JPH0342515A

JPH0342515A - 耐熱性磁気スケールおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0342515A
Application number: JP17871089A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Moriyasu; 雅治森安; Masayuki Kaneko; 雅之金子; Masatake Hiramoto; 平本　誠剛; Hideo Ikeda; 英男池田; Shunji Omura; 大村　俊次
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1991-02-22
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH0823501B2

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、耐熱性磁気スケールおよびその製造方法に関
する。さらに詳しくは、高温環境で使用される耐熱性磁
気スケールの構成およびこの磁気スケールの磁気格子の
形成方法に関する。

［従来の技術］従来より、磁性表面に磁化パターンを記録した磁気スケ
ールが、読取りヘッドと組合せられて、たとえばＮＣ工
作機械における移動量測定などに用いられている。

第７図はたとえば特公昭４ｇ−１０６５５号公報（発明
の名称：磁気スケール）に示された従来の磁気スケール
を示す縦断面図である。第７図において、（６）は鉄ま
たはエリンバ−（商品名、Ｐｅ−Ｎ１−Ｃｒ合金）など
の鉄合金からなる棒状の基体、（７）は基体（６）の表
面にメツキまたはクラッドで被着形成された銅、アルミ
ニウムなどからなる非磁性金属層、（８）は非磁性金属
層（７）上に形成されたコバルト　−ニッケル合金など
からなる磁性層である。

［発明が解決しようとする課題］第７図に示されるごとき構成を有する従来の磁気スケー
ルにおける各部の熱膨張係数について、たとえば金属デ
ータブック（日本金属学会編、丸善■、１９７４）に示
されているように、鉄およびエリンバ−の熱膨張係数は
それぞれ１２．ｌＸ１０−６およびｇ、ｏｘｔｏ−ｓで
あり、銅およびアルミニウムの熱膨張係数はそれぞれ１
７．０Ｘ１０−６および２３．５Ｘ１０−６である。ま
た、コバルト−ニッケル合金の熱膨張係数はたとえば耐
熱鋼データ集（特殊鋼倶楽部、１９６５）に示されてい
るように、Ｓ−８１６（ＡＩＳＩ　６７１）では１１．
９ＸｌＯ’である。

第７図に示すような構成では、１００℃以上の高温にな
ると、基体、非磁性金属層、磁性層の勢膨張量が異なる
ため、基体から非磁性金属層や磁性層が剥離するという
問題があった。また、剥離しないようなばあいでも、基
体、非磁性金属層、磁性層に熱応力が加わり、磁性層の
磁気特性が劣化し、磁気スケールの感度が低下するとい
う問題があった。

これらの問題を解決するために提案されている技術とし
ては、本願と同一出願人による昭和６２年８月３１日出
願の特願昭８２−２１７３１５号（発明の名称：耐熱性
磁気スケールの製造方法）に記載の方法（以下、従来法
１という）、同じく特願昭６２−２１７３１６号に記載
の方法（以下、従来法２という）および昭和６３年９月
２６日出願の特願昭８３−２４０３７０号（発明の名称
：耐熱性磁気スケールの製造方法）に記載の方法（以下
、従来法３という）があげられる。

これらの方法は、「非磁性オーステナイト系ステンレス
鋼をベースとした耐熱性基材に所定の間隔で熱を加えて
加熱部分の磁気特性を変化させた、上記部材および上記
加熱部分の少なくとも一方のキュリー点が１００℃以上
である耐熱性磁気スケールの製造方法」に関するもので
ある。

しかしながら、これらの方法のうち、従来法１では非磁
性オーステナイト系ステンレス鋼の基材に直接熱を加え
て局所的に磁気特性を変化させるので、えられる磁気格
子の特性は必ずしも充分ではなく　Ｓ／Ｎ比が低かった
。そこで、これを改良するために非磁性オーステナイト
系ステンレス鋼基材の表面にフェライト生成元素のクロ
ムをコーティングしたり、裏面に強磁性材料を重ね合わ
せたりしたものに、局所的に熱を加えて磁気格子を形成
する従来法２および従来法３が提案され、いずれもかな
りのＳ／Ｎ比の向上が達成された。しかし、これらの従
来法は、さらに高信頼性、高分解能の磁気スケールをう
るためにはなお不充分であり、新たな技術の提案がまた
れていた。

本発明は、前記のごとき問題点を解決するためになされ
たもので、高温環境でも安定し、かつ特性のすぐれた磁
気格子を備えた、高温環境においても高分解能で高情度
かつ高信頼性の耐熱性磁気スケールおよびその製造方法
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］本発明は非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなる
基材の表面にフェライト生成元素からなる層が形成され
、該フェライト生成元素層のうえに高エネルギ密度ビー
ムの照射によって所定の間隔でミキシング層が形成され
ており、さらに、前記照射よりも大きな冷却速度条件下
での高エネルギ密度ビームの再照射によって前記ミキシ
ング層が結晶粒の微細なフェライトとマルテンサイトと
の混合組成とされてなることを特徴とする耐熱性磁気ス
ケールおよびその製造方性に関する。

