JP5324348B2

JP5324348B2 - 変位検出用部材

Info

Publication number: JP5324348B2
Application number: JP2009169769A
Authority: JP
Inventors: 正之三木
Original assignee: Levex Corp
Current assignee: Levex Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: JP2011022108A

Description

本発明は、変位検出用部材に関し、さらに詳しくは、機械的強度を向上させた変位検出用部材に関する。

従来、磁気センサと組み合わせて磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、強磁性材製のロッドに一定間隔おきに溝を形成し、その溝に非磁性材を埋め込んで、磁性材部と非磁性材部とが交互に並ぶようにした変位検出用部材が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、可動体を支持する磁性材製ガイドの表面に凹凸を設けると共に溶射により表面をセラミックで覆った磁性材製ガイドが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平５−１９６４７８号公報（［００１６］、図４）特開２００９−１１７８０３号公報（［００２５］、図６）

上記従来の変位検出用部材の具体例としては、例えば炭素鋼製の円柱状のロッドに一定間隔おきに円環状に形成した溝をそれぞれめっきにより銅で埋め、磁性材部と導電材部が交互に並ぶようにしたものがある。磁性材部と導電材部における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサ（例えば励磁コイルと出力コイル、あるいは、磁気抵抗素子）で検出することにより、磁気センサに対するロッドの相対変位を検出できる。
しかし、銅は柔らかいため、銅の部分が摩耗してしまう問題点がある。
これに対して、表面にクロム層をめっきして機械的強度を改善することが行われている。
しかし、パッキンなどから外力が加わると、銅の部分の変形によりクロム層が割れたり剥がれたりする問題点がある。
そこで、本発明の目的は、機械的強度を向上させた変位検出用部材を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、磁性金属部材（１１）の表面に一定間隔おきに溝（１１ａ）を形成し、前記溝（１１ａ）に銅または銅と同等以上の導電率を有する導電材と銅よりも硬い溶射材料を混合した導電性混合材（１２）を溶射により埋め込んだことを特徴とする変位検出用部材（１０）を提供する。
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による変位検出用部材（１０）において、前記磁性金属部材（１１）が炭素鋼であり、前記銅または銅と同等以上の導電率を有する導電材が銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金のいずれかであり、前記銅よりも硬い溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであることを特徴とする変位検出用部材（１０）を提供する。
上記第１および第２の観点による変位検出用部材（１０）では、溝（１１ａ）の部分と溝（１１ａ）でない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサで検出することにより、磁気センサに対する相対変位を検出できる。また、溶射により銅よりも硬い混合材（１２）で溝（１１ａ）を埋めるため、機械的強度を向上させることが出来る。

第３の観点では、本発明は、磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、銅または銅と同等以上の導電率を有する導電性金属部材（２１）の表面に一定間隔おきに溝（２１ａ）を形成し、前記溝（２１ａ）に磁性材と溶射材料の混合材（２２）を溶射により埋め込み、溶射により銅よりも硬い表面強化材（２３）で全体表面を覆ったことを特徴とする変位検出用部材（２０）を提供する。
第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による変位検出用部材（２０）において、前記銅または銅と同等以上の導電率を有する導電性金属部材（２１）が銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金のいずれかであり、前記磁性材がフェライトまたはパーマロイであり、前記溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであり、前記表面強化材（２３）が前記混合材（２２）と同一材料であることを特徴とする変位検出用部材（２０）を提供する。
上記第３および第４の観点による変位検出用部材（２０）では、溝（２１ａ）の部分と溝（２１ａ）でない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサで検出することにより、磁気センサに対する相対変位を検出できる。また、溶射により銅よりも硬い表面強化材（２３）で全体表面を覆ったため、機械的強度を向上させることが出来る。

