JPH04207001A - 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】 （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、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
を高精度で測定するようにしたものに関する。

（従来の技術） 一般に、軸状の基材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
に磁気信号が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司法
の２種類が存在する。

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。

一方、ねじれ司法においては、システム自体が大型とな
り易いため、例えば、特開昭６１−５３５０４号公報示
すように、輪状の基材の表面に磁性材料をコートして磁
性皮膜を形成し、その磁性皮膜に磁気信号を記録するこ
とにより、磁気読取りヘッド（エンコーダ）を用いて基
材（磁性皮膜）に加わるトルク、回転角１回転速度など
を測定する方法が従来より知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の如きねじれ司法に基づくセンサにおい
て、基材に作用するトルク、回転角及び回転速度などを
精度良く測定したいという要求がある。その場合、測定
時の再生出力電圧が高められるようにすれば良いのであ
るか、基材の表面に直に磁性皮膜が形成されていると、
測定時に磁気読取りヘッドにより磁気信号を読取る際に
磁束が基材の内部を通過してしまい、再生出力電圧が低
下するという問題を有している。

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、基材の表面と磁性皮膜との間に、非磁性
材料よりなる非磁性皮膜を効果的に介在させることによ
り、測定時の再生出力電圧を向上させようとするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）の発明が講じた
解決手段は、磁性皮膜を有するセンサとして、基材の表
面に非磁性材料からなる非磁性皮膜を形成し、該非磁性
皮膜の表面に磁気信号の記録可能な磁性材料からなる磁
性皮膜を形成する。さらに、上記非磁性皮膜を、所定の
気孔率を有してポーラスに形成する構成としたものであ
る。

また、請求項（２）の発明が講した解決手段は、非磁性
皮膜の気孔率を５〜１０％にする構成としたものである
。

（作用） 上記の構成により、請求項（１）に係る発明では、所定
の気孔率を有してポーラスに形成された非磁性皮膜か、
基材の表面と磁性皮膜との間に設けられているので、透
磁率か低い空気を非磁性皮膜に含んた空孔（気孔）ても
って、磁気信号を磁気読取りヘッドにより読取る測定時
に磁束か基材の内部側を通過することを防止して非磁性
皮膜の磁束密度を効果的に低下させることができる。

また、請求項（２）に係る発明では、非磁性皮膜の気孔
率が５〜１０％であるので、気孔により測定時における
磁性皮膜の再生出力電圧を高めつつ、非磁性皮膜の基材
に対する密着性、及び非磁性皮膜に対する磁性皮膜の密
着性が気孔を設けたことにより低下するのがそれぞれ抑
制される。

（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第１図および第２図にお
いて、１は周知の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鉄製のタ
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
間隔隔てて互いに全周に及ぶ非磁性材料よりなる非磁性
皮膜５゜５が溶射法などにより形成されている。また、
上記非磁性皮膜５，５の表面には、磁性材料よりなる磁
性皮膜３，３が溶射法などにより形成されている。さら
に、上記非磁性皮膜５，５は、５〜１０％の気孔率を有
してポーラスに形成されている。

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。この場合、磁性皮膜３．３への磁気信号
の書込みは、６００　ｒｐｉ、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、第３図に示すよう
な矩形パルス信号（記録信号Ａ及び記録信号Ｂ）か全周
に亘って１５Ｖて書込まれ、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か配置される。

そして、タービンシャフト２にトルクか作用すると、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の検出信号か個別の
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。

ここで、上記磁性皮膜３，３の原材料としては、鉄、コ
バルト、ニッケル、酸化鉄（Ｆｅｄ、　　γ−Ｆｅ２Ｏ
３、Ｆｅ３０４　）　、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され、特に、コバルト、酸化
鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）が好ましく使用し得る。また、上
記非磁性材料５，５としては、アルミニウム、亜鉛、銅
、酸化アルミニウム（Ａ１２０３）などの中から適宜選
択され、特に、製造の容易性からアルミニウムが好まし
く使用し得る。

