回転機器用回転子の製造方法
【課題】例えば磁気エンコーダに用いた場合、高速回転時であっても回転角度や回転数を精度良く検出可能な回転機器用回転子の製造方法を提供する。
【解決手段】
ホルダ１１０を用意すると共に、被着磁体１２０の幅方向の一方の側の複数個所から被着磁体の中心に向かって延在するランナー対応部１３０と、ランナー対応部の被着磁体中心方向端部から突出したスプルー対応部１４０を備え、ランナー対応部とスプルー対応部を備えたままホルダに嵌める際にホルダの規定の接着位置に配置できるように形成された被着磁体を用意し、ランナー対応部とスプルー対応部が備わったままの被着磁体をホルダに嵌め込むと共に、ホルダの外周面に塗布された接着剤を介して被着磁体をホルダに接着し、複数のランナー対応部を被着磁体との境界部で切断することで、ランナー対応部とスプルー対応部を被着磁体から取り除く回転機器用回転子の製造方法である。
【解決手段】
ホルダ１１０を用意すると共に、被着磁体１２０の幅方向の一方の側の複数個所から被着磁体の中心に向かって延在するランナー対応部１３０と、ランナー対応部の被着磁体中心方向端部から突出したスプルー対応部１４０を備え、ランナー対応部とスプルー対応部を備えたままホルダに嵌める際にホルダの規定の接着位置に配置できるように形成された被着磁体を用意し、ランナー対応部とスプルー対応部が備わったままの被着磁体をホルダに嵌め込むと共に、ホルダの外周面に塗布された接着剤を介して被着磁体をホルダに接着し、複数のランナー対応部を被着磁体との境界部で切断することで、ランナー対応部とスプルー対応部を被着磁体から取り除く回転機器用回転子の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモータや工作機械等のアクチュエータの回転部分の回転角や回転数を検出するのに好適に利用可能な回転機器用回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばモータや工作機械等のアクチュエータの回転部分の回転角や回転数を正確に検出するのに磁気エンコーダが用いられている。このような磁気エンコーダの一般的な構成としては、モータに取付けられて回転する円筒状の基材（ホルダ）とその基材の外周縁に配置されるリング状の被着磁体を備え、その被着磁体に着磁するようになっている。なお、リング状の被着磁体は基材外周面に塗布された接着剤を介して基材の外周縁に配置される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０５１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した被着磁体は、射出成形によって成形されるため、射出成形後の冷却に伴う材料の物性による収縮の影響を受けたり、被着磁体を金型から離型させる際に被着磁体にかかる応力の影響を受けたり、離型直後において被着磁体が完全に冷却されていないことに起因する影響を受ける等、様々な影響を受けるため、設計通りの真円度が保てなくなったり捻れたり歪んだりして変形した形状となり易い。また、設計通りの真円度を保っていても、例えば作業者が大径で薄肉の被着磁体を基材に接着する工程においては、僅かな力を被着磁体に加えただけでも被着磁材が変形してしまうことがある。そして、このような変形した状態の被着磁体を接着剤の塗布された基材に取付けると、被着磁体は変形した状態のままで基材の外周面に固着する。そして、このように基材の外周面に固着すると被着磁体との間で不十分な接着状態の部分が生じてしまう。
【０００５】
そのため、回転子外周の真円度を確保するために追加工としての研磨加工を行う場合があるが、このような追加工を施したとしても、被着磁体の元々の変形量が大きいと、被着磁体の変形した部分を完全に研磨して目標の真円度を確保するのは困難である。また、このような被着磁体の変形に伴って、被着磁体を着磁する際に被着磁体の外周面に沿ってＮＳ分布が均等に連続して正確に着磁しないいわゆる着磁ムラが生じる虞もある。また、このような変形した被着磁体付きの回転子を備えた磁気エンコーダにおいて回転子を回転させると、被着磁体の凸形状に変形した部分が例えばＭＲ素子やホール素子等に干渉する（回転中に両者が接触する）虞もある。また、このような干渉に至らなくても、ＭＲ素子と着磁された被着磁体との距離が一定とならないことにより、ＭＲ素子の出力が安定しなくなる虞がある。また、変形した被着磁体が基材に接着していると、両者の間の接着剤の接着度合いが周方向にかなりばらつくため、回転子の回転運動に伴う遠心力により、最悪の場合には接着剤破壊や被着磁体の母材破壊が生じることも懸念される。
【０００６】
一方、近年このような磁気エンコーダをＮＣ加工機やマシニングセンタ等の工作機械のモータ等の回転角度や回転数の制御に用いられるようになってきている。このような分野においては、磁気エンコーダを大型化したモータに用いることに加えて、磁気エンコーダによって回転角度や回転数を高い分解能で検出することが求められるため、回転子を大型化する必要がある。しかしながら、大型の回転子になると被着磁体の直径も大きくなり、射出成形後の冷却に伴う材料の物性による収縮の影響や、被着磁体を金型から離型させる際に被着磁体にかかる応力の影響や、離型直後において被着磁体が完全に冷却されていないことに起因する影響等を受け易くなる。
【０００７】
ここで、被着磁体自体の板厚を厚くすることで被着磁体自体の剛性を高め、被着磁体の変形をある程度抑えることも可能である。しかしながら、被着磁体の材料が増すことで材料のコストの低減が図れない。また、ＮＣ加工機やマシニングセンタ等の工作機械では加工精度を向上させるため、エンドミル等の工具を高速回転することが求められるが、被着磁体自体の質量が増すことで慣性質量が増加し、回転運動にかかるモータの負荷が増大し、モータの回転特性を阻害することとなる。また、回転子の回転中に被着磁体に作用する遠心力も大きくなり、被着磁体の真円度が損なわれたまま基材に接着されていると、接着剤の破壊や被着磁体の母材破壊の問題がより懸念されるようになる。
【０００８】
一方、成形後の被着磁体を治具等で矯正することで変形をある程度防止することは可能であるが、異なる寸法形状を有する被着磁体毎にこれに対応する治具を用意しなければならず、治具等の設備費が嵩み、回転子製造上のコスト削減が図れず、余分な製造工数もかかる。
【０００９】
