制造用于編碼器的磁性基片的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造編碼器標(biāo)尺的磁性基片的方法。所述方法包括機(jī)械加工所述基片的步驟，其中所述基片在所述機(jī)械加工步驟之前被冷卻。在一個(gè)實(shí)施例中，使用不銹鋼基片。所述不銹鋼可以包括奧氏體（非磁性）相以及馬氏體（磁性）相。以這種方式機(jī)械加工和冷卻增加了所形成的磁性（馬氏體）相材料的量，從而提高了當(dāng)隨后通過激光標(biāo)記在基片上形成非磁性（奧氏體）標(biāo)記時(shí)的磁對(duì)比度。
【專利說明】制造用于編碼器的磁性基片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種形成用于編碼器標(biāo)尺的磁性基片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知具有無源磁性標(biāo)尺的磁性編碼器。這種編碼器包括標(biāo)尺，所述標(biāo)尺包括一系列標(biāo)記，所述標(biāo)記具有與周圍材料不同的導(dǎo)磁率。可以應(yīng)用關(guān)聯(lián)的讀頭感測(cè)標(biāo)尺的導(dǎo)磁率變化，所述讀頭包括磁體和多個(gè)磁場(chǎng)傳感器(例如霍爾傳感器)。
[0003]之前在JP63098501中已經(jīng)描述了如何通過應(yīng)用激光束以加熱磁性材料的小的區(qū)域而在磁性材料中形成編碼器標(biāo)尺標(biāo)記。這些被加熱的區(qū)域由磁性材料轉(zhuǎn)換成非磁性材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制造用于編碼器標(biāo)尺的磁性基片的改進(jìn)的方法。通過本發(fā)明制造的這種磁性基片可以例如隨后應(yīng)該激光標(biāo)記工藝在其上施加標(biāo)尺標(biāo)記。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于制造編碼器標(biāo)尺的磁性基片的方法，所述方法包括機(jī)械加工基片的步驟，其中在所述機(jī)械加工步驟之前冷卻所述基片。有利地，在所述機(jī)械加工步驟之后冷卻所述基片。也可以在所述機(jī)械加工步驟期間冷卻所述基片。
[0006]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，機(jī)械加工(也稱為冷成型)和冷卻基片的組合能增加基片處理期間所形成的磁性材料的量。這就改善了在隨后形成的標(biāo)尺標(biāo)記與基片之間的導(dǎo)磁率差，從而提供了改進(jìn)的磁性編碼器性能。
[0007]便利地，所述 基片包括金屬。所述基片可以包括鋼。優(yōu)選地，所述基片包括不銹鋼。有利地，所述不銹鋼是奧氏體等級(jí)不銹鋼，例如可以使用AISI304L級(jí)不銹鋼。所述基片優(yōu)選包括非無定形(例如晶態(tài))材料。因此基片優(yōu)選由可采用非磁性相和磁性相的材料形成。這可以例如包括可采用奧氏體(非磁性)和馬氏體(磁性)相的材料。
[0008]有利地，在已經(jīng)被冷卻至低于室溫的溫度的基片上進(jìn)行所述機(jī)械加工步驟。優(yōu)選地，在已經(jīng)被冷卻至低于O攝氏度的基片上進(jìn)行所述機(jī)械加工步驟。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在低溫冷卻基片上進(jìn)行所述機(jī)械加工步驟?？梢酝ㄟ^將基片浸入液態(tài)氮槽中提供這種低溫冷卻。
[0009]基片可以形成為任何合適的形狀。優(yōu)選地，基片是細(xì)長(zhǎng)的。有利地，基片包括桿。便利地，基片可以采取帶的形狀。
[0010]可以在基片上進(jìn)行任何合適的機(jī)械加工步驟。例如，擠壓、錘擊、鍛造等等。有利地，所述機(jī)械加工步驟包括拉拔(drawing)基片。優(yōu)選地,機(jī)械加工步驟包括滾壓基片的步驟。便利地，機(jī)械加工步驟包括在基片上進(jìn)行多個(gè)加工操作的步驟?；梢园?xì)長(zhǎng)基片，諸如桿或者帶，并且細(xì)長(zhǎng)基片的厚度可以通過每次加工操作減小。例如，通過每次加工(例如每次拉拔或滾壓)操作，桿直徑或帶厚度可以減小。優(yōu)選地，在多個(gè)步驟中獲得細(xì)長(zhǎng)基片的期望的最終厚度。[0011]便利地，在每次加工操作期間細(xì)長(zhǎng)基片的厚度減小不超過20%。優(yōu)選地，在每次加工操作期間細(xì)長(zhǎng)基片的厚度減小大約5%至10%。
[0012]所述方法可以包括在完成機(jī)械加工步驟之后加熱所述基片的步驟。所述加熱步驟可以包括將基片加熱一段長(zhǎng)的時(shí)間到達(dá)高溫。例如，所述基片可以被加熱至高于100°c、高于200°C或高于300°C。有利地，基片可以被加熱至大約450°C。高溫可以被保持至少一小時(shí)或至少兩小時(shí)。優(yōu)選地，高溫低于任何相變溫度，在所述相變溫度之上材料回復(fù)成非磁性(例如奧氏體)狀態(tài)。
[0013]所述方法可以包括在機(jī)械加工所述基片的步驟之后應(yīng)用表面硬化步驟的附加步驟。例如，所述表面硬化步驟可以便利地包括脈沖等離子滲氮。