第５の観点では、本発明は、磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、磁性金属部材（１１）の表面に一定間隔おきに溝（１１ａ）を形成し、前記溝（１１ａ）に前記磁性金属部材（１１）とは透磁率が異なる磁性材と銅よりも硬い溶射材料の混合材（３２）を溶射により埋め込んだことを特徴とする変位検出用部材（３０）を提供する。
第６の観点では、本発明は、前記第５の観点による変位検出用部材（３０）において、前記磁性金属部材（１１）が炭素鋼であり、前記磁性金属部材（１１）とは透磁率が異なる磁性材がフェライトまたはパーマロイであり、前記銅よりも硬い溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであることを特徴とする変位検出用部材（３０）を提供する。
上記第５および第６の観点による変位検出用部材（３０）では、溝（１１ａ）の部分と溝（１１ａ）でない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサで検出することにより、磁気センサに対する相対変位を検出できる。また、溶射により銅よりも硬い混合材（１２）で溝（１１ａ）を埋めるため、機械的強度を向上させることが出来る。

第７の観点では、本発明は、前記第１、前記第２、前記第５、前記第６のいずれかの観点による変位検出用部材（１０，３０）の表面を溶射により表面強化材（１３，３３）で覆ったことを特徴とする変位検出用部材（１０，３０）を提供する。
第８の観点では、本発明は、前記第７の観点による変位検出用部材（１０，３０）において、前記表面強化材（１３，３３）が前記混合材（１２，３２）と同一材料であることを特徴とする変位検出用部材（１０，３０）を提供する。
上記第７および第８の観点による変位検出用部材（１０，３０）では、溶射により銅よりも硬い表面強化材（１３，３３）で全体表面を覆ったため、機械的強度を向上させることが出来る。

第９の観点では、本発明は、磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、非磁性金属部材（４１）の表面に一定間隔おきに溝（４１ａ）を形成し、前記溝（４１ａ）に磁性材と溶射材料を混合した磁性混合材（４２）を溶射により埋め込み、溶射により銅よりも硬い表面強化材（４３）で全体表面を覆ったことを特徴とする変位検出用部材（４０）を提供する。
第１０の観点では、本発明は、前記第９の観点による変位検出用部材（４０）において、前記非磁性金属部材（４１）が銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金、ＳＵＳのいずれかであり、前記磁性材がフェライトまたはパーマロイであり、前記溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであり、前記表面強化材（４３）が前記混合材（４２）と同一材料であることを特徴とする変位検出用部材（４０）を提供する。
上記第９および第１０の観点による変位検出用部材（４０）では、溝（４１ａ）の部分と溝（４１ａ）でない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサで検出することにより、磁気センサに対する相対変位を検出できる。また、溶射により銅よりも硬い表面強化材（４３）で全体表面を覆ったため、機械的強度を向上させることが出来る。

第１１の観点では、本発明は、前記第１から第１０のいずれかの観点による変位検出用部材（１０，２０，３０，４０）において、溶射により溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）を埋める混合材（１２，２２，３２，４２）の混合比が少なくとも２段階あり、溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）の底に近い部分の混合比は溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）への密着性を重視した混合比であり、溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）の底から遠い部分の混合比は磁気センサ（Ｄ）による検出性を重視した混合比であることを特徴とする変位検出用部材を提供する。
上記第１１の観点による変位検出用部材では、溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）への密着性および磁気センサ（Ｄ）による検出性のバランスを最適化することが出来る。

本発明の変位検出用部材によれば、磁気センサに対する相対変位を検出できる。また、機械的強度を向上させることが出来る。

実施例１に係る変位検出用部材を示す斜視図である。実施例１に係る変位検出用部材の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。実施例１に係る変位検出用部材の製造手順を示すフロー図である。実施例１に係る磁性金属部材を示す斜視図である。溶射により溝を埋めた磁性金属部材を示す斜視図である。実施例２に係る変位検出用部材を示す斜視図である。実施例２に係る変位検出用部材の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。実施例３に係る変位検出用部材を示す斜視図である。実施例３に係る変位検出用部材の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。実施例４に係る変位検出用部材を示す斜視図である。実施例４に係る変位検出用部材の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、実施例１に係る変位検出用部材１０を示す正面図である。図２は、変位検出用部材１０の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。
この変位検出用部材１０は、磁性金属部材１１の表面に一定間隔Ｐおきに溝１１ａを形成し、溝１１ａに導電性混合材１２を溶射により埋め込み、全体表面を溶射により表面強化材１３で覆った構成である。

