JP6536104B2 - 円環状インサート成形品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、円環状インサート品の円環状プラスチックとの接合面に熱硬化性樹脂接着剤を塗布した状態で射出成形を行うことにより製造される円環状インサート成形品製造方法に関する。
鋼板により形成された円環状の部品をインサート品とし、円環状プラスチックとの接合面に熱硬化性樹脂接着剤を塗布して金型内に配置した状態で射出成形を行うことにより製造される円環状インサート成形品として、例えば回転体の回転速度検出装置に用いられるプラスチック磁石製の磁気エンコーダがある(例えば、特許文献1参照)。
このような磁気エンコーダは、回転体に取り付け可能な固定部材(特許文献1では、スリンガ25,33,60)と、該固定部材に取り付けられ、円周方向に多極に着磁されたプラスチック磁石(特許文献1では、磁極形成リング27,34,70)とを備えており、前記固定部材と前記プラスチック磁石とは接着剤を介して固定されるものが多い。
ここで、磁気エンコーダの製造工程におけるインサート品(スリンガ)への接着剤の塗布は、大量のインサート品を同時に処理するために、溶媒に溶け込んで液体状になった接着剤を槽内に溜めておき、この液体状の接着剤にインサート品を浸漬する方法が一般的である(例えば、特許文献1の段落[0094参照])。
このように液体状の接着剤にインサート品を浸漬させることによりインサート品に対して接着剤を塗布する接着剤塗布工程を行った後、特許文献1の磁気エンコーダの製造方法においては、接着剤を乾燥して溶媒を飛ばす接着剤乾燥工程、及び接着剤を加熱して半硬化状態で焼き付ける一次加熱工程を行った後にインサート品を金型内にセットし、金型内に溶融したプラスチック磁石材料を射出する射出成形工程を行って磁気エンコーダを成形した後、接着剤を完全に硬化させる二次加熱工程が行われる(例えば、特許文献1の段落[0094参照])。
特許第4189696号公報
特許文献1のような円環状インサート成形品(磁気エンコーダ)の製造方法では、接着剤塗布工程がインサート品(スリンガ)を液体状の接着剤に浸漬する方法であるので、大量のインサート品を同時に処理できる反面、必要箇所以外も含むインサート品の全体に接着剤が塗布される。
よって、以下の(1)〜(4)の問題点がある。
(1)接着剤乾燥工程後のインサート品を自動機で搬送する際に搬送治具に接着剤が付着して搬送治具を汚染する。
(2)インサート品を金型にセットする際又は射出成形工程において金型に接着剤が付着して金型を汚染したり異物が発生する。
(3)射出成形工程において、インサート品の金型に接する全面にも接着剤が塗布されているので、金型にセットした際にインサート品と金型が強固に接着されてしまい製品が金型から離形しにくく、成形が停止する場合もある。
(4)円環状インサート成形品を軸受等の回転体に取り付ける際にインサート品から接着剤が剥がれて前記回転体の内部に異物として残留する場合がある。
これらの問題を解決するために、特許文献1の製造方法においては、接着剤乾燥工程後に接着剤を加熱して半硬化状態で焼き付ける、すなわち架橋硬化反応を伴う前記一次加熱工程が必須である。
しかしながら、接着剤を半硬化状態で焼き付けることにより、射出成形工程において溶融したプラスチック磁石材料と結合するための接着剤側の反応基が減少してしまい、インサート品(スリンガ)とプラスチック(プラスチック磁石)との結合力が低下するという問題が発生する。
特に、上記(2)の金型汚染や上記(3)のインサート品と金型の強固な接着を抑制するために、前記一次加熱工程における加熱温度を高くして架橋硬化反応を進めた場合、インサート品(スリンガ)とプラスチック(プラスチック磁石)との結合力の低下が大きくなる。
そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、接着剤乾燥工程後のインサート品を自動機で搬送する際に搬送治具を汚染することなく、インサート品を金型にセットする際又は射出成形工程における金型の汚染や異物の発生を抑制でき、インサート品と金型の接着に基づく生産性の低下を抑制でき、円環状インサート成形品を回転体に取り付ける際にインサート品から接着剤が剥がれて回転体の内部に異物として残留することがなく、接着強度が高い円環状インサート成形品製造方法を提供する点にある。
本発明に係る円環状インサート成形品の製造方法は、前記課題解決のために、回転体に取り付け可能な円環状インサート品を金型内にセットして射出成形される、前記円環状インサート品及び円環状プラスチックからなる円環状インサート成形品において、
前記円環状インサート品の前記円環状プラスチックとの接合面に熱硬化性樹脂接着剤を塗布する接着剤塗布工程、及び
前記接着剤塗布工程を経た前記円環状インサート品を金型内に配置した状態で溶融したプラスチック材料を射出する射出成形工程
を含む前記円環状インサート成形品の製造方法であって、
前記接着剤塗布工程において、
前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線から3mmを越えてはみ出さない範囲にのみ前記接着剤を塗布するとともに、
前記円環状インサート品が前記回転体と嵌合する部分には前記接着剤を塗布せず、
前記接着剤塗布工程及び前記射出成形工程の間に、
前記接着剤の架橋反応開始温度未満の温度条件下で前記接着剤に含まれる溶剤を完全に揮発させて前記接着剤を乾燥固化させる乾燥固化工程を備え、
前記接着剤の架橋反応開始温度以上に前記接着剤を加熱して前記円環状インサート品に焼き付ける加熱工程を備えないことを特徴とする(請求項1)。
このような製造方法によれば、接着剤塗布工程において、円環状インサート品に対する接着剤の塗布範囲が、前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、接着剤乾燥工程後のインサート品を自動機で搬送する際における接着剤による搬送治具の汚染を抑制できるとともに、インサート品を金型にセットする際又は射出成形工程における接着剤による金型の汚染や異物の発生を抑制できる。
