可撓性磁體、可撓性磁體的製造方法、磁編碼器、致動器的製作方法

2023-10-29 15:35:02

專利名稱：可撓性磁體、可撓性磁體的製造方法、磁編碼器、致動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及可撓性磁體、可撓性磁體的製造方法、磁編碼器、致動器。本申請基於2010年11月30日在日本申請的特願2010-267426號而主張優先權，並在此引用其內容。
背景技術：
公知有在帶狀的磁性體構件的表面交替地磁化有N極和S極的線性磁尺。該線性磁尺用於線性磁編碼器的一部分。使MR傳感器等磁傳感器與線性磁尺對置配置並使MR傳感器等磁傳感器相對於線性磁尺相對移動，由此來檢測磁尺與磁傳感器的相對位置。線性磁編碼器用於檢測線性電動機的可動部的位置等。線性磁編碼器要求不易受外部磁場的影響。要求來自線性磁尺的磁輸出非常穩定。因此，線性磁尺使用釹磁鐵等具有強磁力的磁鐵。線性磁尺為了用於曲線部分的測量等有時也要求能夠彎曲。因此，使用被稱作粘結磁鐵的、具有柔軟性的磁鐵。粘結磁鐵將磁鐵壓碎混入橡膠、塑料中而成。粘結磁鐵也被稱作橡膠磁鐵、氯乙烯磁鐵或塑料 磁鐵等。但是，將釹磁鐵等混入橡膠等中而成的粘結磁鐵具有脆這一性質。因此，使用在包含釹磁鐵等的片狀的粘結磁鐵的背面側作為加強構件而粘貼了不鏽鋼板等金屬板的結構(參照專利文獻I)。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平11-148842號公報發明概要發明要解決的技術問題若在包含釹磁鐵等的片狀的粘結磁鐵的背面側粘貼金屬板等加強構件，則會損害粘結磁鐵本來的柔軟性、可撓性。另外，產生重量化、鏽住、溫度變形、高成本化等問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有強磁力且富有柔軟性的可撓性磁體、可撓性磁體的製造方法、磁編碼器、致動器。解決方案本發明的可撓性磁體的特徵在於，所述可撓性磁體具有:第一片材，其使樹脂中含有稀土類磁性粉末而形成，並且在表面磁化有N極和S極；第二片材，其使樹脂中含有鐵氧體系磁性粉末而形成，並且固定安裝在所述第一片材的背面上。本發明的可撓性磁體的製造方法的特徵在於，所述可撓性磁體的製造方法包括:使樹脂中含有稀土類磁性粉末而形成第一片材的工序；使樹脂中含有鐵氧體系磁性粉末而形成第二片材的工序；使所述第一片材與所述第二片材重合併固定安裝的工序；在所述第一片材的表面磁化N極和S極的工序。本發明的磁編碼器具有在表面磁化有N極和S極的磁尺及與所述磁尺對置配置的磁傳感器，其特徵在於，作為所述磁尺，使用所述可撓性磁體或由所述可撓性磁體的製造方法製造出的可撓性磁體。本發明的致動器具有在表面磁化有N極和S極的磁鐵部及將多個線圈與所述磁鐵部相對地排列的線圈部，利用所述磁鐵部的磁場和在所述線圈中流通的電流使所述磁鐵部和所述線圈部相對移動，其特徵在於，作為所述磁鐵部，使用上述可撓性磁體或由上述可撓性磁體的製造方法製造出的可撓性磁體。發明效果根據本發明的可撓性磁體及可撓性磁體的製造方法，第二片材作為第一片材的加強構件而發揮功能，因此，即使在可撓性磁體發生了彎曲或扭曲的情況下，第一片材也不會被折斷或裂開。另外，可撓性磁體由於包括具有高強度的磁力的第一片材，因此能適當地應用於磁尺等。另外，由於具有較高的柔軟性、可撓性，因此可撓性磁體能模仿彎曲部位的形狀而緊貼並安裝於彎曲部位等。
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根據本發明的磁編碼器、致動器，由於第一片材產生較強的磁力，因此磁編碼器能實現檢測精度的提聞和穩定化。因此，致動器能獲得較聞的推進力。


