JPS6283620A - 磁気目盛 - 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、変位量や変位速度等の測定に用いられる磁気
目盛に係り、特にピストンロッド等の機・袖的強度が求
められる材料に直接形成し７得て、その変位諸量を測定
するに好適な磁気目盛に関するものである。

〔従来技術とその間頌点〕

磁気目盛は、金属材等の基体表面に目盛部と（７て磁気
的性質の異なる線条又は帯状の磁気的変質部を規則的に
配列形成し、その表面に磁気センサーを近接対峙させ、
磁気センサーにより前記目盛を読取ることによって、基
体と磁気センサーとの相対変位を測定するものである。

目盛の読取り感度は変質部と非変質部との磁気的性質の
差が大であるほど高くなり、一般に、基体を磁性材とし
、変質部を空隙溝とすることにより最大感度（例えばピ
ークツーピークで７００ｍＶ）が得られるとされている
。

しかし、ピストンロッドや案内軸等のように摺動使用さ
れる表面部に７？ｒ俄目盛を形成しようとする場合は、
表面の平滑性が要求されるため、上記のような空隙方式
を適用することはできない。

特開昭５７−１６３０９号には金属材料表面に高エネル
ギービームを照射！−で局部的に熱処理し、磁気的に変
質させて目盛を付ける方法が示されている。この方法は
簡便であるが、一般的には母材部（基体部）と熱処理部
の感慨特性の差が小さくて高価な検出装置が必要となっ
た。す、あるいは検出の信頼性が低いのが欠点である。

この対策としては、Ｆｅ　２５％、Ｎｘ　７５％金合金
ど非常に高価な磁性材料を適用する例が示されているが
、これは高価なだけでなく強度や耐摩耗性はあまシ望め
ず、用途上の制約が多い上、磁気特性も完全とけどい難
い。

すなわち、理論上は空隙溝において最大の磁気出力が得
られることはすでに述べ九が、空隙溝は言いかえれば非
磁性体を意味するのであって、要するに強磁性体と非磁
性体を組合せたものが磁気目盛としては最良であること
を示している。ところが上記公報におけるＦｅ、　Ｎｉ
、合金の場合は母材部（基体部）、熱処理部とも強磁性
体であって、単にそれらの透磁率の差によって目盛を形
成しているから、必ずしも理想的な組合わせとは言い難
いのである。

また、特開昭５８−７５１７号公報に示され友ように、
金属材の表面に化学メッキにより、Ｎ１およびＰ？主成
分とする薄膜（０，２〜０．３Ｎ厚）を形成して基体と
し、この基体の薄膜を部分的に通電加熱したり、あるい
はレーザ等の粒子線により加熱して、その薄膜に磁電的
変質部を所定間隔て形成するようにしたものが知られて
いる。

しかしながら、このようなＮ１およびＰを主成分とする
メッキ薄膜に、加熱処理を施して変質部を形成したもの
によれば、目盛の読取り感度が比較的低いため、Ｓ／Ｎ
比が悪いという欠点があり、感度を高めるためには薄膜
をかなり厚くしなければならず、経済的に問題がある。

また、磁気目盛表面に耐摩耗性が要求される場合には表
面にクロームメッキ等の附摩耗頃を施す必要があり、こ
れによって加工工程が複雑になるという欠点がある。

さらに、加熱処理されたメッキ薄膜にクラック等の損傷
が発生するおそれがある。′ 本発明は、これら従来技術における問題点を全て解決し
た、Ｓ／Ｎ比が高くてしかも加工性、経済性に優れ、更
に耐摩耗性を含めた機械的強度も高い磁気目盛を提供す
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の磁気目盛は、基体が冷間加工誘起変態によるマ
ルテンサイト組織を１０％以上含む強磁性体のオーステ
ナイ）　Ｎ４であり、目盛部が局部的な溶融処理による
非磁性のオーステナイト組織である。

〔作用および効果〕

オーステナイト鋼の一部は、溶体化熱処理を受けること
により完全オーステナイト組織を生成し、非磁性を示す
が、その後の冷間加工により加工誘起変態を生じてマル
テンサイト組織を生成し、強磁性化する。この種の銅は
準安定オーステナイト鋼と呼ばれ、冷間加工によシ強磁
性化したものを再度、溶体化熱処理することにより完全
オーステナイト組織となり、非磁性となる。

本発明は、冷間加工により強磁性化されたこの準安定オ
ーステナイト鋼をＶ′ｉ気目盛の基体となし、その一部
を溶融処理にて非磁性化することにより目盛部となした
ものである。

不発明によれば、０基体が強磁性、目盛部が非磁性、す
なわち理想的な強磁性と非磁性の組合せである友め、Ｓ
／Ｎ比が高い。■一般的なオーステナイトステンレス鋼
が素材として使用できるため、低コストである。■強磁
性化のための冷間加工が基体の強度向上に寄与する。■
目盛部をｌ各部処理にて形成するため、目盛部が非磁性
であるにもかかわらず、切欠部を設けるような強度低下
がなく、ピストンロッドのような機械的強度を必要とす
る材料に好適となる。■目盛部の形成の際に材料が浴融
するまで温度を上げ得るので、温度管理が容易で生産性
も良好である。

