JPH04231830A - 磁性皮膜を有するセンサ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性皮膜を有するセン
サに関し、より詳しくは、軸状の基材等に加わるトルク
，回転角及び回転速度などを高精度で測定できるように
したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、軸状の基材等に加わるトルクな
どを測定する方法としては、基材に磁歪金属を線爆溶射
することによって形成した磁歪膜に生ずる磁歪を測定す
る磁歪法と、基材に磁気信号の記録可能な磁性皮膜を形
成して該磁性皮膜に加わるトルクをエンコーダにより測
定するねじれ角法の２種類が存在する。

【０００３】このうち、磁歪法においては、磁歪材料自
体がセンサ特性に大きな影響を与えるため、温度依存性
や経時変化が問題となり、未だ実用化域に達していない
のが現状である。

【０００４】一方、ねじれ角法は、軸状部材表面の磁性
被膜に、磁気信号記録用ヘッドによって例えば矩形状の
パルス信号を磁気的に記録し、磁気信号再生用ヘッドに
よって上記磁気信号を再生して軸状部材のねじれ角を求
め、このねじれ角から上記軸状部材に加わるトルクを検
出するものである。

【０００５】また、特開昭６１−５３５０４号公報には
、回転数検出用のエンコーダに使用するマグネテックス
ケールに関し、硬磁性の急冷合金薄帯をプラスチックカ
ードに固着して磁性被膜を形成し、この磁性皮膜に磁気
信号を記録することが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如き
ねじれ角法に基づくセンサにおいて、基材に作用するト
ルク，回転角，回転速度などを精度良く測定したいとい
う要求がある。

【０００７】その場合、基材表面の磁性皮膜と、磁気信
号を読取る磁気信号読取りヘッドとのクリアランスが可
及的に小さくなるように磁気信号読取りヘッドを配置し
、上記クリアランスにおいて透磁率の低い空気の介在を
少なくして透磁率を向上させることにより、磁性皮膜の
再生出力電圧を向上させることが考えられる。しかし、
磁気信号読取りヘッドを磁性皮膜に可及的に近付けると
、磁性皮膜に磁気信号読取りヘッドが干渉して磁気信号
読取りヘッドが損傷する恐れがあるため、上記クリアラ
ンスを小さくすることには限界があり、透磁率及び再生
出力電圧を十分に向上させることができない。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、磁気信号読取りヘッドを
磁性皮膜に可及的に近付けなくとも、磁性皮膜と磁気信
号読取りヘッドとのクリアランスにおける透磁率を効果
的に高められるようして、再生出力電圧を向上させよう
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明が講じた解決手段は、基材の表面に磁気信号の
記録可能な磁性皮膜を形成し、該磁性皮膜に対向するよ
う配された磁気信号読取りヘッドにより磁気信号を読取
るようにした磁性皮膜を有するセンサを前提とする。 そして、上記磁性皮膜と上記磁気信号読取りヘッドとの
間に、上記磁気信号読取りヘッドのヘッド面よりも摩擦
係数が低い造隙材を設けるとともに、該造隙材に、高透
磁率材料を所定量分散混在する構成とするものである。

【００１０】具体的には、上記解決手段は、上記磁性皮
膜と上記磁気信号読取りヘッドとの間に、この両者間に
隙間を形成するための造隙材が設けられてなり、上記造
隙材が、磁性材料に、当該造隙材の摩擦係数を上記磁気
信号読取りヘッドのヘッド面の摩擦係数よりも低くする
ための低摩擦材料と、上記磁性材料よりも高い透磁率を
有する高透磁率材料とが混入されてなることを特徴とす
る磁性皮膜を有するセンサである。

【００１１】ここで、上記磁性皮膜の材料としては、鉄
、コバルト、ニッケル、酸化鉄（ＦｅＯ，γ−Ｆｅ２　
Ｏ３　，Ｆｅ３　Ｏ４　）、酸化クロム、バリウムフェ
ライト、パーマロイなどの磁性機能を有する金属または
金属系酸化物の中から適宜選択することができ、特に、
Ｆｅ３　Ｏ４　、コバルト、酸化鉄（γ−Ｆｅ２　Ｏ３
）が好ましく使用し得る。

【００１２】また、上記造隙材に含まれる磁性材料とし
ては、鉄、コバルト、ニッケル、酸化鉄（ＦｅＯ，γ−
Ｆｅ２　Ｏ３　，Ｆｅ３　Ｏ４　）、酸化クロム、バリ
ウムフェライト、パーマロイ（ニッケルを３５〜８０％
の比率で含有するＮｉ−Ｆｅ系合金）などの磁性機能を
有する金属または金属系酸化物の中から適宜選択するこ
とができ、特に、ニッケル、コバルト、酸化鉄（γ−Ｆ
ｅ２　Ｏ３　）が好ましく使用し得る。

