JPH0455733A - 磁性被膜を有するセンサー - 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】 産業上の利用分野 本発明は、磁性被膜を有するセンサーに関するものであ
り、さらに詳細には、磁性材料からなる軸状部材に加わ
るトルク、軸状部材の回転速度、回転角などを、高精度
で測定することのできる磁性被膜を有するセンサーに関
するものである。

先行技術 磁性材料からなる軸状部材に、磁性被膜を形成し、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。たとえば、特公昭６２−６１２９号公報は、回
転体シャフトに磁歪金属を線爆溶射することによって形
成した磁歪膜と、この磁歪膜に生ずる磁歪を検出する磁
歪検出回路を備えたトルクセンサーを提案している。

しかしながら、かかるトルクセンサーにおいては、磁歪
材料自体が、センサー特性に大きな影響を与えるため、
たとえば、温度依存性や経時変化が問題となり、十分精
度良く、トルクを検出することができないという問題が
あった。

また、軸状部材の表面に磁性被膜を設け、この磁性被膜
に、磁気信号記録ヘッドによって、たとえば、矩形パル
ス状の信号を磁気的に記録し、磁気信号読取りヘッドに
よって、記録された信号を読み取ることにより、軸状部
材に加わるトルクを検出するようにしたねじれ負性に基
づくセンサーもまた知られている。

発明の解決しようとする間顕点 このようなねじれ負性に基づくセンサーにおいて、精度
良く、トルク、回転角、回転速度などを測定するために
は、磁性被膜と、磁気信号を記録する記録ヘッドおよび
磁気信号を読み取る読取りヘッドとのクリアランスが十
分に小さくなるように、記録ヘッドおよび読取りヘッド
を配置することが必要不可欠であるが、記録ヘッドおよ
び読取りヘッドを、磁性被膜に十分に近接させようとす
ると、磁性被膜とこれらのヘッドとが接触し、その結果
、記録ヘッド、読取りヘッドが損傷するおそれがあるた
め、記録ヘッドおよび読取りヘッドと磁性被膜とのクリ
アランスを小さくすることには、限界があり１、十分に
、測定精度を向上させることができないという問題があ
った。

発明の目的 本発明は、磁性材料からなる軸状部材に、磁性被膜を形
成し、磁気特性を利用して、軸状部材に加わるトルク、
軸状部材の回転速度、回転角などを、高精度で測定する
ことのできる磁性被膜を有するセンサーを提供すること
を目的とするものである。

発明の構成および作用 本発明のかかる目的は、磁性材料からなる軸状部材の表
面に、磁性被膜を形成し、さらに、該磁性被膜の表面に
、磁性材料とグラファイトからなる表面層を形成して、
磁性被膜を有するセンサーを構成することによって達成
される。

本発明によれば、磁気信号を記録すべき磁性被膜の表面
に、読取りヘッドを損傷することなく、読取りヘッドに
より削り取ることのできる磁性材料とグラファイトから
なる表面層が形成されており、しかも、この表面層は、
磁性材料を含み、それ自体、磁気信号を記録し得るので
、記録ヘッドおよび読取りヘッドを、磁気信号を記録す
べき磁性被膜と接触するおそれのない位置に配置した場
合でも、大きな信号強度で、磁気信号を記録することが
可能になり、したがって、大きな再生出力を得ることが
でき、高精度に、軸状部材に加わるトルク、軸状部材の
回転角、回転速度などを測定することが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、磁性被膜と、軸
状部材との間に、非磁性被膜が形成されている。

本発明の好ましい実施態様においては、磁性被膜と、磁
性材料からなる軸状部材との間に、非磁性被膜が形成さ
れているので、記録ヘッドによって、磁気信号を記録す
るとき、磁束は、非磁性被膜により遮断され、磁性被膜
内で終端するから、磁性被膜に記録される信号強度を十
分に高めることができ、したがって、測定時に、読取り
ヘッドによって、検出される再生出力も十分に高くなる
から、軸状部材に加わるトルク、軸状部材の回転速度、
回転角などを、高精度で測定することが可能になる。さ
らには、信号強度の大きい磁気信号を、磁性被膜内に記
録することが可能になるから、ＰＶＤ法やＣＶＤ法など
により、磁性被膜の厚みを均一に高精度に制御する必要
がなく、溶射法やメツキ法など、大気中で実施し得る被
膜形成方法により、磁性被膜を形成しても、十分高精度
の測定で可能であり、したがって、簡易にかつ短時間に
、磁性被膜を形成することができる。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、非磁性被
膜は、その端部においても、外部に露出しないように形
成されている。