磁性金属部材１１はダイカスト用ロッドであり、母材は炭素鋼Ｓ４５Ｃの焼入れ材である。直径は５５ｍｍ〜１８０ｍｍであり、全長は７００ｍｍ〜２２００ｍｍである。

溝１１ａは、磁性金属部材１１の外周を取り巻く環状で、深さ０．３ｍｍである。導電性混合材１２の付着を良くするため、壁面は垂直面でなく傾斜面になっている。一定間隔Ｐは１６ｍｍであり、溝１１ａの開口幅は８ｍｍである。

導電性混合材１２は、銅または銅と同等以上の導電率を有する導電材と銅よりも硬い溶射材料を混合した材料である。
銅または銅と同等以上の導電率を有する導電材は、銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金のいずれかである。
銅よりも硬い溶射材料は、炭化タングステン・ニッケルクロム、炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかである。
混合比の具体例を挙げると、Ｃｕ１０〜３０％重量、ＷＣ７３〜２０％重量、Ｎｉ７〜２０％重量、Ｃｒ５〜２０％重量、Ｃ５〜１０％重量である。

表面強化材１３は、溶射作業が容易になるため、導電性混合材１２と同一材料である。ただし、銅よりも硬い溶射材料のみとしてもよい。

図２に示すように、磁気センサＤは、励磁コイルＳ，−Ｓ，Ｃ，−Ｃと、出力コイル２１，２２，２３，２４からなり、変位検出用部材１０の表面に近接して設置される。

図３は、変位検出用部材１０の製造手順を示すフロー図である。
ステップＳ１では、図４に示すように表面に一定間隔Ｐおきに環状の溝１１ａを刻設した磁性金属部材１１を製作する。

ステップＳ２では、溝１１ａ以外の部分をカバーし（マスキング処理）、ブラスト材を吹き付けて溝１１ａを粗面化し（ブラスト処理）、密着性を向上するための軟質の金属（例えばＮｉ−Ｐ合金）を薄く（例えば１００μｍ）溶射し（アンダーコート処理）、導電性混合材１２を溶射し（トップコート処理）、図５に示すように溝１１ａを導電性混合材１２で埋める。
溶射方法は、緻密に溶射するため、ＨＶＯＦ（High Velocity Oxigen Fuel）法またはＨＶＡＦ（High Velocity Air Fuel）法を用いる。ＨＶＯＦ法の溶射温度は２５００℃〜３０００℃とし、ＨＶＡＦ法の溶射温度は１４００℃〜２０００℃とする。導電性混合材１２は、粉末を用いる。

ステップＳ３では、カバーを外して全体表面を露出させ、導電性混合材１２を溶射し、全体表面を表面強化層１３で覆う。

ステップＳ４では、全体表面を研磨して外形寸法を整える。
ステップＳ５では、全体表面の空孔をエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂などで埋める（封孔処理）。

実施例１に係る変位検出用部材１０によれば次の効果が得られる。
（１）溝１１ａの部分と溝１１ａでない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサＤで検出することにより、磁気センサＤに対する相対変位を検出できる。
（２）溶射により銅よりも硬い導電性混合材１２で溝１１ａを埋めるため、機械的強度を向上させることが出来る。
（３）溶射により銅よりも硬い表面強化材１３で全体表面を覆ったため、機械的強度を向上させることが出来る。

−実施例２−
図６は、実施例２に係る変位検出用部材２０を示す正面図である。図７は、変位検出用部材２０の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。
この変位検出用部材２０は、導電性金属部材２１の表面に一定間隔Ｐおきに溝２１ａを形成し、溝２１ａに磁性混合材２２を溶射により埋め込み、全体表面を溶射により銅よりも硬い表面強化材２３で覆った構成である。

導電性金属部材２１は、銅または銅と同等以上の導電率を有する金属である。

磁性混合材２２は、磁性材と溶射材料を混合した材料である。
磁性材は、フェライトまたはパーマロイである。
溶射材料は、炭化タングステン・ニッケルクロム、炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかである。

表面強化材２３は、磁性混合材２２が銅よりも硬いならば、溶射作業が容易になるため、磁性混合材２２と同一材料としてよい。磁性混合材２２が銅よりも柔らかいならば、銅よりも硬い溶射材料のみとする。