本発明の目的は、例えば磁気エンコーダに用いた場合、高速回転時であっても回転角度や回転数を精度良く検出可能な回転機器用回転子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に回転機器用回転子の製造方法は、
円筒形状のホルダと、前記ホルダの外周に接着された被着磁体であって、一定の厚みを有すると共に前記ホルダの厚みに対応した幅を有するリング状の被着磁体と、を有する回転機器用回転子の製造方法であって
前記ホルダを用意すると共に、前記被着磁体の幅方向一方の側の複数個所から前記被着磁体の中心に向かって延在するランナー対応部と、前記ランナー対応部の前記被着磁体中心方向端部から突出したスプルー対応部を備え、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を備えたまま前記ホルダに嵌める際に前記ホルダの規定の接着位置に配置できるように形成された被着磁体を用意し、
前記ランナー対応部と前記スプルー対応部が備わったままの被着磁体を前記ホルダに嵌め込むと共に、前記ホルダの外周面に塗布された接着剤を介して前記被着磁体を前記ホルダに接着し、
前記複数のランナー対応部を前記被着磁体との境界部で全て切断することで、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を前記被着磁体から取り除くことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に係る回転機器用回転子の製造方法がこのような構成を有することで、被着磁体を射出成型によって成型する時に付随して成型されるランナー対応部及びスプルー対応部が被着磁体の剛性を向上させる役割を果たし、被着磁体の変形を防止する。
【００１２】
そのため、ランナー対応部とスプルー対応部が接合されたままの被着磁体をホルダに嵌め込むことで、被着磁体に反りや曲がり、捻れなどの変形が生じず、被着磁材を規定通りの真円度を保ったままホルダに接着することができる。これによって、歪んだ状態の被着磁体を接着剤の塗布されたホルダに取付けることはなく、ホルダと被着磁体との間で接着不十分な部分が生じることもない。また、回転子の回転運動に伴う遠心力によって接着剤破壊や被着磁体の母材破壊が生じる虞もない。
【００１３】
また、被着磁体の変形を防止する役目を果たすランナー対応部とスプルー対応部を付けたまま被着磁体をホルダに嵌めるので、被着磁体の板厚を薄くできる。そのため、材料を削減でき、かつ変形防止用の治具等も不要となるため、コストを削減することができる。また、被着磁体自体の質量を軽減することで、回転子自体の慣性質量の低減を図ることができる。そのため、回転機器用回転子を例えば周速度の速い磁気エンコーダに用いて長期にわたって使用しても、接着剤破壊や被着磁体の母材破壊が生じる虞もなく、回転機器の回転負荷を軽減できる。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る回転機器用回転子の磁気エンコーダは、
請求項１に記載の前記回転機器用回転子の製造方法を用いて製造した磁気エンコーダであることを特徴としている。
【００１５】
請求項２に係る回転機器用回転子の磁気エンコーダがこのような構成を有することで、回転子外周の真円度を確保するための研磨加工を行う場合でも、精度良く研磨できる。また、回転子の真円度を規定通りにできるので、被着磁体への着磁が正確にできる。また、例えばＭＲ素子やホール素子等と着磁された被着磁体との距離が一定となるため、磁気エンコーダを起動して回転子を回転させても被着磁体がＭＲ素子等に干渉することはない。また、ＭＲ素子の出力が安定し、正確な回転角や回転数の検出ができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、高速回転時であっても回転角や回転数を精度良く検出可能な回転機器用回転子の製造方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る回転機器用回転子を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る磁気エンコーダを説明するブロック構成図である。
【図３】本実施形態に係る被着磁体の基材へ取付ける直前の状態を示す斜視図（図３（ａ））と、従来の被着磁体の基材へ取付ける直前の状態を示す斜視図（図３（ｂ））である。
【図４】本実施形態に係る回転機器用回転子の製造方法を説明する説明図である。
【図５】従来の回転機器用回転子の製造方法を説明する説明図である。
【図６】本実施形態に係る回転機器用回転子の製造に使用する組付け治具の斜視図（図６（ａ））及びランナー対応部とスプルー対応部が備わった被着磁体の一部を破断した状態で示す組付け治具の側面図（図６（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る回転機器用回転子について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る回転機器用回転子を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る磁気エンコーダを説明する説明図である。
【００１９】
本実施形態に係る回転機器用回転子１１（以下、適宜「回転子」とする。）は、例えば図２に示すＮＣ加工機等の工作機械１の回転数を検出する磁気エンコーダ１０に用いられる。この磁気エンコーダ１０を備える工作機械１は、モータによる回転力を利用してスピンドル２１を回転させてワークを加工するようになっている。そして、モータ２０の回転角度や回転数を検出する磁気エンコーダ１０が、取付部３０を介してモータ２０に取付けられている。磁気エンコーダ１０は、回転子１１の回転数や回転角度を検出するＭＲセンサ１３の出力を信号処理する集積回路１２を備えている。
【００２０】
回転子１１は、図１に示す鉄製の円筒形状のホルダ（基材）１１０と、ホルダ１１０の外周面に全周にわたって接着剤を介して固着された被着磁体１２０から構成されている。被着磁体は、例えば樹脂にマグネット材が混ざったネオジボンド磁石からなり、射出成型によって成形される。そして、ホルダ１１０に取付けられた被着磁体１２０の周方向に亘って等間隔のピッチで着磁することで回転子１１を形成するようになっている。なお、本実施形態では、エポキシ系接着剤を用いているが、必ずしもこのような接着剤に限定されることはない。また、被着磁体の材質は、上述したネオジボンド磁石を有する樹脂材に限定されることはなく、本発明において適用可能なものであれば、どのような材質でも良い。
