JPS62222103A - 磁気目盛の製造方法 - 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〉 この発明は、磁気特性や強度に優れた磁気目盛を生産性
良く、かつ良好な経済性の下で製造する方法に関するも
のである。

〈従来技術並びにその問題点〉 近年、例えばピストンロンド等の変位量や変位速度等を
測定するのに″磁気目盛”の採用が目立つようになって
きた。

“磁気目盛”とは、金属材料等から成る基体表面に綿状
又は帯状の磁気的変質部を規則的に配列形成して目盛部
となしたものであり、その表面部に近接対峙させた磁気
センサーにて上記目盛を読み取ることによって、前記基
体と磁気センサーとの相対変位を測定するためのもので
ある。

従来、このような“磁気目盛”として、強磁性体から成
る基体に空隙溝を削り出し、この空隙溝を磁気変質部と
して活用するものが知られていた。

しかし、このようにして製作された“磁気目盛”はＣｉ
１％目盛特性が良（で高い出力を得られるものではあっ
たが、その構造上、ピストンロンドや案内軸等のような
摺動軸には使用できず、しかも製造コストや機械的強度
上からも実用的でないと言う問題点があった。

また、特開昭５７−１６３０９号公報にみられるように
、金属材料表面に高エネルギービームを照射して局部的
に熱処理し、その部分を磁気的に変質させて目盛付けす
ると言う手段で“磁気目盛”を製作する方法も提案され
たが、この場合には製作方法自体は簡便ではあるものの
母材部（基体部）と熱処理部との磁気特性の差が小さい
製品しか得られず、使用に当たって高価な検出装置を必
要としたり、或いは製品の信顛性が今一つ十分でないと
の問題点があった。もっとも、上記提案の中には磁気特
性向上対策についても触れられており、２５％Ｆｅ−７
５％Ｎｉ合金等の非常に高価な磁性材料を適用する例が
示されているが、このようにして得られる製品は高価で
あるばかりではなく強度や耐摩耗性の面でも余り高くは
望めないことから用途上の制約が多い上、磁気特性も完
全とは言い難いものであった。

即ち、“磁気目盛”においては、理論上、空隙溝を形成
することによりその部分で最大の磁気出力が得られるこ
とは既に述べたが、“空隙溝”とは、言い換えれば“非
磁性体”を指すものであり、従って上記事項は「強磁性
体と非磁性体を組み合わせたものが磁気目盛として最良
である」ことを示しているものである。ところが、前記
提案のＦｅＮｉ合金を使用した“磁気目盛”は、母材部
（基体部）及び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のみ目盛が形成されているに
過ぎないものであるから、磁気特性上必ずしも理想的な
製品とは言えないのである。

更に、これ等とは別に、化学メッキにより金属材の表面
にＮｉ及びＰを主成分とする薄膜（０，２〜０．３鶴厚
）を形成して基体とし、部分的な通電加熱やレーザなど
の粒子線による加熱よって前記基体上の薄膜に磁気的変
質部を所定間隔で設けて成る“磁気目盛”も提案されて
いる（特開昭５８−７５１７号）。

しかしながら、上記の如き“Ｎｉ及びＰを主成分とする
メッキ薄膜に部分加熱処理を施して変質部を形成したも
の”では、目盛の読み取り感度が比較的低いためにＳ／
Ｎ比が悪いと言う欠点があって感度を高めるためには薄
膜の厚さをかなり厚くしなければならない等の経済的不
利を避は得ない上、磁気目盛表面に耐摩耗性が要求され
る場合には更にクロムメッキ等の耐摩耗性被覆を施す必
要があって加工工程が複雑になるとの問題点があり、ま
た加熱処理されたメッキ薄膜にクランク等の損傷が発生
する恐れもあった。

このような状況の中で、本発明者等は、先に、前記従来
法が有する問題点をほぼ解消したところのｒ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」を提案した。

