JPH03255315A

JPH03255315A - 磁気式スケール

Info

Publication number: JPH03255315A
Application number: JP5326790A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Yasue; 良彦安江; Hiroshi Kagechika; 影近　博
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1991-11-14

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、磁気目盛を用いて各種物体の移動値（変位）
や寸法を検出、測定する磁気記録式測定機等に利用され
る磁気式スケールに係わり、特にスケール本体となるべ
き磁気記録体が多層アルミニュームメツキ基体にアルマ
イト磁化膜を形成せしめた磁気式スケールに関する。

〔従来の技術〕

一般に、磁気記録式測定機、いわゆるマグネスケールは
、予めスケール本体に一定波長の正弦波や方形波等の磁
気信号が目盛として記録され、磁気読取ヘッドでその磁
気目盛を読み取って電気信号に変換することにより、被
測定物の移動量、移動位置或いは寸法を検出若しくは測
定する構成となっている。

ところで、従来、磁気記録式測定機に使用される磁気記
録体、すなわち磁気式スケールには、水平方向或いは等
方向に磁気異方性を有するものが用いられ、目盛の着磁
は水平磁化方式で行われていた。そのため、細かいピッ
チで磁気目盛を刻むことは不可能であった。

そこで、最近では、板厚方向すなわち垂直方向に磁気異
方性を有する磁性体例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石、ブ
ルニコ磁石などを利用した垂直磁化方式のものが開発さ
れている。また、アルミニュームを酸性溶液中で陽極酸
化して得られる多孔性被膜のボア（孔）中にＦｅ等の強
磁性を電析したアルマイト磁化膜も、垂直磁気異方性を
有するものとして注目されている。

このアルマイト磁化膜を磁気記録体に用いたものには、
磁気式エンコーダに応用したものがある（特開昭６３−
２６１１２号公報）。

この磁気式エンコーダは、はぼ円盤状またはリング状の
アルミニウム基体の外周部分にアルマイト磁化膜を形成
して磁気記録回転体としたもの、或いは外周部分にのみ
ほぼ円筒状のアルミニウム材を嵌め合わせた後、その上
側にアルマイト磁化膜を形成して磁気記録回転体とした
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、以上のようなアルマイト磁化膜が施されている
金属基体がアルミニウムであることから、次のような問
題が指摘されている。

■、先ず、アルミニウム基体は強度上または熱膨脹特性
上十分でなく、そのため着磁ピッチの微小化、高精度化
に限界があること。例えば薄板状のアルミニウム基体か
ら切断または打ち抜きによって得たアルマイト磁化膜を
用いた磁気記録回転体の場合、その切断、打ち抜き時の
歪みや熱によって変形が生ずる。このため２次加工なし
で用いると、磁気記録回転体と磁気センサとの距離が５
０μ■以上に設定せざるを得ないが、距離が大きくなれ
ば再生出力が急激に低下してしまう。そこで、以上の再
生出力の低下を補足するためにアルマイト磁気被膜を厚
くしてＦｅ充填量を増加させることにより残留磁束密度
を上げる方法も採り得るが、これは経済的な点で不利で
あるばかりでなく、Ｆｅ充填量は必ずしもアルマイト被
膜厚に比例して増加しないという難点がある。

■、また、低純度のアルミニウム基体を用いた場合、介
在物や不純物が強磁性物質の電析の妨げとなり、十分な
電析量を得ることができない。その結果、高純度のアル
ミニウム材を用いる必要がある。

■、また、アルミニウム基体を用いて強度を十分ならし
めるためには、アルミニウム基体に例えばマグネシウム
といった他元素を添加する方法もあるが、この場合には
ボアへの強磁性物質の電析量の減少や電析量の不均一化
を招く弊害がある。

■、アルミニウム基体では通常結晶粒界が露出している
が、陽極酸化膜にも結晶粒界が残留し、この部分にはボ
アの分布がないので強磁性物質の電析も起こらないこと
が確認されている。その結果、最終的に均一性状のアル
マイト磁化膜を得ることができない。また、結晶粒界つ
存在は着磁ピッチ数を微小化した場合、欠陥の成因とな
ることも周知の通りである。