【００２１】
また、図２に示すＭＲセンサ１３は、いわゆるＭＲ素子からなり、着磁された被着磁体１２０の分解能に応じて出力を変化させ、この出力変化から回転子１１の回転角度や回転数を検出するようになっている。なお、ＭＲセンサ１３は、回転子１１の回転中心から所定の距離だけ隔てて設置され、図１に示す着磁された被着磁体１２０から非接触で着磁パターンを検出するようになっている。
【００２２】
次に、本発明の一実施形態に係る回転機器用回転子１１に用いられる被着磁体１２０について図面に基づいて説明する。図３（ａ）は、本実施形態に係る被着磁体１２０のホルダ１１０（図４参照）へ取付ける直前の状態を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、従来の被着磁体５２０のホルダ１１０（図５参照）へ取付ける直前の状態を示す斜視図である。
【００２３】
図３（ａ）に示す本実施形態に係る被着磁体１２０は、ホルダ１１０に取付ける直前の段階で、図３（ｂ）に示す従来の被着磁体５２０のホルダ１１０に取付ける直前の状態に加えて、ランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０が備わっていることを特徴としている。ランナー対応部１３０は、被着磁体１２０の一方の周側面の複数個所（本実施形態では６箇所）から被着磁体１２０の中心に向かって延在している。また、スプルー対応部１４０は、ランナー対応部１３０の被着磁体中心方向端部から図中上方に突出している。そして、ランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０は、被着磁体１２０をホルダ１１０に嵌める際にホルダ１１０に干渉しないように形成されている。
【００２４】
なお、ランナー対応部１３０は、金型のランナーに対応して成形された樹脂成形部であり、スプルー対応部１４０は、金型のスプルーに対応して成形された樹脂成形部である。
【００２５】
そして、本実施形態に係る回転子１１は、図２に示すように取付部３０を介してモータ２０に取付られ、ＮＣ旋盤やマシニングセンタ等の工作機械１の回転数や回転角度を検出するようになっている。
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係る回転機器用回転子１１の製造方法について以下説明する。図４は、本実施形態に係る回転機器用回転子１１の製造方法を説明する説明図である。
【００２７】
本実施形態に係る回転機器用回転子１１を製造するにあたって、最初に被着磁体１２０の成型品を射出装置によって成形する（図４（ａ）参照）。ここで、被着磁体１２０の成型品とは、射出成型によって成形された直後の被着磁体１２０の成形品のことをいい、射出装置のノズルから射出された樹脂材料を金型内に移送するためのスプルーに対応したスプルー対応部１４０と樹脂を金型内に導くランナーに対応したランナー対応部１３０を被着磁体１２０から切り離す前の状態を言う。
【００２８】
次いで、グラインダ（研削盤）によって高精度な真円度となるように加工されたホルダ（基材）１１０を準備する。次いで、外周側面に接着剤を塗布する（図４（ｂ）参照）。
【００２９】
次いで、被着磁体１２０の成型品を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に嵌め込む（図４（ｃ）参照）。なお、被着磁体１２０の成型品を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に嵌め込む際には、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような組付け治具９０を使用することが望ましい。この組付け治具９０は、ランナー対応部１３０やスプルー対応部１４０の備わった被着磁体１２０を保持する保持部９１と、ホルダ１１０を固定するベース部９３とを有し、図６（ｂ）に示すように、スプルー対応部１４０を保持部９１に備わったチャック部９２でしっかりとチャックし、レバー９４を回転させることで被着磁体１２０をそれ自体変形させることなくホルダ１１０に向かって図６（ｂ）の上方から垂直下方に移動させてホルダ１１０に嵌め込むようになっている。
【００３０】
次いで、被着磁体１２０の成型品からランナー対応部１３０をカッター等の工具によって切り離す（図４（ｃ）から（ｄ）参照）。この際、余分な突起を極力残さないように、被着磁体１２０とランナー対応部１３０との境界部を切断し、この切断工程において必要に応じてランナー対応部１３０との接続部にできた突起を研磨して除去する。
【００３１】
次いで、被着磁体１２０に着磁することで回転子１１の製造を完了する（図４（ｄ）参照）。
【００３２】
続いて、本発明の優位性を明らかにするために、従来の回転機器用回転子５１の製造方法について説明する。図５は、従来の回転機器用回転子５１の製造方法を説明する説明図である。
【００３３】
まず、被着磁体５２０の成型品を射出装置によって成形する（図５（ａ）参照）。
【００３４】
次いで、被着磁体５２０の成型品からランナー対応部５３０及びスプルー対応部５４０をカッター等の工具によって切り離す（図５（ａ）から（ｂ）参照）。この際、余分な突起を極力残さないように、被着磁体５２０とランナー対応部５３０との境界部を切断し、この切断工程において必要に応じてランナー対応部５３０との接続部にできた突起を研磨して除去する。
【００３５】
次いで、グラインダ（研削盤）によって高精度の真円度に加工された基材（ホルダ）を準備し、この外周側面に接着剤を塗布する（図５（ｃ）参照）。
【００３６】
次いで、被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に組付け、被着磁体５２０に着磁することで回転子５１の製造を完了する（図５（ｄ）参照）。なお、被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に組付ける際（図５（ｃ）から（ｄ）参照）には、上述の組付け治具９０の使用は困難であり、作業者が手作業で被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に嵌め込まなければならない。これは被着磁体自体が剛性不足のため、被着磁体５２０をチャックするための特別なチャック部を有する組付け治具（ここでは図示せず）を使用すると、被着磁体５２０が変形してしまうからである。
