JP6925015B2 - 着磁方法及び着磁装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体の１次元的な領域に少なくとも正弦波の半波長パルスを呈する正弦波着磁状態を形成する着磁方法及び着磁装置に関する。

モータ用マグネットあるいは磁気式エンコーダ用マグネットの着磁では、多極ヨークによって磁性体全体に一括して着磁用の磁界を作用させる方法（例えば特許文献１）、あるいは磁性体に対して単極ヨークを相対移動させながら部位毎に着磁用の磁界を作用させる方法（例えば特許文献２）が一般的である。そしてそのどちらの方法であっても、磁気ヨークのコイルには一定レベルの電圧又は電荷をオン・オフ制御によって供給するのが普通である。

特開平７−２４９５２１号公報 特開２００２−１６４２１３号公報

ところで特定の磁気式エンコーダにおいては、機械誤作動防止のため等の理由で、マグネットが磁気センサーに対して正弦波（又はその半波長パルス）を呈する極性情報を出力する必要がある。従来、そのようなマグネットを着磁する場合には、磁気ヨークに巻設されたコイルに供給する電流をアナログ制御することではなく、磁性体に形成される着磁領域の広さ、間隔等を調節することで対処していた。これを参考図について説明する。

図１１（ａ）は着磁領域が正常に形成された磁気式エンコーダ用マグネットの状態図、（ｂ）は着磁領域がアンバランスに形成された磁気式エンコーダ用マグネットの状態図、（ｃ）は磁気センサーの検知信号のグラフである。マグネット２には１次元的な領域が規定されており、この領域に複数の磁極（Ｎ極、Ｓ極）が形成されている。磁気センサーＳはこの領域に沿って相対移動しながら、この領域と直交する方向（紙面では上向き）の磁束密度を検知する。

図１１（ａ）では、マグネット２の１次元的な領域に、非着磁領域を挟んで均一な広さのＮ極、Ｓ極が等間隔で形成されている。このとき磁気センサーＳの検知信号は図１１（ｃ）の実線グラフのようになる。グラフの正側ピークの中心位置はＮ極の中心、負側ピークの中心位置はＳ極の中心に一致する。これはＮ極又はＳ極の上空での磁束の向きが略鉛直方向であるためである。またゼロクロス点はＮ極とＳ極の中間点に一致する。これはＮ極とＳ極の中間点の上空での磁束の向きが略水平方向であるためである。このように着磁領域の広さ、間隔を調節することで、マグネット２の出力すなわち極性情報を正弦波の類似波形とすることが可能である。

しかしながら前記類似波形は、ピーク部分が広い範囲で潰れている等、理想的な波形からは相当な隔たりがある。この隔たりは正弦波が長波長になるほど顕著になる。また磁気ヨークの形状不良、着磁工程での位置ずれ等が波形の精度に悪影響を与え易いという問題もある。
その一例を図１１（ｂ）について説明する。このマグネット２では、磁気ヨークの形状不良、位置ずれあるいは温度変化等のために着磁領域がアンバランスに形成されている。具体的には、図１０（ａ）と比較すると、Ｎ極はより広く、Ｓ極はより狭く形成されている。このとき磁気センサーの検知信号は図１０（ｃ）の破線グラフのようになる。実線グラフと比べると、ピークの中心位置は変わっていないが、ゼロクロス点の位置は変わっている。そしてこのようなゼロクロス点の位置変動は磁気式エンコーダの性能に大きな影響を与える可能性がある。なおこのゼロクロス点の変動は、Ｎ極とＳ極とを近接させる、すなわち着磁領域の間隔を狭くすれば抑えられる。しかしながらそうすると、波形はピーク部分が広く潰れた、要するに台形波に近いものになってしまう。

本発明はこのような問題に着目してなされたものであり、磁性体の１次元的な領域に少なくとも正弦波の半波長パルスを呈する正弦波着磁状態を形成する着磁方法及び着磁装置において、良好な正弦波を出力するように着磁領域を形成することを目的としている。

本発明は、磁性体の１次元的な領域に正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する着磁方法において、磁気ヨークによって前記正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後前記と同一又は異なる磁気ヨークによって前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、前記１次方形波又は１次台形波着磁状態を前記目的着磁状態に変化させる手順とされ、前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する３次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させることを特徴とする。