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、非磁性被膜
の表面には、磁性被膜が形成され、かつ、非磁性被膜が
、その端部において、露出しないように形成されている
から、非磁性被膜が、磁性材料とともに、外部に露出し
ていることに起因して、非磁性被膜が、電気化学的に腐
食することを効果的に防止することが可能になる。

本発明の他の好ましい実施態様においては、前舵軸状部
材を回転しつつ、該軸状部材の表面に形成された前記非
磁性被膜の表面に、磁性材料、バインダーおよび溶媒か
らなる磁性塗布液を塗布して、磁性被膜が形成される。

本発明の他の好ましい実施態様によれば、磁性被膜形成
後に、表面平滑化処理を施すことなく、表面が平滑な磁
性被膜を備えたセンサーを得ることが可能になる。

本発明のさらに他の好ましい実施態様においては、磁性
被膜を溶射法により形成し、その表層部のみが、磁性材
料とフッ素樹脂の混合物を溶射し、さらに、軸状部材を
回転させつつ、２００℃乃至４００℃で加熱して、形成
される。

本発明のさらに他の好ましい実施態様によれば、フッ素
樹脂が溶融することにより、平滑な表面を有する磁性被
膜を得ることが可能になる。

本発明において、表面層に含まれる磁性材料としては、
例えば、Ｆｅ、　Ｃｏ、Ｎ１．７−Ｆｅ２Ｏ，、［：ｒ
Ｏ，、Ｆｅ３Ｏ４、バリウムフェライト、パーマロイな
どを用いることができ、とくに、Ｎ１、Ｃｏ、　ｒ−Ｆ
ｅ２０３が好ましく使用し得る。

本発明において、磁性被膜を形成する磁性材料としては
、例えば、Ｆｅ、　Ｃｏ、Ｎ１、ｒ−Ｆｅ２［］３、Ｃ
ｒＯ□、Ｆｅ５Ｌ　、バリウムフェライト、パーマロイ
などを用いることができ、とくに、ＣＯ１γ−Ｆｅ２０
３が好ましく使用し得る。

本発明において、表面層を形成する磁性材料とグラファ
イトとの混合割合は、記録ヘッドおよび読取りヘッドと
表面層が接触したとき、記録ヘッドおよび読取りヘッド
が損傷されることなく、かつ、表面層が、磁気信号の記
録層としても、機能するという条件を満足する範囲で容
易に決定することができる。

本発明において、磁性粒子間の結合力を増大させ、磁性
被膜の強度を向上させるために、上記磁性材料粒子の表
面の全部または一部を、ニッケルまたはニッケル合金に
より、被覆することが望ましい。被覆の方法は、とくに
限定されず、メツキ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、造粒法な
どが利用し得る。

本発明において、非磁性被膜を形成する非磁性材料とし
ては、たとえば、＾１．１ｎＳＣｕ、　Ａｌ２Ｏ３など
を用いることができ、とくに、製造のし易さの観点から
は、ＡＩが好ましく使用し得る。

本発明において、磁性材料、バインダーおよび溶媒から
なる磁性塗布液を塗布して、磁性被膜を形成する場合に
使用し得るバインダーとしては、たとえば、ポリビニル
アルコール、ポリビニルブチラーノペポリエチレングリ
コール、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチル
セルロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセル
ロース、ワックス、アクリル系樹脂、ボタウレタン系樹
脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。

本発明において、磁性材料、バインダーおよび溶媒から
なる磁性塗布液を塗布して、磁性被膜を形成する場合に
使用し得る溶媒としては、バインダーの種類に応じて、
たとえば、アルコール系溶媒、エステル系溶媒、ケトン
系溶媒、芳香族系溶媒などが挙げられる。