その上、円環状インサート品に対する接着剤の塗布範囲が、前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、前記射出成形工程の前に接着剤を加熱して半硬化状態で焼き付ける一次加熱工程を行わなくても、前記射出成形工程において、インサート品の金型に接する面で接着剤が塗布されている領域が小さいことから、インサート品と金型の接着が軽微になる。よって、インサート成形品が金型から離形しにくくなることがないので、生産性が低下しない。
その上さらに、円環状インサート品に対する接着剤の塗布範囲に円環状インサート品が回転体と嵌合する部分は含まないので、円環状インサート成形品を回転体に取り付ける際に円環状インサート品から接着剤が剥がれて回転体の内部に異物として残留することがない。
その上、円環状インサート品に対する接着剤の塗布範囲が、前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、必要箇所以外に塗布される接着剤の量が少なく、無駄になる接着剤の量が非常に少ないため、接着剤の材料費が嵩むことがない。
その上さらに、前記接着剤塗布工程及び前記射出成形工程の間に、前記接着剤の架橋反応開始温度未満の温度条件下で前記接着剤に含まれる溶剤を完全に揮発させて前記接着剤を乾燥固化させる乾燥固化工程を備え、前記接着剤の架橋反応開始温度以上に前記接着剤を加熱して前記円環状インサート品に焼き付ける加熱工程を備えないので、射出成形工程において溶融したプラスチック材料と結合するための接着剤側の反応基が減少しないため、円環状インサート品と円環状プラスチックとの結合力が低下しない。よって、前記接着剤の接着強度が高くなる。
ここで、前記円環状インサート成形品が、前記円環状インサート品を固定部材とし、前記円環状プラスチックをプラスチック磁石としたアキシャル型磁気エンコーダであり、前記接着剤塗布工程において、前記固定部材の軸方向に対向する面のみに前記接着剤を塗布すると好ましい(請求項)。
このような製造方法によれば、接着剤塗布工程において、アキシャル型磁気エンコーダの固定部材の軸方向に対向する面のみに接着剤を塗布するので、接着剤を一方向から塗布できるため接着剤塗布工程の作業性・生産性を向上できるとともに、固定部材の軸方向に対向する面に添って磁極が形成されるプラスチック磁石を固定部材に対して効果的に接着できる。
また、前記円環状インサート成形品が、前記円環状インサート品を固定部材とし、前記円環状プラスチックをプラスチック磁石としたラジアル型磁気エンコーダであり、前記接着剤塗布工程において、前記固定部材の径方向に対向するのみに前記接着剤を塗布してなると好ましい(請求項)。
このような製造方法によれば、接着剤塗布工程において、ラジアル型磁気エンコーダの固定部材の径方向に対向する面のみに前記接着剤を塗布するので、接着剤を一方向から塗布できるため接着剤塗布工程の作業性・生産性を向上できるとともに、固定部材の径方向に対向する面に添って磁極が形成されるプラスチック磁石を固定部材に対して効果的に接着できる。
さらに、前記接着剤塗布工程における前記円環状インサート品への前記接着剤の塗布を、所定領域に前記接着剤が付着した、転写体であるパットを押し付けることにより、前記円環状インサート品に前記接着剤を転移させるパット印刷処理、所定領域に開孔部を有するスクリーン版上の前記接着剤を前記開孔部を通じて押し出すことにより、前記円環状インサート品に前記接着剤を転移させるスクリーン印刷処理、又は刷毛塗りにより行うと好ましい(請求項)。
このような製造方法によれば、前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線から3mmを越えてはみ出さない範囲にのみ熱硬化性樹脂接着剤を塗布するとともに、円環状インサート品が回転体と嵌合する部分には前記接着剤を塗布しないようにする、接着剤塗布工程における前記接着剤の塗布作業を安定かつ確実に行うことができる。
以上のような本発明に係る円環状インサート成形品製造方法によれば、
(A)円環状インサート品に対する前記接着剤の塗布範囲が、前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、接着剤乾燥工程後のインサート品を自動機で搬送する際における前記接着剤による搬送治具の汚染を抑制できるとともに、インサート品を金型にセットする際又は射出成形工程における前記接着剤による金型の汚染や異物の発生を抑制できること、
(B)円環状インサート品に対する接着剤の塗布範囲が、前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、射出成形工程の前に接着剤を加熱して半硬化状態で焼き付ける一次加熱工程を行わなくても、射出成形工程において、インサート品の金型に接する面で接着剤が塗布されている領域が小さいことから、インサート品と金型の接着が軽微になり、よって、インサート成形品が金型から離形しにくくなることがないので、生産性が低下しないこと、
(C)円環状インサート品に対する前記接着剤の塗布範囲に円環状インサート品が回転体と嵌合する部分は含まないので、円環状インサート成形品を回転体に取り付ける際に円環状インサート品から前記接着剤が剥がれて回転体の内部に異物として残留することがないこと、
(D)円環状インサート品への前記接着剤の塗布を、パット印刷処理、スクリーン印刷処理、又は刷毛塗りにより行うことにより、所定の塗布範囲にのみ前記接着剤を塗布する作業を安定かつ確実に行うことができること、
(E)接着剤塗布工程及び射出成形工程の間に、前記接着剤の架橋反応開始温度以上に前記接着剤を加熱して円環状インサート品に焼き付ける加熱工程を行わない製造方法によれば、射出成形工程において溶融したプラスチック材料と結合するための前記接着剤側の反応基が減少しないので、円環状インサート品と円環状プラスチックとの結合力が低下しないため、接着強度が高くなること、