または本発明は、複数の磁気ヨークを有し、磁性体の１次元的な領域に少なくとも正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する着磁装置において、前記複数の磁気ヨークの内の第１のヨークによって前記正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後前記複数の磁気ヨークの内の第１のヨークとは異なるヨークによって前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、前記１次方形波又は１次台形波着磁状態を前記目的着磁状態に変化させる構成とされ、前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する３次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記複数の磁気ヨークの内の第２のヨークによって前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させることを特徴とする。

また本発明は、磁気ヨークを有し、磁性体の１次元的な領域に少なくとも正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する着磁装置において、磁性体に対して前記磁気ヨークを相対移動させながら前記正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後磁性体に対して前記磁気ヨークを相対移動させながら前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、前記１次方形波又は１次台形波着磁状態を前記目的着磁状態に変化させる構成とされ、前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する３次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させることを特徴とする。

本発明では、正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後この区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態に変化させている。要するに正弦波の半波長区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成した後、この着磁領域の始端及び終端部分を減磁している。そのためピーク部分の両側が滑らかに傾斜した波形、つまり良好な波形を呈する極性情報が得られる。

また本発明では、１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成する際に、正弦波の半波長区間の全体に磁気を作用させるので、この区間に非着磁領域はほとんど残らないことになる。そして正弦波のゼロクロス点の位置は前記減磁によって特定されるので、その位置の変動も抑えられる。具体的には、本発明を磁気式エンコーダ用マグネットに適用した場合、正弦波のゼロクロス点の位置公差は当該正弦波の１／１２波長以内に抑えることができる。

（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明による着磁方法によって着磁された多極マグネットの例である。 （ａ）〜（ｃ）は前記方法における着磁状態の例を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、前記方法における他の着磁状態を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、前記方法における他の着磁状態を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は前記方法における着磁状態の他例を示すグラフである。 （ａ）は実施形態の一例とされる着磁装置の全体正面図であり、（ｂ）はその着磁装置の磁気ヨーク、着磁されるべき磁性体、抑え治具の部分の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、複数の磁気ヨークの斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、前記複数の磁気ヨークを用いた着磁処理の工程を示す時系列的な側面図である。 （ａ）は、実施形態の他例とされる着磁装置の全体斜視図、図９（ｂ）は着磁されるべき磁性体の分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はいずれも図９（ａ）に示した着磁装置の基本動作を説明するためのグラフである。 （ａ）、（ｂ）は磁気式エンコーダ用マグネットの状態図、（ｃ）は磁気センサーの検知信号のグラフである（従来技術）。

以下、本発明による着磁方法について説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）はいずれも本実施形態によって着磁された磁気式エンコーダ用の多極マグネットの例である。マグネット２の種別は特に制限されず、例えば鉄、クロム、コバルトを主成分として鋳造された鉄−クロム−コバルトマグネット、フェライト粉末等をゴムやプラスチックに練り込んだボンドマグネット、ネオジウム等の希土類を用いて作られた希土類マグネット等が考えられる。本実施形態では、マグネット２の形状も特に制限されない。

図１（ａ）に示すマグネット２は円盤状の領域を有している。この円盤状の領域は１次元的であり角θだけで位置を特定できる。円盤状の領域には複数のＮ極、Ｓ極が形成されている。円盤状の領域に対して直交する面上で振動する正弦波は、これらのＮ極、Ｓ極が呈する極性情報であって、磁気式エンコーダの場合はこの極性情報が磁気センサーによって検知される。ここで極性情報は角θの関数であり、その関数値は領域の各位置における特定方向（直交方向）の磁束密度の値を示している。ここでこの磁束密度の値は、Ｎ極及びＳ極を通じる磁気によって合成された値であって、領域の当該位置における着磁状態そのものを示しているわけではない。

図１（ｂ）に示すマグネット２は円柱状の領域を有している。この円盤状の領域も１次元的であり角θだけで位置を特定できる。円筒状の領域には複数のＮ極、Ｓ極が形成されている。円筒状の領域に対して直交する面上で振動する正弦波は、これらのＮ極、Ｓ極が呈する極性情報である。

図１（ｃ）に示すマグネット２は細板状の領域を有している。この細板状の領域も１次元的であり端からの距離ｄだけで位置を特定できる。細板状の領域には複数のＮ極、Ｓ極が形成されている。細板状の領域に対して直交する面上で振動する正弦波は、これらのＮ極、Ｓ極が呈する極性情報である。