【００３７】
図４と図５を比較すると、図４に示す本実施形態における被着磁体１２０は、回転子製造工程中、（ランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０なしに）それ自体単体でハンドリングされることがないため、被着磁体１２０がホルダ１１０に嵌る前に変形してしまう可能性が極めて低いことが分かる。これは、被着磁体１２０をホルダ１１０の接着位置に配置（位置決め）する際、図６に示した組付け治具９０を利用できることからも明らかである。
【００３８】
一方、図５に示す従来例における被着磁体を５２０は、回転子製造工程中の大部分においてそれ自体単体でハンドリングされるため、被着磁体５２０がホルダ１１０に嵌る前に変形してしまう可能性が極めて高いことが分かる。
【００３９】
以下、上述した本実施形態に係る回転機器用回転子１１の製造方法の作用について、従来の回転機器用回転子５１の製造方法と比較して説明する。本実施形態の被着磁体１２０にランナー対応部１３０が付随した状態で被着磁体１２０が放置される場合では、従来のランナー対応部５３０が切り離された状態で被着磁体５２０が放置される場合に比べて、ランナー対応部１３０が被着磁体１２０の剛性を向上させる役割を果たすため、被着磁体１２０の変形を防止する（本実施形態に係るランナー対応部１３０及びスプルー対応部１４０が接合された被着磁体１２０（図４（ａ）参照）と従来例に係るランナー対応部５３０とスプルー対応部５４０を取り除いた被着磁体５２０（図５（ｂ）参照）を比較参照）。
【００４０】
そのため、従来のように変形した状態の被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０に取付けることがなくなり、ホルダ１１０と被着磁体５２０との間で接着状態の不十分な部分やホルダ１１０と被着磁体５２０との接着状態がホルダ１１０の周方向に亘って不均一になるのを避けることができる。その結果、回転子１１の回転運動に伴う遠心力によって接着剤破壊や被着磁体１２０の母材破壊が生じる虞もない。
【００４１】
特にＮＣ旋盤やマシニングセンタなどの工作機械に本発明に係る回転子１１を備えた磁気エンコーダを利用した場合、被着磁体１２０の直径は例えば１００ｍｍから２００ｍｍと非常に大きくなる一方、被着磁体１２０の材料コスト削減や被着磁体１２０に作用する遠心力を低減するために、被着磁体１２０の厚さは例えば２ｍｍと非常に薄くなっている。このような大径かつ厚さの薄い被着磁体１２０を備えた回転子１１の周速度は非常に大きくなり、これに作用する遠心力も大きくなるので、ホルダ１１０の外周面全体に亘って被着磁体１２０との間で均一でしっかりした接着状態が保たれることが重要となる。
【００４２】
一方、大径で厚さの薄い被着磁体５２０は、それ単体、即ちランナー対応部５３０やスプルー対応部５４０を取り去った状態で作業者が僅かな力をかけると、簡単に変形してしまうが、本発明によると被着磁体１２０をホルダ１１０の外周面に嵌めるまでランナー対応部１３０やスプルー対応部１４０が被着磁体１２０に接合されているので、被着磁体１２０の剛性が高まり、このような不都合を回避できる。
【００４３】
また、被着磁体１２０の板厚を薄くできることで、材料を削減でき、かつ変形防止用の治具も不要となるためコスト削減となる。また、被着磁体１２０自体の質量を軽減できこれを備えた回転子１１自体の慣性質量の低減も図ることができる。そのため、回転子１１の高速回転時においても接着剤破壊や被着磁体１２０の母材破壊が生じる虞もなく、回転機器の回転負荷を軽減できる。
【００４４】
また、回転子１１外周の真円度を確保するための研磨加工を行った場合、精度良く研磨できる。また、被着磁体１２０への着磁を適正に行うことができ、周方向に着磁分布や着磁密度が規定通りとなった回転子１１とすることができる。また、ＭＲセンサ１３と着磁された被着磁体１２０との距離が一定となるため、磁気エンコーダ１０を起動して回転子１１を回転させても被着磁体１２０がＭＲセンサ１３に干渉することはない。また、ＭＲセンサ１３の出力が安定し正確な回転角や回転数の検出ができる。
【００４５】
なお、具体的には例えば外径２００ｍｍの回転子１１が１００００min-1で回転する場合、その周速は約１０４．７ｍ／ｓとなる。近年のマシニングセンタなどではモータが回転数５００００〜６００００min-1という高速回転する場合があるので、本発明を適用すると効果が大きいことが良く理解できる。
【００４６】
また、被着磁体１２０の成型品にはランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０が付随するため、剛性を向上させる役割を果たすことに加えて、スプルー対応部１４０を利用することで、被着磁体１２０の成型品をホルダ１１０に組付ける際に組付け治具９０を使用することができる。そのため、従来の被着磁体５２０をホルダ１１０に組付ける手作業による製造方法と比較して、被着磁体１２０をホルダ１１０の所定位置に配置して両者を正確に接合することができる。
【００４７】
なお、上述の実施形態で紹介した形状や寸法、材質、数値等はあくまで例示的なもので、本発明の範囲を逸脱しない限り様々な形状や寸法、材質、数値を適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１ 工作機械
１０ 磁気エンコーダ
１１，５１ （回転機器用）回転子
１２ 集積回路
１３ ＭＲセンサ
２０ モータ
２１ スピンドル
３０ 取付部
９０ 組付け治具
１１０ ホルダ（基材）
１２０，５２０ 被着磁体
１３０，５３０ ランナー対応部