(F)円環状インサート品に対する熱硬化性樹脂接着剤の塗布範囲が、前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、必要箇所以外に塗布される前記接着剤の量が少なく、無駄になる前記接着剤の量が非常に少ないため、前記接着剤の材料費が嵩むことがないこと、
等の顕著な効果を奏する。
本発明の実施の形態に係る円環状インサート成形品(アキシャル型磁気エンコーダ)を備えた軸受装置の例を示す縦断面図である。 同じく要部拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る円環状インサート成形品(アキシャル型磁気エンコーダ)を示しており、(a)は縦断面図、(b)は部分縦断斜視図である。 円環状固定部材に対する接着剤の塗布範囲の例を示す要部拡大縦断面図である。 円環状固定部材及び円環状プラスチック磁石を結合する形状のバリエーション及び接着剤の塗布範囲を示す要部拡大縦断面図である。 同バリエーション及び接着剤の塗布範囲を示す要部拡大縦断面図である。 円環状インサート成形品(ラジアル型磁気エンコーダ)における円環状固定部材及び円環状プラスチック磁石を結合する形状のバリエーション及び接着剤の塗布範囲を示す要部拡大縦断面図である。 円環状固定部材に対する接着剤の塗布範囲の例を示す縦断面図である。 試験例で作製した接着強度評価用ダンベル試験片を示す概略斜視図である。 試験例で行った接着強度評価用ダンベル試験片における乾燥温度とその剥離強度との関係を示すグラフである。
次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
図1の縦断面図、及び図2の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る円環状インサート成形品1であるアキシャル型磁気エンコーダ1Aを備えた軸受装置11は、外周面に内輪軌道面12Aが形成された内輪12、及び内周面に外輪軌道面13Aが形成された外輪13、並びに、内輪軌道面12A及び外輪軌道面13A間を転動する転動体14,14,…等を有する軸受、この軸受の軸方向の一端部に位置して内輪12に固定された磁気エンコーダ1A、並びに、外輪13に固定された、磁気エンコーダ1Aの磁極に対向して磁気エンコーダ1の回転を検知するためのセンサ10、磁気エンコーダ1Aを覆うように外輪13に圧入され、磁気エンコーダ1A及びセンサ10間に介在するカップ状の保護カバー5、並びに、前記軸受の軸方向の他端部に配置したシール部材15等を備えている。
ここで、回転側である内輪12に取り付けられた、N極とS極を一定間隔で周方向に多極に着磁した磁気エンコーダ1A、及び固定側である外輪13に取り付けられたセンサ10が、回転速度検出装置を構成する。
前記軸受の軸方向両端部の保護カバー5及びシール部材15により前記軸受の内部が密封され、その内部空間に磁気エンコーダ1Aが収容されるので、異物等から磁気エンコーダ1Aや軸受内部を保護できる。
保護カバー5は、図2に示すように、外輪13に圧入される第1円筒部6、第1円筒部6よりも縮径して第1円筒部6の端縁に繋がる第2円筒部7、第2円筒部7の端縁に繋がって径方向内方へ延びる円環部8、第2円筒部7の外周面に加硫接着されたシール体9等からなり、シール体9以外はステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形される。
また、シール体9は、合成ゴム等の弾性体であるので、保護カバー5と外輪13間の気密性を向上させることができ、シール体9は、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、アクリルゴム(ACM)、エチレン・アクリルゴム(AEM)、フッ素ゴム(FKM、FPM)、シリコーンゴム(VQM)等のゴムから、1種、あるいは2種以上のゴムを適当にブレンドして使用できる。
このような保護カバー5を備えた軸受装置11の構成によれば、外輪13に圧入された保護カバー5により磁気エンコーダ1Aが覆われるので、磁気エンコーダ1Aの破損や磁気特性変化を抑制できるとともに、シール部材(例えば、特許文献1のシールリップである弾性材22b参照)を代替して保護カバー5を設けているので、軸受装置11の回転トルクを低減できる。
図3(a)の縦断面図、及び図3(b)の部分縦断斜視図、並びに図4の要部拡大縦断面図に示すように、磁気エンコーダ1Aは、回転体である内輪12(図1及び図2参照)に取り付け可能な円環状インサート品である円環状固定部材2、及び円環状固定部材2に取り付けられた、円環状プラスチックである円環状プラスチック磁石3により構成される。
ここで、円環状固定部材2は、円筒部2A及び円筒部2Aの端縁から径方向外方へ延びるフランジ部2Bからなり、ステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形される。
円環状固定部材2の円環状プラスチック磁石3との接合面の所定箇所に熱硬化性樹脂接着剤Aを塗布して金型内に配置した状態で、射出成形することにより、円環状インサート成形品1である磁気エンコーダ1Aが成形される。
円環状固定部材2と円環状プラスチック磁石3との間には図4のように接着剤Aが介在するとともに、図3に示すプラスチック磁石3の成形収縮による結合部H、及び回り込み形状による結合部Iがあるので、円環状固定部材2及び円環状プラスチック磁石3は結合され一体化される。
ここで、接着剤Aの厚みとしては、特に限定はないが、例えば、2〜20μmであれば、過酷な環境で磁気エンコーダを回転させても接着強度を維持できる観点から好ましい。
円環状プラスチック磁石3は、磁性体粉、バインダ、及び添加剤が含まれた磁石材料によって形成される。