従って、従来、以上のような原因からアルマイト磁化膜
による高精度な磁気式スケールを実現することかできな
かった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、強磁性体の
電析が均一であり、しかもノイズが少なく、また機械的
強度および熱膨脹特性にも十分に満足しうる磁気式スケ
ールを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

先ず、請求項１，２に対応する発明は上記課題を解決す
るために、アルマイト磁化膜を施した磁気記録体を有す
る磁気式スケールにおいて、原板上に形成された厚さ０
．０１〜２゜００ＪＩＩｌのＴｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ及
びＷの金属群のうち１種または２種以上の金属またはこ
れら金属群の中から選ばれた１種の金属とＺｎ、Ｆｅ、
Ｐ。

Ｍｎ及びＣｕの金属群の中から選ばれた少なくとも１種
の金属とを合成した合金層の下地と、この下地の表面に
形成された厚さ０．１〜５０．０ｊｍのアルミニウム層
またはアルミニウム合金層よりなる最外層とによって構
成された金属基体上に前記アルマイト磁化膜を形成した
ものである。

また、請求項３に対応する発明は、請求項１゜２の発明
において使用する原板はインバー合金、チタン、チタン
合金のうち何れか１種で構成されているものである。

さらに、請求項４に対応する発明は、チタン、チタン合
金からなる原板上に、厚さ０．１〜５０．０ｊｍのアル
ミニウム層またはアルミニウム合金層よりなる最外層を
施して金属基体を得るととともに、この金属基体上にア
ルマイト磁化膜を形成してなる構成である。

〔作　用〕

従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより
、下地または原板上の最外層は真空蒸着で成膜できるこ
とから、不純物の混入が少なく、大きな結晶粒界も生じ
ない。その結果、強磁性体の電析が均一となり、かつ、
ノイズの少ない高精度なアルマイト磁化膜を得ることが
できる。

また、原板がインバー合金、チタン、チタン合金の何れ
か１つによって構成されているので、強度上、熱膨脹特
性上の要請を十分に満足するアルマイト磁化膜を得るこ
とができる。

〔実施例〕

先ず、本発明の要旨となるであるアルマイト磁化膜を含
む磁気記録体の作成方法について述べ、その後、当該ア
ルマイト磁化膜を施した磁気記録体を用いた磁気式スケ
ールの構成について説明する。

（１）　アルマイト磁化膜を含む磁気記録体の作成方法
。

（ａ）　　陽極酸化処理用多層アルミニウム板金（金属
）基体の製法この製法は基本的には従来のものと同じである。

第１図に示すように、前記鍍金基体の原板１には、イン
バー合金、チタン、チタン合金の何れか１つを用いる。

このインバー合金には例えばＦｅ−ｗ６３ｖｔ％、Ｎｉ
−３２ｗｔ％、Ｃｏ−５ｖｔ％等が使用され、前記チタ
ンには市販の高純度チタンが用いられ、さらにチタン合
金としては例えばＭ　ｏ　−０，５〜１．Ｏｖｔ％、Ｏ
＋０．７５Ｃ−０，０３〜０．５ｖｔ％等が用いられる
。

この原板１の形状は薄板状のものを用い、かつ、原板１
の厚さは例えば０．８ｍｇ＋のちのを用いた。

しかして、以上のような各原板ｌ上にアーク放電型イオ
ンブレーティングによってＴｉを０．５μｍの厚さに被
覆して下地層２が形成され、さらに真空蒸着によって陽
極酸化処理用アルミニウムによる２０１ｍ被膜の最外層
３を形成し、鍍金基体を作成する。このアーク放電型イ
オンブレーティングを省略した試料も鍍金基体には変わ
りがない。

なお、以上のような種々の下地試料が上げられるが、例
えばＴｔ以外にもＮｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等の単体金属ま
たはＴｉを含むＮｉ、Ｎｂ、Ｔａ。

Ｗの１種以上との合金、或いはＴｉを含むこれらＮｉ、
Ｎｂ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種の金属とＺｎ、Ｆ
ｅ、Ｐ、Ｍｎ、Ｃｕのうち少なくとも１種の金属との合
金をもって鍍金基体とすることができ、かつ、以下に述
べる処理条件でアルマイト磁化膜を形成する限り、最終
的にはほぼ同じする。

