JPH04363635A - 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、詳しくは、例えば軸状の基材に加わるトルク、回転
速度及び回転角などを高精度で測定するための、磁性皮
膜を有するセンサの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性皮膜を有するセンサとしては
、軸状の基材の表面に磁性皮膜を形成し、その磁気特性
を利用して、加わるトルクを測定する方法が知られてい
る。

【０００３】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チックス
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皮膜を形成し、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。

【０００４】ところで、磁性粒子によって磁性皮膜を形
成する場合、磁性皮膜に磁場を印加すると、各磁性粒子
はその磁場の向きとほぼ同じ向きに自発磁化されている
磁区が拡がるように磁壁が移動して、磁場の向きに磁化
が増加することになる。そして、上記磁場を取り去ると
、上記磁壁が元に戻ろうとするが、その際、磁性粒子の
境界、つまり粒界は磁壁の移動を阻止する作用を呈する
ため、粒界が多いほど残留磁化が高くなり、保持力も高
くなる。そして、保持力が高くなると、短波長記録時に
特有の反磁界の増大に耐えられるようになり、書込み周
波数（記録周波数）を高めることが可能になって、上記
トルク等の測定時の再生出力が自ずと高められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記磁性粒
子の微細化による粒界の増加には限度があるため、保持
力を高めて磁性皮膜に対する磁気信号の書込み周波数を
密にし、測定時の再生出力をより向上させることは難し
い。

【０００６】すなわち、本発明の課題は、上記保持力を
高めて上記書込み周波数を増大せしめるとともに、磁性
皮膜の機械的強度向上及び製造コストの低減を図ること
にある。

【０００７】（課題を解決するための手段）本発明は、
上記課題を、磁性皮膜を構成する強磁性材料にニッケル
若しくはパーマロイを所定量分散混入することにより、
解決するものである。

【０００８】すなわち、上記課題を解決する第１の手段
は、基材の表面に磁気信号の記録可能な磁性皮膜が形成
されており、この磁性皮膜が、磁場の印加に伴い磁化が
飽和する強磁性材料と、該強磁性材料に対して所定量分
散混入されたニッケルとからなることを特徴とする磁性
皮膜を有するセンサである。

【０００９】第２の手段は、上記強磁性材料に対して、
上記ニッケルに代えてパーマロイを分散混入せしめたこ
とを特徴とする磁性皮膜を有するセンサである。

【００１０】上記第１及び第２の各手段において、強磁
性材料としては、種々のものを使用し得るが、コバルト
や酸化鉄（γ−Ｆｅ２　Ｏ３　，Ｆｅ３　Ｏ４　）が好
適である。

【００１１】コバルトとニッケルとの組合わせの場合、
ニッケルは、コバルトに対して５〜７５重量％の比率で
分散混入することが望ましい。

【００１２】酸化鉄とニッケルとの組合わせの場合、ニ
ッケルは、酸化鉄に対して５〜５５重量％の比率で分散
混入することが望ましい。

【００１３】さらに、酸化鉄とパーマロイとの組合わせ
の場合、パーマロイは、酸化鉄に対して５〜５５重量％
の比率で分散混入することが望ましい。

【００１４】

【作用】上記第１及び第２の各手段においては、基材の
表面に形成された磁気信号の記録可能な磁性皮膜は、強
磁性材料中にニッケルやパーマロイが所定量分散混入せ
しめられているので、ニッケルやパーマロイが磁壁のト
ラップとしての作用を呈し、これにより、残留磁化が高
まり、また、保持力が高まる。よって、書込み周波数を
高めることや、再生出力の向上が図れることになる。

【００１５】また、磁性皮膜は、強磁性材料中にニッケ
ルやパーマロイを所定量分散混入して複合化されている
ため、機械的強度が高くなる。特に、強磁性材料の粒子
間結合力がニッケルやパーマロイの介在により高まり、
磁性皮膜の皮膜強度が向上するものである。

【００１６】さらに、強磁性材料として、コバルトを用
いる場合、上記ニッケルやパーマロイの混入により、上
述の如き磁性特性の改善を図りながら、高価なコバルト
の使用量を削減することができるため、磁性皮膜の製造
コストの低減が図れる。

【００１７】また、強磁性材料としてコバルトを用い、
このコバルトに対して５〜７５重量％の比率でニッケル
を分散混入した場合、コバルトの有する優れた磁性特性
を損なうことなく、上記ニッケルを磁壁のトラップとし
て利用することができる。すなわち、コバルトに対する
ニッケルの比率が５重量％未満では、このニッケルの混
入による磁気特性の向上効果が少なく、また、上記比率
が７５重量％を越える場合、ニッケルの磁気特性が支配
的になってコバルトの有する優れた磁気特性を生かすこ
とができなくなる。