〔具体的説明〕

不発明において、基体鋼として使用されるオーステナイ
ト鋼は、重体化熱処理後の状態では完全オーステナイト
組織であって、かつ冷間加工によって加工誘起変態を生
じてマルテンサイト組織が生成する準安定オーステナイ
）Ｅであり、具体的にはＮ１、Ｃｒ場合によυ更にＭｎ
、　Ｍｏ５Ｎを含有するステンレス鋼において、下式で
求まるΔＮ１が−７を超え２未満であるようなものが好
適である。

ΔＮ’１＝Ｎｉ−４（Ｃｒ＋１．５Ｍ０−２０）２／１
゜−０，５Ｍｎ−ａ＋（Ｃ＋Ｎ）＋ＩＦ）　　（ただし
重量％）ΔＮ１が一７以下ではオーステナイト組織が不
安定になり、使用中のわずかの変形や、寒冷地での温度
低下などで目盛部が再変熊するため磁気目盛としては使
用上不都合となる。２以」二では逆にオーステナイト組
織の安定Ｊｙが高く、加工語気変態が事実上、起らなく
なるため、本発明には使えない。

基体鋼において、冷間加工誘、起変態によるマルテンサ
イト組織を１０％（体積％）以上としたのは、１０％未
満では強磁性化が不充分で目盛読取りのＳ　／　Ｎ比が
不足するからである。上限は磁気的な面からは特に限定
の必要がないが、４０％を超えると、材ｑが脆化し加工
中に割れが発生し易くなる外、使用上も好ましくないの
で、実際上はこれ以下にするのが望ましい。

冷間加工としては、冷間圧延、冷間引抜き、冷間押出し
、温圧加工等、加工の種類を問わないが、太径丸棒（４
０〜１００靭ｆ程度）においては矯正加工の方が加工荷
重が小さくて好ましい。一般的には、加工度を上げると
マルテンサイト変Ｂ量が増し、飽和磁気強さが下がって
来るので、磁気目盛として好適となる。

目盛部を形成するための溶融処理としては、基体表面の
所定の位置にレーザービーム、電子ビームまたはその他
の高エネルギービームを照射するのが、位置精度、加工
工数、熱影響部の防止の関係から好ましい。

この溶融処理においては、表層のみを融解させればよい
。磁気目盛においては、目盛部、すなわち融解部に比し
て基体部分の体積が圧倒的に大きいので、融解部は急速
に凝固冷却し、非磁性化する。また、この溶融処理は、
溶融しさえすれば良いものであるから、温度管理に厳密
さを要せず、しかも溶融したかどうかは目視で判断でき
るから、全体として処理操作が極めて容易である。

なお、オーステナイ）Ｍの温体化熱処理とは、１０００
〜１１００°Ｃ程度の温度に加熱保持後急冷することに
より、加工組織を再結晶させ、また種種の析出物を固溶
させる処理で強度や謝金性、磁気特性等を調整するもの
である。

また、加工誘起変態とは、溶体化処理では室温でオース
テナイト組織であるが、これに冷間塑性変形を与えると
、オーステナイトの一部がマルテンサイトに変態する現
象である。

〔実施例〕

箸１表に示す成分金有する熱間圧延棒鋼を１０５０°Ｃ
の温度で温体化熱処理を施し、冷間引抜き、および矯正
を行い、さらに表面研磨加工を施して直後２０聰ｆのピ
ストンロッドを得た。なお、矯正は２０−ルによる繰返
し曲げ矯正法によった。

第　　　　１　　　　表 ついで、このピストンロンド外周軸方向に、一定の間隔
で一定幅のリング帯状の領域（間隔２眉１、ｉ７ｉ　１
　ＷＩｌ）を設定し、この領域をレーザにより素材の融
点以上に加熱処理して非磁性体を形成した。

このとき熱処理条件は、スポット径１頭出力１聰の炭酸
ガスレーザを用い、加工速度をＯ−５ｍ／ｍｉｎで融解
深さ０．１〜０．２靭であった。

このように構成される不発明磁気目盛を付設したピスト
ンロッドの表面に磁気センサーを近接対峙させて測定し
比。

第１９図は不発明磁気目盛を付設したピストンロッドの
一部断面を示す図である。（１）は基体、〈２）は非磁
性体、（３）は磁気センサーである。

これらピストンロッドの特性ならびに測定結果を第２表
に示す。

第　　　　２　　　　表 ［− 第２表から明らかのように、減面率５Ｘ以上の冷間引抜
きによシ引張強さが著しく増大し、ビストンロッドとし
て好適になり、かつ透磁率が約２０以上の強磁性体とな
っている。また、減面率２０．９６以上のものを磁気セ
ンサーで測定したところ、ピークからピークで６００ｍ
Ｖ以上の出力信号を得ることができた。この債は、前述
した空隙方式のものに匹適し、従来のメッキ薄膜のもの
の７倍以上に達している。