（ｂ）　　陽極酸化処理以上のようにして鍍金基体を得たならば、引き続き、こ
の鍍金基体を硫酸洛中で陽極酸化を行って多孔性被膜を
形成する。この陽極酸化処理は、１５ｖｔ％硫酸浴（２
０±１°　Ｃ）中において３５分間の間１５Ｖの定電圧
を印加することにより行う。これによって約１５ｊｍ厚
の被膜を形成することができる。

（Ｃ）　　孔の拡大処理とバリア層の調整炭に、以上の
陽極酸化処理後、ｌｖｔ％リン酸＋５ｖｔ％スルファミ
ン酸溶液（３０±１°　Ｃ）に５分間浸漬して孔（ボア
）の拡大処理を行い、しかる後、当該溶液中でバリア層
の調整を行った。この調整は２段階からなり、第１段階
では電流密度０　、　３　ｍＡ／　ｃ−で定電流電解を
３分間行い、さらに第２段階では定電流電解を５分間行
った。

（ｄ）　　電析処理さらに、２５０　ｔｒ　／　１硫酸第一鉄＋３０ｇ／ｌ
ホウ酸浴（２５±１°　Ｃ）中で、４０分間、１２Ｖ、
５０Ｈの交流電解によってＦｅを電析してＦｅ電析部４
を形成し、アルマイト磁化膜５を得ることができる。こ
こで、電子顕微鏡によって被膜表面を観察した結果、結
晶粒界に起因する電析の不均一分布は全くなかった。

（ｅ）　　着磁処理次に、以上のようにして得られたアルマイト磁化膜材料
について、長尺状に切断・加工した後、５０Ｈｍピッチ
で着磁処理を行うことにより、第２図に示すような長尺
状の磁気記録体を得ることができる。同図において１ａ
は原板１を構成するインバー合金、２ａは下地層２を構
成するＴｉ層である。

なお、第３図に示すごとく、原板１上に直接最外層３を
形成し、この最外層３にアルマイト磁化膜５を形成した
ものを用いてもよい。

（２）　磁気式スケールの全体構成。

以上のようにして得られたアルマイト磁化膜５を施した
磁気記録体は、例えば第４図に示す同軸型磁気式スケー
ルに適用することができる。

すなわち、この磁気式スケールは、丸棒状に形成された
高透磁率材料の鉄心（基体）１１と、この鉄心１１上に
埋設されているアルマイト磁気記録体１２．１２’　と
で磁気スケール本体１３が形成されている。そして、こ
の磁気スケール本体１３は軸受部１４により軸長方向に
摺動自在に支持され、アルマイト磁気記録体１２に着磁
されている磁気格子１５（第５図参照）による信号磁界
が磁気センサ１６ａに読み取られ、さらに前記鉄心１１
に埋設されたアルマイトの原点信号用磁気記録体１２′
に着磁されている発磁部による原点信号１７が磁気セン
サ１６ｂにて検出されるようになっている。前記発磁部
による原点信号１７は前記磁気格子による測定値に絶対
原点の情報を与える。従って、この実施例ではアブソリ
ュート方式の測定を行うことができる。なお、磁気セン
サ１６ｇ、１６ｂとしては、強磁性磁気格子抵抗素子に
よる薄膜磁気検出ヘッドを用いて非接触型の測尺を行う
ものである。

従って、以上のような実施例の構成によれば、従来と比
較して次のような利点を有する。

従来のアルミニウム基体の場合には強度上十分でないた
めに着磁ピッチの微小化に限界があり、例えばマグネス
ケールの如き高精度なピッチが要求されるものには利用
できなかった。

これに対し、本実施例では、インバー合金等の如き強度
・熱膨張特性に優れた材料に陽極酸化処理用多層アルミ
板金を施した後、アルマイト磁化膜を設けるようにすれ
ば、機械的強度に優れ、熱膨脹の影響を受けにくいので
、着磁ピッチの微小化が可能となり、高精度化を図るこ
とができる。