図１（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても極性情報は基本的に連続的な正弦波になっているが、その内、半波長パルスＰＰはそれ以外の半波長パルスＰよりも長波長（数センチ程度）である。本発明は、マグネット２となるべき磁性体にそのような長波長正弦波あるいは長波長正弦波の半波長パルスＰＰを呈する着磁状態を形成することを目的としたものである。このような長波長正弦波の半波長パルスＰＰは例えば磁気式エンコーダ用マグネットにおいてゼロ点を示す目印等に適する。

まず着磁方法の基礎となる数学的事項を簡単に説明する。
方形波ｆ（ｘ）はフーリエ変換によれば奇数次の正弦波の重畳として表される。

この式を変形することにより、1次正弦波は、方形波と３次以上の奇数次高調波の重畳として表すことができる。

また方形波の始端、終端部が鈍ったような波形を呈する台形波も、前記と同様にフーリエ変換によれば奇数次の正弦波の重畳、すなわち（数１）のような式として表される。ただしこの式の各項の係数は（数１）とは異なるものになる。またこの式を変形することにより、１次正弦波を、台形波と３次以上の奇数次高調波の重畳として表すこともできる。

よって磁性体に長波長正弦波（前記ｓｉｎ（ｘ）に相当。以下目的正弦波と呼ぶ）を呈する着磁状態（以下目的着磁状態と呼ぶ）を形成するための方法として、次の手順が考えられる。
まず磁性体に所定の磁気を作用させて、１次方形（前記ｆ（ｘ）に相当）又は１次台形波の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成する。１次方形波又は１次台形波は目的正弦波と同一波長、同一位相である。その後、磁性体に更に所定の磁気を作用させることで、目的正弦波とは逆位相の３次高調波（ｓｉｎ（３ｘ）に相当）を呈する３次高調波着磁状態を重畳して形成する。その後更に磁性体に所定の磁気を作用させることで、目的正弦波とは逆位相の５次高調波（ｓｉｎ（５ｘ）に相当）…を呈する５次…ｎ次着磁状態を重畳して形成していくようにすれば、最終的には、目的着磁状態が得られる。なおこのとき、１次方形波又は１次台形波の振幅、３次、５次…ｎ次高調波の振幅は、数２における各項の係数に対応するように調節すればよい。

以下、前記方法を、最初に１次方形波着磁状態を形成する場合についてグラフを参照しながら説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、着磁処理の各段階を示すグラフである。これらの図において横軸はマグネット２となるべき磁性体の１次元的領域における位置であり、縦軸はその各位置における特定方向の磁束密度の大きさである。なおこれらの図では目的正弦波の２波長区間分を示している。

図２（ａ）のグラフＧ１では、１次方形波を呈する１次方形波着磁状態を実線によって示している。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。このような完全な方形波の波形は数学的なものであるが、これに近い波形の着磁状態は、例えば半波長区間毎に方向を切換えながら一定レベルの磁気を作用させれば形成できる。

図２（ｂ）のグラフＧ２では、３次高調波を呈する３次高調波着磁状態を実線によって示している。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。このような着磁状態は、例えば３次高調波の半波長パルス毎に、パルス中心部に当該パルスと同方向の磁気を作用させれば形成できる。これは、３次高調波の波長が短いために可能なことである。つまり正弦波の波長が短い場合に限れば、その正弦波の半波長パルスの中心部に一定レベルの磁気を作用させるだけで、正弦波の半波長パルスを呈する着磁状態が得られる。
なお３次高調波の振幅は、前記１次方形波の振幅を１としたとき、数２によれば−０．４２５とするのが正確であるが、実用的には−０．７〜−０．２の範囲、望ましくは−０．５〜−０．３の範囲にするとよい。

図２（ｃ）のグラフＧ３では、グラフＧ１に示した１次方形波着磁状態に、グラフＧ２に示した３次高調波着磁状態を重畳させたあとの着磁状態を示している。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。このように１次方形波着磁状態に３次高調波着磁状態を重畳させるだけでも、目的正弦波の波形を呈する着磁状態が得られる。グラフＧ３に示した着磁状態を目的着磁状態としてもよい。ゼロクロス点に現れている鋭いピークは、１次方形波の始端及び終端部の急峻なエッジが残ったものである。このピークは、始端、終端部のエッジが鈍った台形波では目立たなくなる（後述）。また現実のマグネット２ではこのような鋭いエッジが現れることはない。

