に対して通電すると、上述のように隣接する凹部２０４に配置されるコイル２０５には、異なる方向に電流が流れるものとなっている。図５は、隣接する凹部２０４に配置されるコイル２０５に流れる電流の方向を説明するための模式図である。この場合において、コイル２０５には、着磁電源装置から所定のタイミングでパルス大電流が流される。

図５に示すように、ある突出片１０２ａの同図に示す左方側の凹部２０４ａに配置されるコイル２０５ａに紙面奥側に進む電流が流れる一方、同図に示す右方側の凹部２０４ｂに配置されるコイル２０５ｂに紙面手前側に進む電流が流れるとすると、コイル２０５ａ、２０５ｂの周囲には、それぞれ矢印Ａ、矢印Ｂ方向に進む磁界が発生する。これにより、突出片１０２ａには、図５に示す上方側から下方側に進む磁束が形成され、その端面はＮ極に着磁されることとなる。同様に、この突出片１０２ａに隣接する突出片１０２ｂ、１０２ｃには、同様の原理で下方側から上方側に進む磁束が形成され、その端面がＳ極に着磁されることとなる。

この場合において、磁石素材１においては、突出片１０２が着磁ヨーク２の凸部２０３に載置された状態で着磁処理が行われることから、コイル２０５から発生する磁界がコイル２０５の真上部分（突出片１０２の間に存在する部分）に影響を与えることはない。従来のように磁石素材１が平面形状を有する場合には、コイル２０５から発生する磁界がコイル２０５の真上部分（凹部１０３に配置される磁石素材部分）に影響を与える事態が発生し得る。すなわち、コイル２０５の真上部分も微量ながら着磁されることとなり、当該着磁部分が着磁精度の低下の原因となっている。本実施の形態に係る着磁方法によれば、このように着磁精度の低下を招く部分に凹部１０３を形成していることから、コイル２０５の真上部分が着磁される事態を回避できるので、その着磁精度を向上することが可能となる。

このように着磁処理を行うことにより、図１に示した磁石素材１は、Ｎ極とＳ極とが交互に並べられた多極磁石３とされる。図６は、本実施の形態に係る着磁方法により着磁された多極磁石３の構成を示す図である。なお、図６においては、説明の便宜上、図５で用いた突出片１０２ａ〜１０２ｃを示している。図６に示すように、多極磁石３においては、Ｎ極に着磁された突出片１０２と、Ｓ極に着磁された突出片１０２とが交互に配置されている。上述のように凹部１０３に相当する部分は着磁されることがないため、Ｎ極及びＳ極に着磁された磁極部分と、着磁されていない非磁極部分とが一定間隔で配置されている。

このように本実施の形態に係る多極磁石の着磁方法によれば、着磁ヨーク２の凸部２０３に複数の突出片１０２が対向するように磁石素材１を配置した状態で複数の突出片１０２を着磁するようにしたことから、形状精度が低いコイル２０５の対応部分（真上部分）が着磁される事態を回避して、形状精度の高い着磁ヨーク２の凸部２０３を用いて磁石素材１の複数の突出片１０２を着磁することができるので、着磁後の多極磁石３の着磁精度を向上することが可能となる。

そして、このように本実施の形態に係る多極磁石の着磁方法により着磁された多極磁石３においては、Ｎ極に着磁された突出片１０２と、Ｓ極に着磁された突出片１０２とが交互に配置されると共に、Ｎ極又はＳ極に着磁された磁極部分と、着磁されていない非磁極部分とが一定間隔で配置されるので、従来のように平面形状を有する磁石素材を着磁する場合と比べて着磁精度を向上することが可能となる。

ところで、このように着磁精度が向上された多極磁石３は、例えば、磁気式エンコーダに好適に採用される。このような磁気式エンコーダにおいては、例えば、図７に示すように、多極磁石３の磁極部を構成する突出片１０２から一定距離だけ離間した位置に、当該突出片１０２からの磁束を検出する磁気検出センサ４を対向配置することが考えられる。この場合においては、磁気検出センサ４から一定距離だけ離間した位置を複数の突出片１０２が回転移動するように多極磁石３を配置することが好ましい。

