(57)【要約】【課題】残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造する方法を提供することを課題とする。【解決手段】図（ａ）は局部としての第１、第２磁歪膜部における熱処理工程を説明する図であり、回転軸としての鋼材全体に対し、浸炭焼入処理工程、油冷による冷却工程、低温による焼戻工程、空冷による冷却工程を実施する。そして、回転軸の局部のみを加熱する局部加熱工程を実施する。図（ｂ）は局部以外の部分における熱処理工程を説明する図であり、回転軸に対し、浸炭焼入処理工程、油冷による冷却工程、低温による焼戻工程、空冷による冷却工程を実施する。【効果】残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造することができる。【選択図】図６
2010230636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に局部的に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサの製造方法において、
前記回転軸としての鋼材全体を浸炭処理する全体浸炭焼入処理工程と、
この焼入れされた回転軸全体を冷却する冷却工程と、
この冷却された回転軸全体を低温で焼戻しする全体焼戻工程と、
この焼戻しされた回転軸の局部を加熱する局部加熱工程と、
この加熱された回転軸の局部に磁歪膜を成膜する磁歪膜成膜工程と、
この成膜された磁歪膜に磁気異方性を付与する磁気異方性付与工程と、
この磁気異方性が付与された磁歪膜の周囲に磁歪特性の変化を検出する検出コイルを配置する検出コイル配置工程と、からなることを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。
【請求項２】
前記局部加熱工程は、高周波加熱により実施することを特徴とする請求項１記載の磁歪式トルクセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に局部的に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、回転軸に加えられるトルクを検出するトルクセンサとして、回転軸の一部に磁気異方性が付与されたトルクセンサが知られている。（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００３】
この特許文献１の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図８に示すように、回転軸１０１は、継ぎ手部１０２、１０３と、センサ部１０４、１０５と、ベアリング取付部１０６、１０７とからなる。磁気異方性が付与されているセンサ部１０４、１０５での透磁率の変化により回転軸１０１に加えられたトルクが検出される。
【０００４】
一般的に、このような回転軸は、機械的強度の向上を図るために浸炭焼入れが施される。この浸炭時に残留オーステナイトが発生することがある。この残留オーステナイトは、とても不安定な相であり、繰り返し応力が加えられたり、温度変化を受けたりすることで、マルテンサイトに徐々に変化する。マルテンサイトは磁性に影響を与えるため、回転軸１０１の磁気特性が時間と共に変化する。
【０００５】
これらの弊害を防止するために従来技術においては、先ず（ａ）に示すように、センサ部１０４、１０５に浸炭防止焼入れ焼戻し処理を施し、センサ部１０４、１０５以外の部分に浸炭焼入れ焼戻し処理を施す。さらに、（ｂ）に示すように、少なくともセンサ部１０４、１０５に、ショットピーニング処理を施す。
【０００６】
しかしながら、従来技術においては、センサ部１０４、１０５に浸炭防止処理とショットピーニングが必要になり処理が煩雑になる。また、ショットピーニングを実施することで、回転軸１０１の表面が荒れてしまい、その後に成膜する磁歪膜には不向きである。回転軸１０１の母材自体に磁気異方性を付与する必要があるが、磁歪膜に磁気異方性を付与するタイプに比較して磁歪特性が弱くなるので、信号増幅する必要が生じる。すなわち、残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造する方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２４６１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、回転軸に局部的に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサの製造方法において、前記回転軸としての鋼材全体を浸炭処理する全体浸炭焼入処理工程と、この焼入れされた回転軸全体を冷却する冷却工程と、この冷却された回転軸全体を低温で焼戻しする全体焼戻工程と、この焼戻しされた回転軸の局部を加熱する局部加熱工程と、この加熱された回転軸の局部に磁歪膜を成膜する磁歪膜成膜工程と、この成膜された磁歪膜に磁気異方性を付与する磁気異方性付与工程と、この磁気異方性が付与された磁歪膜の周囲に磁歪特性の変化を検出する検出コイルを配置する検出コイル配置工程と、からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、局部加熱工程は、高周波加熱により実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明は、回転軸全体に浸炭焼入処理工程、焼戻工程を実施してから、回転軸の局部を加熱する局部加熱工程を実施する。