１４０，５４０ スプルー対応部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモータや工作機械等のアクチュエータの回転部分の回転角や回転数を検出するのに好適に利用可能な回転機器用回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばモータや工作機械等のアクチュエータの回転部分の回転角や回転数を正確に検出するのに磁気エンコーダが用いられている。このような磁気エンコーダの一般的な構成としては、モータに取付けられて回転する円筒状の基材（ホルダ）とその基材の外周縁に配置されるリング状の被着磁体を備え、その被着磁体に着磁するようになっている。なお、リング状の被着磁体は基材外周面に塗布された接着剤を介して基材の外周縁に配置される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０５１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した被着磁体は、射出成形によって成形されるため、射出成形後の冷却に伴う材料の物性による収縮の影響を受けたり、被着磁体を金型から離型させる際に被着磁体にかかる応力の影響を受けたり、離型直後において被着磁体が完全に冷却されていないことに起因する影響を受ける等、様々な影響を受けるため、設計通りの真円度が保てなくなったり捻れたり歪んだりして変形した形状となり易い。また、設計通りの真円度を保っていても、例えば作業者が大径で薄肉の被着磁体を基材に接着する工程においては、僅かな力を被着磁体に加えただけでも被着磁材が変形してしまうことがある。そして、このような変形した状態の被着磁体を接着剤の塗布された基材に取付けると、被着磁体は変形した状態のままで基材の外周面に固着する。そして、このように基材の外周面に固着すると被着磁体との間で不十分な接着状態の部分が生じてしまう。
【０００５】
そのため、回転子外周の真円度を確保するために追加工としての研磨加工を行う場合があるが、このような追加工を施したとしても、被着磁体の元々の変形量が大きいと、被着磁体の変形した部分を完全に研磨して目標の真円度を確保するのは困難である。また、このような被着磁体の変形に伴って、被着磁体を着磁する際に被着磁体の外周面に沿ってＮＳ分布が均等に連続して正確に着磁しないいわゆる着磁ムラが生じる虞もある。また、このような変形した被着磁体付きの回転子を備えた磁気エンコーダにおいて回転子を回転させると、被着磁体の凸形状に変形した部分が例えばＭＲ素子やホール素子等に干渉する（回転中に両者が接触する）虞もある。また、このような干渉に至らなくても、ＭＲ素子と着磁された被着磁体との距離が一定とならないことにより、ＭＲ素子の出力が安定しなくなる虞がある。また、変形した被着磁体が基材に接着していると、両者の間の接着剤の接着度合いが周方向にかなりばらつくため、回転子の回転運動に伴う遠心力により、最悪の場合には接着剤破壊や被着磁体の母材破壊が生じることも懸念される。
【０００６】
一方、近年このような磁気エンコーダをＮＣ加工機やマシニングセンタ等の工作機械のモータ等の回転角度や回転数の制御に用いられるようになってきている。このような分野においては、磁気エンコーダを大型化したモータに用いることに加えて、磁気エンコーダによって回転角度や回転数を高い分解能で検出することが求められるため、回転子を大型化する必要がある。しかしながら、大型の回転子になると被着磁体の直径も大きくなり、射出成形後の冷却に伴う材料の物性による収縮の影響や、被着磁体を金型から離型させる際に被着磁体にかかる応力の影響や、離型直後において被着磁体が完全に冷却されていないことに起因する影響等を受け易くなる。
【０００７】
ここで、被着磁体自体の板厚を厚くすることで被着磁体自体の剛性を高め、被着磁体の変形をある程度抑えることも可能である。しかしながら、被着磁体の材料が増すことで材料のコストの低減が図れない。また、ＮＣ加工機やマシニングセンタ等の工作機械では加工精度を向上させるため、エンドミル等の工具を高速回転することが求められるが、被着磁体自体の質量が増すことで慣性質量が増加し、回転運動にかかるモータの負荷が増大し、モータの回転特性を阻害することとなる。また、回転子の回転中に被着磁体に作用する遠心力も大きくなり、被着磁体の真円度が損なわれたまま基材に接着されていると、接着剤の破壊や被着磁体の母材破壊の問題がより懸念されるようになる。
【０００８】
一方、成形後の被着磁体を治具等で矯正することで変形をある程度防止することは可能であるが、異なる寸法形状を有する被着磁体毎にこれに対応する治具を用意しなければならず、治具等の設備費が嵩み、回転子製造上のコスト削減が図れず、余分な製造工数もかかる。
【０００９】
本発明の目的は、例えば磁気エンコーダに用いた場合、高速回転時であっても回転角度や回転数を精度良く検出可能な回転機器用回転子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に回転機器用回転子の製造方法は、
円筒形状のホルダと、前記ホルダの外周に接着された被着磁体であって、一定の厚みを有すると共に前記ホルダの厚みに対応した幅を有するリング状の被着磁体と、を有する回転機器用回転子の製造方法であって
前記ホルダを用意すると共に、前記被着磁体の幅方向一方の側の複数個所から前記被着磁体の中心に向かって延在するランナー対応部と、前記ランナー対応部の前記被着磁体中心方向端部から突出したスプルー対応部を備え、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を備えたまま前記ホルダに嵌める際に前記ホルダの規定の接着位置に配置できるように形成された被着磁体を用意し、
前記ランナー対応部と前記スプルー対応部が備わったままの被着磁体を前記ホルダに嵌め込むと共に、前記ホルダの外周面に塗布された接着剤を介して前記被着磁体を前記ホルダに接着し、
前記複数のランナー対応部を前記被着磁体との境界部で全て切断することで、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を前記被着磁体から取り除くことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に係る回転機器用回転子の製造方法がこのような構成を有することで、被着磁体を射出成型によって成型する時に付随して成型されるランナー対応部及びスプルー対応部が被着磁体の剛性を向上させる役割を果たし、被着磁体の変形を防止する。
【００１２】
そのため、ランナー対応部とスプルー対応部が接合されたままの被着磁体をホルダに嵌め込むことで、被着磁体に反りや曲がり、捻れなどの変形が生じず、被着磁材を規定通りの真円度を保ったままホルダに接着することができる。これによって、歪んだ状態の被着磁体を接着剤の塗布されたホルダに取付けることはなく、ホルダと被着磁体との間で接着不十分な部分が生じることもない。また、回転子の回転運動に伴う遠心力によって接着剤破壊や被着磁体の母材破壊が生じる虞もない。
【００１３】
