JPH04204321A - 磁気目盛りおよびその製造方法 - Google Patents

磁気目盛りおよびその製造方法

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JPH04204321A
JPH04204321A JP33852790A JP33852790A JPH04204321A JP H04204321 A JPH04204321 A JP H04204321A JP 33852790 A JP33852790 A JP 33852790A JP 33852790 A JP33852790 A JP 33852790A JP H04204321 A JPH04204321 A JP H04204321A
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JP
Japan
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magnetic
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scale
graduation
austenite
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JP33852790A
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English (en)
Inventor
Takashi Tsukamoto
塚本 孝
Kenji Aihara
相原 賢治
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、メカトロニクスの分野で位置決め用等に用
いる磁気目盛りおよびその製造方法に関する。
(従来の技術) 数値制御工作機械および産業用ロボットの位置決め用検
出器に代表されるように、磁気目盛りがメカトロニクス
の分野で用いられている。磁気目盛りは、金属材料等の
基体表面に、基体自身の磁気的性質とは異なる磁気的性
質を有する目盛り部を所定位置に形成したものである。
その用途は、基体表面に磁気センサーを近接対峙させる
ことによって、基体表面と磁気センサーとの間で相対的
な移動があったとき、その移動量を検出し、最終的には
機械、機器等の位置決めあるいは移動速度、移動加速度
の算出に用いるものである。
従来の磁気目盛りとして、特開昭57−16309号公
報には、基体が、例えばFe25X−Ni75χのよう
なNi基合金の磁性材料からなり、目盛り部が、前記基
体に高エネルギー密度ビームを照射して局部的に高温と
する熱処理を施して設けた磁気変質部からなるものが開
示され、また特開昭62−83620号公報には、基体
が、オーステナイト鋼の冷間加工誘起変態によって得ら
れる10%以上のマルテンサイト組織を含む強磁性体か
らなり、目盛り部が、その基体に高エネルギー密度ビー
ムを照射して局部的に溶融処理して得られるオーステナ
イト組織の非磁性体からなるものが従業されている。
しかし、特開昭57−16309号公報に開示されてい
るものでは、基体の材質として多量のNiを含む高価な
合金を使用しなければならず、また目盛り部の形成に際
しても、基体を900°Cの温度で熱処理しただけであ
り、基体を溶融処理していないので、目盛り部と基体と
は磁気的性質に大きな差がない。
さらにまた高エネルギー密度ビームの照射による900
’Cの温度管理が困難なため、均質な磁気特性を持つ目
盛り部の形成が困難であり、従って位置決めの精度が低
(、あるいは位置決めの精度向上のために特別な工夫を
必要とする。
一方、特開昭62−83620号公報に開示されている
ものでは、基体の素材鋼として18Cr−7Niのよう
なオーステナイト鋼を用いるためやはり高価であり、ま
た加工誘起変態を利用するため加工の残留応力による曲
がりが発生したり、あるいは大径捧等の大型材では変態
を起こさせるに十分な冷間加工を施すことが困難である
等の問題がある。
(発明が解決しようとする諜B) 本発明の目的は、安価な素材を使用し、製造管理が容易
であり、しかも目盛り部と基体との磁気的性質の差が大