変位検出用部材２０の製造手順は、図３に準じる。

実施例２に係る変位検出用部材２０によれば次の効果が得られる。
（１）溝２１ａの部分と溝２１ａでない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサＤで検出することにより、磁気センサＤに対する相対変位を検出できる。
（２）溶射により銅よりも硬い表面強化材１３で全体表面を覆ったため、機械的強度を向上させることが出来る。

−実施例３−
図８は、実施例３に係る変位検出用部材３０を示す正面図である。図９は、変位検出用部材３０の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。
この変位検出用部材３０は、磁性金属部材１１の表面に一定間隔Ｐおきに溝１１ａを形成し、溝１１ａに磁性混合材３２を溶射により埋め込み、全体表面を溶射により表面強化材３３で覆った構成である。

磁性金属部材１１はダイカスト用ロッドであり、母材は炭素鋼Ｓ４５Ｃの焼入れ材である。

磁性混合材３２は、磁性金属部材１１とは透磁率が異なる磁性材と銅よりも硬い溶射材料を混合した材料である。
磁性材は、フェライトまたはパーマロイである。
溶射材料は、炭化タングステン・ニッケルクロム、炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかである。

表面強化材３３は、溶射作業が容易になるため、磁性混合材３２と同一材料としてよい。ただし、銅よりも硬い溶射材料のみとしてもよい。

変位検出用部材３０の製造手順は、図３に準じる。

実施例３に係る変位検出用部材３０によれば次の効果が得られる。
（１）溝１１ａの部分と溝１１ａでない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサＤで検出することにより、磁気センサＤに対する相対変位を検出できる。
（２）溶射により銅よりも硬い磁性混合材３２で溝１１ａを埋めるため、機械的強度を向上させることが出来る。
（３）溶射により銅よりも硬い表面強化材３３で全体表面を覆ったため、機械的強度を向上させることが出来る。

−実施例４−
図１０は、実施例４に係る変位検出用部材４０を示す正面図である。図１１は、変位検出用部材４０の表面部分の断面および磁気センサを示す模式図である。
この変位検出用部材４０は、非磁性金属部材４１の表面に一定間隔Ｐおきに溝４１ａを形成し、溝４１ａに磁性混合材４２を溶射により埋め込み、全体表面を溶射により銅よりも硬い表面強化材４３で覆った構成である。

非磁性金属部材４１は、銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金、ＳＵＳのいずれかである。

磁性混合材４２は、磁性材と溶射材料を混合した材料である。
磁性材は、フェライトまたはパーマロイである。
溶射材料は、炭化タングステン・ニッケルクロム、炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかである。

表面強化材４３は、磁性混合材４２が銅よりも硬いならば、溶射作業が容易になるため、磁性混合材４２と同一材料としてよい。磁性混合材４２が銅よりも柔らかいならば、銅よりも硬い溶射材料のみとする。

変位検出用部材４０の製造手順は、図３に準じる。

実施例４に係る変位検出用部材４０によれば次の効果が得られる。
（１）溝４１ａの部分と溝４１ａでない部分における渦電流損および磁気抵抗の違いを磁気センサＤで検出することにより、磁気センサＤに対する相対変位を検出できる。
（２）溶射により銅よりも硬い表面強化材４３で全体表面を覆ったため、機械的強度を向上させることが出来る。

−実施例５−
溶射により溝１１ａ，２１ａ，４１ａを混合材１２，２２，３２，４２で埋める際、溶射を数段階に分けて、始めに近い段階では溝１１ａ，２１ａ，４１ａへの密着性を重視した混合比とし（溶射材料の混合比を高める）、終わりに近い段階では磁気センサＤによる検出性を重視した混合比（導電材または磁性材の混合比を高める）としてもよい。

本発明の変位検出用部材は、空圧シリンダや油圧シリンダ等の位置検出装置に利用できる。

１０変位検出用部材
１１磁性金属部材
１１ａ溝
１２導電性混合材
１３表面強化材
２０変位検出用部材
２１導電性金属部材
２１ａ溝
２２磁性混合材
２３表面強化材
３０変位検出用部材
３２磁性混合材
３３表面強化材
４０変位検出用部材
４１非磁性金属部材
４１ａ溝
４２磁性混合材
４３表面強化材