圖1是表示本發明的實施方式的致動器(線性電動機)的概要結構的立體圖。圖2是表示基座及工作檯的放大立體圖(局部剖視圖)。圖3是表示致動器的概要結構的剖視圖。圖4是表示線圈部的立體圖。圖5是表示直線引導件的結構的剖視圖。圖6A是表示本發明的實施方式的可撓性磁體的結構的立體圖。圖6B是表示本發明的實施方式的可撓性磁體的結構的剖視圖。
具體實施例方式圖1是表示本發明的實施方式的致動器A(線性電動機5)的概要結構的立體圖。圖2是表示基座10及工作檯20的放大立體圖(局部剖視圖)。圖3是表示線性電動機5的概要結構的剖視圖。致動器A具備線性電動機5、用於控制線性電動機5的電動機致動器80(控制裝置)、與電動機致動器80連接的用戶終端90 (信息處理裝置)。線性電動機5包括沿一個軸向(X方向)細長地延伸的基座10和以相對於基座10滑動自如的方式設置的工作檯20。在基座10與工作檯20之間設有一對直線引導件50。工作檯20能相對於基座10順暢地滑動。工作檯20相對於基座10的位置、速度、加速度由線性磁編碼器60檢測(參照圖3)。線性磁編碼器60例如具有I μ m左右的解析度。
線性磁編碼器60包括安裝於基座10上的磁尺61和安裝於工作檯20上的磁傳感器62等。磁尺61由細長的矩形的磁性體構成。磁尺61在其上表面以恆定的間距(例如2mm)交替地磁化有N極和S極。磁尺61在基座10的側壁部12的外表面側沿基座10的長邊方向(X方向)緊貼配置。磁尺61使用可撓性磁體M (參照圖6A、圖6B)。可撓性磁體M是形成為具有強磁力的第一片材I和熔敷於第一片材I的背面Ib的具有弱磁力的第二片材2這兩層結構的粘結磁鐵。第一片材I在其表面(上表面)沿長邊方向以恆定的間距交替地磁化有N極和S極。可撓性磁體M沿基座10的長邊方向(X方向)固定。可撓性磁體M藉助雙面膠帶、粘接劑將背面側的第二片材2 緊貼固定於基座10的側壁部12的外表面側。可撓性磁體M的暴露於表側的第一片材I作為磁尺61而發揮功能。可撓性磁體M的詳細結構見後述。磁傳感器62利用MR元件來檢測磁尺61的磁性。磁傳感器62通過沿著磁尺61進行相對移動來輸出正弦波信號。磁傳感器62所檢測到的信號通過未圖示的信號處理部發送到電動機致動器80。電動機致動器80基於來自用戶終端90的位置指令控制向線圈部40供給的電流，以使工作檯20移動至指令位置。如此，進行線性電動機5的控制。線性電動機5的控制方法是反饋控制等。在線性電動機5中，將使用磁傳感器62而測量出的工作檯20的位置信息、速度信息、加速度信息發送到電動機致動器80，計算出與目標值(指令值)之差，控制相對於線圈部40的三個線圈41的三相交流電流，以使得工作檯20的位置、速度、加速度接近目標值。基座10由細長的矩形的底壁部11和與該底壁部11的寬度方向(Y方向)兩端垂直設置的一對側壁部12形成。基座10例如由鋼鐵等的磁性體材料或鋁等的非磁性體材料形成。在基座10的底壁部11的上表面上安裝有排列多個磁體而成的磁鐵部30。在基座10的側壁部12的各自的上表面，沿一個軸向配置有直線引導件50的導軌51。這兩根導軌51平行地配置。在導軌51上分別安裝有兩個移動塊52。工作檯20由鋁等非磁性材料構成，形成為矩形的板狀。在工作檯20的下表面20b的四角安裝有直線引導件50的移動塊52。這四個移動塊52安裝於上述的兩根導軌51上。工作檯20利用一對直線引導件50能直線運動地支承於基座10。在工作檯20的下表面中的四個移動塊52之間(中央部)，以懸吊的方式固定有由三個線圈41等構成的線圈部40。這三個線圈41作為三相線圈(電樞)而發揮功能。