このような磁気式エンコーダにおいては、例えば、使用者からの操作を受け付ける操作つまみに多極磁石３を固定する一方、磁気検出素子としてＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子を有する磁気検出センサ４を操作つまみの内側に固定しておく。そして、操作つまみに固定される多極磁石３の複数の突出片１０２からの磁束を磁気検出センサ４に作用させる。これにより、磁気検出センサ４の電気抵抗値の変化を、突出片１０２からの磁束の向きにより生じさせ、当該磁気検出センサ４の出力信号（電圧信号）から操作つまみの回転量を検知することが考えられる。

この場合において、多極磁石３の複数の突出片１０２からの磁束に感応して出力信号を出力する磁気検出センサ４は、基本的な構成として、反強磁性層、ピン層、中間層及びフリー層を不図示の基板上に積層して形成され、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子を備えたセンサとして構成されている。なお、磁気検出センサ４が備えるＧＭＲ素子が巨大磁気抵抗効果を発揮するためには、例えば、反強磁性層がα−Ｆｅ_２Ｏ_３層、ピン層がＮｉＦｅ層、中間層がＣｕ層、フリー層がＮｉＦｅ層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、いずれのものであってもよい。また、磁気検出センサ４が備えるＧＭＲ素子は、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上記の積層構造のものに限定されるものではない。

このように本実施の形態に係る多極磁石３を磁気式エンコーダに適用した場合には、多極磁石３における複数の突出片１０２に対応して、より均一なパルス出力を得ることができ、信号周期精度を向上することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態に係る多極磁石の着磁方法においては、プレス成形された磁石素材１を用いる旨を説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、軟磁性材料で構成される円環形状を有する板状部材（アウトサート用部材）５０１に、突出片１０２を構成する凸状部材５０２をアウトサート成形にて形成するようにしても良い。このような磁石素材１を用いる場合には、着磁ヨーク２に載置した状態で着磁処理を行うと、板状部材５０１がバックヨークとして機能し、コイル２０５に通電することにより発生した磁束の漏れを防いで凸状部材５０２を通過する磁束密度を高めることができることから、着磁後の多極磁石３における突出片１０２における磁力を向上することが可能となる。

また、上記実施の形態においては、磁石素材１が円環形状を有する場合について説明しているが、磁石素材１の形状については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、複数の突出片１０２が長手方向に並設された長尺形状を有する磁石素材１を本実施の形態に係る多極磁石の着磁方法に適用しても良い。このような磁石素材１を用いた場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。

本実施の一形態に係る着磁方法により着磁される磁石素材の構成を示す図である。 上記実施の形態に係る磁石素材が着磁ヨークに載置された状態の斜視図である。 図２に示す一点鎖線における断面図である。 上記実施の形態に係る磁石素材が着磁ヨークに載置された状態の要部拡大図である。 上記実施の形態に係る着磁ヨークにおいて、隣接する凹部に配置されるコイルに流れる電流の方向を説明するための模式図である。 上記実施の形態に係る着磁方法により着磁された多極磁石の構成を示す図である。 上記実施の形態に係る多極磁石を適用した磁気式エンコーダの要部拡大図である。 上記実施の形態に係る磁石素材の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 磁石素材
１０１ 基部
１０２ 突出片
１０３ 凹部
２ 着磁ヨーク
２０１ 筒状部
２０２ 固定部
２０３ 凸部
２０４ 凹部
２０５ コイル
３ 多極磁石
４ 磁気検出センサ
５０１ 板状部材
５０２ 凸状部材

Claims (5)

1. 磁石素材側に複数の凹凸部を有すると共に、当該凹凸部の凹部にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ着磁パターンを形成するように着磁用コイルを引き回した着磁ヨークに、前記凹凸部の凸部に対応する複数の突出片を有する前記磁石素材を接触させて着磁を行う多極磁石の着磁方法であって、
   前記着磁ヨークの前記凹凸部の凸部に前記複数の突出片を対向配置し、前記着磁用コイルに通電することで前記複数の突出片を着磁することを特徴とする多極磁石の着磁方法。
2. 前記磁石素材が有する前記複数の突出片は、軟磁性材料から成る基部から突出形成されることを特徴とする請求項１記載の多極磁石の着磁方法。
3. 前記磁石素材は、円環形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多極磁石の着磁方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の着磁方法により着磁されることを特徴とする多極磁石。
5. 請求項４記載の多極磁石と、前記多極磁石を構成する前記磁石素材における前記複数の突出片に対向配置され、当該突出片からの磁束を検出する磁気検出手段とを具備することを特徴とする磁気式エンコーダ。

Images