ここで、磁性体粉としては、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライト等のフェライト系磁性粉末の他、ネオジム系やサマリウム系等の希土類磁性粉末が好適に使用できる。
また、バインダとしては、ポリアミド(PA6、PA12、PA612等)やポリフェニレンサルファイド(PPS)等の熱可塑性脂材料が好適に使用できる。
さらに、添加剤としては、カーボンファイバー等の有機系添加剤や、ガラスビーズ、ガラスファイバー、タルク、マイカ、窒化珪素(セラミック)、及び結晶性(非結晶性)シリカ等の無機系添加剤が好適に使用できる。
なお、前記添加剤の種類及び配合率を変えることにより、円環状プラスチック磁石3の線膨張係数を小さくするための調整及び強度を高めるための調整をすることができる。
熱硬化性樹脂接着剤Aとしては、一般の磁気エンコーダに使用されているものであればよく、例えば、フェノール樹脂系接着剤やエポキシ樹脂系接着剤等が挙げられる。
フェノール樹脂系接着剤は、ゴムの加硫接着剤として用いられているものが挙げられ、組成としては特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂やレゾール型フェノール樹脂と、ヘキサメチレンテトラミンなどの硬化剤を、メタノールやメチルエチルケトンなどの溶解させたものが使用できる。また、接着性を向上させるために、これらにノボラック型エポキシ樹脂を混合したものであってもよい。
エポキシ樹脂系接着剤としては、原液としては一液型エポキシ系接着剤で、溶剤への希釈が可能なものが挙げられる。一液型エポキシ系接着剤は、少なくともエポキシ樹脂と硬化剤とからなり、必要に応じて反応性希釈剤として使用されるその他のエポキシ化合物、熱硬化速度を向上させる硬化促進剤、耐熱性や耐硬化歪み性を向上させる効果がある無機充填材、応力がかかった時に変形する可撓性を向上させる架橋ゴム微粒子等をさらに添加してもよい。
前記エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ポリエステル変性エポキシ樹脂、シリコン変性エポキシ樹脂のような他のポリマーとの共重合体等を用いることができる。
前記硬化剤としては、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミン等のアミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチレンエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸等の酸無水物系硬化剤、1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントイン、エイコサン二酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ジシアンジアミド、7,11−オクタデカジエン−1,18−ジカルボヒドラジド等の潜在性硬化剤等を用いることができる。
前記反応性希釈剤としては、t−ブチルフェニルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル等を用いることができる。
前記硬化促進剤としては、分子内の1−アルコキシエタノールとカルボン酸の反応により生じるエステル結合を一個以上有する化合物や、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール化合物、アジピン酸等のカルボン酸類、ジメチルベンジルアミン等の3級アミン、テトラブチルアンモニウムブロマイド等の4級アンモニウム塩、3−(3’,4’−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素等のアルキル尿素などを用いることができる。
前記無機充填材としては、溶融シリカ粉末、石英ガラス粉末、結晶ガラス粉末、ガラス繊維、アルミナ粉末、タルク、アルミニウム粉末、酸化チタンなどを用いることができる。
前記架橋ゴム微粒子としては、分子鎖中にカルボキシル基を有する加硫されたアクリロニトリルブタジエンゴムなどを用いることができる。粒子径は細かいものが好ましく、平均粒子径で30〜200nm程度の超微粒子のものが、分散性と安定した可撓性を発現させるために好ましいが、特に限定はない。
また、熱硬化性樹脂接着剤Aを乾燥固化させる固定部材2の表面には、熱硬化性樹脂接着剤Aに対するアンカー効果を向上させる観点から、粗面化処理又はプライマー処理を施すことが好ましい。
粗面化処理としては、ブラスト処理、ケミカルエッチング処理、化成処理、ヘアーライン処理等が挙げられる。
前記粗面化処理を施した場合の固定部材2の塗布面面粗さとしては、Ra0.5〜2μmの範囲が好ましい。
なお、塗布面面粗さは、JIS B0601−1994に基づいて測定することができる。
また、プライマーとしては、シラン系、フェノール系、エポキシ系等が挙げられる。
次に、図4の要部拡大縦断面図を参照して、円環状インサート品である円環状固定部材2に対する熱硬化性樹脂接着剤Aの塗布範囲について説明する。
図4(a)及び(b)は、円環状固定部材2の円環状プラスチック磁石3との接合面全体に対して接着剤Aを塗布する場合を示しており、図4(a)は、円環状プラスチック磁石3との境界B1,B2に合わせた範囲に接着剤Aを塗布し、図4(b)は、円環状プラスチック磁石3との一方の境界B1をはみ出し長さDだけ越え、他方の境界B2をはみ出し長さEだけ越えた範囲まで接着剤Aを塗布している。
また、図4(c)及び(d)は、円環状固定部材2の円環状プラスチック磁石3との接合面における軸方向に対向する面Fに接着剤Aを塗布する場合を示しており、図4(c)は、円環状プラスチック磁石3との境界B1に合わせた範囲に接着剤Aを塗布し、図4(d)は、円環状プラスチック磁石3との境界B1をはみ出し長さDだけ越えた範囲まで接着剤Aを塗布している。
そして、図4(a)〜(d)の何れにおいても、回転体である内輪12(図1及び図2参照)と嵌合する部分Cには、接着剤Aを塗布していない。