図３（ａ）、（ｂ）は、前記方法における他の段階の着磁状態を示すグラフである。これらのグラフＧ４、Ｇ５において横軸はマグネット２となるべき磁性体の１次元的領域における位置であり、縦軸は領域の各位置における特定方向の磁束密度の大きさである。

図３（ａ）のグラフＧ４は、５次高調波を呈する５次高調波着磁状態を実線によって示している。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。このような着磁状態は、例えば５次高調波の半波長パルス毎に、そのパルスの中心部にパルスと同方向の一定レベルの磁気を作用させれば形成できる。
なお５次高調波の振幅は、１次方形波の振幅を１としたとき、数２によれば−０．２５５とするのが正確であるが、実用的には−０．４〜−０．１の範囲、望ましくは−０．３〜−０．１５の範囲にするとよい。

図３（ｂ）のグラフＧ５は、図２（ｃ）のグラフＧ３に示す３次高調波着磁状態に、グラフＧ４に示す５次高調波着磁状態を重畳させたあとの着磁状態を示すグラフである。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。このようにすれば、目的正弦波のより良好な波形を呈する着磁状態が得られる。これを目的着磁状態としてもよい。

図４（ａ）、（ｂ）は、前記方法における他の着磁状態を示すグラフである。これらの図において横軸はマグネット２となるべき磁性体の１次元的領域における位置であり、縦軸は領域の各位置における特定方向の磁束密度の大きさである。またこれらの図では目的正弦波の２波長区間分を示している。

図４（ａ）のグラフＧ６では５次高調波着磁状態の他例を実線によって示している。この５次高調波着磁状態は、半波長区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に５次高調波の半波長パルスを呈しているが、中央部の３／５の領域は平坦なままである。このような着磁状態は、例えば半波長区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域の中央部に一定レベルの磁気を作用させれば形成できる。

図４（ｂ）のグラフＧ７は、図２（ｃ）のグラフＧ３に示す３次高調波着磁状態に、グラＧ６に示す５次高調波着磁状態を重畳させたあとの着磁状態を示すグラフである。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。このようにすれば、中心部の振幅が大きい波形を呈する着磁状態が得られる。これを目的着磁状態としてもよい。

なお前記では５次高調波着磁状態の他例として、半波長区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に５次高調波の半波長パルスを呈し、かつ中央部の３／５の領域は平坦な着磁状態を説明したが、これと同様のことを３次高調波着磁状態において行うことも可能である。すなわち３次高調波着磁状態は、半波長区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に３次高調波の半波長パルスを呈し、かつ中央部の１／３の領域は平坦な着磁状態としてもよい。そしてこのような３次高調波着磁状態は、例えば半波長区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域の中央部に一定レベルの磁気を作用させれば形成できる。

次いで、前記方法を、最初に１次台形波着磁状態を形成する場合についてグラフを参照しながら説明する。
図５（ａ）〜（ｃ）は、各段階の着磁状態を示すグラフである。

図５（ａ）のグラフＧ８では、１次台形波を呈する１次方形波着磁状態を実線によって示している。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。１次台形波は、現実に近い波形を例示している。このような着磁状態は、例えば半波長区間毎に方向を切換えながら、この区間よりも若干狭い範囲に一定レベルの磁気を作用させれば形成できる。

図５（ｂ）のグラフＧ９では、３次高調波を呈する３次高調波着磁状態を実線によって示している（グラフＧ２と同様のもの）。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。ここでも３次高調波の振幅は、１次台形波の振幅を１としたとき、実用的には−０．７〜−０．２の範囲、望ましくは−０．５〜−０．３の範囲にするとよい。

図５（ｃ）のグラフＧ１０では、グラフＧ８に示した１次台形波着磁状態に、グラフＧ９に示した３次高調波着磁状態を重畳させたあとの着磁状態を示している。また比較のために目的正弦波を破線によって示している。このように１次台形波着磁状態に３次高調波着磁状態を重畳させると、図２（ｃ）のグラフＧ２よりも良好な目的正弦波の波形を呈する着磁状態が得られる。つまりグラフＧ２と比較して、ゼロクロス点に鋭いピークが現れなくなっている。これは１次台形波の始端、終端部が１次方形波に比べて鈍っていることによる。グラフＧ１０に示した着磁状態を目的着磁状態としてもよい。
なおグラフＧ１０に示した着磁状態に、更に５次高調波着磁状態を重畳させることももちろん可能であるが、その説明は、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）の場合と略同様になるので省略する。

