(57)【要約】【課題】回転軸に熱を加えても、トルクの変動を抑えることができる磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置を提供することを課題とする。【解決手段】磁歪膜１７が成膜されている回転軸１１を、トルク発生手段１６により所定のトルクでねじる磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置１０において、回転軸１１とトルク発生手段１６との間に、トーションバー１４を介在させたことを特徴とする。【効果】トーションバーを介在させると、トルク発生手段の回転角度は、回転軸のねじれ角とトーションバーのねじれ角の合計になる。回転角度が大きいと、凹凸に起因する角度変化の影響は小さくなり、結果として、この結果、トルクの変動が緩和され、トルクの変動を抑えることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に磁歪膜を成膜する成膜工程と、前記回転軸に所定のトルクを加える工程と、前記回転軸に所定のトルクを加えた状態で前記磁歪膜に熱処理を施す熱処理工程と、前記トルクを解消する工程とからなる磁歪式トルクセンサ用回転軸の製造方法において、前記回転軸に所定のトルクを加える工程では、トルク発生手段と前記回転軸とをトーションバーで連結し、このトーションバーを介してトルク発生手段で回転軸をねじるようにしたことを特徴とする磁歪式トルクセンサ用回転軸の製造方法。
【請求項２】
磁歪膜が成膜されている回転軸を、トルク発生手段により所定のトルクでねじる磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置において、
前記回転軸と前記トルク発生手段との間に、トーションバーを介在させたことを特徴とする磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪式トルクセンサの製造技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等に装備される電動パワーステアリング装置では、ドライバーの操舵操作によって操舵軸から回転軸に加えられるトルクをトルクセンサで検出する。そして、このトルクセンサからの検出信号に応じてモータを駆動制御して動力を付加し、ドライバーの操舵力を軽減して快適な操舵フィーリングを与える。
【０００３】
上記トルクセンサは、各種のものが知られており、その一つは、磁歪式トルクセンサである。
磁歪式トルクセンサは、回転軸の表面に磁気異方性をもった磁歪膜を被着することを基本構成とする。回転軸に外部からトルクが作用したときに回転軸のねじれに応じて磁歪膜の磁気特性が変化する。この磁気特性の変化を検出し、トルクに換算することで、加えられたトルクを出力することを基本原理とする。
【０００４】
磁気異方性を付与するために、回転軸にトルクを加えて応力が生じた状態のままで、加熱処理する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−８２０００公報（図３）
【０００５】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図４は従来の磁歪式トルクセンサの要部の構成図であり、回転軸１０１に磁歪膜１０６を成膜する。そして、一端の×印箇所を固定し、他端をねじることで、回転軸１０１に所定のトルクを加える。この状態のままで、加熱処理する。以上の工程により、磁歪膜１０６に磁気異方性を付加するというものである。
【０００６】
本発明者らは、特許文献１を実施するため、次図に示す装置を作製した。
図５は従来の回転軸のねじり装置の原理図であり、回転軸のねじり装置１００は、車両のステアリング系に配置される回転軸１０１を所定のトルクでねじる装置であり、装置フレーム１０２と、この装置フレーム１０２に設けられ、回転軸１０１の一端（上端）を支える支持部１０３と、この支持部１０３で支えられた回転軸１０１の他端（下端）に連結したトルク計１０４と、このトルク計１０４に連結すると共に装置フレーム１０２に固定されているサーボモータ１０５と、装置フレーム１０２に設けられ回転軸１０１に成膜されている磁歪膜１０６を加熱する誘導加熱コイル１０７と、トルク計１０４で検出したトルク信号と入力装置１０８で予め記憶させた目標値との差がゼロになるようにモータドライバー１０９を制御する制御部１１０とからなる。
【０００７】
磁歪膜１０６を数百℃まで加熱すると、回転軸１０１は不可避的に熱膨張する。回転軸１０１は支持部１０３を起点として、図面下方へ伸びる。
【０００８】
図５の作用を次図で詳しく説明する。
図６は図５の作用説明図であり、（ａ）に示される予定曲線で回転軸をねじり、トルクが安定した領域で、（ｂ）に示される曲線で加熱し、冷却する要領で図５のねじり装置１００を運転した。ところが、トルク計（図５、符号１０４）で測定したトルクは、（ｃ）のようになった。すなわち、熱処理範囲でトルクが大きく変動した。
【０００９】
このような変動には、バラツキがあり、磁歪膜（図５、符号１０６）の品質に悪影響を及ぼす。そこで、本発明者らはトルクの変動を解消する作業の一環として、トルクの変動のメカニズムを次のように推定した。
図７は図５の７−７線断面図であり、回転軸側の角軸１１２は、トルク計側のボス１１３に設けられている角穴１１４に嵌合される。