Claims

磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、磁性金属部材（１１）の表面に一定間隔おきに溝（１１ａ）を形成し、前記溝（１１ａ）に銅または銅と同等以上の導電率を有する導電材と銅よりも硬い溶射材料を混合した導電性混合材（１２）を溶射により埋め込んだことを特徴とする変位検出用部材（１０）。
請求項１に記載の変位検出用部材（１０）において、前記磁性金属部材（１１）が炭素鋼であり、前記銅または銅と同等以上の導電率を有する導電材が銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金のいずれかであり、前記銅よりも硬い溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであることを特徴とする変位検出用部材（１０）。
磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、銅または銅と同等以上の導電率を有する導電性金属部材（２１）の表面に一定間隔おきに溝（２１ａ）を形成し、前記溝（２１ａ）に磁性材と溶射材料を混合した磁性混合材（２２）を溶射により埋め込み、溶射により銅よりも硬い表面強化材（２３）で全体表面を覆ったことを特徴とする変位検出用部材（２０）。
請求項３に記載の変位検出用部材（２０）において、前記銅または銅と同等以上の導電率を有する導電性金属部材（２１）が銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金のいずれかであり、前記磁性材がフェライトまたはパーマロイであり、前記溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであり、前記表面強化材（２３）が前記磁性混合材（２２）と同一材料であることを特徴とする変位検出用部材（２０）。
磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、磁性金属部材（１１）の表面に一定間隔おきに溝（１１ａ）を形成し、前記溝（１１ａ）に前記磁性金属部材（１１）とは透磁率が異なる磁性材と銅よりも硬い溶射材料を混合した磁性混合材（３２）を溶射により埋め込んだことを特徴とする変位検出用部材（３０）。
請求項５に記載の変位検出用部材（３０）において、前記磁性金属部材（１１）が炭素鋼であり、前記磁性金属部材（１１）とは透磁率が異なる磁性材がフェライトまたはパーマロイであり、前記銅よりも硬い溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであることを特徴とする変位検出用部材（３０）。
請求項１、請求項２、請求項５、請求項６のいずれかに記載の変位検出用部材（１０，３０）の表面を溶射により表面強化材（１３，３３）で覆ったことを特徴とする変位検出用部材（１０，３０）。
請求項７に記載の変位検出用部材（１０，３０）において、前記表面強化材（１３，３３）が前記混合材（１２，３２）と同一材料であることを特徴とする変位検出用部材（１０，３０）。
磁気センサと組み合わせて前記磁気センサに対する相対変位を検出するための変位検出用部材であって、非磁性金属部材（４１）の表面に一定間隔おきに溝（４１ａ）を形成し、前記溝（４１ａ）に磁性材と溶射材料を混合した磁性混合材（４２）を溶射により埋め込み、溶射により銅よりも硬い表面強化材（４３）で全体表面を覆ったことを特徴とする変位検出用部材（４０）。
請求項９に記載の変位検出用部材（４０）において、前記非磁性金属部材（４１）が銅、アルミニウム、亜鉛、銀、金、ＳＵＳのいずれかであり、前記磁性材がフェライトまたはパーマロイであり、前記溶射材料が炭化タングステン・コバルト、炭化タングステン・ニッケル、炭化タングステン・コバルトクロム、炭化タングステン・ニッケルクロム、サーメット、セラミックのうちのいずれかであり、前記表面強化材（４３）が前記磁性混合材（４２）と同一材料であることを特徴とする変位検出用部材（４０）。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の変位検出用部材（１０，２０，３０，４０）において、溶射により溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）を埋める混合材（１２，２２，３２，４２）の混合比が少なくとも２段階あり、溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）の底に近い部分の混合比は溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）への密着性を重視した混合比であり、溝（１１ａ，２１ａ，４１ａ）の底から遠い部分の混合比は磁気センサ（Ｄ）による検出性を重視した混合比であることを特徴とする変位検出用部材。