また、上記非磁性皮膜５，５の形成法としては、上述し
た溶射法の他に、スプレー法、焼結法などが用いられ、
非磁性皮膜５，５をポーラスに形成する上で、非磁性材
料としては粒径の大きな粉末、又は有機バインダを混在
させた形で使用される。

また、磁性皮膜３．３の形成法としては、上述した溶射
法の他に、メツキ法、スプレー法などが用いられる。

その際、非磁性皮膜５，５の気孔率を５〜１０％にした
のは、１０％以上では空孔が多過ぎてタービンシャフト
及び磁性皮膜に対する非磁性皮膜の密着率か十分に発揮
できないからであり、一方、５％未満では非磁性材料の
磁束密度を十分に低くできないからである。

また、上述した磁性皮膜３は、自動車、工作機械及び産
業用ロボットなとのメカトロニクス分野で幅広く用いら
れる。

したかって、上記の如くセンサ１によれば、気孔率を５
〜１０％有してポーラスに形成された非磁性皮膜５．５
か、タービンシャフト２の表面と磁性皮膜３，３との間
に設けられているので、透磁率が低い空気を非磁性皮膜
５，５に含んた空孔（気孔）でもって、磁気信号を磁気
読取りヘッド４．４により読取る測定時に磁束がタービ
ンシャフト２の内部側を通過することを防止して非磁性
皮膜５，５の透磁率を効果的に低下させることができ、
磁性皮膜３，３の再生出力電圧を向上させることができ
る。

しかも、非磁性皮膜５．５の気孔率が５〜１０％である
ことから、上記の如く気孔により測定時における磁性皮
膜５，５の再生出力電圧を高めつつ、非磁性皮膜５．５
のタービンシャフト２に対する密着性、及び非磁性皮膜
５，５に対する磁性皮膜３，３の密着性か気孔を設けた
ことにより低下するのか効果的に抑制できる。

次に、上記磁性皮膜３，３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、溶射粉末としてアルミニウム粉末などの非磁性原
料粉末を用いて、溶射条件Ａｒ−Ｈ２／３５ｋＷに基づ
くプラズマ溶射法により、直径３０ｍｍの鉄製のシャフ
ト部材２の表面に、表１に示す試料Ｓ１〜Ｓ１の如く膜
厚及び気孔率を適宜変更した非磁性皮膜を形成する。次
いて、溶射粉末として酸化鉄粉末などの磁性原料粉末を
用いて、溶射条件Ａ　ｒ　−Ｈ２／　３５ｋＷに基づく
プラズマ溶射法により、上記非磁性皮膜の表面に、同じ
く表１に示す試料Ｓ１〜Ｓ５の如く膜厚を適宜変更した
磁性皮膜を形成する。

また、比較例として、表１に示す試料８６〜Ｓ８のよう
に、非磁性皮膜を形成しない試料Ｓ６、又は非磁性皮膜
の気孔率を５％未満（１％）とした試料Ｓ７、さらに非
磁性皮膜の気孔率を１０％以上（１２％）とした試料Ｓ
８をそれぞれシャフト部材と磁性皮膜との間に形成する
。

しかる後、ファンクションジェネレータを用１．１で、
磁気信号記録ヘッドを、毎分６００　ｒｐｍ、で回転す
るシャフト部材の磁性皮膜に接触させた状態で矩形波を
１５Ｖにて書き込む。

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（磁性皮膜）に対応するよう、磁気信号
読取りへ・ソドと磁性皮膜との間（こ１００μｍのクリ
アランスを確保し°Ｃ配置し、この磁気信号読取りヘッ
ドにより、表２に示す測定条件に基づいて磁性皮膜の磁
気信号を測定し、表３に示す結果を得た。