[0014]還可以執(zhí)行一個(gè)步驟:應(yīng)用激光來局部加熱基片以便在其中形成非磁性標(biāo)記，所述非磁性標(biāo)記限定編碼器標(biāo)尺。這可以在表面硬化步驟之前進(jìn)行。
[0015]本發(fā)明還可以延伸到應(yīng)用上述方法制造的用于編碼器標(biāo)尺的磁性基片。優(yōu)選地，編碼器標(biāo)尺是無源磁性標(biāo)尺。應(yīng)當(dāng)注意，“無源”磁性標(biāo)尺沒有用任何方法磁化(即，它沒有產(chǎn)生磁場(chǎng))，但是具有局部導(dǎo)磁率變化，該局部導(dǎo)磁率變化影響由關(guān)聯(lián)的磁性標(biāo)尺讀取單元的磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這應(yīng)當(dāng)與“有源”磁性標(biāo)尺成對(duì)比，在“有源”磁性標(biāo)尺中，形成北磁極和南磁極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在僅借助例子并參照附圖(圖1)來描述本發(fā)明，其中附圖顯示了磁相材料的相對(duì)含量，其作為由拉拔工藝提供的面積減小的函數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在下面將詳細(xì) 描述的所述方法的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明允許在奧氏體等級(jí)不銹鋼中形成高含量的馬氏體相。然后通過應(yīng)用合適的標(biāo)記工藝(例如激光標(biāo)記)產(chǎn)生小的非磁性區(qū)域，從而所產(chǎn)生的不銹鋼基片(其可以以帶或桿的形式提供)可以制成為編碼器標(biāo)尺。
[0018]在低于室溫冷卻期間(溫度地)或者通過機(jī)械加工(也稱為“冷成型”，因?yàn)樵诩庸て陂g材料不被加熱)，在奧氏體不銹鋼中形成馬氏體。本申請(qǐng)的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過應(yīng)用冷卻和機(jī)械加工兩者來增加桿或帶中所形成的馬氏體的量。
[0019]在冷卻時(shí)開始形成馬氏體的溫度取決于鋼中的碳(C)和氮(N)的含量。C和N的含量越低，與形成馬氏體關(guān)聯(lián)的溫度就越高。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不銹鋼材料AISI304L是合適的材料。
[0020]應(yīng)用Feritscope MP-30檢測(cè)鋼的磁含量。應(yīng)當(dāng)注意，這里呈現(xiàn)的磁含量測(cè)量值的結(jié)果(鐵素體等級(jí)的百分比)不是磁含量的實(shí)際(絕對(duì))值。這種測(cè)量值因此僅僅為了比較目的而提供。
[0021]通過在減小AISI304L不銹鋼的2毫米厚(平直)帶的厚度之前將它冷卻到零下30至零下70攝氏度之間而進(jìn)行第一次試驗(yàn)。通過在將所述帶牽拉通過拉模之前將帶浸入液態(tài)氮槽中而進(jìn)行所述冷卻。
[0022]如果僅僅在變形之前進(jìn)行冷卻，所獲得的最佳磁含量大約為25%。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果在變形之前冷卻帶，并且在剛剛變形之后再冷卻帶，則磁含量增加至大約40%。
[0023]通過在多個(gè)階段中執(zhí)行變形步驟而獲得帶的磁含量的進(jìn)一步增加。如果在數(shù)個(gè)階段中發(fā)生變形，則在變形之前和之后將帶浸入液態(tài)氮中會(huì)提供55%-60%范圍的磁含量。據(jù)稱如果變形高(例如一次過程厚度減小30-40%)，則帶的溫度在變形期間增加，從而減緩馬氏體的形成。當(dāng)每次通過圓柱體時(shí)帶的厚度減小5-10%時(shí)，獲得最佳結(jié)果。
[0024]通過將桿逐步地牽拉通過拉模而對(duì)不銹鋼(AISI304L級(jí)別)重復(fù)所述過程。在拉拔之前桿被冷卻至零下196攝氏度，并且在剛好通過模具之后再次浸入液態(tài)氮。所獲得的磁含量再次處于55-60%范圍內(nèi)。
[0025]圖1顯示了桿的磁相材料的相對(duì)含量，其為面積減小百分比的函數(shù)。如果桿的面積減小25-35%，則似乎獲得大約55%的磁相。如果在冷卻/成型工藝之后桿在真空中被加熱數(shù)小時(shí)直至450攝氏度，則觀察到磁含量另外增加大約10%。
[0026]在桿(或帶)成型之后，可以進(jìn)行表面硬化處理。這可以改進(jìn)標(biāo)尺的機(jī)械剛性，并且可以在在桿上形成任何所需的標(biāo)尺標(biāo)記之后進(jìn)行。所述表面硬化處理可以包括例如下面所述類型的等離子滲氮工藝。
[0027]獲得應(yīng)用上述方法制造的桿，其具有62%的磁相相對(duì)含量。所述桿在400攝氏度下在包含5%的N2和75%的H2的大氣中滲氮10個(gè)小時(shí)。桿具有大約半圓形形狀的局部熱處理區(qū)域(例如，標(biāo)尺標(biāo)記)；它們(在表面上)大約0.13毫米深，0.28毫米寬。這些區(qū)域是應(yīng)用激光處理工藝形成在桿的表面上的非磁性(奧氏體)標(biāo)記。