図８は角穴と角軸との関係を示す断面図であり、角軸１１２が、熱膨張により下がってきても良いように、角穴１１４の底は十分に深くなっている。
【００１０】
図９は図８の９部の拡大図（理解を促すために極端に拡大した図）である。
（ａ）は、例えば熱膨張前の角軸１１２とボス１１３との関係を示し、角軸１１２にポイント（目印）Ｐ１を付し、ボス１１３にポイントＰ２を付したとする。
角軸１１２の表面は機械加工などの影響で極めて微細な凹凸が不可避的に発生する。ボス１１３の表面も同様に極めて微細な凹凸が不可避的に発生する。
今、ポイントＰ１とポイントＰ２との水平距離がＬ１であったとする。
【００１１】
（ｂ）は、例えば熱膨張途中の状態を示し、ボス１１３に対して角軸１１２が下方へ移動した。この移動により、角軸１１２側の凸がボス１１３側の凹に嵌合した。この結果、ポイントＰ１とポイントＰ２との水平距離Ｌ２はＬ１より小さくなった。
【００１２】
（ｃ）は、例えば熱膨張後の状態を示し、ボス１１３に対して角軸１１２が更に下方へ移動した。この移動により、角軸１１２側の凸がボス１１３側の凸に対向した。この結果、ポイントＰ１とポイントＰ２との水平距離Ｌ３はＬ２及びＬ１より大きくなった。
【００１３】
図１０は凹凸の影響を説明する図であり、想像線で示した角軸１１２が、上記水平距離の変化（Ｌ１→Ｌ２又はＬ１→Ｌ３）によって、実線で示す角軸１１２のように回転することが考えられる。図は誇張して記載したが、角度θは０．０４°程度である。
【００１４】
ところで、図６（ｃ）に示したトルク変動は、磁歪膜の品質に悪影響を及ぼす虞があって、容認できない。
そこで、図９〜図１０の推論を踏まえて、トルクの変動を抑えることができる技術が望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、トルクの変動を抑えることができる磁歪式トルクセンサ用回転軸の製造方法及び磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置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】
【００１６】
請求項１に係る発明は、回転軸に磁歪膜を成膜する成膜工程と、前記回転軸に所定のトルクを加える工程と、前記回転軸に所定のトルクを加えた状態で前記磁歪膜に熱処理を施す熱処理工程と、前記トルクを解消する工程とからなる磁歪式トルクセンサ用回転軸の製造方法において、前記回転軸に所定のトルクを加える工程では、トルク発生手段と前記回転軸とをトーションバーで連結し、このトーションバーを介してトルク発生手段で回転軸をねじるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、磁歪膜が成膜されている回転軸を、トルク発生手段により所定のトルクでねじる磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置において、
前記回転軸と前記トルク発生手段との間に、トーションバーを介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明では、トーションバーを介してトルク発生手段で回転軸をねじるようにした。回転軸とトルク発生手段との間には機械的な連結部が存在する。この連結部には、機械加工などにより不可避的な凹凸が存在する。回転軸が熱膨張すると、連結部における凹凸の位置が相対的に移動し、その影響がトルク発生手段での回転角度に表れる。
トーションバーを介在させると、トルク発生手段の回転角度は、回転軸のねじれ角とトーションバーのねじれ角の合計になる。トルク発生手段の回転角度が大きいと、凹凸に起因する角度変化の影響は小さくなり、結果として、この結果、トルクの変動が緩和され、トルクの変動を抑えることができる。
【００１９】
請求項２に係る発明でも、トーションバーを介在させると、トルク発生手段の回転角度は、回転軸のねじれ角とトーションバーのねじれ角の合計になる。トルク発生手段の回転角度が大きいと、凹凸に起因する角度変化の影響は小さくなり、結果として、この結果、トルクの変動が緩和され、トルクの変動を抑えることができる。
【００２０】
加えて、従来のねじり装置にトーションバーを加入することで、装置の改良を図ることができる。すなわち、安価なねじり装置を安価な改造費用で改造することで、本発明のねじり装置を得ることができるため、生産性を維持しつつ、トルクの変動を抑えることができるため、精密でかつ均質の磁気異方性を付加できる磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置の普及を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施するための最良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。
図１は本発明に係る磁歪式トルクセンサ用回転軸の製造方法を説明する図であり、（ａ）に工程が示され、（ｂ）にトルクを付加する時期が示され、（ｃ）に熱処理を施す時期が示されている。
【００２２】
（ａ）の工程を詳細に説明する。
（ａ−１）に示されるように、軸部材１１に酸エッチング法などを用いて面を粗らすことを内容とする前処理を施す。粗面にすると、磁歪膜の接着強度を高めることができるからである。この前処理を済ませた軸部材１２に、（ａ−２）に示されるように、電気メッキ法により磁歪膜１３を成膜する。