【００１３】また、上記造隙材に含まれる低摩擦材料と
しては、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦ
Ｅ）、ポリエステルなどのような、上記磁気信号読取り
ヘッドのヘッド面よりも摩擦係数が低い軟質低摩擦材料
の中から適宜選択することができる。

【００１４】さらに、上記造隙材に含まれる高透磁率材
料としては、パーマロイや、Ｓｉ−Ａｌ−Ｆｅ合金（ケ
イ素９重量％，アルミニウム５重量％，鉄８６重量％）
などの中から適宜選択することができる。

【００１５】その際、上記造隙材は、磁性材料と低摩擦
係数材料とからなり低摩擦材料が２０〜３０重量％程度
のベース材に対し、高透磁率材料を１０〜２０重量％程
度添加することにより形成することが好ましい。

【００１６】すなわち、低摩擦材料の比率を２０〜３０
重量％程度にしたのは、３０重量％以上では造隙材に含
まれる磁性材料の磁気特性が効果的に発揮できないから
であり、一方、２０重量％未満では造隙材の摩擦係数を
磁気信号読取りヘッドのヘッド面の摩擦係数よりも低く
できないからである。

【００１７】また、高透磁率材料の比率を１０〜２０重
量％にしたのは、２０重量％を越えると、高透磁率材料
により造隙材の摩擦係数が高くなって磁気信号読取りヘ
ッドのヘッド面に損傷を与える恐れがあるからであり、
一方、１０重量％未満では、造隙材の透磁率を十分向上
させることができないからである。

【００１８】また、造隙材の厚さは、例えば１００〜１
５０μｍとすることができ、これよりも厚くとも薄くと
もよい。

【００１９】さらに、上述したセンサは、自動車、工作
機械及び産業用ロボットなどのメカトロニクス分野で幅
広く用いることができる。

【００２０】

【作用】上記センサにおいては、造隙材は、摩擦係数が
磁気信号読取りヘッドのヘッド面の摩擦係数よりも低い
から、磁気信号読取りヘッドと干渉することがあっても
、この磁気信号読取りヘッドが損傷することがない。 そうして、かかる造隙材が磁性皮膜と磁気信号読取りヘ
ッドとのクリアランスが形成されることにより、このク
リアランスにおける透磁率の低い空気の介在を少なくす
ることができる。そして、上記造隙材は、磁性材料に、
高透磁率材料が混入されたものであるため、上記クリア
ランスの透磁率が高められ、磁性皮膜の再生出力電圧も
自ずと高められることになり、磁性被膜と磁気信号読取
りヘッドとのクリアランスを可及的に小さくする必要が
ない。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２２】磁性皮膜を有するセンサを示す図１におい
て、１は磁性皮膜を有するセンサで、このセンサ１は、
図示しないトルクコンバータ装置内のアルミニウム製の
タービンシャフト２（基材）に適用したものである。上
記タービンシャフト２の表面略中央部には、軸方向に所
定間隔隔てて各々全周に及ぶ膜厚１００〜１５０μｍの
磁性皮膜３，３が溶射法あるいはめっき法により形成さ
れている。また、上記タービンシャフト２の外方には、
磁性皮膜３，３に対応する一対の磁気信号読取りヘッド
４，４が配置されている。

【００２３】そうして、図２に示すように、上記磁性皮
膜３，３と上記磁気信号読取りヘッド４，４との間には
、造隙材５，５が設けられている。各造隙材５は、磁性
機能を有する磁性材料と当該造隙材５の摩擦係数を上記
磁気信号読取りヘッド４，４の各ヘッド面の摩擦係数よ
りも低くする低摩擦材料とよりなり且つ低摩擦材料の比
率を２０〜３０重量％程度としたベース材に、上記磁性
材料よりも透磁率の高い高透磁率材料が１０〜２０重量
％の比率で分散混在されてなる。また、上記造隙材５，
５は、磁性皮膜３，３の表面に対して造隙材料を溶射し
た後、タービンシャフト２を回転させつつ２００〜４０
０℃で加熱して形成される。

【００２４】上記磁性皮膜３，３及び造隙材５，５への
磁気信号の書込みは、タービンシャフト２を６００ｒｐ
ｍ．で回転させながら、各々上記磁性皮膜３，３に対応
させて配置し且つ上記造隙材５，５に接触せしめた一対
の磁気信号記録ヘッド（図示せず）により、行なわれる
ものである。この場合、図３に示すような矩形パルス信
号（記録信号Ａ及び記録信号Ｂ）が全周に亘って１５Ｖ
で書込まれ、その後、磁気信号記録ヘッドに代えて磁気
信号読取りヘッド４，４が配置される。