本発明による着磁方法の基本的な考え方は前記の通りである。この方法を目的正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する場合についてまとめると次のようになる。
まず磁気ヨークによって、マグネットとなるべき磁性体における目的正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス（１次方形波又は台形波の半波長パルス）状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後前記と同一又は異なる磁気ヨークによって前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、１次方形波又は１次台形波着磁状態を、目的着磁状態に変化させればよい。
このとき前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に目的正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する３次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させてもよい。
また前記区間の始端及び終端部分に２回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に目的正弦波の５次高調波の逆位相半波長パルスを呈する５次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に作用させてもよい。

また前記着磁方法では、１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成する際に、目的正弦波の半波長区間の全体に磁気を作用させている。その結果この区間に非着磁領域はほとんど存在しないことになる。そして目的正弦波のゼロクロス点の位置は、図２（ｃ）、図３（ｂ）で着色領域として示しているように、そのゼロクロス点の部分に重畳される３次高調波又は５次高調波によって決定されることになる。
よって前記着磁方法によって着磁された磁性体、例えば磁気式エンコーダ用マグネットでは、目的正弦波のゼロクロス点の公差を、３次元高調波のピーク〜ピーク間の範囲、すなわち目的正弦波の１／６波長に抑えることができる。また３次元高調波の波形が良好であれば、３次高調波のピーク〜ピーク間の範囲の半分、すなわち目的正弦波の１／１２波長に抑えることができる。
あるいは目的正弦波のゼロクロス点の公差を、５次高調波のピーク〜ピーク間の範囲、すなわち目的正弦波の１／１０波長に抑えることができる。また５次元高調波の波形が良好であれば、５次元高調波のピーク〜ピーク間の範囲の半分、すなわち目的正弦波の１／２０波長に抑えることができる。

次いで実施形態の一例である着磁装置を説明する。
図６（ａ）は着磁装置の全体正面図であり、図６（ｂ）はその着磁装置の磁気ヨーク、着磁されるべき磁性体、抑え治具の部分のみの斜視図である。
着磁装置１０は、磁気ヨーク１２と、電源装置１４と、昇降装置１６とで構成されている。
昇降装置１６は、基台（固定板）１６ａと動力シリンダ１６ｃとが複数の支柱１６ｄによって所定間隔に保持されており、可動板１６ｂを支柱１６ｄによってガイドしながら動力シリンダ１６ｃによって昇降させる基本構造である。可動板１６ｂには磁気ヨーク１２が固定され、基台１６ａには受け治具１５が固定されている。

磁性体１は、円環状の芯金１ａの表面に磁性物１ｂを固着させたものである。芯金１ａは例えばＳＰＣＣ、ＳＵＳ４３０等の磁性金属からなる。ただし芯金１ａはアルミ合金、銅合金、ＳＵＳ３０５等の非磁性金属も場合によっては採用可能である。芯金１ａの裏面の中心部には円筒状の突出部が形成されている。この突出部は、受け治具１５の内孔に嵌合する外径を有する。磁性物１ｂは、例えばアルニコ、フェライト等の硬質磁性粉末を含有させたゴム成形物、樹脂成形物、あるいは硬質磁性粉末の焼結物であって、芯金１ａの表面全体を覆うように固着されている。磁性体１の内、外径は磁気ヨーク１２、受け治具１５の内、外径に略一致している。

磁気ヨーク１２は、詳細な形状は後述するが、基本的には磁性純鉄やパーメンジュール等の軟質磁性物で形成された円筒状部材であって、その一方の端面に複数の磁極が形成されている。そしてその磁極間にはコイル１２ｂが巻設され、そのコイル１２ｂは近傍に設置された電源装置１４に接続されている。
受け治具１５は、磁気ヨーク１２とは異なる素材、例えばＳＵＳ３０５等の非磁性物からなる円筒状部材であるが、磁気ヨーク１２と略同一の内、外径を有する。受け治具１５の内孔内には、複数のチャック１６ｅが配置されている。チャック１６ｅは図示しない機構によって抑え治具１５の内孔内周面に対して進退するように構成されている。