本発明において、磁性被膜、非磁性被膜の形成方法は、
とくに限定されないが、溶射法、メツキ法、スプレー塗
布法などが好ましく使用し得る。

本発明にふいて、磁性被膜、非磁性被膜の厚みは、とく
に限定されないが、通常は、５０ないし１００μ程度が
選ばれる。

実施態様および実施例 以下、添付図面に基づいて、本発明の実施態様につき、
詳細に説明を加える。

第１図は、非磁性被膜１および磁性被膜２が形成され、
さらに、磁性被膜２の表面に、表面層３が形成された軸
状部材４からなる本発明の実施態様に係るセンサー５の
一部切欠略断面図、第２図は、磁性被膜１および非磁性
被膜２の一方の端部部分の部分拡大略断面図であり、第
３図は、一対の磁気信号記録へラド６により、磁性被膜
ｌに記録された磁気信号を示す図面である。

第１図において、鉄などの磁性材料からなる軸状部材４
の表面には、形成されるべき非磁性被膜１、磁性被膜２
および表面層３の厚みの和にほぼ等しい深さを有する切
り込み部７が形成され、その切り込み部７に、まず、溶
射法あるいはメツキ法によって、非磁性被膜１が形成さ
れる。しかる後、非磁性被膜１上に、同様にして、磁性
被膜２が形成され、さらに、同様にして、磁性被膜２０
表面に、磁性材料およびグラファイトからなる表面層３
が形成される。第２図に示されるように、非磁性被膜１
の端部は、軸状部材４に形成された切り込み部７の内側
面に接してふり、また、その上表面には、磁性被膜２お
よび表面層３が形成され、非磁性被膜１は、軸状部材４
、磁性被膜２および表面層３により、外部から遮断され
、外部に露出しないように形成されている。第２図にお
いては、表面層３、磁性被膜２および非磁性被膜１の一
方の端部のみが図示されているが、他方の端部も同様に
形成されている。したがって、非磁性材料からなる非磁
性被膜１が、磁性材料からなる磁性被膜２と接した状態
で、外部に露出してはいないから、非磁性被膜１が、電
気化学的に腐食することが防止される。

こうして、非磁性被膜１、磁性被膜２および表面層３が
形成された軸状部材４よりなるセンサー５の磁性被膜１
には、一対の磁気信号記録ヘッド６によって、第３図に
示すような矩形パルス信号が、円周方向に沿って、それ
ぞれ、全周にわたって記録される。ここに、磁性被膜２
の表面には、磁性材料およびグラファイトからなる表面
層３が形成されているから、磁気信号記録へラド６を、
磁性被膜２と接触するおそれのない位置に配置しても、
十分に大きな信号強度を有する磁気信号を記録すること
ができ、さらに、本実施態様においては、磁性被膜２と
磁性材料からなる軸状部材４の間には、磁束を通さない
非磁性被膜１が形成されているから、一対の磁気信号記
録ヘッド６から発っせられた磁気信号を記録するための
磁束は、非磁性被膜１によって遮断され、磁性被膜２内
において終端する。したがって、信号強度の十分に大き
い磁気信号を、磁性被膜２内に記録することが可能にな
る。

こうして磁気信号が記録されたセンサー５に、トルクが
作用すると、第４図に示すように、一対の磁気信号記録
へラド６によって記録された矩形パルス状の磁気信号間
の位相にずれが生ずる。したがって、磁気信号記録へラ
ド６を取り除いて、その位置に、図示しない一対の磁気
信号読取りヘッドを配置して、第４図に示す磁気信号を
読み取ることにより、軸状部材４に加わったトルクを測
定することができる。ここに、上述のように、磁気信号
記録ヘッド６と、磁性被膜２との間には、磁性材料とグ
ラファイトからなる表面層が形成され、また、磁束を通
さない非磁性被膜１が、磁性被膜２と磁性材料からなる
軸状部材４０間に形成されているため、磁性被膜１内に
記録された磁気信号の信号強度は十分に大きく、したが
って、対の磁気信号読取りヘッドにより読み取られる出
力信号強度も十分に大きいから、高精度で、軸状部材４
に加わったトルクを検出することが可能になる。

また、磁気信号読取りヘッドにより、矩形パルス数を測
定することによって、軸状部材４０回転角を、さらに、
所定時間内に検出された矩形パルス数から、軸状部材４
の回転速度を測定することもできる。この場合には、単
一の磁気信号記録へラド６によって、矩形パルス状の磁
気信号を記録し、単一の磁気信号読取りヘッドにより、
磁気信号を読み取るようにしてもよいことはもとよりで
ある。