【００１８】上記比率に関しては、強磁性材料として酸
化鉄を用い、この酸化鉄に対するニッケルやパーマロイ
の比率を５〜５５重量％とする場合においても、同様に
言えることである。

【００１９】

【発明の効果】従って、本発明によれば、強磁性材料に
ニッケルあるいはパーマロイを所定量分散混入せしめて
磁性皮膜を構成したから、磁性皮膜の機械的強度を向上
させながら、残留磁化及び保持力を高めて、書込み周波
数の増大及び再生出力の向上を図ることができる。

【００２０】また、強磁性材料をコバルトとしたもので
は、ニッケルやパーマロイの分散混入により、上記磁性
皮膜の機械的強度の向上、書込み周波数の増大及び再生
出力の向上を図りながら、コストの低減も図ることがで
きる。そして、この場合、ニッケルの比率を５〜７５重
量％としたものでは、コバルトの有する優れた磁性特性
を損なうことなく、上記ニッケルを磁壁のトラップとし
て効果的に利用することができる。

【００２１】さらに、強磁性材料を酸化鉄とし、この酸
化鉄に対するニッケルやパーマロイの比率を５〜５５重
量％としたものでは、酸化鉄の有する優れた磁性特性を
損なうことなく、上記ニッケルを磁壁のトラップとして
効果的に利用することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。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
をおいて各々全周に及ぶ皮膜厚１００μｍの磁性皮膜３
，３が形成されている。上記磁性皮膜３，３は、図２に
示すように、磁場の印加に伴い磁化が飽和する強磁性材
料Ａと、該強磁性材料Ａに対して所定量分散混入される
ニッケル粉Ｂとからなる。

【００２３】この場合、強磁性材料Ａとしては、強磁性
機能を有するコバルト粉及び酸化鉄粉などから適宜選択
され、強磁性材料Ａがコバルト粉であれば、このコバル
ト粉に対して分散混入されるニッケル粉の比率は５〜７
５重量％とされる。一方、強磁性材料Ａが酸化鉄粉であ
れば、この酸化鉄粉に対して分散混入されるニッケル粉
の比率は５〜５５重量％とされる。

【００２４】上記強磁性材料Ａは、粒径１０〜７５μｍ
に造粒された強磁性粒子からなる。一方、ニッケル粉Ｂ
は粒径１０〜７５μｍに造粒されたニッケル粒子からな
る。そして、上記強磁性粒子に対し、この強磁性粒子の
強磁性材料の種類に応じて所望する比率でニッケル粒子
を分散混入したものを溶射粉末として生成し、この溶射
粉末をタービンシャフト２に対してプラズマ溶射により
吹付けることによって磁性皮膜３，３が形成される。 尚、強磁性粒子及びニッケル粒子を造粒する方法として
は、それぞれアトマイズ法、造粒法、粉砕法などが用い
られる。

【００２５】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。この場合、タービンシャフ
ト２の磁性皮膜３，３への磁気信号の書込みは、６００
ｒｐｍ．で回転するタービンシャフト２の磁性皮膜３，
３に対応して接触する一対の磁気信号記録ヘッド（図示
せず）により、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。

【００２６】そして、タービンシャフト２にトルクが作
用すると、図４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、この位相差に基づいてトルク演算手
段１４によりトルクが算出される。

【００２７】尚、タービンシャフト２の表面に磁性皮膜
３，３を形成する方法としては、プラズマ溶射法の他、
塗布法、めっき法などがある。

【００２８】また、強磁性材料Ａとして適宜選択された
コバルト粉及び酸化鉄粉に対して分散混入されるニッケ
ルの比率を５重量％以上としたのは、５重量％未満では
ニッケル粉による磁壁効果等が十分に発揮できないから
である。一方、コバルト粉に対して分散混入されるニッ
ケル粉の比率を７５重量％以下としたのは、７５重量％
以上ではニッケル粉の持つ磁気特性が現れてコバルト粉
の持つ磁気特性に悪影響を与えるためである。また、酸
化鉄粉に対して分散混入されるニッケル粉の比率を５５
重量％以下としたのは、５５重量％以上ではニッケル粉
の持つ磁気特性が現れて酸化鉄粉の持つ磁気特性に悪影
響を与えるためである。