本発明者等の提案になる上記磁気目盛は、“準安定オー
ステナイト鋼を冷間加工して強磁性化した基体にレーザ
照射して局部的な非磁性化部を形成し目盛としたもの”
であって、極めて良好な磁気特性を有するものであるが
、それでも、その後の詳細な検討から、冷間加工が不可
欠なため製作が困難な大型の引き抜き設備を必要とする
大径品に適用しにくいと言う難点や、準安定オーステナ
イト鋼は通常ＮｉやＣｒを比較的多量に含むのでやや高
価になる等の問題が指摘されることとなった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、従来の“磁気目盛”に指摘される上述の
ような問題点を完全に解消し、優れた磁気特性を有する
ことは勿論のこと、経済性の面でも一段と優れた“磁気
目盛”を生産性良く製造し得る方法を見出すべく、更に
種々の観点からの研究を重ねたところ、以下に示される
如き知見が得られたのである。即ち、 （ａ）　　“磁気目盛”における目盛はその表面部に形
成されるものであるから、例えば５ＵＳ３０１や５ＵＳ
３０４等の準安定オーステナイト鋼から成る鋼管を冷間
引き抜きし、部分レーザ照射等により局部溶融・急冷処
理することによっても、十分に優れた磁気性能のものが
得られること、（ｂ）　　勿論、鋼管部分のみでは強度
面からみて軸部品としての使用はできないが、その中心
部に構造用鋼棒等を嵌合すれば、全体として安価で強度
の高い部材となること、 （Ｃ）　　“磁気目盛”としては、磁気特性上からも強
度上からも表層材と中心材とは完全に密着していなけれ
ばならないが、上記鋼管に鋼棒等の棒材を嵌合し両者を
同時に引き抜きダイスを通して引き抜きする、所謂“合
わせ引き”をおこなうと、表層材と中心材とが十分に密
着した部材を容易に実現し得ること、 （ｄｉ　　ただ、この場合、引き抜き力を小さくして大
径品の製造を可能ならしめるためには“合わせ引き”の
際の中心材（棒材）に掛かる塑性加工量をできるだけ減
じる必要があり、一方、密着度を増すためには塑性加工
量を高めることが好ましいが、引き抜き時に鋼管が縮径
してその内径が少なくとも中心材（棒材）の初期外径に
一致するか或いはそれ以下になるようにダイス径を選べ
ば大型の引き抜き設備を要することな（両者のバランス
がとれた好ましい引き抜きを実施できること。なお、こ
のときの各寸法関係を示すと次の通りである。

〔ダイス穴径〕≦〔棒材の外径〕 ＋２×〔管材の肉厚〕、 （ｅ）　　前記中心材は磁気センサーから見たとき磁気
回路の一部を形成するものであり、これに非磁性体を用
いると磁束が分散して検出精度の劣化を招（ので、その
材質としては強磁性体が好ましいこと。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 「準安定オーステナイト鋼から成る管材の中に強磁性体
から成る棒材を挿入した後、これをなる関係を満たすダ
イスに通して両者を同時に引き抜くことによって管材部
分に加工誘起マルテンサイトが生じた密着複合体となし
、次いで局所的なレーザ照射を行って該複合体の表面部
を局所的に融解・急冷することでその部分を非磁性化す
ることにより、磁気特性や強度に優れ、しかも比較的安
価な磁気目盛を経済性良く製造する」点、に特徴を有す
るものである。

なお、上記“準安定オーステナイト鋼”とは、「溶体化
処理を受けることによって完全オーステナイト組織とな
り非磁性を示すが、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となり強磁性化し、更に
再度の溶体化処理で完全オーステナイト組織となって非
磁性となるもの」として知られているが、この発明に適
用するに当たっては、その種類が問われるものではない
また、管材の中に挿入する強磁性体製棒材もそ。

の材質が問われるものではないが、“磁気目盛”の中心
材としての上記棒材は一方で構造部材としての機能も要
求されるため、構造用鋼を選べば、磁気回路構成部材及
び構造部材の両要求特性が満足される上、安価でもある
ので好都合である。そして、従来の軸全体を単安定オー
ステナイト鋼で製作する“磁気目盛”と比べると中心材
に品かに良好な強磁性体を使用できるので、その性能を
一段と高めることができる。

