JPH05472B2 - - Google Patents

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JPH05472B2
JPH05472B2 JP61071726A JP7172686A JPH05472B2 JP H05472 B2 JPH05472 B2 JP H05472B2 JP 61071726 A JP61071726 A JP 61071726A JP 7172686 A JP7172686 A JP 7172686A JP H05472 B2 JPH05472 B2 JP H05472B2
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Japan
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magnetic
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JP61071726A
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Masashi Koso
Minoru Miura
Nobuyuki Yamauchi
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/32Bonding taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

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  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、変位量や変位速度等の測定に用い
られる磁気目盛の製造方法に関し、更に詳しくは
ステンレス鋼等の汎用材料に局部的な溶融処理を
施して高感度の目盛部を付与し得る方法に関する
ものである。 〔従来の技術〕 磁気目盛は、金属材等の基体表面に目盛部とし
て磁気的性質の異なる線状又は帯状の磁気的変質
部を規則的に配列形成し、その表面に磁気センサ
ーを近接対峙させ、磁気センサーにより前記目盛
を読取ることによつて、基体と磁気センサーとの
相対変位を測定するものである。目盛の読取り精
度は変質部と非変質部との磁気的性質の差が大で
あるほど高くなり、一般に、基体を磁性材とし、
変質部を空隙溝とすることにより最大精度が得ら
れるとされている。 しかし、ピストンロツドや案内軸等のように摺
動使用される表面部に磁気目盛を形成しようとす
る場合は、表面の平滑性が要求されるため、上述
のような空隙方式を適用することはできない。そ
こで、例えば特開昭57−16309号公報に記載れて
いるような、金属基体表面の目盛形成予定部にレ
ーザ光線、電子線等の高エネルギー線を照射し熱
処理を施すことより、この部分に磁気的な変質を
加えて目盛部を付与する方法が考えられてくる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、この方法では熱処理部と非熱処理部
との間に十分な磁気特性の差が得がたく、Fe25
%、Ni75%合金等の特殊材料でしか、実用に耐
え得る磁気目盛は得られないとされている。しか
るに、このような特殊材料は高価である上に、強
度、耐摩耗性等の一般機械的性質に劣り、用途上
の制約が大きい。 本発明は、従来十分な磁気特性を付与すること
が出来なかつたステンレス鋼等の汎用材料にも、
磁気的性質が大きく異なる目盛部を簡単に付与す
ることが出来る磁気目盛の製造方法を提供するも
のである。 〔問題点を解決するための手段〕 磁気目盛の基体として、汎用性の高いSUS304
ステンレス鋼を考えた場合、これはオーステナイ
ト組織で、非磁性体であるので、局部的な熱処理
によつてフエライト組織、マルテンサイト組織等
の磁性組織を目盛部に形成することができれば磁
気目盛としての使用が可能となる。 この場合、目盛部の磁性組織の増加とともに目
盛部の透磁率が増大するので、目盛部の磁性組織
の含有率が高いほど基体との磁気的性質の差が顕
著となり、磁気目盛として有利となる。しかし、
磁気的性質の差は検出器(磁気センサー)で検出
できれば十分であり、必要以上の差はいらないこ
とになる。言い換えれば、検出器の感度が高けれ
ば、わずかな磁気的性質の差しかなくても磁気目
盛になり得る。したがつて、磁性組織比率の限界
値は使用する検出器の感度、精度に依存するもの
で、一概には規定できないが、高性能な検出器は
当然高コストとなり、また大型化や取り扱い性の
悪化を招き、実用性が著しく低下することにな
る。 本発明者らは、このような点を総合的に考慮し
て、目盛部磁性組織比10%を基体が非磁性である
場合の一応の目安とした。 この目安をもとに、前述のSUS304材を見た場
合、この材料は後述するように凝固組織において
5%程度のδ−フエライト組織を含む。しかし、