【００２９】また、上述した磁性皮膜３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
幅広く用いられる。

【００３０】従って、上記の如き磁性皮膜３，３によれ
ば、磁場を印加すると、磁場の向きとほぼ同じ向きに自
発磁化されている磁区が拡がるように磁壁が移動して、
磁場の向きに磁化が増加することになる。そして、上記
磁場を取り去ると、上記磁壁が元に戻ろうとするが、そ
の際、ニッケル粉は磁壁の移動を阻止する作用を呈する
ため、残留磁化が高くなり、保持力も高くなる。そして
、保持力が高くなることにより、短波長記録時に特有の
反磁界による自己減磁損失が小さくなり、書込み周波数
（記録周波数）を高めることが可能になるとともに、上
記トルク測定時の再生出力が高まることになる。

【００３１】また、上記ニッケル粉Ｂは、強磁性粒子の
粒子間結合力を増大させるため、磁性皮膜の皮膜強度が
高くなることになる。

【００３２】次に、本発明の効果を確認するために行っ
た各試験について説明する。 −第１試験− 溶射粉末として、造粒法により造粒した粒径１０〜７５
μｍ（平均粒径３９μｍ）のコバルト粉と、造粒法によ
り造粒した粒径１０〜７５μｍ（平均粒径３８μｍ）の
ニッケル粉とを、表１に示す混合比率で分散混合した後
、これらの造粒粉を用いて、表２に示す溶射条件による
プラズマ溶射により、縦１０ｍｍ×横２ｍｍ×厚さ１ｍ
ｍのアルミニウム製の板材の表面に皮膜厚１００μｍの
磁性皮膜を形成した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】そして、ＶＳＭ装置（振動型磁力計）を用
いて、試料１〜７の各磁性皮膜における，ニッケル分散
混入量に対する保磁力特性、及びニッケル分散混入量に
対する残留磁化特性をそれぞれ測定し、図５及び図６に
示す結果を得た。尚、ＶＳＭ装置の印加磁場は５ｋＯｅ
である。

【００３６】このように、強磁性材料としてのコバルト
粉に対して分散混入されるニッケル粉の比率は、５重量
％から磁性皮膜の保磁力が高くなり始める傾向が現れ、
７５重量％を越えると磁性皮膜の保磁力が著しく低下す
ることが確認できた。

【００３７】また、コバルト粉に対して分散混入される
ニッケル粉の比率は、５重量％から磁性皮膜の残留磁化
が高くなり始める傾向が現れ、７５重量％を越えると磁
性皮膜の残留磁化が著しく低下することが確認できた。

【００３８】−第２試験− 溶射粉末としてアトマイズ法により造粒した粒径１４５
μｍ以下（平均粒径９０μｍ）のコバルト粉と、造粒法
により造粒した粒径１０〜７５μｍ（平均粒径３８μｍ
）のニッケル粉とを、上記表１に示す混合比率でブレン
ド混合した後、これらの造粒粉を用いて、上記表２に示
す溶射条件によるプラズマ溶射により、縦１０ｍｍ×横
２ｍｍ×厚さ１ｍｍのアルミニウム製の板材の表面に皮
膜厚１００μｍの磁性皮膜を同様に形成した。

【００３９】そして、ＶＳＭ装置を用いて、試料１〜７
の各磁性皮膜における，ニッケル分散混入量に対する保
磁力特性、及びニッケル分散混入量に対する残留磁化特
性をそれぞれ測定し、図７及び図８に示す結果を得た。

【００４０】このように、強磁性材料としてのコバルト
粉に対して分散混入されるニッケル粉の比率は、５重量
％から磁性皮膜の保磁力が高くなり始める傾向が現れ、
７５重量％を越えると磁性皮膜の保磁力が急激に低下す
ることが上記第１試験と同様に確認できた。

【００４１】また、コバルト粉に対して分散混入される
ニッケル粉の比率は、５重量％から磁性皮膜の残留磁化
が高くなり始める傾向が現れ、７５重量％を越えると磁
性皮膜の残留磁化が急激に低下することが上記第１試験
と同様に確認できた。

【００４２】そして、コバルト粉を造粒法により造粒し
た上記第１試験と、コバルト粉をアトマイズ法により造
粒した第２試験との比較により、コバルト粉は、造粒法
により造粒したもののほうが高い磁気特性が得られ、特
に、保磁力については歴然な差が現れた。