また、被着磁体の変形を防止する役目を果たすランナー対応部とスプルー対応部を付けたまま被着磁体をホルダに嵌めるので、被着磁体の板厚を薄くできる。そのため、材料を削減でき、かつ変形防止用の治具等も不要となるため、コストを削減することができる。また、被着磁体自体の質量を軽減することで、回転子自体の慣性質量の低減を図ることができる。そのため、回転機器用回転子を例えば周速度の速い磁気エンコーダに用いて長期にわたって使用しても、接着剤破壊や被着磁体の母材破壊が生じる虞もなく、回転機器の回転負荷を軽減できる。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る回転機器用回転子の磁気エンコーダは、
請求項１に記載の前記回転機器用回転子の製造方法を用いて製造した磁気エンコーダであることを特徴としている。
【００１５】
請求項２に係る回転機器用回転子の磁気エンコーダがこのような構成を有することで、回転子外周の真円度を確保するための研磨加工を行う場合でも、精度良く研磨できる。また、回転子の真円度を規定通りにできるので、被着磁体への着磁が正確にできる。また、例えばＭＲ素子やホール素子等と着磁された被着磁体との距離が一定となるため、磁気エンコーダを起動して回転子を回転させても被着磁体がＭＲ素子等に干渉することはない。また、ＭＲ素子の出力が安定し、正確な回転角や回転数の検出ができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、高速回転時であっても回転角や回転数を精度良く検出可能な回転機器用回転子の製造方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る回転機器用回転子を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る磁気エンコーダを説明するブロック構成図である。
【図３】本実施形態に係る被着磁体の基材へ取付ける直前の状態を示す斜視図（図３（ａ））と、従来の被着磁体の基材へ取付ける直前の状態を示す斜視図（図３（ｂ））である。
【図４】本実施形態に係る回転機器用回転子の製造方法を説明する説明図である。
【図５】従来の回転機器用回転子の製造方法を説明する説明図である。
【図６】本実施形態に係る回転機器用回転子の製造に使用する組付け治具の斜視図（図６（ａ））及びランナー対応部とスプルー対応部が備わった被着磁体の一部を破断した状態で示す組付け治具の側面図（図６（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る回転機器用回転子について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る回転機器用回転子を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る磁気エンコーダを説明する説明図である。
【００１９】
本実施形態に係る回転機器用回転子１１（以下、適宜「回転子」とする。）は、例えば図２に示すＮＣ加工機等の工作機械１の回転数を検出する磁気エンコーダ１０に用いられる。この磁気エンコーダ１０を備える工作機械１は、モータによる回転力を利用してスピンドル２１を回転させてワークを加工するようになっている。そして、モータ２０の回転角度や回転数を検出する磁気エンコーダ１０が、取付部３０を介してモータ２０に取付けられている。磁気エンコーダ１０は、回転子１１の回転数や回転角度を検出するＭＲセンサ１３の出力を信号処理する集積回路１２を備えている。
【００２０】
回転子１１は、図１に示す鉄製の円筒形状のホルダ（基材）１１０と、ホルダ１１０の外周面に全周にわたって接着剤を介して固着された被着磁体１２０から構成されている。被着磁体は、例えば樹脂にマグネット材が混ざったネオジボンド磁石からなり、射出成型によって成形される。そして、ホルダ１１０に取付けられた被着磁体１２０の周方向に亘って等間隔のピッチで着磁することで回転子１１を形成するようになっている。なお、本実施形態では、エポキシ系接着剤を用いているが、必ずしもこのような接着剤に限定されることはない。また、被着磁体の材質は、上述したネオジボンド磁石を有する樹脂材に限定されることはなく、本発明において適用可能なものであれば、どのような材質でも良い。
【００２１】
また、図２に示すＭＲセンサ１３は、いわゆるＭＲ素子からなり、着磁された被着磁体１２０の分解能に応じて出力を変化させ、この出力変化から回転子１１の回転角度や回転数を検出するようになっている。なお、ＭＲセンサ１３は、回転子１１の回転中心から所定の距離だけ隔てて設置され、図１に示す着磁された被着磁体１２０から非接触で着磁パターンを検出するようになっている。
【００２２】
次に、本発明の一実施形態に係る回転機器用回転子１１に用いられる被着磁体１２０について図面に基づいて説明する。図３（ａ）は、本実施形態に係る被着磁体１２０のホルダ１１０（図４参照）へ取付ける直前の状態を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、従来の被着磁体５２０のホルダ１１０（図５参照）へ取付ける直前の状態を示す斜視図である。
【００２３】
図３（ａ）に示す本実施形態に係る被着磁体１２０は、ホルダ１１０に取付ける直前の段階で、図３（ｂ）に示す従来の被着磁体５２０のホルダ１１０に取付ける直前の状態に加えて、ランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０が備わっていることを特徴としている。ランナー対応部１３０は、被着磁体１２０の一方の周側面の複数個所（本実施形態では６箇所）から被着磁体１２０の中心に向かって延在している。また、スプルー対応部１４０は、ランナー対応部１３０の被着磁体中心方向端部から図中上方に突出している。そして、ランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０は、被着磁体１２０をホルダ１１０に嵌める際にホルダ１１０に干渉しないように形成されている。
【００２４】
なお、ランナー対応部１３０は、金型のランナーに対応して成形された樹脂成形部であり、スプルー対応部１４０は、金型のスプルーに対応して成形された樹脂成形部である。
【００２５】
そして、本実施形態に係る回転子１１は、図２に示すように取付部３０を介してモータ２０に取付られ、ＮＣ旋盤やマシニングセンタ等の工作機械１の回転数や回転角度を検出するようになっている。
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係る回転機器用回転子１１の製造方法について以下説明する。図４は、本実施形態に係る回転機器用回転子１１の製造方法を説明する説明図である。
