図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2014年5月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題・解決手段

本発明は、エンコーダスケール用の磁性基板の製造方法に関する。本方法は、基板機械的に加工する工程を含み、基板は機械的加工工程の前に冷却される。1つの実施形態において、ステンレス鋼基板が用いられる。ステンレス鋼は、オーステナイト非磁性)相およびマルテンサイト磁性)相を含んでもよい。この方法による機械的加工および冷却は、形成される磁性(マルテンサイト)相材料の量を増大させ、それによって、引き続いてレーザーマーキングによって基板上に非磁性(オーステナイト)マーキングが形成される際に磁気コントラストを向上させる。

概要

背景

受動的磁気スケールを有する磁気エンコーダは、知られている。当該エンコーダは、周囲の材料とは異なる透磁率を有する一連マーキングを含むスケールを含む。スケールの透磁率変化は、磁石および複数の磁気センサー(たとえばホール素子センサー)を含む、付随する読み取りヘッドを用いて検知することができる。

特開昭63−098501号公報は、レーザービームを用いて材料の小領域を加熱することによって、磁気材料中にエンコーダスケールマーキングをどのように形成することができるかを記載している(特許文献1参照)。これらの加熱された領域は、磁性材料から非磁性材料へと変換される。

概要

本発明は、エンコーダスケール用の磁性基板の製造方法に関する。本方法は、基板機械的に加工する工程を含み、基板は機械的加工工程の前に冷却される。1つの実施形態において、ステンレス鋼基板が用いられる。ステンレス鋼は、オーステナイト非磁性)相およびマルテンサイト磁性)相を含んでもよい。この方法による機械的加工および冷却は、形成される磁性(マルテンサイト)相材料の量を増大させ、それによって、引き続いてレーザーマーキングによって基板上に非磁性(オーステナイト)マーキングが形成される際に磁気コントラストを向上させる。

目的

本発明の目的は、エンコーダスケール用の磁気基板を製造する改良法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

エンコーダスケール用の磁性基板の製造方法であって、前記方法は前記基板機械的に加工する工程を含み、前記基板は機械的加工工程の前に冷却されることを特徴とする方法。

請求項2

前記基板は機械的加工工程の後に冷却されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

前記基板は機械的加工工程中に冷却されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。

請求項4

前記基板は金属を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の方法。

請求項5

前記基板はステンレス鋼を含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。

請求項6

前記ステンレス鋼は、オーステナイト等級のステンレス鋼であることを特徴とする請求項5に記載の方法。

請求項7

前記機械的加工工程は、室温より低い温度まで冷却された基板に実施されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の方法。

請求項8

前記機械的加工工程は、0℃より低く冷却された基板に実施されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の方法。

請求項9

前記機械的加工工程は、極低温に冷却された基板に実施されることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の方法。

請求項10

前記基板は細長い棒またはテープを含むことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の方法。

請求項11

前記機械的加工工程は、前記基板を延伸することを含むことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の方法。

請求項12

前記機械的加工工程は、前記基板を圧延することを含むことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の方法。

請求項13

前記機械的加工工程は、前記基板に対する複数の加工操作を実施する工程を含み、前記基板は棒またはテープのような細長い基板を含み、前記細長い基板の厚さは、各加工操作において減少させられることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の方法。

請求項14

前記細長い基板の厚さは、各加工操作中に20%以下の率で減少させられることを特徴とする請求項13に記載の方法。

請求項15

前記細長い基板の厚さは、各加工操作中に5〜10%以下の率で減少させられることを特徴とする請求項14に記載の方法。

請求項16

前記基板は、前記基板を機械的に加工する工程の後に、少なくとも1時間にわたって、高温、たとえば450℃まで加熱されることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の方法。

請求項17

前記基板を機械的に加工する工程の後に表面硬化工程を適用するさらなる工程を含むことを特徴とする請求項1から16のいずれかに記載の方法。

請求項18

前記表面硬化工程は、パルス化プラズマ窒化処理を含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。

請求項19

レーザーを用いて前記基板を局所的に加熱して、エンコーダスケールを確定する非磁性マーキングを形成する工程を含むことを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の方法法。

請求項20

請求項1から19のいずれかに記載の方法を用いて製造されることを特徴とするエンコーダスケール用の磁性基板。

技術分野

0001

本発明は、エンコーダスケール用の磁気基板形成方法に関する。

背景技術

0002

受動的磁気スケールを有する磁気エンコーダは、知られている。当該エンコーダは、周囲の材料とは異なる透磁率を有する一連マーキングを含むスケールを含む。スケールの透磁率変化は、磁石および複数の磁気センサー(たとえばホール素子センサー)を含む、付随する読み取りヘッドを用いて検知することができる。

0003

特開昭63−098501号公報は、レーザービームを用いて材料の小領域を加熱することによって、磁気材料中にエンコーダスケールマーキングをどのように形成することができるかを記載している(特許文献1参照)。これらの加熱された領域は、磁性材料から非磁性材料へと変換される。