また、従来、アルミニウム基体の強度面の欠点を補うた
めにＭｇの添加が行われる例が多かったが、陽極酸化膜
のボア中へのＦｅ電析量を多くするためには高純度なア
ルミニウムを用いる必要があり、かつ、Ｍｇ等の添加元
素や不純物はＦｅの均一な電析を妨げていた。

一方、本実施例の如く多層アルミ成金基体の場合には、
最外層のアルミニウムは真空蒸着にて成膜できるので、
不純物の少ないものとなり、均一なＦｅ電析を行うこと
ができる。

さらに、従来のアルミニウム基体の場合には粒界が存在
し、これに伴って陽極酸化膜にも粒界が残るので、均一
な性状のものが得られない。特に、着磁ピッチが微小化
するものでは、粒界による欠陥が致命的なものとなる。

しかし、本実施例では大きな粒界が生成しないために、
ボアが均一に分布した陽極酸化被膜が生成され、よって
、ノイズが少なく高精度な磁気式エンコーダを実現でき
る。

因みに、以上のような構成の磁気式スケールを用いたと
ころ、磁気センサ１６ａ、１６ｂと磁気記録体１２．１
２’　との距離を２０１Ｉｍ以下に設定しても、磁気セ
ンサ１６ａ、１６ｂは正常に動作し、非接触で正確に副
尺することができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、次のような種々の
効果を奏する。

先ず、請求項１，２の発明においては、多層アルミニウ
ム金属基体上にアルマイト磁化膜を形成したので、強磁
性体の電析が均一となり、ノイズの少ない高精度磁気式
スケールを提供できる。

次に、請求項３，４の発明においては、金属基体の原板
がインバー合金、チタンまたはチタン合金で構成したの
で、機械的強度に優れ、かつ、熱膨脹特性にも十分に満
足しうる磁気式スケールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明に係わる磁気式スケールの
実施例を説明するために示したもので、第１図はアルマ
イト磁化膜を施した磁気記録体の断面図、第２図は一具
体例としての磁気記録体の構成図、第３図はアルマイト
磁化膜を施した他の磁気記録体の断面図、第４図は一実
施例としての同軸型磁気式スケールの構成図、第５図は
第４図の磁気式スケールの断面図である。１・・・原板、２・・・下地層、３・・・最外層、５・
・・アルマイト磁化膜、１１・・・鉄心、１２．１２’
・・・磁気記録体、１３・・・磁気スケール本体、１４
・・・軸受部、１５・・・磁気格子、１６ａ、１６ｂ・
・・磁気センサ、１７・・・原点信号。第１図第４図第２図第５図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルマイト磁化膜を施した磁気記録体を有する磁
気式スケールにおいて、前記アルマイト磁化膜が、原板上に形成された厚さ０．０１〜２．００μｍのＴｉ
、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷの金属群のうち１種または２
種以上の金属からなる下地と、この下地の表面に形成さ
れた厚さ０．１〜５０．０μｍのアルミニウム層または
アルミニウム合金層よりなる最外層とによって構成された金属基体上に形成されていることを
特徴とする磁気式スケール。
（２）アルマイト磁化膜を施した磁気記録体を有する磁
気式スケールにおいて、前記アルマイト磁化膜が、原板上に形成された厚さ０．０１〜２．００μｍのＴｉ
、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷの金属群の中から選ばれた少
なくとも１種の金属とＺｎ、Ｆｅ、Ｐ、Ｍｎ及びＣｕの
金属群の中から選ばれた少なくとも１種の金属とを合成
した合金層の下地と、この下地の外側に形成された厚さ
０．１〜５０．０μｍのアルミニウム層またはアルミニ
ウム合金層よりなる最外層とによって構成された金属基体上に形成されていることを
特徴とする磁気式スケール。
（３）原板は、インバー合金、チタン及びチタン合金の
うち何れか１つによって構成されていることを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の磁気式スケール。
（４）アルマイト磁化膜を施した磁気記録体を有する磁
気式スケールにおいて、前記アルマイト磁化膜が、チタン、チタン合金からなる原板と、この原板上に形成
された厚さ０．１〜５０．０μｍのアルミニウム層また
はアルミニウム合金層よりなる最外層とによって構成された金属基体上に形成されていることを
特徴とする磁気式スケール。