局部的に加熱することにより、回転軸の磁歪膜成膜部分のみの残留オーステナイトを低減させることができる。磁歪膜成膜部以外の回転軸部分は、局部加熱処理がなされていないため、機械的強度を保つことができる。この結果、残留オーステナイトを局所的に低減した回転軸に磁歪膜が設けられている磁歪式トルクセンサを簡易に製造することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明では、局部加熱工程は、高周波加熱により実施する。コイルで加熱するだけであるので、短時間で磁歪式トルクセンサを製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る磁歪式トルクセンサの使用例を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリングの断面図である。
【図３】本発明に係る磁歪式トルクセンサの断面図である。
【図４】本発明に係る磁歪式トルクセンサの作用を説明する図である。
【図５】本発明に係る磁歪式トルクセンサにおける各検出コイルに関する磁歪特性曲線とセンサ検出特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る磁歪式トルクセンサの各熱処理工程を説明する図である。
【図７】本発明に係る局部加熱工程を説明する図である。
【図８】従来の技術の基本原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００１５】
先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、車両１０において、ステアリングハンドル１１が回されると、この回転力がステアリング軸１２を介して電動パワーステアリング機構１３（詳細構造は後述）に伝えられ、この伝えられた回転力に応じたトルクが、この電動パワーステアリング機構１３で付加される。増加されたトルクでラック軸１４が水平に動かされ、車輪１５が操舵される。
【００１６】
図２に示されるように、電動パワーステアリング機構１３は、回転軸１６と、この回転軸１６のトルクを検出する磁歪式トルクセンサ２０と、補助動力を伝達する補助動力伝達機構２１と、回転軸１６の回転運動を往復運動に変換するピニオン・ラック機構２２と、これらの外側を囲うハウジング２３およびリッド２４とからなる。回転軸１６は、軸受２５、２６を用いてハウジング２３に回転自在に支持されている。
【００１７】
磁歪式トルクセンサ２０は、回転軸１６に設けられている第１磁歪膜２７及び第２磁歪膜２８と、これらの第１、第２磁歪膜２７、２８に臨むようにリッド２４に設けられている第１検出コイル３１及び第２検出コイル３２とからなる。
【００１８】
補助動力伝達機構２１は、ハウジング２３に設けられ補助動力を発生する補助モータ３４と、この補助モータ３４に設けられ回転力を伝達する伝達軸３５と、この伝達軸３５に設けられているウォームギヤ３６と、ウォームギヤ３６に噛み合うように回転軸１６に設けられ補助動力を伝達するウォームホイール３７と、からなる。
【００１９】
ピニオン・ラック機構２２は、回転軸１６に設けられているピニオン４０と、このピニオン４０に噛み合うように設けられているラック４１と、ハウジング２３にラック４１に向かって摺動自在に設けられラック４１を案内するラックガイド４２と、ハウジング２３にキャップ４３を介して設けられラックガイド４２がピニオン４０に押し付けられるように付勢する圧縮ばね４４と、からなる。
【００２０】
図３に示されるように、磁歪式トルクセンサ２０は、回転軸１６と、回転軸１６に被覆され且つ磁気異方性が付与されている第１磁歪膜２７と、回転軸１６に被覆され且つ磁気異方性が第１磁歪膜２７とは逆方向に付与されている第２磁歪膜２８と、第１磁歪膜２７に臨んで配置され第１磁歪膜２７での磁気特性の変化を検出する第１検出コイル３１と、第２磁歪膜２８に臨んで配置され第２磁歪膜２８での磁気特性の変化を検出する第２検出コイル３２と、回転軸１６の周囲に配置される１個の励磁コイル４７と、からなる。なお、磁気異方性の方向をＡ、Ｂで示す。また、符号４８、４８は、第１、第２検出コイル３１、２３に備えられているヨークである。
【００２１】
以上の述べた磁歪式トルクセンサの作用を次に述べる。
図４に示されるように、第１、第２磁歪膜２７、２８に対して配置されている励磁コイル４７と、第１、第２検出コイル３１、３２とを電気的関係として概念的に示している。第１、第２磁歪膜２７、２８に共通に配置されている励磁コイル４７には、励磁用交流電流を常に供給する交流電源５１が接続されている。回転軸１６にトルクが加わると、第１、第２検出コイル３１、３２の各出力端子からは、トルクに対応する誘導電圧ＶＡ、ＶＢが出力される。
【００２２】
第１、第２検出コイル３１、３２の各出力端子から出力された誘導電圧ＶＡ、ＶＢは、トルク演算部５２に入力される。トルク演算部５２は、誘導電圧ＶＡ、ＶＢに基づいて、回転軸１６に加えられたトルクを演算する。
なお、トルク演算部５２は、マイコン等の演算手段または演算用電気回路で構成されている。
【００２３】
図５に示されるように、第１検出コイル（図３、符号３１）に関する磁歪特性曲線５３と、第２検出コイル（図３、符号３２）に関する磁歪特性曲線５４とは、第１、第２磁歪膜（図３、符号２７、２８）のそれぞれで互いに逆方向となる磁気異方性を有することが反映して、両磁歪特性曲線が交わる点を含む縦軸に関して略線対称の関係になる。