【００４３】図９は、上記第１試験のコバルト造粒粉８
０重量％に対してニッケル造粒粉２０重量％を分散混合
して形成した磁性皮膜における、コバルト造粒粉中のニ
ッケル造粒粉の分布状態（斜線部がニッケル）を示す。 図１０は、第２試験のコバルトアトマイズ粉８０重量％
に対してニッケル造粒粉２０重量％を分散混合して形成
される磁性皮膜におけるコバルトアトマイズ粉中のニッ
ケル造粒粉の分布状態（斜線部がニッケル）である。こ
の両者を比較すると、前者（図９）では、コバルト造粒
粉中にニッケル造粒粉が全体にわたって略均等に分布し
ているのに対し、後者（図１０）では、コバルトアトマ
イズ粉中のニッケル造粒粉の分布に片寄り（ムラ）があ
り、このことから、コバルト粉は、アトマイズ法よりも
造粒法により造粒したもののほうが高い磁気特性が得ら
れることが裏付けられる。

【００４４】−第３試験− 溶射粉末として粉砕法により造粒した粒径１０〜６３μ
ｍ（平均粒径３８μｍ）の酸化鉄粉と、造粒法により造
粒した粒径１０〜７５μｍ（平均粒径３８μｍ）のニッ
ケル粉とを、表３に示す混合比率で分散混合した後、こ
れらの造粒粉を用いて、表４に示す溶射条件によるプラ
ズマ溶射により、縦１０ｍｍ×横２ｍｍ×厚さ１ｍｍの
アルミニウム製の板材の表面に皮膜厚１００μｍの磁性
皮膜を形成した。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【表４】

【００４７】そして、ＶＳＭ装置を用いて、試料１〜６
の各磁性皮膜における，ニッケル分散混入量に対する保
磁力特性、及びニッケル分散混入量に対する残留磁化特
性をそれぞれ測定し、図１１及び図１２に示す結果を得
た。

【００４８】同図から、強磁性材料としての酸化鉄粉に
対して分散混入されるニッケル粉の比率は、５重量％か
ら磁性皮膜の保磁力が高くなり始める傾向が現れ、５０
〜６０重量％の間の５５重量％を越えると５重量％分散
混入時の保磁力を下回り、以後は、磁性皮膜の保磁力が
著しく低下することが確認できる。

【００４９】また、酸化鉄粉に対して分散混入されるニ
ッケル粉の比率は、５重量％から磁性皮膜の残留磁化が
高くなり始める傾向が現れ、５０〜６０重量％の間の５
５重量％を越えると５重量％分散混入時の残留磁化を下
回り、以後は磁性皮膜の残留磁化が徐々に低下すること
が確認できる。

【００５０】−第４試験− 溶射粉末として造粒法により造粒した粒径１０〜６３μ
ｍ（平均粒径３５μｍ）の酸化鉄粉と、造粒法により造
粒した粒径１０〜７５μｍ（平均粒径３８μｍ）のニッ
ケル粉とを、上記表３に示す混合比率でブレンド混合し
た後、これらの造粒粉を用いて、上記表４に示す溶射条
件に基づくプラズマ溶射により、縦１０ｍｍ×横２ｍｍ
×厚さ１ｍｍのアルミニウム製の板材の表面に皮膜厚１
００μｍの磁性皮膜を同様に形成した。

【００５１】そして、ＶＳＭ装置を用いて、試料１〜７
の各磁性皮膜における，ニッケル分散混入量に対する保
磁力特性、及びニッケル分散混入量に対する残留磁化特
性をそれぞれ測定し、図１３及び図１４に示す結果を得
た。

【００５２】同図から、強磁性材料としての酸化鉄粉に
対して分散混入されるニッケル粉の比率は、５重量％か
ら磁性皮膜の保磁力が高くなり始める傾向が現れ、５０
〜６０重量％の間の５５重量％を越えると５重量％分散
混入時の保磁力を下回り、以後は、磁性皮膜の保磁力が
急激に低下することが上記第３試験と同様に確認できる
。

【００５３】また、酸化鉄粉に対して分散混入されるニ
ッケル粉の比率は、５重量％から磁性皮膜の残留磁化が
高くなり始める傾向が現れ、５０〜６０重量％の間の５
５重量％を越えると５重量％分散混入時の残留磁化を下
回り、以後は磁性皮膜の残留磁化が徐々に低下すること
が上記第３試験と同様に確認できる。

【００５４】そして、酸化鉄粉を粉砕法により造粒した
上記第３試験と、酸化鉄粉を造粒法により造粒した第４
試験との比較により、酸化鉄粉は、造粒法により造粒し
たもののほうが高い磁気特性が得られることがわかる。

