JPH0679483A - 磁束透過用複合磁気部品、磁束透過用複合磁気部品の製造方法、および磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄系材料の磁束透過用複合磁気部品におい
て、強度を高め、コストおよび製造工数を低減し、精度
の高い計測を可能にすること。 【構成】 Ｓ４５Ｃの母材１に炭酸ガスレーザ３をＮｉ
−Ｃｒを加えながら照射することにより物性改質して非
磁性領域を形成した磁束透過用複合磁気部品を磁束制御
部材を一方の部材Ｏに配設された出力部材５を構成する
磁石スケール５Ｓと他方の部材に配設された磁気センサ
６を構成する磁気抵抗素子６１との間に配設した磁気セ
ンサ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気スケールその他の
磁気的信号を出力する出力部材が出力する磁束その他の
磁気的信号を磁気センサに有効に透過させる磁束透過用
複合磁気部品、磁束透過用複合磁気部品の製造方法、お
よび磁束透過用複合磁気部品を備えた磁気センサ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の図８に示す例えば出力部材Ｂとし
ての磁気的に目盛を形成した磁気スケールＪと磁気セン
サＳの間に配設され磁束（図８中破線で示す）を透過さ
せる磁束透過用複合磁気部品としては、図９および図１
０に示すように軟磁性の母材Ｍに対して非磁性領域に対
応する非磁性材より成る部材ＨＢを接合するものがあっ
た。

【０００３】また他の従来の磁束透過用複合磁気部品と
しては、図１１に示すように磁気センサに対応する部分
だけでなく部品全体を非磁性材ＨＢで構成するものがあ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の磁束透過用
複合磁気部品は、図１２に示すように非磁性材の部材Ｈ
Ｂを母材Ｍに対して接合するものであるため、接合部Ｂ
Ｄに切欠Ｋが存在するため強度が劣るという問題があっ
た。

【０００５】また、他の従来の磁束透過用複合磁気部品
は、部品全体を非磁性材で構成するものであるため、例
えばＳＵＳ３０４の場合は、通常の鉄系材料の約４倍の
コストになるため、コスト面の問題があった。

【０００６】そこで本発明者らは、鉄系材料の磁束透過
用複合磁気部品の磁気センサに対向する部分を物性改質
して非磁性化するという技術的思想に着眼し、強度を高
めコスト面の問題を解決するという目的を達成する本発
明に到達した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の磁束透過用複合磁気部品は、磁気的信号
を出力する出力部材と出力部材に対向して配置され磁気
的信号を検出する磁気センサとの間に配置された磁性部
材であって、少なくとも磁気センサに対向する部分の物
性改質により磁束透過用の非磁性領域を一体に形成した
ものである。

【０００８】本発明（請求項２に記載の第２発明）の磁
束透過用複合磁気部品の製造方法は、鉄系磁性材料より
成る部材の少なくとも磁気センサに対向する部分に対し
て少なくともＮｉを含む材料を加えつつレーザ照射する
ことにより、磁束透過用の非磁性領域を一体に形成する
ものである。

【０００９】本発明（請求項３に記載の第３発明）の磁
気センサ装置は、磁気的信号を出力する出力部材と、出
力部材に対向して配置され磁気的信号を検出する磁気セ
ンサと、出力部材と磁気センサとの間に配置される部材
であって、少なくとも磁気センサに対向する部分に対し
てエネルギ線を照射することにより磁束の透過用の非磁
性領域を一体に形成した磁束制御部材とから成るもので
ある。

【００１０】

【作用】上記構成の第１発明の磁束透過用複合磁気部品
は、出力部材が出力する磁気的信号である磁束を、磁気
センサに対向する部分を物性改質した非磁性領域により
容易に磁気センサへ透過させるものである。

【００１１】上記構成の第２発明の磁束透過用複合磁気
部品の製造方法は、磁束透過用複合磁気部品を構成する
鉄系磁性材料より成る部材の少なくとも磁気センサに対
向する部分に対してＮｉを加えつつレーザ照射すること
により、磁束透過用の非磁性領域を形成するものであ
る。