レーザ光線等の高エネルギー線で微小領域のみを
溶融した場合は、極めて冷却速度が大きくなるの
で、δ−フエライト組織の生成が抑制され、通常
成分では1%以下のフエライト組織にしかなら
ず、到底、磁気目盛にはなり得ない。周知のとお
り、SUS304材は強度、耐食性に優れ、また比較
的安価であるので、汎用高級金属材料として広く
利用されており、この材料から局部溶融により実
用に耐え得る磁気目盛が製造できるなら、磁気目
盛用途の大きな拡大が期待される。 本発明の方法は、このSUS304材においても10
%以上の磁性組織を局部溶融により安定的に形成
し得るもので、その特徴とするところは非磁性の
オーステナイト鋼を基体とし、その目盛形成予定
部にフエライト形成元素を供給しつつ高エネルギ
ー線を照射して、目盛部に前記フエライト形成元
素を溶加せしめる点にある。 オーステナイト鋼において、ある種の元素を添
加すると、δ−フエライト組織が生成し、均一な
オーステナイト組織ではなく、両者の混合組織と
なる。各種元素のうちC、N、Ni、Mn、Cu、
Co等はオーステナイト組織を安定化し、Si、Ti、
V、Al、Cr、W、Ta、Mo、Nbはδ−フエライ
ト組織の生成を容易にする。組織と組成の関係に
ついては、従来から多くの研究があるが、凝固組
織については、第1図に示すSchaefflerの組織図
が一般に良く知られている。 この図は横軸にフエライト形成元素であるCr、
Mo、Si、Nbについて、それぞれの効果をCrの
効果に換算したいわゆるCr当量をとり、同様に
縦軸にはオーステナイト安定元素であるNi、
Mn、CについてのNi当量をとり、これら当量と
凝固組織における生成相との関係を示したもので
ある。この組織図ではCr当量式中にはCr、Mo、
Si、Nbしかないが、他のフエライト形成元素に
ついても同様と見做すことができる。したがつ
て、本来Cr当量は下式で示されるべきものであ
る。 Cr当量=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb +a1Al+a2V+a3W+a4Ti… そこで今、第1図の組織図に示したように、●
印のSUS304材を基体として、その目盛部にのみ
SiAl等を溶加すると、溶加部分においてCr当量
が増加し、相対的にNi当量が低下するので、フ
エライト組織比が増大する。すなわち、SUS304
(Cr当量=19.5、Ni当量=12)に対してCrのみを
5%増加すると、Cr当量23.5、Ni当量11.4とな
り、組織は〇印の位置に移行し、凝固組織におい
て約20%のフエライト相が確保されることにな
る。Schaefflerの組織図は本発明が対象とする目
盛部のような急冷凝固組織にそのままあてはめる
ことはできないが、そこに示される傾向は目盛部
の場合にも適用され、この図面上で約20%のフエ
ライト組織が確保されるときは、目盛部ではこの
約20%から、急速冷却による減少分を差し引い
て、約10%のδ−フエライト組織が得られること
になる。 一方、目盛部にFeを溶加した場合、Cr当量、
Ni当量の双方が相対的に減少する。第1図上で
は、Feの溶加量が増加するにつれて、△印で示
す原点(純Fe)と●印の位置とを結ぶ線上を原
点方向に移行し、溶加部のマルテンサイト組織が
増加する。マルテンサイト組織はFe組織と同じ
く磁性組織であるので、Si、Al等の本来のフエ
ライト形成元素を添加した場合と同様に、目盛部
の磁性化が進む。 本発明の方法は、このような理論を背景とし
て、オーステナイト組織の基体に対して、成分組
成面から目盛部の磁性化を図るものである。 本発明の方法によれば、目盛部が他の基体部
分と比べて磁性組織比を増し、両部分間に大きな
磁気特性の差を付与することが可能となる。フ
エライト形成元素の添加量を調整することによ
り、所望の磁性組織比が得られる。基体はオー
ステナイト組織でさえあればよく、そのため以外
に組成を選ばないので、適用材の範囲が広い。
目盛部への成分添加によつて目盛部組織を決定す
るため、基体や目盛部の大きさ、形状による影響
を受けにくい。 について詳述すると、本発明が対象とするよ
うな局部溶融による磁気目盛の製造では、基体の
熱容量を利用した急速冷却によつて目盛部に組織
変化を与えるのが基本となつている。このため、
基体が薄肉材の場合にはその熱容量が不足し、冷
却速速度が低下するので、厚肉材の場合になら得
られるはずの組織変化が得られない事態も起こり
得る。また、微小な目盛部を形成しなければなら
ないような場合にあつては、組織変化は十分得ら
れても、組織変化部分の面積が狭いために、その
磁気的変化をとらえがたいという事態もあり得
る。 しかるに本発明の方法では、冷却面ばかりでな
く成分組成面から積極的に組織変化を生じさせる
ので、冷却不足や目盛面積の小ささに起因する感
度差不足をこの組成変化に基づく組織変化で補う
ことができ、上述したような不測の事態を回避す
ることができるのである。 第2図は本発明の実施状況の一例を示したもの
である。この例では円柱上の基体1を軸回りに回