【００２５】そして、タービンシャフト２にトルクが作
用すると、第４図に示すように、磁気信号読取りヘッド
４，４により検出されたそれぞれの検出信号（記録信号
Ａ，Ｂ）は、信号処理部１１に送られる。この信号処理
部１１内において、磁気信号読取りヘッド４，４の検出
信号が個別の信号処理手段１２，１２によりそれぞれ信
号処理された後、位相差演算手段１３により磁気信号読
取りヘッド４，４間（磁性皮膜３，３間）の位相差信号
が算出され、次いで、トルク演算手段１４によってトル
クが検出される。

【００２６】したがって、上記の如きセンサ１，１によ
れば、磁性材料中に当該造隙材の摩擦係数を磁気信号読
取りヘッド４，４の各ヘッド面の摩擦係数よりも低くす
る低摩擦材料が混入された造隙材５，５が、磁性皮膜３
，３と磁気信号読取りヘッド４，４との間に設けられて
いるので、磁性皮膜と磁気信号読取りヘッド（ヘッド面
）とのクリアランスが可及的に小さくなるように磁気信
号読取りヘッド４，４を配置する必要がなく、上記磁性
皮膜３，３と磁気信号読取りヘッド４，４との間のクリ
アランスには低摩擦材料により磁性材料の摩擦係数が低
くなる軟らかい造隙材５，５が介在されることになり、
この造隙材５，５と磁気信号読取りヘッド４，４とが干
渉しても該磁気信号読取りヘッド４，４が損傷すること
がなく、よって磁気信号読取りヘッド４，４の性能を長
期間に亘って発揮できる。

【００２７】また、上記造隙材５，５には該造隙材５，
５中の磁性材料よりも透磁率の高い高透磁率材料が分散
混在されているので、磁性皮膜３，３と磁気信号読取り
ヘッド４，４との間のクリアランスにおいて透磁率の低
い空気の介在を少なくし、造隙材５，５中の高透磁率材
料でもって、透磁率を向上させることができ、再生出力
電圧を向上させることができる。

【００２８】次に、本発明の効果を確認するために行っ
た試験について説明する。先ず、溶射粉末として酸化鉄
粉末又はコバルト粉末を用いて、溶射条件Ａｒ−Ｈ２　
／３５ＫＷに基づくプラズマ溶射法により、直径３０ｍ
ｍのアルミニウム製のシャフト部材の表面に、表１に示
す試料Ｓ１〜Ｓ６の如く膜厚を変更した磁性皮膜を形成
する。 その後、表１に示す試料Ｓ１〜Ｓ６のように、磁性材料
としてのニッケル（Ｎｉ）７５重量％と、低摩擦材料と
してのグラファイト又は四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦ
Ｅ）の２５重量％とからなるベース材に、高透磁率材料
としてのパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）　又はセンダスト、
すなわちＳｉ−Ａｌ−Ｆｅ合金（Ｓｉ−Ａｌ−Ｆｅ）を
添加量を適宜変更して混入した造隙材を上記磁性皮膜の
上に厚さ１００μｍで形成する。

【００２９】また、比較例として、表１に示す試料Ｓ７
，Ｓ８のように高透磁率材料を添加しない造隙材、又は
試料Ｓ９のように高透磁率材料としてのパーマロイの添
加量を３０重量％にした造隙材を磁性皮膜の上に形成す
る。

【００３０】しかる後、ファンクションジェネレータを
用いて、これを、毎分６００ｒｐｍ．で回転するシャフ
ト部材の造隙材に接触させた状態（隙間が実質的に零の
状態）で矩形波を１５Ｖにて書き込む。

【００３１】そして、磁気信号記録ヘッドに代えて、磁
気信号読取りヘッドを造隙材との間の隙間が実質的に零
となるように配置し、この磁気信号読取りヘッドにより
、次の条件で磁気信号の再生を行なった。