【００１２】上記構成より成る第３発明の磁気センサ装
置は、出力部材が磁気的信号として例えば磁束を出力
し、出力部材と磁気センサとの間に配置される磁束制御
部材の磁気センサに対向する部分にエネルギ線の照射に
より形成された非磁性領域より出力部材が出力した磁束
を容易に透過し、磁気センサが透過された磁束を検出す
るものである。

【００１３】

【発明の効果】上記作用を奏する第１発明の磁束透過用
複合磁気部品は、出力部材が出力した磁気的信号の一例
である磁束を物性改質によって形成された非磁性領域に
より容易に透過させて磁気センサに供給するので、磁気
センサにより磁束その他の磁気的信号の変化の検出を可
能にするとともに、磁気センサに対向する部分の非磁性
領域は母材の物性改質により形成されたものであるた
め、従来の接合により非磁性領域を形成するのに比べ切
欠が無いので強度が高いことに加え、母材は鉄系一般材
の使用が可能であり従来の母材を非磁性材にするのに比
べコストを低減するという効果を奏する。

【００１４】上記作用を奏する第２発明の磁束透過用複
合磁気部品の製造方法は、鉄系磁性材料部材の磁気セン
サに対向する部分に少なくともＮｉを加えつつレーザ照
射することにより非磁性領域を形成することができるの
で、従来の磁気センサに対向する部分に非磁性部材を配
置して、これを他の軟磁性部材と接合するのに比べ作業
工数が少なく、製品の仕上がりが良く、強度が高いとい
う効果を奏する。

【００１５】上記作用を奏する第３発明の磁気センサ装
置は、出力部材が出力した磁束を磁束制御部材のエネル
ギ線の照射によって形成された非磁性領域により容易に
透過させて磁気センサに供給するので、磁束その他の変
化を有効に検出して精度の高い計測を可能にするととも
に、磁束制御部材が従来に比べ強度が高いので、荷重が
作用するような使い方も可能であり、コストも低減する
という効果を奏する。

【００１６】

【実施例】次に本発明（第１ないし第３発明）の実施例
について図面を用いて説明する。

【００１７】（第１実施例）第１実施例の磁束透過用複
合磁気部品は、第１発明の実施例であり、図１、図３お
よび図４に示すように、軟磁性材のＳ４５Ｃの縦１０m
m、横１０mm、厚さ１０mmの母材１に後述する磁気セン
サに対応する位置であって磁気センサの面積より大きな
矩形領域の母材１を厚さ方向全域に亘り、物性を改質し
て非磁性化し、縦１０mm、横１０mmの非磁性領域２を一
体に形成したものである。

【００１８】非磁性領域２の厚さ方向に磁束その他の磁
気的信号の透過を促進して磁気センサに供給するいわゆ
る磁気窓を構成するものである。

【００１９】上記構成より成る第１実施例の磁束透過用
複合磁気部品は、磁気センサに対応する部分の母材１の
物性改質により非磁性領域２を形成するものであるた
め、従来の接合により非磁性領域を形成するのに対して
切欠が存在しないので強度が高いため荷重が作用する場
での利用を可能にするという効果を奏する。

【００２０】また第１実施例の複合部品は、磁気センサ
に対応する部分を物性改質により形成された非磁性領域
２とするものであるため、母材は安価な鉄系一般材を使
用することが出来、従来の母材全体を高価な非磁性材で
構成するのに対して、コストを約４分の１に低減するこ
とができるという効果を奏する。

【００２１】（第２実施例）第２実施例の磁束透過用複
合磁気部品の製造方法は、第１実施例の磁束透過用複合
磁気部品の製造方法に係る第２発明の実施例で、図２に
示すように、Ｓ４５Ｃの母材１にエネルギ線の一例とし
て炭酸ガスレーザ３を出力２．５ｋｗで７５Ｎｉ−２０
Ｃｒを１Φのワイヤ４により加えながら磁気センサに対
応する部分を照射する。レーザ改質速度は毎分１ｍ、レ
ーザ供給速度は毎分２ｍである。

【００２２】１スキャンにより線状の領域を改質するの
で、磁気センサの大きさに応じた局所的領域を全て改質
するまで改質した線状の領域を所定量重ね合わせながら
レーザを繰り返しスキャニング制御する。