【００２３】
（ａ−３）に示されるように、磁歪膜１３が付いた軸部材１４を所定のトルクでねじる。
（ａ−４）に示されるように、トルクを付加した状態で、数百℃まで急速加熱し、後にゆっくり冷却する。この加熱処理と冷却処理は合わせて熱処理と呼ばれる。ねじりながら熱処理を施すことにより磁気異方性を付与することができる。  次に、トルクの付加を解除する（ａ−５）。
好ましくは、（ａ−６）に示されるように焼なまし（アニーリング）処理を施す。
【００２４】
以上に説明した工程のうちで、（ａ−３）の工程（トルク付加工程）〜（ａ−４）の工程（ねじりながら熱処理を施す工程）に好適な回転軸のねじり装置を以下に説明する。
図２は本発明に係る回転軸のねじり装置の原理図であり、回転軸のねじり装置１０は、車両のステアリング系に配置される回転軸１１を所定のトルクでねじる装置であり、装置フレーム１２と、この装置フレーム１２に設けられ、回転軸１１の一端（上端）を支える支持部材１３と、この支持部材１３で支えられた回転軸１１の他端（下端）に連結したトーションバー１４と、このトーションバー１４の他端（下端）に連結したトルク計１５と、このトルク計１５に連結すると共に装置フレーム１２に固定されている、トルク発生手段としてのサーボモータ１６と、装置フレーム１２に設けられ回転軸１１に成膜されている磁歪膜１７を加熱する誘導加熱コイル１８と、トルク計１５で検出したトルク信号と入力装置１９で予め記憶させた目標値との差がゼロになるようにモータドライバー２１を制御する制御部２２とからなる。
【００２５】
上記装置１０で、回転軸１１に１００Ｎｍのトルクを付加した。この結果、回転軸１１は０．４０°ねじれた。また、トーションバー１４は２．３０°ねじれた。
トーションバー１４の上端をＰ１１、下端をＰ１２と呼ぶ。そして、Ｐ１１及びＰ１２におけるねじれ角を測定した。比較のために、同条件で従来装置でも測定した。測定の結果を次表に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
比較例は、図５に示すねじり装置を使用し、サーボモータで１００Ｎｍのトルクを回転軸に付加した。回転軸のねじれ角は０．４０°であり、サーボモータの回転角は同様の０．４０°であった。Ｐ１での角度変化は、図１０で説明したように角度変化は０．０４°であった。
変化の影響は、（角度変化／サーボモータの回転角）と定義すると、０．０４／０．４０＝０．１０の計算により、１０％となった。
【００２８】
実施例は、図２に示すねじり装置を使用し、サーボモータで１００Ｎｍのトルクを回転軸に付加した。回転軸のねじれ角は０．４０°でありトーションバーのねじれ角は２．３０°あった。サーボモータの回転角は回転軸のねじれ角とトーションバーのねじれ角の合計となり、２．７０°であった。Ｐ１（図２参照）での角度変化は０．０４°、Ｐ２での角度変化は０．０４°であった。
変化の影響は、（角度変化／サーボモータの回転角）と定義すると、（０．０４＋０．０４）／２．７０＝０．０３の計算により、３％となった。
実施例は、比較例に対して変化の影響が１／３以下になった。
【００２９】
図３は本発明におけるトルク曲線を示すグラフであり、点Ｐ３で一旦トルクが減少するものの直ぐに復帰し、結果として、図６（ｃ）で示されるようなトルクの大きな変動を、大幅に改善することができた。
【００３０】
尚、回転軸のねじり装置１０は、原理的な構造を示しただけであり、適宜構成を変更することは差し支えない。特に、トルク計１５の位置は任意であり、支持部材１３と回転軸１１との間に設けることもできる。また、サーボモータ１６にトルク計の機能が内蔵されていれば、見かけ上、トルク計１５を省くことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、車両のステアリング系統に使用する磁歪式トルクセンサ用回転軸のねじり装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る磁歪式トルクセンサ用回転軸の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明に係る回転軸のねじり装置の原理図である。
【図３】本発明におけるトルク曲線を示すグラフである。
【図４】従来の磁歪式トルクセンサの要部の構成図である。
【図５】従来の回転軸のねじり装置の原理図である。
【図６】図５の作用説明図である。
【図７】図５の７−７線断面図である。
【図８】角穴と角軸との関係を示す断面図である。
【図９】図８の９部の拡大図（理解を促すために極端に拡大した図）である。
【図１０】凹凸の影響を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…回転軸のねじり装置、１１…回転軸、１４…トーションバー、１６…トルク発生手段（サーボモータ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008096220.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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