すなわち、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼基材の
表面にフェライト生成元素のクロム、アルミニウム、モ
リブデンなどをコーティングなどし、高エネルギ密度ビ
ームを照射してミキシング層を形成したのち、さらに高
エネルギ密度ビームを１回目の照射よりも冷却速度が速
い条件で再照射することにより、保磁力の高い磁気特性
のすぐれた磁気格子を形成するようにしたのである。

さらに、本発明は非磁性オーステナイト系ステンレス鋼
からなる基材の表面にフェライト生成元素からなる層が
形成され、前記基材の裏面側に強磁性材料層が設けられ
、表面側からの高エネルギ密度ビームの照射によって前
記フェライト生成元素層と基材と強磁性材料層とが所定
の間隔で局所的に溶融・凝固せしめられることにより、
照射部に磁性体のフェライトが析出せしめられて透磁率
の高い磁気格子が形成され、該磁気格子が前記強磁性材
料層で磁気的に接続され、磁気特性のすぐれた磁気回路
が形成されてなること特徴とする耐熱性磁気スケールお
よびその製造方法に関する。

すなわち、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼基材の
表面にフェライト生成元素のクロム、アルミニウム、モ
リブデンなどをコーティングなどし、裏面側に強磁性材
料を重ね合わせて、高エネルギ密度ビームを照射するこ
とにより局所的に熱を加えて非磁性オーステナイト系ス
テンレス鋼とクロムなどのコーティング層と強磁性鋼と
を局所的に溶融・凝固させて、その部分に磁性体のフェ
ライトを析出させて透磁率の高い磁気格子を形成すると
ともに、形成した磁気格子が強磁性鋼で磁気的に接続す
ることにより磁気特性のすぐれた磁気回路を形成するよ
うにしたのである。

なお、本明細書において高エネルギ密度ビームなる用語
は、レーザや電子ビームのみならず、プラズマなどの他
の熱源をも含む意味で用いられている。

［作　用］非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなる基材の表
面にフェライト生成元素のクロムなどをたとえばコーテ
ィングし、レーザや電子ビームを２回照射することによ
り、ミキシング層の再照射部は結晶性の微細なフェライ
トとマルテンサイトとの混合組織となり保磁力の高い磁
気特性のすぐれた磁気格子が形成される。また、非磁性
オーステナイト系ステンレス鋼基材の表面にフェライト
生成元素のクロムなどをたとえばコーティングし、さら
に裏面側に強磁性材料を重ね合わせて、レーザや電子ビ
ームを照射することにより、非磁性オーステナイト系ス
テンレス鋼とクロムなどのフェライト生成元素層と強磁
性鋼などの強磁性材料とが溶融・凝固せしめられ、透磁
率の高い磁気格子が形成されて磁気特性のすぐれた磁気
回路が形成される。

これによって、高温環境で使用しても特性劣化などの問
題を生じることがなく、検出感度が高く、安定かつ信頼
性の高い磁気スケールかえられる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明による第１の耐熱性磁気スケールおよびその
製造方法を説明する斜視図、第２図はこの発明による第
２の耐熱性磁気スケールおよびその製造方法を説明する
斜視図である。（１）はたとえば厚さ１〜１０ｍｍの強
磁性鋼板（たとえば、フェライト系やマルテンサイト系
のステンレス鋼、ＪＩＳの５ＬＩＳ　４１０やＳＯ８４
３０など）からなる強磁性材料層、（力はたとえば厚さ
０．５〜１００１１の非磁性オ−ステナイト系ステンレ
ス鋼板（たとえば、ＪＩＳのＳＵＳ　３０４）からなる
基材、（３）はクロム、アルミニウム、モリブデンなど
フェライト生成元素からなるたとえば厚さ５〜１００−
のコーティング層、（４）（４ａ）はＣＯ２レーザ照射
により形成したたとえば幅０．５〜２１１１％深さ１〜
２　ａｓの磁気格子、■、（２０ａはＣＯ２レーザビー
ムである。

第１図に示される本発明の磁気スケールは、非磁性オー
ステナイト系ステンレス鋼基材（２）の表面にフェライ
ト生成元素のクロムを約１００　前の厚さでコーティン
グし、これにＣＯ２レーザを出力０．５〜１０ｋＷ（り
とえば１ｋＷ）、スキャン速度０．５〜１０ｍ／ａ＋１
ｎ　　（たとえば１ｍ／５ｉｎ）の条件で照射してミキ
シング層すなわち磁気格子（４）を形成することによっ
て製造される。なお、出力をあまり小さくしたりスキャ
ン速度を速くすると安定なミキシング層かえられない。