ここで、図4(b)及び(d)におけるはみ出し長さD,Eは、3mm以下とするのが、接着剤の無駄を少なくするとともに、搬送治具や金型の汚染等を抑制するという観点から好ましい。
次に、円環状インサート成形品1における、円環状固定部材2及び円環状プラスチック磁石3を結合する形状のバリエーション及び接着剤の塗布範囲について、アキシャル型磁気エンコーダ1Aについては、図5及び図6の要部拡大縦断面を参照して、ラジアル型磁気エンコーダ1Bについては、図7及び図8の要部拡大縦断面を参照して説明する。
ここで、アキシャル型磁気エンコーダ1Aの例において、図5(c)〜(f)、並びに図6(a)〜(d)における円環状固定部材2の形状は、図3及び図4の円環状固定部材2の形状と異なる。
先ず、アキシャル型磁気エンコーダ1Aにおいて、図5(a)は、図3の形状から回り込み形状による結合部Iを無くしたもの、図5(c)は、円環状固定部材2のフランジ部2Bの内周縁側に回り込み形状による結合部Iを設けたもの、図5(e)は、図3の形状と同様の成形収縮による結合部H及び回り込み形状による結合部Iを設けるとともにフランジ部2Bの内周縁側に樹脂の係止部を設けたもの、図6(a)は、フランジ部2Bの内周縁側に回り込み形状による結合部Iを設けたもの、図6(c)は、フランジ部2Bの外周縁側に成形収縮による結合部Hを設けるとともに、フランジ部2Bの内周縁側に回り込み形状による結合部Iを設けたものである。
円環状固定部材2に対する接着剤Aの塗布範囲については、図5(a)、図5(c)、図5(e)、図6(a)、及び図6(c)の磁気エンコーダ1Aでは、それぞれ図5(b)、図5(d)、図5(f)、図6(b)、及び図6(d)のように環状プラスチック磁石3との境界に合わせた範囲(J1〜J5参照)に接着剤Aを塗布しており、回転体である内輪12(図1及び図2参照)と嵌合する部分Cには、接着剤Aを塗布していない。
図5及び図6のアキシャル型磁気エンコーダ1Aにおいても、図4(b)及び(d)のアキシャル型磁気エンコーダ1Aと同様に、円環状固定部材2に対して、円環状プラスチック磁石3との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲まで接着剤Aを塗布してもよい。
次に、ラジアル型磁気エンコーダ1Bにおいて、図7(a)及び(c)には、成形収縮による結合部Hが設けられており、これらの成形収縮による結合部Hは、円環状固定部材2をインサートした状態で射出成形すると、樹脂が内径側に収縮しようとするが、鋼製の円筒部2Aの外周面により前記収縮が規制され、円筒部2Aとの間に応力(樹脂が円筒部2Aを締め付ける力)が発生して結合されるので、このようにして結合された部分を示している。
図7(a)は、円環状固定部材2のフランジ部2Bの表面も樹脂で覆った形状を、図7(c)は、円環状固定部材2のフランジ部2Bの表面を樹脂で覆わない形状を示している。
なお、ラジアル型磁気エンコーダ1Bにおいては、円環状プラスチック磁石3の径方向外方に、磁気エンコーダ1Bの磁極に対向して磁気エンコーダ1Bの回転を検知するためのセンサが配置される。
円環状固定部材2に対する接着剤Aの塗布範囲については、図7(a)、及び図7(c)の磁気エンコーダ1Bでは、それぞれ図7(b)、及び図7(d)のように環状プラスチック磁石3との境界に合わせた範囲(J6,J7参照)に接着剤Aを塗布しており、回転体である外輪と嵌合する部分Cには、接着剤Aを塗布していない。
図7のラジアル型磁気エンコーダ1Bにおいても、図4(b)及び(d)のアキシャル型磁気エンコーダ1Aと同様に、円環状固定部材2に対して、円環状プラスチック磁石3との境界線を3mmを越えてはみ出さない範囲まで接着剤Aを塗布してもよい。
また、図7(a)のラジアル型磁気エンコーダ1Bの円環状固定部材2に対して、図8(a)のように円環状プラスチック磁石3との接合面全体に対して接着剤Aを塗布してもよいし、図8(b)のように径方向に対向する面Gのみに接着剤Aを塗布してもよい。
次に、円環状インサート品である円環状固定部材2に熱硬化性樹脂接着剤Aを塗布する接着剤塗布工程における接着剤Aの塗布方法について説明する。
円環状固定部材2に対して行う前記塗布範囲への接着剤Aの塗布は、槽内に溜めた液体状の接着剤に浸漬する方法や、スプレーにより吹き付ける方法では行うことができない。
前記塗布範囲への接着剤Aの塗布は、所定領域に接着剤Aが付着した、転写体であるパットを押し付けることにより、円環状固定部材2に接着剤Aを転移させるパット印刷処理、所定領域に開孔部を有するスクリーン版上の接着剤Aを前記開孔部を通じて押し出すことにより、円環状固定部材2に接着剤Aを転移させるスクリーン印刷処理、又は刷毛塗り等によって行うことができる。
このような塗布方法によれば、円環状固定部材2に対し、円環状プラスチック磁石3との境界線から3mmを越えてはみ出さない範囲にのみ熱硬化性樹脂接着剤Aを塗布するとともに、円環状固定部材2が回転体と嵌合する部分Cには接着剤Aを塗布しないようにする、接着剤塗布工程における接着剤Aの塗布作業を安定かつ確実に行うことができる。
なお、前記のとおり、接着剤Aの厚みが2〜20μmであれば、過酷な環境で磁気エンコーダを使用しても接着強度を維持できるが、接着剤Aの塗布厚が厚くなる程、従来の塗布方法(例えば、浸漬による塗布作業を繰り返して行い、本発明のような塗布範囲の限定をしないもの)では、接着剤による搬送治具及び金型の汚染や接着剤の剥離による異物の発生が非常に多くなる。
本発明の実施の形態に係る円環状インサート成形品1(例えば、アキシャル型磁気エンコーダ1A又はラジアル型磁気エンコーダ1B)の製造方法は、前記接着剤塗布工程を行った後に行う、後述する、乾燥固化工程、射出成形工程、及び熱硬化処理工程を含むものであるが、接着剤塗布工程及び射出成形工程の間に、特許文献1のような接着剤を加熱して半硬化状態で焼き付ける加熱工程を備えないものである。