【００２４】
図５において示される線５５は、磁歪特性曲線５３、５４の共通領域であって略線形特性を有する領域において、検出コイル３１の出力電圧として得られる磁歪特性曲線５３の各値から、検出コイル３２の出力電圧として得られる磁歪特性曲線５４の対応する各値を差し引いた値に基づいて作成されるグラフを示す。トルクがゼロのときに、各検出コイル３１、３２から出力される誘導電圧は等しいので、その差の値はゼロとなる。磁歪式トルクセンサ（図３、符号２０）では、上記の磁歪特性曲線５３、５４におけるトルクの中立点（ゼロ点）付近の一定勾配とみなされる領域を使用することで、線５５の略直線特性を有するものとして形成している。線５５は、原点を通る直線であって、縦軸及び横軸の正側、負側に存在する。磁歪式トルクセンサ２０の検出出力値は、第１、第２検出コイル３１、３２から出力される誘導電圧の差（ＶＡ−ＶＢ）として得られることから、線５５を利用することに基づいて、回転軸（図３、符号１６）に加えられたトルクの方向と大きさを検出することができる。
【００２５】
磁歪式トルクセンサ２０の出力値に基づき、回転軸１６に入力されたトルクに関して回転方向と大きさに対応した検出信号を取り出すことができる。すなわち、磁歪式トルクセンサ２０の検出値は、トルクに応じて線５５上のいずれかの点として出力される。この検出値が、横軸で正側に位置するときには、トルクは右回転と判断され、横軸で負側に位置するときには、トルクは左回転と判断される。また、上記検出値の縦軸上での絶対値が操舵トルクの大きさとなる。
【００２６】
以上に述べた磁歪式トルクセンサの製造方法を次に述べる。
図６において、（ａ）は局部としての第１、第２磁歪膜部における熱処理工程を説明する図である。
先ず、回転軸としての鋼材全体（図２、符号１６）に対し、浸炭焼入処理工程、油冷による冷却工程、低温による焼戻工程、空冷による冷却工程を実施する。
そして、回転軸１６の局部（図２、符号２７、２８）のみを加熱する局部加熱工程を実施する。
【００２７】
（ｂ）は局部以外の部分における熱処理工程を説明する図である。
回転軸（図２、符号１６）に対し、浸炭焼入処理工程、油冷による冷却工程、低温による焼戻工程、空冷による冷却工程を実施する。
【００２８】
ピニオン（図２、符号４０）部分に対して低温による焼戻工程を実施することで、ピニオン４０の機械的強度を保つことができる。
局部２７、２８に対して局部加熱工程を実施することで、局部２７、２８の残留オーステナイトを低減できる。この結果、局部２７、２８において、残留オーステナイトが強磁性マルテンサイトに変化する経年変化を防止することができる。
【００２９】
図７に示されるように、局部加熱工程は、局部としての第１、第２磁歪膜２７、２８部分に対して加熱コイル５６、５６を臨ませて高周波加熱により実施される。
加熱コイルによる高周波加熱は長くて１０秒程度であるため、局部加熱工程の工数を短縮できる。加えて、局部の疲労強度、表面硬さも向上させることができる。
【００３０】
熱処理が施された回転軸（図２、符号１６）の局部に磁歪膜を成膜する磁歪膜成膜工程を実施する。第１、第２磁歪膜（図２、符号２７、２８）部分に対しては、磁歪特性を示す組成比のＮｉ−Ｆｅ合金を溶射するか、もしくはめっきを施す。
成膜された磁歪膜に磁気異方性を付与する磁気異方性付与工程を実施する。回転軸１６にトルクを印加した状態で第１磁歪膜２７部分に高周波加熱し、トルクを開放すること等で、磁気異方性を加えることができる。また、第２磁歪膜２８部においては、第１磁歪膜２７部とは逆向きのトルクを印加した状態で第２磁歪膜２８部分に高周波加熱し、トルクを開放すること等で、第１磁歪膜２７とは逆向きの磁気異方性を加えることができる。
なお、第１、第２磁歪膜部２７、２８は、Ｎｉ−Ｆｅ合金材に限定されず、磁歪特性を示す材料であれば、他の材料でも差し支えない。
【００３１】
さらに、第１磁歪膜２７周囲に磁歪特性の変化を検出する第１検出コイル（図２、符号３１）を配置し、第２磁歪膜２８周囲に磁歪特性の変化を検出する第１検出コイル（図２、符号３２）を配置することで、検出コイル配置工程を実施し磁歪式トルクセンサ（図２、符号２０）を完成させる。
【００３２】
尚、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、実施の形態では自動車のステアリング軸に適用したが、船舶の舵にも適用可能であり、回転軸のトルクを検出するものであれば、一般の機械部品に適用することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の磁歪式トルクセンサは、自動車のステアリング軸に好適である。
【符号の説明】
【００３４】
１６…回転軸（鋼材）、２０…磁歪式トルクセンサ、２７…局部（第１磁歪膜）、２８…局部（第２磁歪膜）、３１…第１検出コイル、３２…第２検出コイル、５６…加熱コイル、Ａ、Ｂ…磁気異方性。
【図１】
2010230636.tif 000003
【図２】
2010230636.tif 000004
【図３】
2010230636.tif 000005
【図４】
2010230636.tif 000006
【図５】
2010230636.tif 000007
【図６】
2010230636.tif 000008
【図７】
2010230636.tif 000009
【図８】
2010230636.tif 000010