【００２３】上記非磁性領域の組成制御は、多くても少
なくても非磁性化は達成できないのでレーザ照射時加え
るワイヤ４の組成や、ワイヤ径の大きさ、およびレーザ
供給速度とワイヤ供給速度との比を高度にバランス制御
する必要がある。

【００２４】また非磁性領域の形状制御は、改質領域の
入熱量の制御（以下入熱制御と言う）を行うことで、母
材１と、ワイヤ４の材質および厚さと径に対するレーザ
３の出力で基本的に決まり、レーザ改質速度およびワイ
ヤ供給速度も併せて制御することにより行う。

【００２５】上記入熱制御が少なすぎる場合は、図５の
（Ａ）に示すように照射により母材上面のみが改質され
るにとどまり、逆に多過ぎる場合は図５の（Ｂ）に示す
ように垂れ下がった形になり、適切な制御が成された場
合は、図５の（Ｃ）に示すように改質が必要な領域全て
が改質され、しかも垂れ下がることは無い。

【００２６】本第２実施例において、非磁性領域のとけ
込み形状を制御するのは、非常に困難である。なぜな
ら、非磁性化は、組成の制御によって達成するのだが、
それは、母材および供給材の成分、母材および供給材の
形状、供給母材の供給速度、レーザ改質速度、および単
純レーザ光で窓を作成する場合、一本のレーザ改質部
と、隣の改質部との重なり部の割合等の各条件を、高度
にバランス制御しなければ達成出来ない。

【００２７】例えば、Ｆｅ─０．１０（Ｓ１０Ｃ）鋼の
母材に、Ｎｉ系を供給する場合、供給量が少なければ、
非磁性化が達成されない。更に、供給量を上げていけ
ば、非磁性化が可能となるが、必要以上の添加は、改質
部をＦｅ─高Ｎｉ系（通称パーマロイ）系の合金系とな
り再度軟磁性化してしまう。また、組成は、母材の溶か
す体積にも大きく影響を受ける。よって非磁性化には、
供給材の成分、形状、供給速度および、母材の成分、改
質速度、改質体積のすべての項目の最適バランスを取る
必要があり、更にこれらの要因を、コンピュータ制御に
より、同期させて、改質しなければならない。非磁性化
領域の形状制御は、投入する入熱制御によるが、それ
は、レーザ出力と、レーザ改質速度による単位時間当り
の入熱量と、入熱を受ける側である母材厚さ、ワイヤ径
と、レーザ改質速度、ワイヤ供給速度から決まる熱容量
と母材のレーザ熱吸収率との兼ね合いで決まる。

【００２８】例えば、Ｆｅ─０．４５Ｃ（Ｓ４５Ｃ）鋼
に、Ｎｉ−Ｃｒ系の１φのワイヤを供給したとき、レー
ザ出力が３ｋｗ、レーザ改質速度が０．５ｍ／ｍｉｎ
で、母材厚さ１．５mmの場合は、母材に穴を生じる。し
かし、適切に入熱量を下げる、もしくは改質速度を上げ
れば図５（ｃ）のごとく良好な形状を得ることが出来
る。更に、入熱量を下げすぎる、もしくは、改質速度を
上げすぎる場合、例えばレーザ出力３ｋｗ、レーザ改質
速度５ｍ／ｍｉｎもしくはレーザ出力１．５ｋｗ、レー
ザ改質速度１ｍ／ｍｉｎの場合は、図５（ａ）に示すよ
うに十分貫通した溶け込みは得られない。また、非磁性
化と、形状の両方を満たすには、組成の制御と入熱の制
御を同時に行わなければならず、特に組成の制御の改質
の体積は、入熱制御に大きく依存しており、非常に困難
である。以上のような、非磁性領域に対する組成制御に
関する各要因との関係、溶け込み形状に対する入熱制御
に関する各要因との関係を詳細に調査した結果、非磁性
でかつ母材の表面から裏まで貫通した形状を有する部材
を成立させるものである。

【００２９】磁束透過用複合磁気部品の母材としては、
鉄系で磁性を有する一般鋼や、鉄系軟磁性材料であれば
良く、ＳＣ鋼、ＳＳ鋼、ＳＴＫＭ鋼その他が利用可能で
ある。

【００３０】レーザ照射時付加する改質用ワイヤとして
は、Ｎｉ材、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合
金、、Ｎｉ系ステンレス鋼等のＮｉを含む材料およびマ
ンガン材、鉄マンガン材であれば良い。