次に、接着剤塗布工程後に行う乾燥固化工程の詳細について説明する。
熱硬化性接着剤は、所定の温度にまで加熱すると架橋反応を開始して硬化を始める性質を有することから、本発明では、熱硬化性樹脂接着剤Aが架橋反応を開始して硬化を始める温度を「架橋反応開始温度」という。
また、「乾燥固化」とは、接着剤塗布工程における円環状固定部材2に対する熱硬化性樹脂接着剤Aの塗布時に予め含まれている有機溶剤を蒸発させ、熱硬化性樹脂接着剤Aの固形分が固化された状態にすることをいう。
乾燥固化工程は、接着剤塗布工程により前記塗布範囲に熱硬化性樹脂接着剤Aが塗布された円環状固定部材2に対し、接着剤Aの架橋反応開始温度未満の温度条件下で接着剤Aに含まれる溶剤を揮発させて接着剤Aを乾燥固化させるものである。
前記乾燥固化における有機溶剤の蒸発の程度としては、塗布した熱硬化性樹脂接着剤Aの表面を指で直接触った場合に、指に熱硬化性樹脂接着剤Aが付着しない程度であればよいが、有機溶剤がほとんど残存しない程度まで乾燥固化してもよく、特に限定はない。特に、円環状プラスチック磁石3を接着し易いという観点からは、有機溶剤がほとんど残存しない程度まで乾燥固化することが好ましい。
前記乾燥固化時の温度は、熱硬化性樹脂接着剤Aの架橋反応開始温度未満で行えばよく、具体的には使用する熱硬化性樹脂接着剤Aにより適宜決定すればよい。例えば、使用する熱硬化性樹脂接着剤Aの種類によらず、短時間で乾燥固化を行うという観点からは、110℃未満、好ましくは25〜105℃に調整するのが望ましい。
また、熱硬化性樹脂接着剤Aの乾燥固化を効率よく行う観点から、所定の温度から複数段階に温度を上昇させて乾燥固化を行ってもよい。
この場合、一段目の温度と二段目の温度の差などについては特に限定はない。
前記乾燥固化の手段としては、例えば、円環状固定部材2に塗布された熱硬化性樹脂接着剤Aの表面に所定の温度に調整された気体を送風する方法、熱硬化性樹脂接着剤Aを塗布した円環状固定部材2を所定の温度に調整された室内に静置する方法、前記円環状固定部材2を減圧環境下で所定温度で静置する方法等が挙げられる。また、これらの方法は組み合わせてもよい。
次に、乾燥固化工程後に行う射出成形工程の詳細について説明する。
乾燥固化工程を経た円環状インサート品である円環状固定部材2を金型内にセットし、金型内に溶融したプラスチック磁石材料を射出する。
前記溶融したプラスチック磁石材料の温度は、前記プラスチックが射出できる粘度を有し、かつ固化しない程度の温度に調整されていればよく、例えば、200〜360℃が挙げられるが、特に限定はない。
前記プラスチック磁石材料である前記磁性体粉としては、インサート成形により製造されている市販の磁気エンコーダのプラスチック磁石部に使用されている磁性体粉であればよく、特に限定はない。例えば、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライト等のフェライト系磁性粉末の他、ネオジム系やサマリウム系等の希土類磁性粉末が好適に使用できる。また、フェライトの磁気特性を向上させるためにランタンとコバルト等を混入させたり、フェライトの一部をネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト、サマリウム−鉄等の希土類磁性体粉に置き換えてもよい。
プラスチック磁石材料である熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド(PA6、PA12、PA612等)やポリフェニレンサルファイド(PPS)等の熱可塑性樹脂が好適に使用できる。なお、前記熱可塑性樹脂の融点、曲げ弾性率等の物性については特に限定はない。
プラスチック磁石材料である添加剤としては、カーボンファイバー等の有機系添加剤や、ガラスビーズ、ガラスファイバー、タルク、マイカ、窒化珪素(セラミック)、及び結晶性(非結晶性)シリカ等の無機系添加剤、ベンゼンスルホン酸アルキルアミド類、トルエンスルホン酸アルキルアミド類、及びヒドロキシ安息香酸アルキルエステル類から選ばれる少なくとも1種類の特定の可塑剤等が好適に使用できる。
なお、前記プラスチック磁石部における熱可塑性樹脂、磁性体粉、添加剤等の含有量については、市販の磁気エンコーダのプラスチック磁石部と同じ程度であればよく、特に限定はない。
次に、射出成形工程後に行う熱硬化処理工程の詳細について説明する。
射出成形工程を経た円環状インサート成形品1を金型から取り出し、熱硬化性樹脂接着剤Aの架橋反応開始温度以上で熱硬化処理を行う。
本工程では、前記架橋反応開始温度以上で熱硬化処理を行うことで、円環状固定部材2と円環状プラスチック磁石3との間に介在する熱硬化性樹脂接着剤Aに架橋反応を生じさせて硬化させる。
前記架橋反応開始温度以上の温度としては、110〜180℃の範囲であれば、接着剤に用いられる樹脂の種類に関係なく、架橋反応を生じさせて硬化反応を行わせることができる。
また、前記熱硬化処理は、段階的に温度を上昇させて行ってもよい。例えば、一段目の温度を110〜140℃、二段目の温度を140〜180℃の範囲に調整することが挙げられる。なお、前記架橋開始温度以上の温度の上限は、処理時間を短縮する観点から、180℃を超える温度にしてもよい
なお、円環状プラスチック磁石3は、円周方向に多極に着磁されている。この着磁は、例えば、前記射出成形工程において、調整された磁場内で射出成形をすることで磁性粉を磁場配向させてもよいし、前記熱硬化処理工程を経て得られた磁気エンコーダに対して脱磁を行ったのち、別途準備した着磁ヨークなどの着磁装置を用いて円環状プラスチック磁石3周方向にN極とS極とが交互になるように多極に着磁してもよい。
次に、円環状インサート成形品1の円環状固定部材2と円環状プラスチック磁石3との間の熱硬化性樹脂接着剤Aの剥離強度に対する乾燥温度の影響を調べるために行った試験例について説明する。
(試験例)
先ず、固定部材用のSUS430製金属プレートを加工して、図9の概略斜視図に示す固定部材プレート16(幅25mm、長さ80mm、厚み2mm)を作製した。