[0028]在滲氮處理之后，桿的中心硬度從460HV1Q增加到580HV1(l(620HVaQ1)。桿自身的表面硬度在滲氮之后是1318HVa(ll，而熱處理區(qū)域的頂部上的桿的表面硬度是470HVaΜ。熱處理區(qū)域中(即，奧氏體區(qū)域中)的硬度是295HVa(ll。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)滲氮層的深度為大約8微米的馬氏體區(qū)域和3.5-4微米的奧氏體區(qū)域。
[0029]在滲氮樣品中觀察到信號(hào)幅度的小`的增加(用百分?jǐn)?shù)，而不是幾十個(gè)百分?jǐn)?shù))。該效果被認(rèn)為是因?yàn)樵诖蠹s400-450攝氏度的溫度下處理數(shù)小時(shí)使得少量ε馬氏體(B卩，順磁馬氏體)轉(zhuǎn)化為鐵磁(α ’)馬氏體而發(fā)生的。
[0030]重要的是要注意，以上僅僅是本發(fā)明的一個(gè)例子。所述方法可以應(yīng)用于不同的材料，并且基片可以用于除制造編碼器標(biāo)尺之外的不同目的。以上描述的各種溫度和處理參數(shù)也僅僅是示意性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠容易地理解如何將所述工藝適用于其它材料。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造編碼器標(biāo)尺的磁性基片的方法，所述方法包括機(jī)械加工所述基片的步驟，其中所述基片在所述機(jī)械加工步驟之前被冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基片在所述機(jī)械加工步驟之后被冷卻。
3.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述基片在所述機(jī)械加工步驟期間被冷卻。
4.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述基片包括金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述基片包括不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述不銹鋼是奧氏體等級(jí)不銹鋼。
7.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在已經(jīng)被冷卻至低于室溫的溫度的基片上進(jìn)行所述機(jī)械加工步驟。
8.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在已經(jīng)被冷卻至低于O攝氏度的基片上進(jìn)行所述機(jī)械加工步驟。
9.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在低溫冷卻基片上進(jìn)行所述機(jī)械加工步驟?！?br> 10.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述基片包括細(xì)長(zhǎng)桿或帶。
11.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述機(jī)械加工步驟包括拉拔所述基片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述機(jī)械加工步驟包括滾壓所述基片。
13.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述機(jī)械加工步驟包括在所述基片上進(jìn)行多個(gè)加工操作的步驟，其中所述基片包括細(xì)長(zhǎng)基片，諸如桿或帶，并且所述細(xì)長(zhǎng)基片的厚度通過每次加工操作而減小。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述細(xì)長(zhǎng)基片的厚度在每次加工操作期間減小不超過20%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述細(xì)長(zhǎng)基片的厚度在每次加工操作期間減小大約5%至10%ο
16.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在機(jī)械加工所述基片的步驟之后，所述基片被加熱至少一小時(shí)，到達(dá)例如450°C的高溫。
17.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，包括在機(jī)械加工所述基片的步驟之后應(yīng)用表面硬化步驟的附加步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述表面硬化步驟包括脈沖等離子滲氮。
19.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，包括以下步驟:應(yīng)用激光來局部加熱所述基片，以便在其中形成限定編碼器標(biāo)尺的非磁性標(biāo)記。
20.一種用于編碼器標(biāo)尺的磁性基片，其應(yīng)用根據(jù)前面任意權(quán)利要求所述的方法制造。
【文檔編號(hào)】C21D10/00GK103443301SQ201280012241
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月3日
【發(fā)明者】彼得·科蓋伊, 沃伊特·列斯科夫塞克 申請(qǐng)人:Rls梅里那技術(shù)公司, 瑞尼斯豪公司