前記条件でＣＯ２レーザを照射することにより形成され
た磁気格子はほぼ完全に強磁性のフェライト組織になる
。ところが、このような１回の照射だけでは、形成され
た磁気格子の結晶粒が大きく保磁力は低い。そこでさら
にＣＯ２レーザを１回目の照射よりも冷却速度が速い条
件、たとえば１回目の出力ｔｋｗ　、スキャン速度ｌＩ
ｌ／ｓｉｎなる条件に対して、出力１ｋｗ、スキャン速
度３ｇ＋／ｌ１ｉｎの条件で再照射することにより、再
照射部は結晶粒の微細なフェライトとマルテンサイトの
混合組織となり保磁力の高い、磁気特性のすぐれた磁気
格子が形成されるのである。

このようにして製作した第１図に示される磁気スケール
を用い、第３図に示すように着磁用の電磁石（５）によ
り磁気スケールの）に予め着磁し、第４図に示すように
磁気スケール（財）に残留している磁化量をホール素子
（至）などのセンサで検出することにより、第５図に示
すように、従来と比べて、ピーク高さが２倍程度となり
、ｓｌＮ比のすぐれた変位量と検出磁束量（ホール素子
出力）との関係かえられ、ビームを照射して基板に形成
する磁気格子（４）の間隔を任意に選ぶことにより、安
定かつ信頼性の高い変位の検出が可能となる。なお第４
図において（２）および（３）は第１図における（２）
および（３）とそれぞれ同じものを示す。

また、別の例として、第２図に示す本発明の磁気スケー
ルは、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼基材（２）
の表面にフェライト生成元素のクロムなどをコーティン
グしてコーティング層（３）を形成し、裏面側に強磁性
材料を重ね合わせて強磁性材料層（１）を設け、表面側
からのレーザや電子ビームの照射により局所的に熱を加
えて非磁性オーステナイト系ステンレス鋼基材（２）と
クロムなどのコーティング層（３）と強磁性材料層（１
）とを局所的に溶融・凝固させて、その照射部分に磁性
体のフェライトを析出させて透磁率の高い磁気格子を形
成するとともに、形威した磁気格子が強磁性材料層で磁
気的に接続することにより磁気特性のすぐれた磁気回路
を形成することによって製造される。たとえば、非磁性
鋼基材（２）として板厚１市のオーステナイト系ステン
レス鋼板（８０８３０４）を用い、この基材表面にフェ
ライト生成元素としてクロムを約１００　Ｊ！ｍの厚さ
でコーティングしたフェライト生成元素層（３）を形成
し、強磁性材料層（１）として板厚１關のマルテンサイ
ト系ステンレス鋼板（ＳＵＳ　４１０）を用い、これに
ＣＯ２レーザを出力１ｋＷ　、ビームスキャン速度２ｓ
／ｓ＋ｉｎ程度の条件で照射すると、溶融幅！、２ｉ＋
ｍ、溶融深さ１．５＋ａｍの溶融ミキシング層すなわち
磁気格子（４）が形成される。形成された磁気格子（４
）は透磁率が高く、非磁性鋼（２）の内部に磁気格子（
４）が形成されるとともに強磁性鋼（１）により磁気的
に接続されるので、透磁率のすぐれた磁気回路かえられ
る。なお、このばあいＣＯ２レーザ出力はたとえば０．
５〜５ｋＷ、ビームスキャン速度はたとえば０．３〜４
麿ｌ麿！ｎの範囲内で選定されうる。

第６図は本発明の別な実施例たる第２図の磁気スケール
を用いて変位量を検出している様子を示す説明図である
。第６図において、（至）は磁束量を検出する素子、た
とえばホール素子などであり、０７）は励磁用電磁石で
ある。この励磁用電磁石０７′）に電流を流して磁場を
形威し、磁気格子から漏れる磁束量を、ホール素子□□
□を用いて検出するのである。なお、第６図において、
■は磁束を示す。したがって、ビームを照射して基板に
形成する磁気格子の間隔を任意に選び、第６図のように
励磁用電磁石０７）とたとえばホール素子００などの磁
束量検出素子を用いることにより、ピーク高さが従来と
比べて２倍程度となり、第５図と同様なＳＩＮ比のすぐ
れた変位量と残留磁化量との関係かえられ、安定かつ信
頼性の高い変位の検出が可能となる。

また、これらの方法では非磁性基板の中に磁性層を形成
したので、磁束が第５図に示すように従来と比べて２倍
程度の高いピーク高さを呈しパルス的に検出され、従来
の方法に比べ安定で、かつ検出感度がきわめて高くなる
。