きく、位置決め精度が高い磁気目盛りを提供することに
ある。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨は、下記■の磁気目盛りおよび■のその製
造方法にある。
■ 主にパーライト相からなる基体にオーステナイトと
マルテンサイトの混合相からなる目盛りが刻まれた磁気
目盛り。
■ 鋼材をオーステナイト域に加熱して浸炭し、その表
層部の炭素濃度を高めた後連続冷却変態させて主にパー
ライト相からなる基体を作製し、この基体表面の所定局
部を溶融し、自己冷却させてオーステナイトとマルテン
サイトの混合相からなる目盛り部を形成することを特徴
とする磁気目盛りの製造方法。
磁気目盛りは、その構成として強磁性体と非磁性体との
組合せが最も有効である。磁気目盛りの基体を強磁性と
し、目盛り部を非磁性とする方法が一般的であることは
、前述の特開昭62−83620号公報に開示されてい
るとおりである。しが腰基体と目盛り部とが共に強磁性
体であっても磁化の程度に相当量の差があれば(すなわ
ち、一方が他方に比較して極端に弱い強磁性であれば)
磁気目盛りとして十分使用できる。
本発明の磁気目盛りは、基体の素材として安価な炭素鋼
または低合金鋼を使用し、目盛り部を他の部分に対して
弱い強磁性(以下、これを「弱磁性Jと記す)としたも
のである。
(作用) 炭素鋼をオーステナイト域から徐々に冷却すると、共析
鋼(炭素含有量が0.765χの炭素鋼)の場合にはフ
ェライトとセメンタイトが細かい層状になったパーライ
ト組織が生じ、亜共析鋼(炭素含有量が共析鋼より少な
い炭素鋼)の場合には初析フェライトとパーライトが生
じ、過共析ail(炭素含有量が共析鋼より多い炭素1
ll)の場合には初析セメンタイトとパーライトが生し
る。このとき生じるパーライトは強磁性である。一方、
炭素鋼をオーステナイト域から急冷すると、通常は強磁
性のマルテンサイト&I11/PXになるが、炭素含有
量および冷却速度によっては、相当量のオーステナイト
が残る(これを残留オーステナイトという)、この残留
オーステナイトは非磁性であるから、これとマルテンサ
イト&11織との混合相は弱磁性となる。
本発明では、上記の金属学的原理を応用して、基体をパ
ーライト組織、あるいはパーライト組織と少量のフェラ
イトまたはセメンタイトとの混合組織の強磁性体とし、
一方目盛り部はオーステナイトとマルテンサイトの混合
相の弱磁性体とする。
基体は、その全部が主にパーライト相である必要はない
0例えば、シリンダー等の機械部品の一部を磁気目盛り
にする場合は、表層部だけを主にパーライト相からなる
組織に変えればよい、そのためには、上記の機械部品に
オーステナイト域で浸炭処理を施し、その表層部のみを
浸炭により炭素濃度を高め、その後連続冷却変態させて
パーライト組織にすればよい。こうすることによって基
体の内部は、必要な機械的性質を持たせるための化学組
成および金属組織のままで、その表面だけに磁気目盛り
を付けることができる。
目盛り部は次のようにして形成する。
上記のようにオーステナイト域で浸炭処理して炭素含有
量を高めた表層部の所定位置に、例えばレーザービーム
のような高エネルギー密度のビームを照射して局部的に
溶融する。溶融部分は基体によって自己冷却されて凝固
するが、その後の冷却速度が早いので常温まで冷却され
た後に過冷却のオーステナイトが残留する。一部はマル
テンサイトに変態するが、非磁性のオーステナイトとの
混合相であれば、前述の弱磁性体になる。
残留オーステナイトとマルテンサイトとの比率は表層部
の炭素濃度、合金元素量、冷却速度等によって変わる0
本発明では、Niのような高価なオーステナイト安定化
元素を多量に添加しないことを基本とするから、専ら炭
素含有量を高めることによって残留オーステナイトの量
を確保する。後述するように、表層部の炭素含有量は、
0.7〜0.9%(重量%、以下同じ)とするのが望ま
しい、この炭素含有量であれば、前述の溶融−自己冷却
の条件下で、約20体積%以上の残留オーステナイトが
目盛り部に残り、パーライトを主とする基体との磁性の
差異が顕著になる。
第1図は、JIS 545C(C: 0.45%)の基
体を浸炭処理した場合の表層部の炭素含有量と、その表