先行技術

0004

特開昭63−098501号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の目的は、エンコーダスケール用の磁気基板を製造する改良法を提供することである。本発明によって製造される磁気基板は、たとえば、引き続いてレーザーマーキングプロセスを用いて適用されるスケールマーキングを有してもよい。

課題を解決するための手段

0006

本発明の第1の態様によれば、エンコーダスケール用の磁気基板の製造方法であって、該方法は、基板を機械的に加工する工程を含み、その機械的加工工程の前に基板を冷却する方法が提供される。有利なことには、機械的加工工程の後に基板を冷却する。また、基板を機械的加工工程中に冷却してもよい。

図面の簡単な説明

0007

延伸工程によってもたらされる面積減少関数として、磁性相相対含有量を示すグラフである。

0008

基板の機械的加工(冷間成形とも呼ばれる)および冷却の組み合わせが、基板の加工中に形成される磁性材料の量を増加させることを見いだした。これは、引き続いて形成されるスケールマーキングと基板との間の透磁率の差を向上させ、それによって改良された磁気エンコーダ性能を提供する。

0009

好都合なことには、基板は金属を含む。基板は鋼を含んでもよい。好ましくは、基板はステンレス鋼を含む。有利なことには、ステンレス鋼は、オーステナイト等級のステンレス鋼であり、たとえば、AISI 304L等級のステンレス鋼を用いてもよい。好ましくは、基板は、非晶質ではない材料(たとえば、結晶性材料)を含む。よって、好ましくは、基板は、非磁性相および磁性相を採り得る材料から形成される。たとえば、これは、オーステナイト(非磁性)相およびマルテンサイト磁性)相を採り得る材料を含む。

0010

有利なことには、機械的加工工程は、室温より低い温度まで冷却された基板に実施される。好ましくは、機械的加工工程は、0℃より低い温度まで冷却された基板に実施される。好ましい実施形態において、機械的加工工程は、極低温に冷却された基板に実施される。そのような極低温冷却は、基板を液体窒素浴に浸漬することによって提供される。

0011

基板は、任意の適当な形状に成形されてもよい。好ましくは、基板は細長い。有利なことには、基板は棒を含む。好都合なことには、基板はテープの形状をとってもよい。

0012

任意の適当な機械的加工工程を基板に実施してもよい。たとえば、プレスハンマー鍛造打ち延ばし(beating)などを含む。有利なことには、機械的加工工程は、基板を延伸する工程を含む。好ましくは、機械的加工工程は、基板を圧延する工程を含む。好都合なことには、機械的加工工程は、基板に複数の加工操作を実施する工程を含む。基板は、棒またはテープのような細長い基板を含んでもよく、細長い基板の厚さは、それぞれの加工操作によって減少してもよい。たとえば、棒の直径またはテープの厚さを、それぞれの加工(たとえば、それぞれの延伸または圧延)操作によって減少させてもよい。好ましくは、細長い基板の所望される最終厚さは、複数の工程によって得られる。

0013

好都合なことには、細長い基板の厚さは、それぞれの加工操作中に20%以下の率で減少される。好ましくは、細長い基板の厚さは、それぞれの加工操作中に5%〜10%の率で減少される。

0014

本方法は、機械的加工工程の終了後に基板を加熱する工程を含んでもよい。加熱工程は、長時間にわたって基板を高温に加熱することを含んでもよい。たとえば、基板を、100℃より高い温度、200℃より高い温度、または300℃より高い温度に加熱してもよい。有利なことには、基板を約450℃まで加熱してもよい。高温は、少なくとも1時間または少なくとも2時間にわたって維持されてもよい。好ましくは、高温は、どの相転移温度よりも低い。相転移温度とは、それ以上の温度で、材料が非磁性状態(たとえば、オーテスナイト状態)に戻る温度を意味する。

0015

本方法は、基板の機械的加工工程の後に表面硬化工程にかける追加の工程を含んでもよい。たとえば、表面硬化工程は、パルスプラズマ窒化処理慣用的に含んでもよい。

0016

また、レーザーを用いて基板を局所的に加熱して、エンコーダスケールを確定する非磁性マーキングを基板内に形成する工程を実施してもよい。これは、表面硬化工程の前に実施してもよい。

0017

本発明は、上記の方法を用いて製造されるエンコーダスケール用の磁性基板にも及ぶ。好ましくは、エンコーダスケールは、受動的磁気スケールである。「受動的」磁気スケールは、いかなる方法においても磁化されない(すなわち、受動的磁気スケールは磁界を発生させない)が、付随する磁気スケール読み取りユニットの磁石によって発生させる磁界に影響を与える局所的な透磁率変化を有することに注意すべきである。これは、N磁極およびS磁極が形成されている「能動的」磁気スケールと対照的であるべきである。

0018

以下、例示のみを目的として、磁性相の相対含有量を延伸工程によってもたらされる面積減少の関数として示す添付の図面(図1)を参照して、本発明を説明する。

0019

以下に詳細を記載する本方法の好ましい実施形態において、本発明は、オーステナイト等級のステンレス鋼に高い含有量マルテンサイト相を形成することを可能にする。次いで、得られるステンレス鋼基板(テープまたは棒の形態で提供される)に、適当なマーキングプロセス(たとえば、レーザーマーキング)を用いて小さい非磁性領域を作成することによって、エンコーダスケールを製造することができる。