また、磁性を示すフェライトのキュリー点は約７００℃
と高いので、耐熱性がすぐれている。

なお、前記実施例では、ＣＯ２レーザを用いたが、ＹＡ
Ｇレーザなと他のレーザまたは電子ビームでもよく、プ
ラズマなど他の熱源であってもよい。

前記実施例では、ビーム照射条件、コーティングの材質
、厚さについてはその一例を示したもので、様々な条件
を選択できることは言うまでもない。

さらに、前記実施例では、基板や強磁性材料層としてス
テンレスＭ　５ＵＳ３０４や５ＵＳ４１０を用いたが、
ほかの非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼、たとえ
ば５ｕｓａ　ｔ　ｅ、５ＵＳ３０９などや、他の強磁性
鋼でもよく、形状もたとえばバイブなどの円筒や円柱状
など他の形状でもよいことは言うまでもない。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、非磁性オーステナイト
系ステンレス鋼基材の表面にフェライト生成元素のクロ
ムなどをたとえばコーティングし、レーザや電子ビーム
を２回照射して保磁力の高い磁気特性のすぐれた磁気格
子を形成するか、非磁性オーステナイト系ステンレス鋼
基材の表面にフェライト生成元素のクロムなどをたとえ
ばコーティングし、さらに裏面側に強磁性材料を重ね合
わせて、レーザや電子ビームの照射により非磁性オース
テナイト系ステンレス鋼とクロムなどのコーティング層
と強磁性鋼とを溶融・凝固させて、透磁率の高い磁気格
子を形威し磁気特性のすぐれた磁気回路を形成するよう
にしたので、高温環境で使用しても特性劣化などの問題
を生じることなく、検出感度が高く安定かつ信頼性の高
い、磁気スケールかえられるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気スケールの製造方法の一実施例を
説明する斜視図、第２図は本発明の磁気スケールの製造
方法のもうひとつの実施例を説明する斜視図、第３図は
本発明の磁気スケールを着磁している様子の一例を示す
側面図、第４図は本発明の磁気スケールを用いて変位量
を検出する様子の一例を示す斜視図、第５図は検出され
た磁束量（ホール素子出力）と変位量との関係の一例を
示すグラフ、第６図は本発明の磁気スケールを用いて変
位量を検出する様子の一例を示す斜視図、第７図は従来
の磁気スケールを示す断面図である。（図面の主要符号）（１）二強磁性材料層（２）：非磁性オーステナイト系ステンレス鋼基材（３）：フェライト生成元素（４）、（４ａ）：磁気格子叱（２０ａ）：ＣＯ２レーザビーム代理人大石増雄第１回第２回第３圓第４口第５回４オ６００

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなる基
材の表面にフェライト生成元素からなる層が形成され、
該フェライト生成元素層のうえに高エネルギ密度ビーム
の照射によって所定の間隔でミキシング層が形成されて
おり、さらに、前記照射よりも大きな冷却速度条件下で
の高エネルギ密度ビームの再照射によって前記ミキシン
グ層が結晶粒の微細なフェライトとマルテンサイトとの
混合組成とされてなることを特徴とする耐熱性磁気スケ
ール。
（２）非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなる基
材の表面にフェライト生成元素からなる層が形成され、
前記基材の裏面側に強磁性材料層が設けられ、表面側か
らの高エネルギ密度ビームの照射によって前記フェライ
ト生成元素層と基材と強磁性材料層とが所定の間隔で局
所的に溶融・凝固せしめられることにより、照射部に磁
性体のフェライトが析出せしめられて透磁率の高い磁気
格子が形成され、該磁気格子が前記強磁性材料層で磁気
的に接続され、磁気特性のすぐれた磁気回路が形成され
てなること特徴とする耐熱性磁気スケール。
（３）非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなる基
材の表面にフェライト生成元素の層を形成し、該フェラ
イト生成元素層に高エネルギ密度ビームを所定の間隔で
照射して局所的にミキシング層を形成したのち、該ミキ
シング層に高エネルギ密度ビームを前記照射よりも冷却
速度が速い条件で再照射することを特徴とする耐熱性磁
気スケールの製造方法。
（４）非磁性オーステナイト系ステンレス鋼からなる基
材の表面にフェライト生成元素の層を形成し、裏面側に
強磁性材料の層を重ね合わせ、表面側からの高エネルギ
密度ビームの照射により局所的に熱を加えて所定の間隔
で前記フェライト生成元素層と基材と強磁性材料層とを
局所的に溶融・凝固させて、その部分に磁性体のフェラ
イトを析出させて透磁率の高い磁気格子を形成するとと
もに、形成した磁気格子が強磁性材料層の磁気的に接続
することにより磁気特性のすぐれた磁気回路を形成する
ようにすることを特徴とする耐熱性磁気スケールの製造
方法。