在安裝於基座10的磁鐵部30和安裝於工作檯20的線圈部40之間設有間隙g。即使工作檯20在一對直線引導件50的作用下相對於基座10進行直線運動，該間隙g也被維持為恆定。磁鐵部30朝向線圈部40產生磁場。磁鐵部30是形成為細長的矩形板狀的磁鐵。磁鐵部30在其表面(上表面)沿基座10的長邊方向(X方向)以恆定的間距交替地有磁化N極和S極。磁鐵部30使用可撓性磁體M (參照圖6A、圖6B)。磁鐵部30所使用的可撓性磁體M與磁尺61所使用的可撓性磁體M為相同的結構。該可撓性磁體M的形狀尺寸、磁力及磁化間距等符合磁鐵部30的要求規格並使其最佳化。可撓性磁體M沿基座10的長邊方向(X方向)固定。可撓性磁體M藉助雙面膠帶、粘接劑將背面側的第二片材2緊貼固定於基座10的底壁部11。可撓性磁體M的暴露於表側的第一片材I朝向線圈部40產生磁場。圖4是表示線圈部40的立體圖。在工作檯20的下表面的中央部安裝有三相線圈(電樞)。三相線圈是由三個線圈41和鐵芯42構成的線圈部40。鐵心42的材質是矽鋼等磁性體。鐵心42具有三個增強在三相線圈(線圈41)產生的磁場的梳齒(日文:櫛歯)42a、42b、42c。三個線圈41分別卷繞於鐵心42的三個梳齒42a、42b、42c的周圍。三個線圈41沿工作檯20的移動方向排列。被卷繞於梳齒42a的線圈41是U相線圈41a。被卷繞於梳齒42b的線圈41是V相線圈41b。被卷繞於梳齒42c的線圈41是W相線圈41c。在三個線圈41中流通有相位錯開120度不同的三相交流電流。從線圈部40產生行進磁場。利用線圈部40產生的行進磁場和磁鐵部30產生的作用，在線圈部40 (工作檯20)產生推力。 在線圈部40的三個線圈41中流通的電流由電動機致動器80控制。圖5表不直線引導件50的立體圖。直線引導件50具有安裝於基座10的側壁部12的上表面的導軌51。在導軌51上沿長邊方向以規定的間距開設有多個安裝孔51b。將螺栓穿過安裝孔51b，將螺栓擰入基座10的側壁部12的螺紋孔，由此導軌51固定於側壁部12。在導軌51上沿長邊方向形成有供滾珠55滾動的多條滾珠滾道槽51a。滾珠滾道槽51a的截面形狀是由稍大於滾珠55的半徑的單一的圓弧構成的單圓弧槽形狀或由兩個圓弧構成的尖拱槽形狀。滾珠滾道槽51a不僅形成於導軌51的側面，還形成於導軌51的上表面。通過在導軌51的上表面形成滾珠滾道槽51a，能提高直線引導件50的垂直方向的剛性。移動塊52形成為橫跨導軌51的鞍形狀。在移動塊52上形成有與導軌51的滾珠滾道槽5Ia對置的載荷滾珠滾道槽52a，並且形成有包含載荷滾珠滾道槽52a的滾珠循環路徑。在移動塊52的一個軸向的各端面安裝有端板53。滾珠循環路徑包括載荷滾珠滾道槽52a、與載荷滾珠滾道槽52a平行地延伸的滾珠返迴路52b和形成於端板53的方向轉換路52c。方向轉換路52c形成為將載荷滾珠滾道槽52a的端部和滾珠返迴路52b的端部連接起來的U字狀。滾珠循環路徑整體形成為迴路狀。在滾珠循環路徑排列收容有多個滾珠55。在移動塊52上加工有多個用於安裝工作檯20的安裝螺紋52d。移動塊52螺紋固定於工作檯20的下表面20b。在使移動塊52相對於導軌51相對移動時,夾裝於導軌51的滾珠滾道槽51a和移動塊52的載荷滾珠滾道槽52a之間的滾珠55進行滾動運動。滾到載荷滾珠滾道槽52a的一端的滾珠55被導向方向轉換路52c。另外，滾珠55經由滾珠返迴路52b及相反側的方向轉換路52c之後返回載荷滾珠滾道槽52a的另一端。通過在導軌51與移動塊52之間夾裝滾珠55，能夠減小移動塊52相對於導軌51移動時的阻力。接著，說明可撓性磁體M的詳細結構。