本実施形態では、後述するように、磁極の形状及び数が異なる複数の磁気ヨーク１２を用いる。そのため着磁装置１０は磁気ヨーク交換式にするとよいが、磁気ヨーク１２毎に専用の着磁装置１０を用意してもよい。
なお着磁処理の準備として磁性体１を着磁装置１０にセットするのであるが、これは次のような手順で行う。まず磁性体１の突出部が受け治具１５の内孔に嵌合するように磁性体１を受け治具１５の上に載置してから、チャック１６ｅを受け治具１５の内周面側に前進させることで、磁性体１を受け治具１５とチャック１６ｅとによって保持する。そうしたあと可動板１６ｂを下降させることで、磁性体１を磁気ヨーク１２と受け治具１５とによって挟んだ状態にする。このようにしてからコイル１２ｂに所定の電流を流して磁性体１を着磁する。

図７（ａ）〜（ｃ）は、この実施形態で用いられる複数の磁気ヨーク１２Ａ…の斜視図である。この実施形態では、このような複数の磁気ヨーク１２Ａ…を用いて磁性体１の１次元的な領域に少なくとも目的正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する。
着磁装置１０の作用原理を簡単に説明すると、まず第１のヨーク１２Ａによって目的正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後、第２のヨーク１２Ｂ、更には第３のヨーク１２Ｃによって前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、１次方形波又は１次台形波着磁状態を目的着磁状態に変化させる。
このとき前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体１に目的正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する着磁領域を形成するような磁気であって、第２のヨーク１２Ｂによって前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させてもよい。
また前記区間の始端及び終端部分に２回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体１に目的正弦波の５次高調波の逆位相半波長パルスを呈する着磁領域を形成するような磁気であって、第３のヨーク１２Ｃによって前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に作用させてもよい。
なお本実施形態の着磁装置１０によって着磁されたマグネットでは、目的正弦波のゼロクロス点の公差を抑えられることは、前記と同様である。

図７（ａ）は第１のヨークの一例である。ここでは第１のヨーク１２Ａと共に、磁性体１、受け治具１５を示している。
第１のヨーク１２Ａは、一方の端面に複数の磁極１２ｄ…が形成されている。中央部分の幅広い磁極１２ｄは１次台形波着磁状態を形成するためのものである。磁極１２ｄ…間には銅又はアルミ等からなるコイル１２ｂが配置される。磁極１２ｄ…の間隙はコイル１２ｂを通してから樹脂等で埋めると磁性体１との接触性が良好になる。
第１のヨーク１２Ａと受け治具１５は磁性体１を挟んで磁気回路を構成する。

図７（ｂ）は第２のヨークの一例である。第２のヨーク１２Ｂは環状であって、第１のヨーク１２Ａと同一の内外径を有し、一方の端面に複数の磁極１２ｄ…が形成されている。図面中央部分の５つの磁極１２ｄ…の内の中３つが３次高調波着磁状態を形成するための磁極１２ｄ…である。その外側の２つの磁極１２ｄ…は磁気抵抗を調節するために低く形成されている。

図７（ｃ）は第３のヨークの一例である。第３のヨーク１２Ｃは環状であって、第１のヨーク１２Ａと同一の内外径を有し、一方の端面に複数の磁極１２ｄ…が形成されている。中央部分の幅広い磁極１２ｄ…は両端１２ｅ…を高くかつ中間部１２ｆを低く形成されている。この両端１２ｅ…が５次高調波着磁状態を形成する。外側の２つの磁極１２ｄ…は磁気抵抗を調節するために低く形成されている。

なお本実施形態では、電源装置１４はキャパシター型のものを用いるとよい。すなわち大容量キャパシターを遮断状態として予め定められた電圧まで充電し、その後キャパシターとコイル１２ｂとを短絡させてコイル１２ｂに大電流を一気に流すような構成とする。このときコイル１２ｂをなす電線は大径として抵抗を小さくするとよい。また第１のヨーク１２Ａ、第２のヨーク１２Ｂ、第３のヨーク１２Ｃでキャパシターの充電電圧は異ならせてもよい。

図８（ａ）〜（ｃ）は、第１〜第３のヨークを用いた着磁処理の工程を示す時系列的な側面図である。

図８（ａ）は、第１のヨーク１２Ａによって磁性体１に１次台形波着磁状態を形成する工程である。第１のヨーク１２Ａに配置されたコイル１２ｂに電流を流したときに生じる磁気は破線によって示している。この処理によって、図１０（ａ）のグラフＧ１１に示すような波形を呈する１次台形波着磁状態が得られる。