層部をレーザービームで溶融し、自己冷却させて得られ
た部分の飽和磁束密度との関係を示す図である。すなわ
ち、第1図の横軸は浸炭した基体表層部の炭素濃度であ
り、縦軸は目盛り部の飽和磁束密度を示す0図示のとお
り、基体表層部の炭素濃度が高くなると目盛り部の飽和
磁束密度が急激に低下することがわかる。即ち、浸炭さ
れた表層部の炭素濃度が高いほど残留オーステナイトの
量が増えて目盛り部の磁性が象、速に弱くなる。
パーライトの飽和磁束密度は8000〜100OOG(
ガウス)程度である。磁気センサーの出力を十分に得る
ためには基体と目盛り部との飽和磁束密度の差をでき−
るだけ大きくした方がよいが、現在の磁気センサーの検
出能力では、目盛り部の飽和磁束密度を1500 C;
以下とすれば十分に識別可能である。第1図から、この
条件を満足するのは、表層部の炭素濃度が0.7%以上
の場合である。基体と目盛り部との磁性相違を大きくす
るほどセンサーによる識別は容易になるから、基体表層
部の炭素濃度を高めるのが望ましい。しかし、炭素濃度
が0.9%を超えると、浸炭層部に初析セメンタイトが
多く析出し過ぎて、磁気目盛りの機械的性質、特に疲労
強度が劣化する。したがって、磁気目盛りの疲労強度が
要求される用途の場合には、浸炭により濃化される基体
表層部の炭素濃度は0.9%以下に抑えるのがよい。
基体として用いる鋼材は、炭素鋼或いは低合金鋼である
。基体表層部は浸炭により所要の炭素濃度に調整できる
から、基体自身の炭素含有量は任意である。即ち、基体
は用途に応じて要求される機械的性質等を持つように炭
素含有量および合金元素の添加量を定めればよい。
浸炭処理はオーステナイト域で行う、その理由の一つは
、炭素の浸透拡散(浸炭)は、オーステナイト域で迅速
に進行するからである。もう一つの理由は、浸炭処理し
た部分をパーライトを主とする組織にするためにはオー
ステナイト域から徐々に冷却する必要があるからである
。浸炭温度が高温である程、鋼材表層部の炭素飽和値は
増大し、また浸炭深さが一定ならば浸炭時間が短くて済
むが、余りに高温になると結晶粒の粗大化や過剰浸炭に
よって基体の機械的性質が損なわれるおそれがあるから
、950 ’C程度を上限とするのが望ましい。
目盛り部をオーステナイトとマルテンサイトの混合相と
するには、理論的には溶融させる必要ばばない、−旦オ
ーステナイト域に加熱して急冷すればこのm5tsはえ
られる。しかし、目盛りになる掻く微小な部分を溶融さ
せずに所定の一定温度に加熱するのは困難である。溶融
させれば厳密な温度管理が不要であり、目視でも溶融し
たか否かが判別でき、作業管理が容易となる。所定局部
を溶融する方法としては、例えばレーザービーム、電子
ビーム等の高エネルギー密度ビームが目盛り部の位置精
度、寸法精度を上げ、溶融による基体表層部への熱影響
を最小限にするという意味から好適である。
目盛り部に相当する部分を上記のように溶融させた後は
、これを自己冷却させる。目盛り部となる基体表層部の
溶融部の体積は、基体自体の体積に比べて圧倒的に小さ
いから、溶融部は基体から急速に熱を奪われて極めて大
きな速度で冷却され、十分な残留オーステナイトを含む
組織となる。なお、目盛り部の組織としては、マルテン
サイトができるだけ少ないことが望ましい、しかし、残
留オーステナイトが約20体積%以上であれば基体との
相対的な磁気的性質の相違が顕著になるから、マルテン
サイトの混在は約80体積%までは許容できる。
(実施例) 鋼材として、外径60φ、材質545Cの鋼棒を用い、
加熱→浸炭→冷却→局部溶融→自己冷却→表面研慶の工
程で磁気目盛り!li[を試作した。
加熱工程では、鋼棒を900’Cに加熱した。
浸炭工程では、加熱した鋼棒を、960’Cの浸炭炉中
で吸熱形変成ガス(RXガス)にプロパンを添加し、露
点を調整した雰囲気で浸炭時間5hr、浸炭深さ0.4
1N、 @棒表層部の炭素濃度が第1表に示すとおりに
なるようにガス浸炭を行った。浸炭後の炭素濃度は化学
分析法で測定した。
冷却工程では、空中放冷で徐冷した。得られた&l1w
1は、走査形電子顕微鏡で観察した結果、完全なパーラ
イト相(パーライトが100体積%)であった。
局部溶融工程では、スポット径1m1I11、出力0.