圖6是表示本發明的實施方式的可撓性磁體M的結構的立體圖及剖視圖。可撓性磁體M是形成為細長的矩形板狀的片狀的粘結磁鐵。可撓性磁體M由具有強磁力的第一片材I和熔敷於第一片材I的背面Ib的具有弱磁力的第二片材2構成。可撓性磁體M是形成為第一片材I和第二片材2這兩層結構的粘結磁鐵。第一片材I例如形成為短邊方向10_、長邊方向lm、厚度1_。第一片材I的表面Ia沿長邊方向以例如2mm間距交替地磁化N極和S極。第一片材I將稀土類磁性粉末混入加硫橡膠、彈性體等粘結樹脂而形成為細長的矩形板狀。稀土類磁性粉末使用釹、釤-鈷或釤-氮化鐵等的粉末。第一片材I產生高強度的磁力。第二片材2與第一 片材I形成為相同形狀。第二片材2例如形成為短邊方向10mm、長邊方向lm。第二片材2的厚度形成為比第一片材I厚。例如，第二片材2的厚度形成為3mm ο第二片材2將鐵氧體系磁性粉末混入加硫橡膠、彈性體等粘結樹脂中而形成為細長的矩形板狀。鐵氧體系磁性粉末使用錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、銅鋅鐵氧體等的粉末。第二片材2產生比第一片材I弱的磁力。可撓性磁體M經由以下的工序製造。首先，分別獨立地形成第一片材I和第二片材2。將磁性粉末混入加硫橡膠等粘結樹脂中而形成為細長的矩形板狀。此時，第一片材I和第二片材2所用的粘結樹脂優選相同。這是為了使第一片材I和第二片材2的硬度、柔軟性、可撓性一致。磁性粉末(釹、鐵氧體等)相對於粘結樹脂的含有率可以任意地設定。例如，通過含有80%以上的磁性粉末，能夠獲得足夠的磁力。接著，使第一片材I和第二片材2重合後並對它們進行加熱,將第一片材I和第二片材2熔敷在一起。例如，使用衝壓成形機將第一片材I和第二片材2熔敷在一起。在第一片材I的厚度為1mm、第二片材2的厚度為3mm的情況下,能獲得4mm厚的可撓性磁體M。最後，在第一片材I的表面Ia交替地磁化N極和S極。N極和S極的配置間距可以任意地設定。在將可撓性磁體M用於磁尺的情況下，例如以2mm間距進行磁化。在將可撓性磁體M用於線性電動機的磁鐵部的情況下，例如以幾mm 幾十mm間距進行磁化。當對第一片材I的表面Ia進行磁化時，也可以同時對第二片材2進行磁化。
可撓性磁體M包括具有高強度的磁力的第一片材I。因此，能適當地應用於磁鐵部
30、磁尺61等。另一方面，第一片材I因含有釹等的磁性粉末而具有脆這一性質。但是，可撓性磁體M將第二片材2相對於第一片材I重合併熔敷，因此，即使在將可撓性磁體M彎曲或扭曲了的情況下，第一片材I也不會被折斷或裂開。第二片材2作為第一片材I的加強構件而發揮功能。第二片材2作為第一片材I的背軛(back yoke)而發揮功能。第二片材2作為使來自第一片材I的磁力線集中的磁軛而發揮功能。因此，第一片材I從其表面Ia產生較強且穩定的磁力。尤其是作為粘結磁鐵的第二片材2用於第一片材I的加強構件，因此可撓性磁體M的柔軟性、可撓性是粘結磁鐵本來的特性。在現有例中，金屬板用於加強構件。與該現有例相比，可撓性磁體M具有較高的柔軟性、可撓性。因此,可撓性磁體M能模仿彎曲部位的形狀地緊貼並安裝於彎曲部位等。可撓性磁體M能適當地用於線性電動機5的磁鐵部30、線性磁編碼器60的磁尺61等。尤其是第一片材I產生較強的磁力，因此線性電動機5能獲得較高的推進力。線性磁編碼器60 (磁尺61)能實現檢測精度的提高、穩定化。在上述的實施方式中所示的各構成構件的各形狀、組合等是一例，能夠在不脫離本發明的主旨的範圍內基於設計要求等進行各種變更。雖然對在第一片材I的表面沿一個方向交替地磁化N極和S極的情況進行了說明，但不限於此。也可以在第一片材I的表面形成任意的磁性模式。