次いで、固定部材プレート16端部の一方側の表面に、その長さ方向Kに対して約10mmの幅でフェノール系熱硬化性樹脂接着剤Aを塗布し、温度を25℃、60℃、90℃、105℃、120℃、150℃ように変えた反応容器内で30分又は60分間静置して、接着剤A中の有機溶剤(メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール)を完全に除去するまで乾燥して熱硬化性樹脂接着剤層19を形成した。
次いで、所定のインサート成形用の金型に固定部材プレート16をセットして270℃に溶融されたプラスチック磁石材料(原料:PA12+ストロンチウムフェライト粉)を射出して、図9に示す固定部材プレート16とほぼ同じ形状のプラスチック磁石プレート17を成形した。
次いで、架橋反応開始温度以上である150℃で熱硬化処理を行い、熱硬化性樹脂接着剤層19に架橋反応を生じさせて硬化反応を行わせることにより、図9に示す接着強度評価用ダンベル試験片4を得た。なお、着磁は行わなかった。
得られた接着強度評価用ダンベル試験片4を、精密万能試験機18にて、JISK6850の試験条件に基づいて、その両端方向に引張り、熱硬化樹脂接着剤層19が破断するまでの力を調べる引張せん断試験を行い、その剥離強度を測定した結果を図10に示す。図10における剥離強度は、乾燥温度が120℃で乾燥時間が30分の場合の剥離強度を100として示している。また、図10には、乾燥時間差による剥離強度のばらつきを示す偏差を2点鎖線に示している。
ここで、接着強度評価用ダンベル試験片4を作製する工程は、本発明の円環状インサート成形品1の製造方法に準じていることから、得られる剥離強度は、同じように作製された本発明の円環状インサート成形品1の剥離強度に相当すると考える。
図10の結果より、乾燥温度が約105℃付近を超えると、剥離強度が低くなり初め、120℃付近では顕著に低下していることが確認された。
このような接着強度低下は、従来知られていない新規な事象であったことから、本発明者はその原因についてさらに検討した結果、150℃では接着しない状態まで低下していることから、乾燥温度が高くなると使用した接着剤の硬化反応が生じることで反応基が減少してしまい、プラスチック磁石の原料である熱可塑性樹脂との結合がうまく行われない可能性があることに着目した。
そこで、円環状固定部材2の表面に塗布したフェノール系熱硬化性樹脂接着剤Aを乾燥させる温度条件として、1)室温での風乾、2)90℃で10分間の乾燥、又は3)150℃で10分間の焼き付けを行い、それぞれについて前記接着剤Aをメチルエチルケトン(MEK)溶剤で取り除くことができるかを調べた。前記接着剤AはMEK溶剤に溶解する一方、前記接着剤Aが熱硬化による架橋反応をして変性しているとMEK溶剤に溶解しないことから、前記接着剤Aが熱硬化しているか否かをMEK溶剤で取り除けるかを見ることで確認することができる。
その結果、風乾処理品と90℃乾燥処理品はいずれもMEK溶剤で前記接着剤Aを取り除くことが可能であったのに対して、150℃処理品は取り除けず、硬化がすでに生じていたと考えられる。なお、150℃処理品は、処理時間が短いことから完全な硬化ではなく、いわゆる半硬化していたと考えられる。
以上のことから、前記105℃付近を境に剥離強度が低下する現象は、固定部材2の表面に塗布された熱硬化性樹脂接着剤Aの乾燥時に熱硬化を起こしていたことが原因であると推測される。
事実、25〜105℃の乾燥で得られた磁気エンコーダの剥離強度は、図10の結果から、処理時間に拘わらず120℃の乾燥で得られたものに比べて、約1.7〜1.9倍も高い剥離強度を有しているため、接着剤の結合強度が顕著に向上しているものであった。
また、25℃〜105℃の乾燥を行う場合、120℃などの高温に調整する場合に比べると、温度環境が低くなり、大量処理しても安定に作業し易いという利点もある。
さらに、図10の結果から、乾燥温度が105℃よりも高くなるに従い、剥離強度偏差が大きくなることから、乾燥温度による強度変化の影響が大きくなっていることがわかる。
具体的には、120℃処理では60℃処理と比較して、前記偏差を示す値は約5倍にも上昇している。これは、温度が高くなるにつれ、架橋硬化反応が活発になり、乾燥時間に対して硬化反応状態が大きく変化することを示している。
つまり、120℃のように高い温度で乾燥すると、処理時間短縮等の生産性向上に寄与するものの、一方で、乾燥温度や乾燥時間のコントロールが難しく、大量処理時の乾燥装置内の温度ばらつき及び乾燥装置への投入、取り出しタイミング差による、製品の接着強度のバラツキが大きくなることが避けられないことが示唆される。
これに対して、乾燥温度を、25℃〜105℃のように熱硬化性樹脂接着剤Aの架橋反応開始温度未満で行うことで、大量処理する際の処理バッチ内および処理バッチ毎に製品の接着強度のバラツキを顕著に抑えることができることがわかる。
以上のような円環状インサート品1及び円環状インサート品1の製造方法によれば、円環状インサート品である円環状固定部材2に対する接着剤Aの塗布範囲が円環状プラスチック磁石3との境界線B1,B2を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、接着剤乾燥工程後の円環状固定部材2を自動機で搬送する際における接着剤Aによる搬送治具の汚染を抑制できるとともに、円環状固定部材2を金型にセットする際又は射出成形工程における接着剤Aによる金型の汚染や異物の発生を抑制できる。
また、円環状インサート品2に対する接着剤Aの塗布範囲が円環状プラスチック磁石3との境界線B1,B2を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、射出成形工程の前に接着剤Aを加熱して半硬化状態で焼き付ける一次加熱工程を行わなくても、射出成形工程において、円環状インサート品2の金型に接する面で接着剤Aが塗布されている領域が小さいことから、円環状インサート品2と金型の接着が軽微になる。よって、円環状インサート成形品1が金型から離形しにくくなることがないので、生産性が低下しない。