【００３２】 ア　　ン　　プ　　：５０×５倍 フィルタ　　　　：５０〜１００ｋＨｚ　シャフト部材
の軸回転数：６００ｒｐｍ．

【００３３】

【表１】

【００３４】上記表１において、試料としてグラファイ
ト又は四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を混入したベ
ース材中に、パーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）　又はＳｉ−Ａ
ｌ−Ｆｅ合金（Ｓｉ−Ａｌ−Ｆｅ）を１０重量％，２０
重量％の比率で適宜添加した試料Ｓ１〜Ｓ６は、造隙材
中に高透磁率材料（パーマロイ又はＳｉ−Ａｌ−Ｆｅ合
金（Ｓｉ−Ａｌ−Ｆｅ））を全く添加しなかった試料Ｓ
７，Ｓ８、或いはベース材中にパーマロイを３０重量％
の比率で添加した試料Ｓ９に比して、透磁率が大巾に向
上している。また、再生出力電圧においても、ベース材
中に高透磁率材料を全く添加しなかったＳ７，Ｓ８の試
料及びベース材中に高透磁率材料を３０重量％の比率で
添加した試料Ｓ９が、目標とするところの３Ｖを下回っ
ていたのに対し、本発明による試料Ｓ１〜Ｓ６全てが３
Ｖを上回り、再生出力電圧が向上している。すなわち、
ベース材中に添加する高透磁率材料の比率は１０〜２０
重量％が好ましく、高透磁率材料は１０重量％よりも２
０重量％の比率で添加するほうが透磁率を向上させて再
生出力電圧をより向上でき、３０重量％の比率で高透磁
率材料を添加すれば透磁率及び再生出力電圧に変化がみ
られないことが確認できた。

【００３５】また、造隙材中に含まれるグラファイト又
は四フッ化エチレン樹脂とを比較すると、高透磁率材料
として同一のパーマロイを同量添加した試料Ｓ１，Ｓ３
の如く、透磁率は、四フッ化エチレン樹脂を用いた試料
Ｓ３の方が若干上回っているのに対し、再生出力電圧は
、造隙材中にグラファイトを用いた試料Ｓ１の方が若干
上回っているが、両試料Ｓ１，Ｓ３の効果はほぼ同じと
みなせる。また、高透磁率材料としてのパーマロイとＳ
ｉ−Ａｌ−Ｆｅ合金とを試料Ｓ１，Ｓ５（Ｓ２，Ｓ６）
により比較すると、透磁率は、パーマロイを用いた試料
Ｓ１（Ｓ２）の方が若干上回っているのに対し、再生出
力電圧は、Ｓｉ−Ａｌ−Ｆｅ合金を用いた試料Ｓ５（Ｓ
６）の方が若干上回っているが、両試料Ｓ１，Ｓ５の効
果はほぼ同じとみなせる。さらに、磁性皮膜の膜厚を試
料Ｓ１，Ｓ４により比較すると、膜厚１００μｍの試料
Ｓ１の方が膜厚１５０μｍの試料Ｓ４よりも、透磁率及
び再生出力電圧が共に若干上回っていることが確認でき
たが、基本的には膜厚は１００μｍでも１５０μｍでも
透磁率及び再生出力電圧に大差がないと言える。

【００３６】尚、上記実施例及び試験例では、アルミニ
ウム製のタービンシャフト２及びシャフト部材をそれぞ
れ用いたが、鉄系などの磁性材料からなるタービンシャ
フト及びシャフト部材を用いても良く、この場合には、
表面に非磁性皮膜層を形成した後、その非磁性皮膜層の
上から磁性皮膜が形成されることになる。

【００３７】

【発明の効果】以上の如く、本発明の磁性皮膜を有する
センサによれば、磁性皮膜と磁気信号読取りヘッドとの
間に、磁性材料中に低摩擦材料と高透磁率材料とを混入
してなる軟らかい造隙材を設けるようにしたから、磁気
信号読取りヘッドの損傷を防止することができ、磁気信
号読取りヘッドの性能を長期間に亘って維持発揮せしめ
ることができるとともに、磁性皮膜と磁気信号読取りヘ
ッドとの間のクリアランスにおける透磁率を上記高透磁
率材料により向上させることができ、磁性皮膜の再生出
力電圧を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す。

【図１】造隙材を省略して示す磁性皮膜を有するセンサ
のシステム説明図

【図２】センサの断面図

【図３】一対の磁気信号記録ヘッドによってセンサに記
録した磁気信号を示す図

【図４】トルク作用時に一対の磁気信号読取りヘッドに
より読取った磁気信号を示す図

【符号の説明】

１…センサ ２…タービンシャフト（基材） ３…磁性皮膜 ４…磁気信号読取りヘッド ５…造隙材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材の表面に磁気信号の記録可能な磁性皮
   膜が形成され、該磁性皮膜に対向するよう配された磁気
   信号読取りヘッドにより磁気信号を読取るようにした磁
   性皮膜を有するセンサにおいて、上記磁性皮膜と上記磁
   気信号読取りヘッドとの間に、この両者間に隙間を形成
   するための造隙材が設けられてなり、上記造隙材が、磁
   性材料に、当該造隙材の摩擦係数を上記磁気信号読取り
   ヘッドのヘッド面の摩擦係数よりも低くするための低摩
   擦材料と、上記磁性材料よりも高い透磁率を有する高透
   磁率材料とが混入されてなることを特徴とする磁性皮膜
   を有するセンサ。