例如，也可以在第一片材I的表面沿任意的曲線交替地磁化N極和S極。例如，也可以在第一片材I的表面沿兩個方向交替地磁化N極和S極。可撓性磁體M例如用於平面電動機的磁鐵部、進行兩個方向的位置檢測的磁編碼器的磁尺。在第一片材I的表面磁化的N極和S極不限於恆定間距，可以是任意的間隔。雖然對將可撓性磁體M用於直線形狀的磁鐵部30、磁尺61的情況進行了說明，但不限於此。也可以用於磁鐵部30、磁尺61彎曲或折彎的形狀的情況。直線引導件50的滾動體不限於多個滾珠55的情況。滾動體也可以是滾筒等。也可以使用滑動引導機構來代替直線引導件50。雖然對第二片材2的厚度比第一片材I的厚度厚的情況進行了說明，但兩者的厚度也可以相同。優選第二片材2比第一片材I厚。這是因為，若第二片材2的厚度過薄，則從第一片材I輸出的磁通(磁力線)會穿過第二片材2而成為向外部漏出的漏磁通。第二片材2(鐵氧體)的飽和磁通密度小於第一片材I (釹等)的飽和磁通密度。因此，為了避免來自第一片材I的磁通向外部漏出，需要使第二片材2比第一片材I厚來增加能夠通過第二片材2的內部的磁通。雖然對可撓性磁體M使用雙面膠帶、粘接劑進行固定的情況進行了說明，但不限於此。在將可撓性磁體M固定於磁性體材料(鋼鐵等)的情況下，不使用螺栓等緊固構件、粘接劑等，而利用可撓性磁體M (第二片材2)自身的磁性也可以緊貼固定於磁性體材料。在該情況下，能容易地進行可撓性磁體M的安裝位置的修正、可撓性磁體M的更換。因此，可撓性磁體M (磁鐵部30、磁尺61)的維修性優異。附圖標記說明如下:M…可撓性磁體I…第一片材Ib…背面2…第二片材A...致動器5…線性電動機30…磁鐵部60…線性磁編碼器61…磁尺

62…磁傳感器
權利要求
1.一種可撓性磁體，其特徵在於， 所述可撓性磁體具有: 第一片材，其使樹脂中含有稀土類磁性粉末而形成，並且在表面磁化有N極和S極；第二片材，其使樹脂中含有鐵氧體系磁性粉末而形成，並且固定安裝在所述第一片材的背面上。
2.根據權利要求1所述的可撓性磁體，其特徵在於， 所述稀土類磁性粉末是釹、釤-鈷或釤-氮化鐵的粉末。
3.一種可撓性磁體的製造方法，其特徵在於， 所述可撓性磁體的製造方法包括: 使樹脂中含有稀土類磁性粉末而形成第一片材的工序； 使樹脂中含有鐵氧 體系磁性粉末而形成第二片材的工序； 使所述第一片材與所述第二片材重合併將它們固定安裝的工序； 在所述第一片材的表面磁化N極和S極的工序。
4.一種磁編碼器，其具備: 在表面磁化有N極和S極的磁尺； 與所述磁尺對置配置的磁傳感器， 所述磁編碼器的特徵在於， 作為所述磁尺，使用權利要求1或2所述的可撓性磁體或由權利要求3所述的可撓性磁體的製造方法製造出的可撓性磁體。
5.一種致動器，其具備: 在表面磁化有N極和S極的磁鐵部； 將多個線圈與所述磁鐵部對置地排列的線圈部， 利用所述磁鐵部的磁場和在所述線圈中流通的電流使所述磁鐵部和所述線圈部相對移動， 所述致動器的特徵在於， 作為所述磁鐵部，使用權利要求1或2所述的可撓性磁體或由權利要求3所述的可撓性磁體的製造方法製造出的可撓性磁體。
全文摘要
可撓性磁體(M)具有第一片材(1)，其使樹脂中含有稀土類磁性粉末而形成，並且在表面磁化有N極和S極；第二片材(2)，其使樹脂中含有鐵氧體系磁性粉末而形成，並且固定安裝在所述第一片材(1)的背面上。
文檔編號H01F41/02GK103229254SQ20118005691
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月22日 優先權日2010年11月30日
發明者山中修平, 東條敏郎, 角振正浩, 宮嵜英兒 申請人:Thk株式會社