以下、本発明の効果をより一層明瞭なものにするため、
実施例の掲げる。

実施例１ 径が３０ｍｍの３４５Ｃよりなるシャフトを、回転速度
１５０ｒｐｍで回転させつつ、溶射ガンを１、５　ｍ／
ｍｉｎで送って、シャフトの表面に、粒径４４ないし１
０５μのアルミニウムを、第１表に示す溶射条件で、プ
ラズマ溶射法により溶射して、厚さ１００μのアルミニ
ウム被膜を形成し、さらに、このアルミニウム被膜の表
面に、プラズマ溶射法により、厚さ１００μのコバルト
被膜を、第２表に示す溶射条件で、形成して、サンプル
＃１を得た。

さらに、サンプル＃１のコバルト被膜の表面に、ニッケ
ル７５ｗｔ％、グラフアイ）　２５ｗｔ％からなる厚さ
３０μの表面層を、第３表に示す溶射条件で、プラズマ
溶射法により、形成して、サンプル＃２を得た。

こうして得られたサンプル＃１およびサンプル＃２を、
６００ｒｐｍで回転させつつ、ファンクションジェネレ
ータを用いて、１０３Ｈｚの周波数の矩形パルスからな
る磁気信号を、磁性被膜に記録し、その後、マンガンジ
ンクフェライトよりなるＶＴＲ用消去ヘッド（３，５０
）を、コバルト被膜の表面から５０μだけ隔てて、配置
して、磁気信号を読み取り、増幅器によって５０倍に増
幅し、さらに、５０〜１００Ｈｚのローパスフィルタに
より、５倍増幅して、得られた再生出力を求めた。

その結果、表面層が形成されていないサンプル＃１の再
生出力は、９Ｖであり、本発明の実施例に係る表面層が
形成されたサンプル＃２の再生出力は、１２Ｖであり、
表面層を形成することにより、大幅に再生出力が向上す
ることが判明した。

したがって、本実施例によれば、一対のファンクション
ジェネレータにより、信号強度の大きい磁気信号を、磁
性被膜に記録することができ、再生出力も、これに対応
して大きくなるし、また、ニッケルとグラファイトから
なる表面層が、コバルト被膜の表面に形成されているか
ら、所定の周波数の矩形パルスからなる磁気信号を、磁
性被膜に記録し、ＶＴＲ用消去ヘッドを用いて、一対の
ファンクションジェネレータにより記録された矩形パル
ス信号間の位相差を検出することにより、シャフトに加
わったトルクを、高精度で測定することが可能になるし
、また、矩形パルスの数を検出することにより、シャフ
トの回転角を、所定時間内に検出された矩形パルスの数
に基づき、シャフトの回転速度を、高精度で測定するこ
とが可能になる。

本発明は、以上の実施態様、実施例に限定されることな
く特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変
更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含される
されるものであることはいうまでもない。

発明の効果 本発明によれば、磁性材料からなる軸状部材に加わるト
ルク、軸状部材の回転速度、回転角などを、高精度で測
定することのできる磁性被膜を有するセンサーを提供す
ることが可能になる。

第１表

【図面の簡単な説明】

第１図は、非磁性被膜、磁性被膜および表面層が形成さ
れた軸状部材からなる本発明の実ＴＭＭ様に係るセンサ
ーの一部切欠格断面図、第２図は、磁性被膜および非磁
性被膜の一方の端部部分の部分拡大略断面図であり、第
３図は、一対の磁気信号記録ヘッドによって、磁性被膜
に記録された磁気信号を示す図面である。第４図は、軸
状部材にトルクが加わったときの磁気信号を示す図面で
ある。 １・・・非磁性被膜、 ２・・・磁性被膜、 ３・・・表面層、 ４・・・軸状部材、 ５・・・センサー、 ６・・・磁気信号記録手段、 ７・・・切り込み部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁性材料からなる軸状部材の表面に、磁性被膜が形成さ
   れ、さらに、該磁性被膜の表面に、磁性材料とグラファ
   イトからなる表面層が形成されたことを特徴とする磁性
   被膜を有するセンサー。