続いて、“合わせ引き”の際のダイス穴径を〔ダイス穴
径〕≦〔棒材の外径〕 ＋２×〔管材の肉厚〕 と定めた理由を説明する。

表面材としての管材を引き抜くと肉厚は増大する傾向に
あるから、上記式の等号が成り立つようにダイス穴径を
定めると、中心材（棒材）にも面圧が作用して僅かな塑
性変形が与えられることとなり密着がなされる。引き抜
き機の能力に余裕があればダイス穴径を更に小さくとっ
て中心材（棒材）に積極的に減面率を与えることで更に
良好な結果が得られることは言うまでもない。しかし、
ダイス穴径をこれより大きくすると、管材と中心材（棒
材）との密着度が劣化して微小な間隙ができるため磁気
特性の低下を招いてしまう。このようなことから、前記
ダイス穴径を先に示した如き式で限定した。

ところで、表面材（管材）の減面率は“磁気目盛”の磁
気特性を左右するので出来るだけ高くとるのが望ましい
が、十分に満足できる磁気目盛特性を確保するためには
、少なくとも加工誘起マルテンサイトの量が１０％以上
になるような減面率としたい。

次いで、この発明を実施例によって具体的に説明する。

〈実施例〉 実施例　１ まず、第１表に示される成分組成の、下記の如き管材と
棒材とを用意した。

○　管材（溶接管）： 外径・・・４２．７ｍ■φ、 肉厚・・・１．６關φ、 ○　棒材（ショツトブラストによる粗面化処理棒）： 直径・・・３１．０鶴φ。

続いて、第１図の模式図で示す如く、上記準安定オース
テナイト鋼（ＳＵＳ３０４相当材）製管材１の中に上記
強磁性体（Ｓ４５Ｃ相当材）製丸棒材２を挿入した後、
ダイス穴径：　３４．２ｎφの引き抜きダイス３で“合
わせ引き”を行った。

一方、比較として、上記管材と同一成分組成で直径が３
８．２ｍｍφの棒材を用意し、これを上記と同じ穴径（
３４，２ｍｍφ）のダイスにてそのまま引き抜き加工し
た。

このときの引き抜き荷重を測定したところ第２表に示す
如き結果が得られ、表面部に同じ加工度を与える場合に
は合わせ材製材を用いた方が遥かに低い値となることが
確認された。

なお、得られた合わせ材引き抜き製品の表面材（管材）
と中心材（棒材）の密着度を調べたところ、“磁気目盛
”として十分に満足できることも分かった。

これらの結果からも、この発明による”磁気目盛”の製
造方法は極めて生産性に優れた手段であることが明白で
ある。

実施例　２ 次に示す如き管材と棒材を用意した。

○　管材（溶接管）： 材質・・・前記第１表に示される５ＵＳ３０４相当材、 外径・・・４２．７龍φ、 肉厚・・・１．６龍φ、 ○　棒材（ショツトブラストによる粗面化処理捧）： 材質・・・前記第１表に示される３４５Ｃ相当材、同じ
く第１表に示される５Ｕ Ｓ３０４相当材に予め加工度２０％ の冷間引き抜きを施したもの、及 び純アルミニウムの３種類、 直径・・・３１．０−■φ。

続いて、上記管材の中に上記各棒材を挿入したもののそ
れぞれについて、ダイス穴径：３４．２ｍｍφの引き抜
きダイスで“合わせ引き”を行った。

このようにして得られた合わせ材引き抜き製品の表面部
に出力ＩＫＷの炭酸ガスレーザをスポット径＝１輸鳳で
０．５ｍ／ｍｉｎの速度にて照射し、第２図に示すよう
な融解深さ一〇、１〜０．２龍の目盛を形成した。なお
、第２図において符号４は中心材（基体部）、５は表面
材、６は表面材の強磁性部、７はレーザ照射部（非磁性
部）をそれぞれ示す。

次に、このようにして得られた“磁気目盛”の磁気特性
と目盛出力特性を測定し、その結果を第３表に示した。

なお、第３表において、“飽和磁束密度”は中心材の表
面部から１０龍φＸ１５ｍｍ１の試料を切り出してＢＨ
Ｉ−レーサーにより測定した。

また、目盛出力は、第３図に示す如く、磁気抵抗素子（
ＭＲＩ、Ｍ　Ｒ２）と永久磁石８とから成る磁気センサ
ーを用い、前記磁気抵抗素子とレーザ照射部７とのエア
ーギャップを０．５ｍｍとして測定した値である。なお
、第３図において破線の矢印は磁束を示している。