図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した工程で１次台形波着磁状態が形成された磁性体１に、第２のヨーク１２Ｂによって３次高調波着磁状態を重畳して形成する工程である。第２のヨーク１２Ｂに配置されたコイル１２ｂに電流を流したときに生じる磁気は破線によって示している。この処理によって、図１０（ｂ）のグラフＧ１２に示すような波形を呈する３次高調波着磁状態が得られる。この着磁状態を目的着磁状態としてもよい。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示した工程で３次高調波着磁状態が形成された磁性体１に、第３のヨーク１２Ｃによって５次高調波着磁状態を更に重畳して形成する工程である。第３のヨーク１２Ｃに配置されたコイル１２ｂに電流を流したときに生じる磁気は破線によって示している。この処理によって、図１０（ｃ）のグラフＧ１３に示すような波形を呈する５次高調波着磁状態が得られる。この着磁状態を目的着磁状態としてもよい。

更に、実施形態の他例とされる着磁装置について説明する。
図９（ａ）は、着磁装置の全体斜視図、図９（ｂ）は着磁されるべき磁性体の分解斜視図である。
マグネット２となるべき磁性体１としては、図１（ａ）に示す円盤状のものを想定している。具体的には磁性体１は図９（ｂ）に示すように、所定の周長を有する円環状であって、例えばＳＰＣＣ、ＳＵＳ４３０等の磁性金属で形成された円盤状芯金１ａの一面に磁性物１ｂを固着させてなるものである。一方磁性物１ｂは、例えばアルニコ、フェライト等の硬質磁性粉末を含有させたゴム成形物、樹脂成形物、あるいは硬質磁性粉末の焼結物である。磁気式エンコーダが車載用途であれば、高キュリー温度かつ耐衝撃性を有するものを用いるとよい。なお磁性体１はキュリー温度以上に加熱する等して予め全体を消磁しておくとよい。

着磁装置１０は、図９（ａ）に示すように、磁性体１を回動移動させるスピンドル装置１１と、磁気ヨーク１２と、磁気ヨーク保持装置１３と、電源装置１４とで構成されている。

スピンドル装置１１は、例えばステッピングモータ１１ａ等を駆動源とし、その動力を装置内に設けられた動力伝達機構（図示なし）によって伝達して基台１１ｂを回動させる。基台１１ｂには磁性部材２を保持するチャック１１ｃが設けられている。チャック１１ｃは円柱を４等分割したような形状とされた複葉の可動片からなり、それらの可動片を拡径又は縮径方向に移動することで、磁性体１を内側から保持又は解放するようになっている。なお駆動源はステッピングモータ１１ａに限定されず、回転速度が正確に制御できるモータであれば何でもよい。

磁気ヨーク１２は、概ねＣ字形状であり磁気を磁性体１に作用させるためのギャップ１２ａを有する。磁気ヨーク１２の素材は例えば鉄、パーマロイ、ＳＳ４００等の軟質磁性金属でよい。あるいはセンダスト等の軟質磁性粉末でもよい。磁気ヨーク１２のギャップ１２ａの形状や寸法は、磁性体１の断面形状に応じて適宜設定されるが、基本的には磁性体１の各部位が少なくともそのギャップ１２ａを非接触で貫通して通過できればよい。また磁気ヨーク１１には、キャップ１２ａを避けて、銅線等からなるコイル１２ｂが巻設されている。コイル１２ｂの巻数、個数は特に制限されない。

磁気ヨーク保持装置１３は、スピンドル装置１１によって保持された磁性体１に対して磁気ヨーク１２を規定位置に保持し、また磁気ヨーク１２を規定位置から退避するように構成されている。ここでは磁気ヨーク１２を水平移動させているが、このような移動方法に限定されるわけでない。また磁気ヨーク１２を磁性体１に対して自由に位置決めできる構成とすれば、サイズが異なる磁性体１でも問題なく着磁することが可能になる。

電源装置１４は、磁気ヨーク１２に巻設されているコイル１２ｂに予め設定された電圧レベルの電源を供給する。より詳細には、電源の電圧レベル、極性、タイミング等がプログラム可能であり、そのプログラムに従った動作として、スピンドル装置１１から磁性体１の位置情報（例えば図１（ａ）に示した角θのような情報）を受信して、その位置情報に基づいて、コイル１２ｂに、プラス又はマイナス一定レベルの電源を供給する、あるいはその電源を遮断する。