51[WのCOtレーザービームを用い、溶融深さ0.
4am、熔融した目盛り幅1.0mm 、溶融した目盛
りピンチ2、Onm 、溶融速度1m/ll1nで第2
図に示すような目盛り部を形成させた。第2図は、浸炭
された磁気目盛り鋼棒1の浸炭層2に、上述のレーザー
ビーム4による照射を行い、目盛り部3を溶融している
ことを示す、溶融の状況は目視で確認した。
自己冷却工程では、溶融部が急速に凝固冷却した。
表面研磨工程では、研曙代0.05mmの湿式研磨を行
った。研磨後の目盛り幅は0.91とした。
磁気目盛り鋼棒を試作後、第3図に示すように、磁気セ
ンサー5を磁気目盛り鋼棒1と近接対峙させ、往復させ
て、そのときの出力信号波形を記録し、往復の出力信号
波形の差から誤差αを求めた。
誤差αの定義は、第3図に示すとおりである。
また、出力信号波形を記録後、試作した磁気目盛り鋼棒
の疲労強度を回転曲げ試験法で確認した。
第1表に前記の誤差αと疲労強度の測定結果を示す、試
験隘1では、誤差αが8%と若干大きかった。この理由
は、浸炭後の炭素濃度が0.6%とやや低かったから目
盛り部をレーザー照射で溶融し、自己冷却しても残留オ
ーステナイトが不足して十分に弱磁性にならず、基体と
目盛り部とが磁気的性質の顕著な相違を持たなかったか
らである。
一方、試験磁2〜4では、浸炭後の炭素濃度が0.7〜
0.9%であったため、誤差αも4%以下と低かった。
また試験階5.6では、誤差αは4%と低いが、疲労強
度が40kg/1gtg2以下と低かった。これは、浸
炭後の炭素濃度が0.9%を超えたため、初析セメンタ
イトが表層部に析出したためである。
したがって、疲労強度が要求される用途の場合には、浸
炭後の炭素濃度を0.9%以下とするのが望ましい。
なお、局部溶融後自己冷却して得た組織を光学B@鐘で
観察した。試験陥2〜6のものは残留オーステナイトが
20体積%以上であった。
第  1  表 (発明の効果) 本発明の磁気目盛りは、これまでに知られている磁気目
盛りに比べて、材料費が安価でかつ製造も容易であり、
基体と目盛り部との間で磁気的性質の相違も十分である
【図面の簡単な説明】
第1図は、基体を浸炭処理した場合の表層部の炭素含有
量と、その表層部をレーザービームで溶融し、自己冷却
させて得られた部分の飽和磁束密度との関係を示す図で
ある。 第2図は、本発明の実施例において、磁気目盛り鋼棒の
表層部をレーザービームで溶射して、目盛り部を形成す
る模式図である。 第3図は、本発明の実施例において、試作した磁気目盛
り鋼棒の誤差(精度)を定義する模式図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主にパーライト相からなる基体にオーステナイト
    とマルテンサイトの混合相からなる目盛りが刻まれた磁
    気目盛り。
  2. (2)鋼材をオーステナイト域に加熱して浸炭し、その
    表層部の炭素濃度を高めた後連続冷却変態させて主にパ
    ーライト相からなる基体を作製し、この基体表面の所定
    局部を溶融し、自己冷却させてオーステナイトとマルテ
    ンサイトの混合相からなる目盛り部を形成することを特
    徴とする磁気目盛りの製造方法。
JP33852790A 1990-11-30 1990-11-30 磁気目盛りおよびその製造方法 Pending JPH04204321A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112197706A (zh) * 2020-10-19 2021-01-08 湖北新金洋资源股份公司 一种铝熔体体积的测算方法和结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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