0020

室温以下の温度への冷却中(熱的)に、または機械的加工(加工中に材料が加熱されないため、冷間成形とも呼ばれる)によって、オーステナイトステンレス鋼中にマルテンサイトが形成される。本発明者らは、冷却工程および機械的加工工程の両方を用いることによって、棒またはテープ中に形成されるマルテンサイトの量を増大させることができることを見いだした。

0021

冷却される際にマルテンサイトが形成され始める温度は、鋼中の炭素(C)および窒素(N)の含有量に依存する。C含有量およびN含有量が少ないほど、マルテンサイト形成に関連する温度が高くなる。ステンレス鋼材料AISI 304Lが好適な材料であることを見いだした。

0022

鋼の磁性含有量を、Feritscope MP-30を用いて検出した。本明細書中で示す磁性含有量測定の結果(フェライト等級のパーセンテージ)は、磁性含有量の実際の値(絶対値)ではないことに注意すべきである。よって、当該測定値は、純粋に比較の目的のために提供される。

0023

AISI 30Lステンレス鋼の厚さ2mmのテープ(平坦)を、それらの厚さを減少させる前に、−30℃と−70℃との間まで冷却することによって、第1の実験を実施した。この冷却は、引抜き型を通してテープを延伸する前に、テープを液体窒素の浴に浸漬することによって実施した。

0024

変形の前のみに冷却を実施した場合、達成された最高の磁性含有量は約25%であった。しかしながら、テープを変形前に冷却し、かつ変形の直後にも冷却した場合に、磁性含有量が約40%に増大することを見いだした。

0025

変形工程を多段階で実施することによって、テープの磁性含有量のさらなる増大が得られた。変形をいくつかの段階で行った場合、変形前および変形後にテープを液体窒素に浸漬することによって、55%〜60%の範囲内の磁性含有量が得られた。変形が大きい場合(たとえば、1回のパスにおいて、膜厚の減少が30〜40%である場合)、変形中にテープの温度が上昇し、それによってマルテンサイトの形成が減速されると考えられる。シリンダーを通過するパスのそれぞれにおいてテープの膜厚が5〜10%減少される際に、最良の結果が得られた。

0026

引抜き型を通して棒を段階的に延伸することによって、ステンレス鋼(AISI 304L等級)の棒について上記のプロセスを繰り返した。棒は、延伸前に−196℃まで冷却し、型を通過した直後に再び液体窒素に浸漬させた。また、達成された磁性含有量は、55〜60%の範囲内であった。

0027

添付の図1は、ロッドの磁性相材料の相対含有量を、面積減少のパーセンテージの関数として示す。棒の面積が25〜35%減少される場合に、約55%の磁性相が得られるように見える。冷却/成型工程の後に棒を数時間にわたって真空中で450℃まで加熱した場合に、約10%の磁性含有量のさらなる増大が観察された。

0028

棒(またはテープ)の形成に続いて、表面硬化工程を実施してもよい。表面硬化工程は、スケールの機械的頑強性を向上させることができる。表面硬化工程は、棒に必要とされるスケールマーキングを形成した後に実施してもよい。この表面硬化工程は、たとえば、以下に記載する種類のプラズマ窒化処理を含んでもよい。

0029

上記で概略を記載した方法を用いて製造される棒は、62%の磁性相の相対含有量を有するものを得た。この棒を、25%N2および75%H2環境中で、10時間にわたって400℃で窒化処理した。棒は、概半円形状局所加熱処理された領域(すなわち、スケールマーキング)を有した。当該領域は、約0.13mmの深さおよび(表面において)0.28mmの幅を有した。これらの領域は、レーザー処理プロセスを用いて棒の表面に形成された非磁性(オーステナイト)マーキングである。

0030

窒化処理の後に、棒の芯部の硬度は、460HV10から580HV10(620HV0.01)に増大した。棒自身の表面硬度は、窒化処理後に1318HV0.01であり、一方、熱処理された領域の頂部における棒の表面硬度は470HV0.01である。熱処理区域内部(すなわち、オーステナイト領域内部)の硬度は、295HV0.01である。窒化層の深さは、マルテンサイト領域において約8μmであり、オーステナイト領域において3.5〜4μmであることが見いだされた。

0031

窒化処理されたサンプルにおいて、信号強度の小さな増加(パーセントオーダーであり、0.1パーセントオーダーではない)が観察された。この効果は、数時間にわたる約400〜450℃の温度での処理のために、少量のεマルテンサイト(すなわち、常磁性のマルテンサイト)がフェロ磁性(α’)マルテンサイトに転移するために起こると考えられる。

実施例

0032

上記は本発明の1つの例に過ぎないことに留意することが重要である。本方法を異なる材料に適用してもよいし、基板をエンコーダスケールを作成する以外の目的に使用してもよい。上記で概略を示した種々の温度および加工パラメーターもまた、例示のみを目的としており、当業者であればどのようにして本方法を他の材料に適合させるかを容易に理解するであろう。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