表２ 表３ このように、気孔率を５〜１０％とした非磁性皮膜をシ
ャフト部材と磁性皮膜との間に介在させた本発明の試料
８１〜Ｓ５は、比較例の非磁性皮膜を設けない試料Ｓ６
、及び非磁性皮膜の気孔率を１％とした試料Ｓ７に比し
て、インピーダンスアナライザにより測定した非磁性皮
膜の透磁率が大巾に低下して磁性皮膜の再生出力電圧が
向上している。また、非磁性皮膜の気孔率による密着強
度は、比較例同士を比較した際に非磁性皮膜の気孔率を
１２％とした試料Ｓ８が非磁性皮膜の気孔率を１％とし
た試料Ｓ７に比して大幅に低下しているが、本発明の試
料８１〜Ｓ５と、非磁性皮膜の気孔率を１％とした試料
Ｓ７及び非磁性皮膜の気孔率を１２％とした試料Ｓ８と
の比較では、本発明の試料８１〜Ｓ５が非磁性皮膜の気
孔率を１２％とした試料Ｓ８はど密゛着強度が低下して
いない。すなわち、本発明の試料８１〜Ｓ５は、磁性皮
膜の再生出力電圧を目標とする３Ｖまで向上させつつ、
気孔率による密着高度が目標とするＩＫｇｌ劇−２以下
に低下することを抑制していることが確認できた。

また、非磁性皮膜の膜厚を比較すると、非磁性皮膜の膜
厚を１００μｍにした試料Ｓ３に比して非磁性皮膜の膜
厚を１５０μｍにした試料Ｓ４の透磁率の方が若干低下
して磁性皮膜の再生出力電圧が上回っていることが確認
できたものの、両試料Ｓ３．Ｓ４の効果はほぼ同じとみ
なせる。また、磁性皮膜の膜厚を比較すると、磁性皮膜
の膜厚を１００μｍにした試料Ｓ３に比して磁性皮膜の
膜厚を５０μｍにした試料Ｓ５の透磁率の方か若干低下
しているものの、磁性皮膜に働く磁気モーメントの量か
減少して再生出力電圧としては下回っていることが確認
できた。

尚、上記実施例では、アルミニウム製のタービンシャフ
ト２を用いたか、鉄系などの磁性材料からなるタービン
シャフトを用いても良く、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。また、上記試験例では、鉄
製のシャフト部材を用いたが、アルミニウムなどの非磁
性材料からなるシャフト部材を用いても良い。

（発明の効果） 以上の如く、請求項（１）に係る発明の磁性皮膜を有す
るセンサによれば、基材の表面と磁性皮膜との間にポー
ラスな非磁性皮膜を介在させたので、透磁率か低い気孔
により透磁率を効果的に低下させた非磁性皮膜でもって
、測定時に磁束か基材の内部側を通過することを防止し
て、磁性皮膜の再生出力電圧を向上させることができる
。

また、請求項（２）に係る発明の磁性皮膜を有するセン
サによれば、非磁性皮膜の気孔率を５〜１０％としたの
で、気孔による測定時の磁性皮膜の再生出力電圧を高め
つつ、非磁性皮膜の基材及び磁性皮膜に対する密着性の
低下を効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は磁性皮膜
を有するセンサのシステム説明図、第２図は実施例にお
ける磁性皮膜の断面図、第３図は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、第４
図は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である。 １・・・センサ ２・・・タービンシャフト（基材） ３・・磁性皮膜 ５・・非磁性皮膜 特　許　出　願　人　　　　　マツダ株式会社−丁′−
代　　　　理　　　　人　　　　　　　前　１）　　弘
　　　　＝。 ほか１名 １・・センサ ２・・・タービンシャフト（基材） ３・・磁性皮膜 ５　非磁性皮膜 第１図 妃鈴イ言号Ａ イ立オ目速【１８号 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材の表面に非磁性材料からなる非磁性皮膜が形
   成され、該非磁性皮膜の表面に磁気信号の記録可能な磁
   性材料からなる磁性皮膜が形成されており、該非磁性皮
   膜は、所定の気孔率を有してポーラスに形成されている
   ことを特徴とする磁性皮膜を有するセンサ。
2. （２）非磁性皮膜の気孔率は５〜１０％である請求項（
   １）記載の磁性皮膜を有するセンサ。