【００２７】
本実施形態に係る回転機器用回転子１１を製造するにあたって、最初に被着磁体１２０の成型品を射出装置によって成形する（図４（ａ）参照）。ここで、被着磁体１２０の成型品とは、射出成型によって成形された直後の被着磁体１２０の成形品のことをいい、射出装置のノズルから射出された樹脂材料を金型内に移送するためのスプルーに対応したスプルー対応部１４０と樹脂を金型内に導くランナーに対応したランナー対応部１３０を被着磁体１２０から切り離す前の状態を言う。
【００２８】
次いで、グラインダ（研削盤）によって高精度な真円度となるように加工されたホルダ（基材）１１０を準備する。次いで、外周側面に接着剤を塗布する（図４（ｂ）参照）。
【００２９】
次いで、被着磁体１２０の成型品を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に嵌め込む（図４（ｃ）参照）。なお、被着磁体１２０の成型品を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に嵌め込む際には、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような組付け治具９０を使用することが望ましい。この組付け治具９０は、ランナー対応部１３０やスプルー対応部１４０の備わった被着磁体１２０を保持する保持部９１と、ホルダ１１０を固定するベース部９３とを有し、図６（ｂ）に示すように、スプルー対応部１４０を保持部９１に備わったチャック部９２でしっかりとチャックし、レバー９４を回転させることで被着磁体１２０をそれ自体変形させることなくホルダ１１０に向かって図６（ｂ）の上方から垂直下方に移動させてホルダ１１０に嵌め込むようになっている。
【００３０】
次いで、被着磁体１２０の成型品からランナー対応部１３０をカッター等の工具によって切り離す（図４（ｃ）から（ｄ）参照）。この際、余分な突起を極力残さないように、被着磁体１２０とランナー対応部１３０との境界部を切断し、この切断工程において必要に応じてランナー対応部１３０との接続部にできた突起を研磨して除去する。
【００３１】
次いで、被着磁体１２０に着磁することで回転子１１の製造を完了する（図４（ｄ）参照）。
【００３２】
続いて、本発明の優位性を明らかにするために、従来の回転機器用回転子５１の製造方法について説明する。図５は、従来の回転機器用回転子５１の製造方法を説明する説明図である。
【００３３】
まず、被着磁体５２０の成型品を射出装置によって成形する（図５（ａ）参照）。
【００３４】
次いで、被着磁体５２０の成型品からランナー対応部５３０及びスプルー対応部５４０をカッター等の工具によって切り離す（図５（ａ）から（ｂ）参照）。この際、余分な突起を極力残さないように、被着磁体５２０とランナー対応部５３０との境界部を切断し、この切断工程において必要に応じてランナー対応部５３０との接続部にできた突起を研磨して除去する。
【００３５】
次いで、グラインダ（研削盤）によって高精度の真円度に加工された基材（ホルダ）を準備し、この外周側面に接着剤を塗布する（図５（ｃ）参照）。
【００３６】
次いで、被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に組付け、被着磁体５２０に着磁することで回転子５１の製造を完了する（図５（ｄ）参照）。なお、被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に組付ける際（図５（ｃ）から（ｄ）参照）には、上述の組付け治具９０の使用は困難であり、作業者が手作業で被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０の側面に嵌め込まなければならない。これは被着磁体自体が剛性不足のため、被着磁体５２０をチャックするための特別なチャック部を有する組付け治具（ここでは図示せず）を使用すると、被着磁体５２０が変形してしまうからである。
【００３７】
図４と図５を比較すると、図４に示す本実施形態における被着磁体１２０は、回転子製造工程中、（ランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０なしに）それ自体単体でハンドリングされることがないため、被着磁体１２０がホルダ１１０に嵌る前に変形してしまう可能性が極めて低いことが分かる。これは、被着磁体１２０をホルダ１１０の接着位置に配置（位置決め）する際、図６に示した組付け治具９０を利用できることからも明らかである。
【００３８】
一方、図５に示す従来例における被着磁体を５２０は、回転子製造工程中の大部分においてそれ自体単体でハンドリングされるため、被着磁体５２０がホルダ１１０に嵌る前に変形してしまう可能性が極めて高いことが分かる。
【００３９】
以下、上述した本実施形態に係る回転機器用回転子１１の製造方法の作用について、従来の回転機器用回転子５１の製造方法と比較して説明する。本実施形態の被着磁体１２０にランナー対応部１３０が付随した状態で被着磁体１２０が放置される場合では、従来のランナー対応部５３０が切り離された状態で被着磁体５２０が放置される場合に比べて、ランナー対応部１３０が被着磁体１２０の剛性を向上させる役割を果たすため、被着磁体１２０の変形を防止する（本実施形態に係るランナー対応部１３０及びスプルー対応部１４０が接合された被着磁体１２０（図４（ａ）参照）と従来例に係るランナー対応部５３０とスプルー対応部５４０を取り除いた被着磁体５２０（図５（ｂ）参照）を比較参照）。
【００４０】
そのため、従来のように変形した状態の被着磁体５２０を接着剤の塗布されたホルダ１１０に取付けることがなくなり、ホルダ１１０と被着磁体５２０との間で接着状態の不十分な部分やホルダ１１０と被着磁体５２０との接着状態がホルダ１１０の周方向に亘って不均一になるのを避けることができる。その結果、回転子１１の回転運動に伴う遠心力によって接着剤破壊や被着磁体１２０の母材破壊が生じる虞もない。
【００４１】
特にＮＣ旋盤やマシニングセンタなどの工作機械に本発明に係る回転子１１を備えた磁気エンコーダを利用した場合、被着磁体１２０の直径は例えば１００ｍｍから２００ｍｍと非常に大きくなる一方、被着磁体１２０の材料コスト削減や被着磁体１２０に作用する遠心力を低減するために、被着磁体１２０の厚さは例えば２ｍｍと非常に薄くなっている。このような大径かつ厚さの薄い被着磁体１２０を備えた回転子１１の周速度は非常に大きくなり、これに作用する遠心力も大きくなるので、ホルダ１１０の外周面全体に亘って被着磁体１２０との間で均一でしっかりした接着状態が保たれることが重要となる。