第３表に示される結果は、中心材が非磁性のものでは出
力誤差が非常に大きく、特にセンサーを往復（“磁気目
盛”の軸方向への往復）させたときに著しく増加するこ
とを明瞭に示しており、このことから本発明の方法にて
製造される強磁性芯材を有する“磁気目盛”は極めて優
れた性能を発揮することが明白である。

ここで、出力誤差とは、第４図に示す如く、センサー又
は磁気目盛材を往復させたときの「出力波形におけるピ
ーク電圧の変化量（ピーク出力差）〔ΔＶ）Ｊを計測し
、そのときのピーク電圧幅（ピーク出力値）〔■〕の１
７２で除してパーセントで表示したものである。即ち、 Δ■ と表わされるものである。そして、この数値は位置精度
に極めて大きな影響があるので、磁気目盛にとって重要
な特性である。

実施例　３ 次に示す如き管材と棒材を用意した。

Ｏ管材（溶接管）： 材質・・・前記第１表に示される５ＵＳ３０４相当材、 外径・・・４２．７龍φ、 肉厚−１，６ｍ、３．５　ｎ＋　、　　５　＋ｕの３種
類、Ｏ棒材（ショツトブラストによる粗面化処理棒）： 材質・・・前記第１表に示される３４５Ｃ相当材、 続いて、上記管材の中に上記各棒材を挿入したもののそ
れぞれについて、ダイス穴径：　３４．２鰭φの引き抜
きダイスで“合わせ引き”を行い、得られた合わせ材引
き抜き製品の表面部に実施例２におけると同様の条件で
目盛付けを実施してその目盛特性を調査した。なお、特
性調査方法が実施例２におけると同様あったことは言う
までもない。

このようにして得られた結果を第４表に示す。

第４表に示される結果からは、［表面材の厚みは、出力
値に大きな影響を与えることはないが往復出力差に大き
く影響し、薄い程良好な値を示す」ことが分かる。

従って、往復出力差の観点からは“磁気目盛”の表面材
として薄くて均一なものが要求されることは明らかであ
り、表面材が厚くならざるを得ない“鋳ぐるみ法”を適
用した製作法に比して本発明の“合わせ引き”を適用し
た製作法が優れた方法であることは一目瞭然である。

〈総括的な効果〉 以上に説明した如く、この発明によれば、（八）小さな
引き抜き荷重で高い加工率の表面部（管材部）を有した
製品が得られるので、太径磁気目盛の製造も極めて容易
である、 ５１１１紙 明鳳書の浄書（内容に変更なし］ （Ｂ）中心材に強磁性体を使用するので磁気目盛特性に
優れる、 （Ｃ）高価なオーステナイト鋼は表面部に使用するのみ
であるので、材料コストを大幅に低減できる、 等の利点に基づき、磁気特性や強度に優れた″磁気目盛
”を生産性良く低コストで製造することができるなど、
産業上極めて有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の“合わせ引き”工程を示す概略
模式図、 第２図は、本発明方法のレーザ照射工程後の磁気目盛製
品断面を示す概略模式図、 第３図は、磁気抵抗素子による目盛出力計測法の原理を
示す模式図、 第４図は、磁気目盛の出力誤差の定義を説明するための
概念図である。 図面において、 １・・・管材、　　　　　　２・・・棒材、明細書の１
１１書・（内容に変更なし）３・・・引き抜きダイス、 ４・・・中心部（基体部）、５・・・表面材、６・・・
表面材の強磁性部、 ７・・・表面材のレーザ照射部（非磁性部）、８・・・
永久磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 準安定オーステナイト鋼から成る管材の中に強磁性体か
   ら成る棒材を挿入した後、これを〔ダイス穴径〕≦〔棒
   材の外径〕＋２×〔管材の肉厚〕 なる関係を満たすダイスに通して両者を同時に引き抜く
   ことによって管材部分に加工誘起マルテンサイトが生じ
   た密着複合体となし、次いで局所的なレーザ照射を行っ
   て該複合体の表面部を局所的に融解・急冷することでそ
   の部分を非磁性化することを特徴とする、磁気目盛の製
   造方法。