さらに、円環状固定部材2に対する接着剤Aの塗布範囲に円環状固定部材2が回転体と嵌合する部分Cは含まないので、円環状インサート成形品1を回転体に取り付ける際に円環状固定部材2から接着剤Aが剥がれて回転体の内部に異物として残留することがない。
さらにまた、円環状インサート成形品1がアキシャル型磁気エンコーダ1Aであり、円環状固定部材2の軸方向に対向する面Fのみに接着剤Aを塗布する構成、又は、円環状インサート成形品1がラジアル型磁気エンコーダ1Bであり、円環状固定部材2の径方向に対向する面Gのみに接着剤Aを塗布する構成によれば、接着剤Aを一方向から塗布できるため接着剤塗布工程の作業性・生産性を向上できるとともに、固定部材2の軸方向に対向する面F又は径方向に対向する面Gに添って磁極が形成されるプラスチック磁石3を固定部材2に対して効果的に接着できる。
また、円環状固定部材2に対する熱硬化性樹脂接着剤Aの塗布範囲が円環状プラスチック磁石3との境界線B1,B2を3mmを越えてはみ出さない範囲であるので、必要箇所以外に塗布される接着剤Aの量が少なく、無駄になる接着剤Aの量が非常に少ないため、接着剤Aの材料費が嵩むことがない。
また、円環状インサート品1の製造方法として、接着剤塗布工程及び射出成形工程の間に、接着剤Aの架橋反応開始温度未満の温度条件下で接着剤Aに含まれる溶剤を揮発させて接着剤Aを乾燥固化させる乾燥固化工程を備え、接着剤Aの架橋反応開始温度以上に接着剤Aを加熱して円環状固定部材2に焼き付ける加熱工程を備えない製造方法によれば、射出成形工程において溶融したプラスチック磁石材料と結合するための接着剤A側の反応基が減少しないので、円環状固定部材2と円環状プラスチック磁石3との結合力が低下しないため、接着剤Aの接着強度が高くなる。
以上の説明においては、本発明の円環状インサート成形品1が、アキシャル型磁気エンコーダ1A又はラジアル型磁気エンコーダ1Bである場合を示したが、本発明の円環状インサート成形品1は、これらに限定されるものではなく、円環状の金属を代替するインサート成形品等、円環状インサート品の円環状プラスチックとの接合面に熱硬化性樹脂接着剤Aを塗布して金型内に配置した状態で射出成形により製造されるものであればよい。
1 円環状インサート成形品
1A アキシャル型磁気エンコーダ
1B ラジアル型磁気エンコーダ
2 円環状固定部材(円環状インサート品)
2A 円筒部
2B フランジ部
3 円環状プラスチック磁石(円環状プラスチック)
4 接着強度評価用ダンベル試験片
5 保護カバー
6 第1円筒部
7 第2円筒部
8 円環部
9 シール体
10 センサ
11 軸受装置
12 内輪(回転体)
12A 内輪軌道面
13 外輪
13A 外輪軌道面
14 転動体
15 シール部材
16 固定部材プレート
17 プラスチック磁石プレート
18 精密万能試験機
19 熱硬化性樹脂接着剤層
A 熱硬化性樹脂接着剤
B1,B2 境界線
C 回転体と嵌合する部分
D,E はみ出し長さ
F 軸方向に対向する面
G 径方向に対向する面
H 成形収縮による結合部
I 回り込み形状による結合部
J1〜J7 接着剤の塗布範囲
K 長さ方向

Claims (4)

  1. 回転体に取り付け可能な円環状インサート品を金型内にセットして射出成形される、前記円環状インサート品及び円環状プラスチックからなる円環状インサート成形品において、
    前記円環状インサート品の前記円環状プラスチックとの接合面に熱硬化性樹脂接着剤を塗布する接着剤塗布工程、及び
    前記接着剤塗布工程を経た前記円環状インサート品を金型内に配置した状態で溶融したプラスチック材料を射出する射出成形工程
    を含む前記円環状インサート成形品の製造方法であって、
    前記接着剤塗布工程において、
    前記円環状インサート品における、前記円環状プラスチックとの接合部分と、非接合部分との境界線から3mmを越えてはみ出さない範囲にのみ前記接着剤を塗布するとともに、
    前記円環状インサート品が前記回転体と嵌合する部分には前記接着剤を塗布せず、
    前記接着剤塗布工程及び前記射出成形工程の間に、
    前記接着剤の架橋反応開始温度未満の温度条件下で前記接着剤に含まれる溶剤を完全に揮発させて前記接着剤を乾燥固化させる乾燥固化工程を備え、
    前記接着剤の架橋反応開始温度以上に前記接着剤を加熱して前記円環状インサート品に焼き付ける加熱工程を備えないことを特徴とする円環状インサート成形品の製造方法。
  2. 前記円環状インサート成形品が、前記円環状インサート品を固定部材とし、前記円環状プラスチックをプラスチック磁石としたアキシャル型磁気エンコーダであり、前記接着剤塗布工程において、前記固定部材の軸方向に対向する面のみに前記接着剤を塗布する請求項記載の円環状インサート成形品の製造方法。
  3. 前記円環状インサート成形品が、前記円環状インサート品を固定部材とし、前記円環状プラスチックをプラスチック磁石としたラジアル型磁気エンコーダであり、前記接着剤塗布工程において、前記固定部材の径方向に対向する面のみに前記接着剤を塗布してなる請求項記載の円環状インサート成形品の製造方法。
  4. 前記接着剤塗布工程における前記円環状インサート品への前記接着剤の塗布を、所定領域に前記接着剤が付着した、転写体であるパットを押し付けることにより、前記円環状インサート品に前記接着剤を転移させるパット印刷処理、所定領域に開孔部を有するスクリーン版上の前記接着剤を前記開孔部を通じて押し出すことにより、前記円環状インサート品に前記接着剤を転移させるスクリーン印刷処理、又は刷毛塗りにより行う請求項1〜3の何れか1項に記載の円環状インサート成形品の製造方法。
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