着磁装置１０が磁性体１の１次元的な領域に目的正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する場合は、まず磁性体１に対して磁気ヨーク１２を相対移動させながら目的正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成する。その後、磁性体１に対して磁気ヨーク１２を相対移動させながら前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、１次方形波又は１次台形波着磁状態を前記目的着磁状態に変化させる。
このとき前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体１に目的正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させてもよい。
また前記区間の始端及び終端部分に２回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体１に目的正弦波の５次高調波の逆位相半波長パルスを呈する着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に作用させてもよい。
なお領域全体に前記のような目的正弦波の半波長パルスに係る動作を、半波長区間毎に極性を変えながら繰り返すようにすれば、１次元的な領域全体に連続的な目的正弦波を呈する着磁状態を形成することも可能である。また着磁装置１０によって着磁されたマグネットでも目的正弦波のゼロクロス点の公差が抑えられることは、前記と同様である。

以下、着磁の具体例を説明する。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、前記着磁装置によって着磁された１次台形波着磁状態、３次高調波着磁状態、５次高調波着磁状態の各々が呈する波形を示すグラフである。

図１０（ａ）のグラフＧ１１は、磁性体１に形成される１次台形波着磁状態を示している。グラフＧ１１において、横軸は磁性体１の１次元的領域における位置を示し、縦軸はその各位置における特定方向（直交方向）の磁束密度の大きさを示している。

また図１０（ｂ）のグラフＧ１２は、磁性体１に３次高調波着磁状態が重畳して形成されたあとの着磁状態を示している。グラフＧ１２において、横軸は磁性体１の１次元的領域における位置を示し、縦軸はその各位置における特定方向（直交方向）の磁束密度の大きさを示している。

図１０（ｃ）のグラフＧ１３は、磁性体１に５次高調波着磁状態が重畳して形成されたあとの着磁状態を示している。グラフＧ１３において、横軸は磁性体１の１次元的領域における位置を示し、縦軸はその各位置における特定方向（直交方向）の磁束密度の大きさを示している。

１ 磁性体
２ マグネット
ＰＰ 半波長パルス
１２ 磁気ヨーク
１２Ａ 第１のヨーク
１２Ｂ 第２のヨーク
１２Ｃ 第３のヨーク

Claims (6)

1. 磁性体の１次元的な領域に正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する着磁方法において、
   磁気ヨークによって前記正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後
   前記と同一又は異なる磁気ヨークによって前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、前記１次方形波又は１次台形波着磁状態を前記目的着磁状態に変化させる手順とされ、
   前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する３次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させることを特徴とする着磁方法。
2. 前記区間の始端及び終端部分に２回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の５次高調波の逆位相半波長パルスを呈する５次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に作用させることを特徴とする請求項１に記載の着磁方法。
3. 複数の磁気ヨークを有し、磁性体の１次元的な領域に少なくとも正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する着磁装置において、
   前記複数の磁気ヨークの内の第１のヨークによって前記正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後
   前記複数の磁気ヨークの内の第１のヨークとは異なるヨークによって前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、前記１次方形波又は１次台形波着磁状態を前記目的着磁状態に変化させる構成とされ、
   前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する３次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記複数の磁気ヨークの内の第２のヨークによって前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させることを特徴とする着磁装置。
4. 前記区間の始端及び終端部分に２回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の５次高調波の逆位相半波長パルスを呈する５次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記複数の磁気ヨークの内の第３のヨークによって前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に作用させることを特徴とする請求項３に記載の着磁装置。
5. 磁気ヨークを有し、磁性体の１次元的な領域に少なくとも正弦波の半波長パルスを呈する目的着磁状態を形成する着磁装置において、
   磁性体に対して前記磁気ヨークを相対移動させながら前記正弦波の半波長区間の全体に一方向の磁気を作用させて、この区間に方形又は台形パルス状の極性情報を呈する１次方形波又は１次台形波着磁状態を形成し、その後
   磁性体に対して前記磁気ヨークを相対移動させながら前記区間の始端及び終端部分に逆方向の磁気を１乃至複数回作用させて、前記１次方形波又は１次台形波着磁状態を前記目的着磁状態に変化させる構成とされ、
   前記区間の始端及び終端部分に１回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の３次高調波の逆位相半波長パルスを呈する３次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／３の領域に作用させることを特徴とする着磁装置。
6. 前記区間の始端及び終端部分に２回目に作用させる逆方向の磁気は、磁性体に前記正弦波の５次高調波の逆位相半波長パルスを呈する５次高調波着磁領域を形成するような磁気であって、前記区間の始端及び終端側のそれぞれ１／５の領域に作用させることを特徴とする請求項５に記載の着磁装置。

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