このことは、磁気目盛の構成として強磁体と非磁性体の
組合わせが最も効果的であって、特開昭５８−７５１７
号あるいは、特開昭５７−１６　：ｄ　０９号に開示さ
れている強磁性体同志の組合わせよシすぐれていること
を示している。

また、第２表より、冷間矯正を組合わせるとさらに強磁
性化が進み、その結果センサーの往復での出力差、すな
わちヒステリシスが減少する効果があって、磁気目盛に
一層好適となる。

さらに、冷間矯正は材料の寸法を変えずに塑性変形を加
えることができ、その加工荷重も比較的小さいからかな
り大径のものにも適用できる利点もある。

ま念、不実施例においては、炭酸ガスレーザにより加熱
処理を施したが、要は所定の領域を素材の融点以上に、
局所的に加熱することが要件であシ、他の電子ビームの
如き粒子線あるいは通電加熱によっても同一の効果が得
られることは言うまでもない。

またさらに、不実施例では棒材を引抜き、矯正し、表面
を円周上に帯状に目盛を付与する例を示したが、棒状以
外の板材や管材でも全く同様であり、ただそれぞれの材
料形状に応じて圧延その他の加工法を選択すれば同じ効
果が得られることはＥつまでもない。−！、た目盛形状
も任意の形状が可能である。

そして次に、不発明を適用してなる磁気スケ−）ｖを有
するピストンロッドの具体的な変位検出装置の一実施例
を第２図、第３図に示し、不発明により奏される効果を
説明する。

第２図に示すように、流体圧ピストンシリンダ（２１）
は、シリンダ（２２）と、これに挿入されたピストン（
２３）と、これに直結され定ピヌトンロツド（１１）と
からなる。このピストンロッドα１）は前記第１図図示
実施例と同一に形成され、目盛としての磁気的変質部（
２）のピッチはＰ、非変質部α］の幅はＱ、（Ｑ。

ｍ−）とされている。ピストンロッドα℃の外周面に一
定の間隙を保持ζせて、且つ軸方向にδずらして、２つ
の磁気セスサー（２Ａ）（２Ｂ）が配設されている。こ
のように２つのセンサーをずらして配置するのは、ピス
トンロッドα刀の変位方向を検知するためであり、δは
次式（１）を満足するように定められる。

ここで、ｎ−０，１，２、・・・・・・また、磁気セン
サー（２Ａ）（２Ｂ）から出力される信号ＳＡ、　ＳＢ
は、第４図（ａ）に示す正弦波状のものとなっておシ、
これらの信号は第３図に示すように波形整形回路（ハ）
に入力されている。ここで波形整形された信号ＳＡ、　
ＳＢは第４図（ｂ）に示す矩形波状のものとなり、一方
は直接変位方向弁別回路（ホ）に入力され、他方はパル
ス発生回路（至）に入力され、ここにおいて第４図（Ｃ
）に示すパルス信号ＳＡＰが形成される。このパルス信
号ＳＡＰは変位方向弁別回路（至）において、単極性の
信号ＳＡＰとされ、変位方向弁別信号りとともにパルス
計数回路＠に入力されている。パルス計数回路曽は前記
パルス信号Ｓ’ＡＰを変位方向弁別信号りに基づいて加
算又は減算計数し、ピストンロッド圓の変位量Ｘを出力
するようになっている。

このように構成される変位検出装置にあって、磁気セン
サー（２Ａ）（２Ｂ）から出力される信号、ＳＡ、ＳＢ
の振幅中心は、通常、第４図（ａ）に示すように刃レベ
ルからεだけずれｔものとなっている。したがって、零
レベルを基準に波形整形回路（ハ）において波形整形さ
れた信号ＳＡは、第４図（至）に示すように、ピッチｐ
は同じであるが、これに対する矩形波の谷長ｑばεに応
じて変化してしまうことになる。いま、信号ＳＡの振中
冨をａとすると、シル比は次式（２１によシ表わすこと
ができる。

つまり、ａが一定であるとすれば、εが大きい程パルス
信号Ｓ’ＡＰのパルス周期は、第４図（Ｃ）に示すよう
に不揃いとなってしまう。その結果、変位量Ｘの検出分
解能、即ち検出精度が悪くなるということになるのであ
る。

ところが、不実施例によれば、従来の磁気スケールに比
べて振幅ａが約７倍以上になることから、（１／ｐ！、
となる。し念がって、ｑ／Ｉ）比が大幅に改善され、検
出精度が向上されるという効果が得られるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明磁気目盛を付設しｔピストンロッドを一
部断面で示した側面口、第２図乃至第４図は同ロッドを
有する変位検出装置の一例についてその構造作用を示す
説明図である、 図中、１：基体、２：非磁性体、３：磁気センサー。 出願人　　住友金属工業株式会社 第　　１ｍ 第　　２　　図 第３図 一−１−− 第４図 （Ｇ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体が冷間加工誘起変態によるマルテンサイト組
   織を１０％以上含む強磁性体のオーステナイト鋼であり
   、目盛部が局部的な溶融処理による非磁性のオーステナ
   イト組織であることを特徴とする磁気目盛。