【００４２】
一方、大径で厚さの薄い被着磁体５２０は、それ単体、即ちランナー対応部５３０やスプルー対応部５４０を取り去った状態で作業者が僅かな力をかけると、簡単に変形してしまうが、本発明によると被着磁体１２０をホルダ１１０の外周面に嵌めるまでランナー対応部１３０やスプルー対応部１４０が被着磁体１２０に接合されているので、被着磁体１２０の剛性が高まり、このような不都合を回避できる。
【００４３】
また、被着磁体１２０の板厚を薄くできることで、材料を削減でき、かつ変形防止用の治具も不要となるためコスト削減となる。また、被着磁体１２０自体の質量を軽減できこれを備えた回転子１１自体の慣性質量の低減も図ることができる。そのため、回転子１１の高速回転時においても接着剤破壊や被着磁体１２０の母材破壊が生じる虞もなく、回転機器の回転負荷を軽減できる。
【００４４】
また、回転子１１外周の真円度を確保するための研磨加工を行った場合、精度良く研磨できる。また、被着磁体１２０への着磁を適正に行うことができ、周方向に着磁分布や着磁密度が規定通りとなった回転子１１とすることができる。また、ＭＲセンサ１３と着磁された被着磁体１２０との距離が一定となるため、磁気エンコーダ１０を起動して回転子１１を回転させても被着磁体１２０がＭＲセンサ１３に干渉することはない。また、ＭＲセンサ１３の出力が安定し正確な回転角や回転数の検出ができる。
【００４５】
なお、具体的には例えば外径２００ｍｍの回転子１１が１００００min-1で回転する場合、その周速は約１０４．７ｍ／ｓとなる。近年のマシニングセンタなどではモータが回転数５００００〜６００００min-1という高速回転する場合があるので、本発明を適用すると効果が大きいことが良く理解できる。
【００４６】
また、被着磁体１２０の成型品にはランナー対応部１３０とスプルー対応部１４０が付随するため、剛性を向上させる役割を果たすことに加えて、スプルー対応部１４０を利用することで、被着磁体１２０の成型品をホルダ１１０に組付ける際に組付け治具９０を使用することができる。そのため、従来の被着磁体５２０をホルダ１１０に組付ける手作業による製造方法と比較して、被着磁体１２０をホルダ１１０の所定位置に配置して両者を正確に接合することができる。
【００４７】
なお、上述の実施形態で紹介した形状や寸法、材質、数値等はあくまで例示的なもので、本発明の範囲を逸脱しない限り様々な形状や寸法、材質、数値を適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１ 工作機械
１０ 磁気エンコーダ
１１，５１ （回転機器用）回転子
１２ 集積回路
１３ ＭＲセンサ
２０ モータ
２１ スピンドル
３０ 取付部
９０ 組付け治具
１１０ ホルダ（基材）
１２０，５２０ 被着磁体
１３０，５３０ ランナー対応部
１４０，５４０ スプルー対応部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状のホルダと、前記ホルダの外周に接着された被着磁体であって、一定の厚みを有すると共に前記ホルダの厚みに対応した幅を有するリング状の被着磁体と、を有する回転機器用回転子の製造方法であって
前記ホルダを用意すると共に、前記被着磁体の幅方向一方の側の複数個所から前記被着磁体の中心に向かって延在するランナー対応部と、前記ランナー対応部の前記被着磁体中心方向端部から突出したスプルー対応部を備え、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を備えたまま前記ホルダに嵌める際に前記ホルダの規定の接着位置に配置できるように形成された被着磁体を用意し、
前記ランナー対応部と前記スプルー対応部が備わったままの前記被着磁体を前記ホルダに嵌め込むと共に、前記ホルダの外周面に塗布された接着剤を介して前記被着磁体を前記ホルダに接着し、
前記複数のランナー対応部を前記被着磁体との境界部で全て切断することで、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を前記被着磁体から取り除くことを特徴とする回転機器用回転子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の前記回転機器用回転子の製造方法を用いて製造したことを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項１】
円筒形状のホルダと、前記ホルダの外周に接着された被着磁体であって、一定の厚みを有すると共に前記ホルダの厚みに対応した幅を有するリング状の被着磁体と、を有する回転機器用回転子の製造方法であって
前記ホルダを用意すると共に、前記被着磁体の幅方向一方の側の複数個所から前記被着磁体の中心に向かって延在するランナー対応部と、前記ランナー対応部の前記被着磁体中心方向端部から突出したスプルー対応部を備え、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を備えたまま前記ホルダに嵌める際に前記ホルダの規定の接着位置に配置できるように形成された被着磁体を用意し、
前記ランナー対応部と前記スプルー対応部が備わったままの前記被着磁体を前記ホルダに嵌め込むと共に、前記ホルダの外周面に塗布された接着剤を介して前記被着磁体を前記ホルダに接着し、
前記複数のランナー対応部を前記被着磁体との境界部で全て切断することで、前記ランナー対応部と前記スプルー対応部を前記被着磁体から取り除くことを特徴とする回転機器用回転子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の前記回転機器用回転子の製造方法を用いて製造したことを特徴とする磁気エンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４７６４５（Ｐ２０１３−４７６４５Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６０４９（Ｐ２０１１−１８６０４９）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
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