転させながら、その表面に高エネルギー線として
のレーザ光線2を照射するとともに、照射部にノ
ズル3よりフエライト形成元素を粉末状態で連続
的に添加して、磁気的感度の高い目盛部4を形成
するようにしている。 本発明の方法において、基体は前述したように
オーステナイト組織であればどのような成分組成
のものでもよい。 この場合、オーステナイト組織比は基体に対す
る目盛部の磁気特性差を大きくする意味から、出
来るだけ高い方が望ましく、オーステナイトステ
ンレス鋼にあつては固溶化処理状態で使用するこ
とが望まれるが、100%である必要はなく、30%
以上が本発明の範囲内である。本発明の方法では
例えば基体に70%のフエライト組織が含まれてい
ても、成分添加によりこれ以上のフエライト組織
を目盛部に与えることができるので、基体に100
%のオーステナイト組織を与える必要はない。 経済性、機械特性等を考慮して基体として特に
有利な材料を挙げると、例えばSUS304、
SUS316、SUS329J1、NCF600等である。 フエライト形成元素としては本来のこの種元素
であるCr、Mo、Si、Al、Ti、W、V、Nb等の
他に、磁性体であるマルテンサイト組織を形成す
る効果のあるFeを含むものとする。このうち、
経済的にはFeが好ましい。 これらの元素は単独で添加してもよいし、2種
以上を複合添加してもよい。 添加形態はワイヤによる添加、粉末による添加
等、いかなる形態を採つてもよい。 添加量は、添加元素の種類、使用される基体、
目標とする磁整組織比などの条件によつて逐一変
化するので、一律に規定することはできない。言
い換えれば、これら諸条件を満足する添加量がそ
の都度選択されることになる。 高エネルギー線として代表的なのはレーザ光
線、電子線であるが、基体表面を溶融できるもの
であればその種類は問わない。 高エネルギー線の照射条件は、目標とする寸
法、形状の目盛部が得られるよう、採用照射手段
に応じて適宜決定される。 〔実施例〕 材質が固溶化熱処理状態のSUS304で直径40mm
の丸棒状の基体に対し、第3図および第1表に示
す条件でレーザ光線を照射するとともに、照射部
に種々のフエライト形成元素を後述の粉末送給と
ワイヤ送給とによりそれぞれ送給速度を種々変更
して与えた。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明の製造
方法によれば、従来局部溶融による一般方法では
磁気目盛化が困難とさていたオーステナイト系ス
テンレス鋼に対しても、磁気特性比の大きな目盛
部を安定的に、しかも簡単に付与することがで
き、これにより機械的性質に優れたコスト的にも
有利な汎用性に富んだ磁気目盛を製造することが
可能となる。 また、本発明の方法は目盛部に成分組成面から
別途組織変化を加えるものであるから、基体に対
する材料選択範囲が広く、したがつて上記ステン
レス鋼ばかりでなく、基体の材質・寸法・形状、
更には目盛部の大きさ等に起因して目盛部に十分
な磁気特性変化を与えることが困難とされていた
もの(例えば薄肉基体、極小目盛部)について
も、十分な磁気特性差を付与することができるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の理論的裏付けを示す
Schaeffler組織図、第2図は本発明の実施形態の
一例を示す斜視図、第3図は本発明の実施例にお
ける基体とレーザ光線の位置関係を示す正面図、
第4図および第5図は本発明の実施結果の一例を
示すグラフである。 図中、1:基体、2:レーザ光線、3:ノズ
ル、4:目盛部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 非磁性のオーステナイト鋼を基体とし、その
    目盛形成予定部にフエライト形成元素を供給しつ
    つ高エネルギー線を照射して、目盛部に前記フエ
    ライト形成元素を溶加することを特徴とする磁気
    目盛の製造方法。
JP61071726A 1986-03-28 1986-03-28 磁気目盛の製造方法 Granted JPS62227095A (ja)

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JP61071726A JPS62227095A (ja) 1986-03-28 1986-03-28 磁気目盛の製造方法

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JPS62227095A JPS62227095A (ja) 1987-10-06
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JP2588916B2 (ja) * 1987-12-29 1997-03-12 日本原子力研究所 耐熱性耐腐蝕性磁気スケールの製造方法
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