【００５５】−第５試験− 溶射粉末として造粒法により造粒した粒径１０〜６３μ
ｍ（平均粒径３８μｍ）の酸化鉄粉と、造粒法により造
粒した粒径１０〜７５μｍ（平均粒径３８μｍ）のパー
マロイ（Ｎｉ；７５重量％，Ｆｅ；２５重量％，透磁率
；８００００）粉とを、上記表５に示す混合比率でブレ
ンド混合した後、これらの造粒粉を用いて、上記表４に
示す溶射条件に基づくプラズマ溶射により、縦１０ｍｍ
×横２ｍｍ×厚さ１ｍｍのアルミニウム製の板材の表面
に皮膜厚１００μｍの磁性皮膜を同様に形成した。

【００５６】

【表５】

【００５７】そして、ＶＳＭ装置を用いて、試料１〜５
の各磁性皮膜における，パーマロイ分散混入量に対する
保磁力特性、及びパーマロイ分散混入量に対する残留磁
化特性をそれぞれ測定し、図１５及び図１６に示す結果
を得た。

【００５８】同図から、パーマロイの比率が５０重量％
までは、その比率の増大につれて保持力が高くなるが、
以後は保持力が低下していくこと、また、残留磁化につ
いても、同様であることが確認できる。

【００５９】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及び板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
板材を用いても良く、この場合には、表面にアルミニウ
ムなどの非磁性材料の非磁性皮膜を形成した後、その非
磁性皮膜の上に磁性皮膜を形成することが望ましい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す。

【図１】磁性皮膜を有するセンサのシステム説明図

【図
２】溶射粉体の説明図

【図３】一対の磁気信号記録ヘッドにより記録した磁性
皮膜の磁気信号を示す図

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

【図５】第１
試験のニッケル分散混入量に対する保磁力特性を示す特
性図

【図６】第１試験のニッケル分散混入量に対する残留磁
化特性を示す特性図

【図７】第２試験のニッケル分散混入量に対する保磁力
特性を示す特性図

【図８】第２試験のニッケル分散混入量に対する残留磁
化特性を示す特性図

【図９】磁性皮膜中のコバルト造粒粉とニッケル造粒粉
との分布状態を示す特種Ｘ線像図

【図１０】磁性皮膜中のコバルトアトマイズ粉とニッケ
ル造粒粉との分布状態を示す特種Ｘ線像図

【図１１】第
３試験のニッケル分散混入量に対する保磁力特性を示す
特性図

【図１２】第３試験のニッケル分散混入量に対する残留
磁化特性を示す特性図

【図１３】第４試験のニッケル分散混入量に対する保磁
力特性を示す特性図

【図１４】第４試験のニッケル分散混入量に対する残留
磁化特性を示す特性図

【図１５】第５試験のパーマロイ分散混入量に対する保
磁力特性を示す特性図

【図１６】第５試験のパーマロイ分散混入量に対する残
留磁化特性を示す特性図

【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 Ａ　　強磁性材料 Ｂ　　ニッケル粉

Claims (6)

【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
   膜が形成されており、上記磁性皮膜は、磁場の印加に伴
   い磁化が飽和する強磁性材料と、該強磁性材料に対して
   所定量分散混入されたニッケルとからなることを特徴と
   する磁性皮膜を有するセンサ。
2. 【請求項２】強磁性材料はコバルトであり、ニッケルは
   、コバルトに対して５〜７５重量％の比率で分散混入さ
   れている請求項１に記載の磁性皮膜を有するセンサ。
3. 【請求項３】強磁性材料は酸化鉄であり、ニッケルは、
   酸化鉄に対して５〜５５重量％の比率で分散混入されて
   いる請求項１に記載の磁性皮膜を有するセンサ。
4. 【請求項４】基材の表面に磁気信号の記録可能な磁性皮
   膜が形成されており、上記磁性皮膜は、磁場の印加に伴
   い磁化が飽和する強磁性材料と、該強磁性材料に対して
   所定量分散混入されたパーマロイとからなることを特徴
   とする磁性皮膜を有するセンサ。
5. 【請求項５】強磁性材料はコバルトである請求項１に記
   載の磁性皮膜を有するセンサ。
6. 【請求項６】強磁性材料は酸化鉄であり、パーマロイは
   、酸化鉄に対して５〜５５重量％の比率で分散混入され
   ている請求項１に記載の磁性皮膜を有するセンサ。