【００３１】上記構成の第２実施例の製造方法によれ
ば、非磁性領域を最適な組成に制御できるので、最適な
非磁性領域を形成できるという効果を奏する。

【００３２】また第２実施例の製造方法は、上述のよう
な入熱制御を行うことにより、最適な非磁性領域の形状
制御を行うことが出来るという効果を奏する。

【００３３】さらに第２実施例の製造方法は、レーザ３
の精密なスキャニング制御により領域を形成出来るの
で、磁気センサのサイズ、形状、透過させる磁束の分布
形態に応じた正確な形状の領域形成を可能にするという
効果を奏する。

【００３４】また第２実施例の製造方法は、１回のレー
ザ照射により１箇所の非磁性領域を形成することができ
るので、製造コストが安価であるという効果を奏する。

【００３５】（第３実施例）第３実施例の磁気センサ装
置は、第３発明の実施例であり、第２実施例の製造方法
で製造した第１実施例の磁束透過用複合磁気部品で構成
した磁束制御部材を組み込んだ装置で、図１に示すよう
に一方の部材Ｏに出力部材５を構成する一定のピッチで
Ｎ極５１とＳ極５２とが配設された磁石目盛５Ｍが形成
された磁石スケール５Ｓが配設される。

【００３６】この一方の部材Ｏに対して相対的に動き得
る他方の部材Ｔに前記磁石スケール５Ｓに対向して磁石
スケールのピッチより若干大きなピッチで磁気センサ６
を構成する１個の磁気抵抗素子６１を配設する。

【００３７】この磁気抵抗素子６１に近接して前記第１
実施例の磁束透過用複合磁気部品の磁束制御部材１を非
磁性領域２が磁気抵抗素子６１に対向するように配置し
て他方の部材Ｔをその内に配置している。磁束制御部材
１は、中空筒状体の構造部材として上端で荷重を支える
ように構成されている。

【００３８】磁気抵抗素子６１の背後にはヨーク７１を
配設して、磁束の洩れを防止し感度の良い計測を可能に
する構成にしてある。

【００３９】上記構成より成る第３発明の磁気センサ装
置は、一方の部材Ｏと他方の部材Ｔを配置した磁束制御
部材１とが相対的に動くと、磁気センサ６の磁気抵抗素
子６１に対向して配置された磁束制御部材１の非磁性領
域２に対向する一方の部材のＮ極５１とＳ極５２の対向
関係が変化するので、Ｎ極５１が非磁性領域２と対向す
るたびにＮ極５１からの磁気的信号としての磁束が非磁
性領域２を透過して、磁気抵抗素子６１に供給するの
で、磁気抵抗素子６１はかかる磁束を検出することによ
り、上記一方の部材Ｏと他方の部材Ｔの相対移動量を検
出するものである。

【００４０】上記作用を奏する第３実施例装置は、磁束
制御部材１が磁石目盛５ＭのＮ極５１が出力した磁束を
非磁性領域２により有効に透過させて磁気センサ５に供
給するとともに背後にヨーク７１を配設したので、磁束
その他の変化を有効に検出して精度の高い計測を可能に
するという効果を奏する。

【００４１】また第３実施例装置は、磁束制御部材１に
非磁性領域２を形成しても従来のように強度が低下しな
いので強度が高いという効果を奏するとともに、磁束制
御部材１に荷重が作用するような使い方も可能にすると
いう効果を奏する。

【００４２】さらに第３実施例装置は、磁束制御部材１
として安価な鉄系一般材を使用することができるので、
センサ装置全体のコストも低減できるという効果を奏す
る。

【００４３】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲の記載から当業者が認識する本発明
の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能で
ある。

【００４４】上述の第１および第３実施例においては、
磁気センサに対応する部分に非磁性領域を形成する例に
ついて述べたが、本発明は、磁束を透過する必要がある
ものであれば、磁気センサが存在しないような用途にお
いても適用が可能である。

【００４５】また、第１実施例に置いて、図２のごと
く、通常のレーザビーム照射の例について説明したが、
本発明としては他に、ビームスキャン法、シリンドリカ
ルレンズ法、およびガライドスコープ等の光学系を用い
た改質も採用可能である。ビームスキャン法では、図６
に示すように板厚１．５mmの母材の１０mm角×０．３mm
厚の部分を加工で除き、そこに７５Ｎｉ−２５Ｃｒ合金
の１０mm角×０．３mmのシートを張り付け、そこをレー
ザ出力２．７ｋｗ、オシレート幅１０mm、周波数２０Hz
で振らせ、送り速度０．３ｍ／ｍｉｎで改質した場合、
非磁性で良好なとけ込み形状の非磁性領域が形成出来
る。

【００４６】また、図７に示すようにシリンドリカルレ
ンズ方式では、１０mm長の線ビームを出光できるレンズ
を用い、板厚０．５mmの母材の１０mm角×０．１mm厚の
部分を加工で除き、そこに７５Ｎｉ−２５Ｃｒ合金の１
０mm角×０．１mmのシートを張り付け、そこをレーザ出
力２．５ｋｗ、オシレート幅１０mm、周波数２０Hzでふ
らせ、送り速度０．２ｍ／ｍｉｎで改質した場合、非磁
性で良好な溶け込み形状の非磁性領域が形成できる。

【００４７】上述の実施例では、一例としてエネルギ線
として炭酸ガスレーザについて説明したが、本発明とし
てはそれ以外にもアーク、電子線その他のものが採用可
能である。

【００４８】上述の第３実施例において、磁気センサと
して磁気抵抗素子について説明したが、本発明としては
それに限らずホール素子やピックアップコイルその他も
利用可能である。

【００４９】上述の第３実施例において、磁石目盛より
成る磁石スケールについて説明したが、本発明としては
磁石以外の磁性を帯びた目盛部分より成る磁気スケール
を利用し、センサ側に磁石を配設するような形態も可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の磁束透過用複合磁気部品
および第３実施例の磁気センサ装置を示す縦断面図であ
る。

【図２】第２実施例の製造方法を示す説明図である。

【図３】第１実施例の磁束透過用複合磁気部品を示す斜
視図である。

【図４】第１実施例の磁束透過用複合磁気部品を示す図
３中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。

【図５】第２実施例の製造方法の入熱制御を説明するた
めの説明図である。

【図６】第２実施例の変形例の製造方法を示す説明図で
ある。

【図７】第２実施例の変形例の製造方法を示す説明図で
ある。

【図８】従来の磁束透過用複合磁気部品を説明するため
の断面図である。

【図９】従来の磁束透過用複合磁気部品の一例を示す斜
視図である。

【図１０】従来の磁束透過用複合磁気部品の他の例を示
す斜視図である。

【図１１】従来の磁束透過用複合磁気部品のその他の例
を示す斜視図である。

【図１２】従来の磁束透過用複合磁気部品の接合部の状
態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 母材、磁束制御部材 ２ 非磁性領域 ３ レーザ ４ ワイヤ ５ 出力部材 ５Ｓ 磁石スケール ５Ｍ 磁石目盛 ５１ Ｎ極 ５２ Ｓ極 ６ 磁気センサ ６１ 磁気抵抗素子 ７１ ヨーク Ｏ 一方の部材 Ｔ 他方の部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気的信号を出力する出力部材と出力部
   材に対向して配置され磁気的信号を検出する磁気センサ
   との間に配置された磁性部材であって、少なくとも磁気
   センサに対向する部分の物性改質により磁束透過用の非
   磁性領域を一体に形成した磁束透過用複合磁気部品。
2. 【請求項２】 鉄系磁性材料より成る部材の少なくとも
   磁気センサに対向する部分に対して少なくともＮｉを含
   む材料を加えつつレーザ照射することにより、磁束透過
   用の非磁性領域を一体に形成することを特徴とする磁束
   透過用複合磁気部品の製造方法。
3. 【請求項３】 磁気的信号を出力する出力部材と、 出力部材に対向して配置され磁気的信号を検出する磁気
   センサと、 出力部材と磁気センサとの間に配置される部材であっ
   て、少なくとも磁気センサに対向する部分に対してエネ
   ルギ線を照射することにより磁束透過用の非磁性領域を
   一体に形成した磁束制御部材とから成ることを特徴とす
   る磁気センサ装置。