(57)【要約】【課題】トルクの検出精度が高く得られるようにする。【解決手段】トルク伝達軸１１の外周面部に軸方向に対して傾斜状に延びるように形成した凸条部１２と凹条部１３のうち、凸条部１２の頂部１２ａ、又は凹条部１３の底部、もしくは凹条部１３の側部に磁歪材１４を設けることにより、その各部の磁歪材１４に単独に作用した応力（他の部位の応力に相殺されない応力）による透磁率変化を検出できるようにした。【選択図】　図１
2004117177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク伝達軸の外周面部に磁歪材を設け、トルク伝達軸に作用するトルクによる前記磁歪材の透磁率変化をコイルにより検出するものおいて、
前記トルク伝達軸の外周面部に、軸方向に対して傾斜状に延びる凸条部と凹条部とを形成し、その凸条部の頂部、又は凹条部の底部、もしくは凹条部の側部に、前記磁歪材を設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
トルク伝達軸の凸条部の頂部に磁歪材を設けるものにおいて、トルク伝達軸の凹条部に非導電体を充填し、この状態でトルク伝達軸の外周面に磁歪材を電気メッキすることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの製造方法。
【請求項３】
トルク伝達軸の凹条部の底部に磁歪材を設けるものにおいて、トルク伝達軸の凸条部と凹条部とに磁歪材をメッキし、その後に凸条部の頂部側部分を磁歪材を含み研削することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの製造方法。
【請求項４】
磁歪材をメッキする折りに、トルク伝達軸を軸心を中心に回転させ、又は軸方向に往復動させることを特徴とする請求項２又は３記載のトルクセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク伝達軸に作用するトルクによる磁歪材の透磁率変化をコイルにより検出するトルクセンサ及びそれを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のトルクセンサにおいては、トルク伝達軸の外周面部に磁歪材が設けられ、その外周にコイルが配置された構成にて、トルク伝達軸に作用するトルクにより上記磁歪材に引張りや圧縮の応力が及び、それによる逆磁歪効果で磁歪材の透磁率が変化することに合わせ、その透磁率変化をコイルにより検出するものが供されている。
【０００３】
そして又、このものにおいては、図８及び図９に示すように、トルク伝達軸１の外周面部に、軸方向に対して傾斜状に延びる凸条部２と凹条部３とが形成され、この凸条部２及び凹条部３の外周面に磁歪材４が全面的に設けられたものが供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３４４５８号公報（第３頁、図１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のものの場合、凸条部２及び凹条部３の傾斜に応じて、トルク伝達軸１に作用するトルクによる引張りや圧縮の応力が磁歪材４に効果的に及ぶ。よって、磁歪材４の透磁率変化も大きく、トルクの検出精度が高く得られるように思われるが、しかし、実際には、トルクの検出精度が高く得られないという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、従ってその目的は、トルクの検出精度を高く得ることのできるトルクセンサを提供するにあり、併せて、それを容易に製造できるトルクセンサの製造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のトルクセンサは、トルク伝達軸の外周面部に磁歪材を設け、トルク伝達軸に作用するトルクによる前記磁歪材の透磁率変化をコイルにより検出するものおいて、前記トルク伝達軸の外周面部に、軸方向に対して傾斜状に延びる凸条部と凹条部とを形成し、その凸条部の頂部、又は凹条部の底部、もしくは凹条部の側部に、前記磁歪材を設けたことを特徴とする（請求項１の発明）。
【０００８】
図８及び図９に示した従来のトルク伝達軸１において、トルクの検出精度が高く得られない原因を探ったところ、次のことが判明した。すなわち、トルク伝達軸１にトルクτが図８に矢印で示すように印加されると、凸条部２及び凹条部３に設けられた磁歪材４には図９に示す応力σが作用する。この応力σは、磁歪材４の磁歪特性が正特性であるとき、凸条部２及び凹条部３のいずれの磁歪材４においても、凸条部２及び凹条部３の長手方向には引張りによる正の応力＋σとして作用し、同時に凸条部２及び凹条部３の長手方向とは直角の方向（反長手方向）には圧縮による負の応力−σとして作用する。
【０００９】
このうち、凸条部２の頂部２ａの磁歪材４においては、長手方向に作用する正の応力＋σが、反長手方向に作用する負の応力−σより大きく、従って、結果的に正の応力＋σとして作用する。凹条部３の側部３ｂの磁歪材４においても同様である。反対に、凹条部３の底部３ａの磁歪材４においては、反長手方向に作用する負の応力−σが、長手方向に作用する正の応力＋σより大きく、従って、結果的に負の応力−σとして作用する。これは、凹条部３の底部３ａにおいては、反長手方向に側部３ｂの立ち上がり壁があって、磁歪材４が反長手方向に圧縮されやすいことによる（凸条部２の頂部２ａ及び凹条部３の側部３ｂの反長手方向には、そのようなものはない）。
【００１０】
しかして、検出するトルクは、全応力の総和によるものであり、従って、凸条部２の頂部２ａの磁歪材４と凹条部３の側部３ｂの磁歪材４とに作用した正の応力＋σが、凹条部３の底部３ａの磁歪材４に作用した負の応力−σに相殺される。又、反対には、凹条部３の底部３ａの磁歪材４に作用した負の応力−σが、凸条部２の頂部２ａの磁歪材４と凹条部３の側部３ｂの磁歪材４とに作用した正の応力＋σに相殺される（磁歪材４の透磁率変化は、正の方向にだけでなく、負の方向に検出しても良い）。このため、磁歪材４の透磁率変化が、正の方向にも、又、負の方向にも、それぞれ小さくしか検出されず、トルクの検出精度を高く得ることができなかったのである。
【００１１】
これに対して、上述のように、凸条部の頂部、又は凹条部の底部、もしくは凹条部の側部に磁歪材を設けたものでは、その各部の磁歪材に単独に作用した応力（他の部位の応力に相殺されない応力）による透磁率変化を検出できるものであり、かくしてトルクの検出精度を高く得ることができる。
【００１２】
この場合、トルク伝達軸の凸条部の頂部に磁歪材を設けるものにおいては、トルク伝達軸の凹条部に非導電体を充填し、この状態でトルク伝達軸の外周面に磁歪材を電気メッキするようにすると良い（請求項２の発明）。
この製造方法では、上述のトルクの検出精度を高く得ることのできる（トルク伝達軸の凸条部の頂部に磁歪材を有する）トルクセンサを容易に製造することができる。
【００１３】
又、トルク伝達軸の凹条部の底部に磁歪材を設けるものにおいては、トルク伝達軸の凸条部と凹条部とに磁歪材をメッキし、その後に凸条部の頂部側部分を磁歪材を含み研削するようにすると良い（請求項３の発明）。
この製造方法でも、上述のトルクの検出精度を高く得ることのできる（トルク伝達軸の凹条部の底部に磁歪材を有する）トルクセンサを容易に製造することができる。
【００１４】
そして、上述のそれぞれ磁歪材をメッキする折りには、トルク伝達軸を軸心を中心に回転させるか、又は軸方向に往復動させるかすると良い（請求項４の発明）。
この製造方法では、磁歪材を均一な厚みで設けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例につき、図１ないし図３を参照して説明する。
まず、図２には、トルクセンサの全体構造を示しており、中央にトルク伝達軸１１を有している。このトルク伝達軸１１は、ステンレス鋼など金属にて円柱状に形成したもので、その外周面には、図３に詳細に示すように、図中左右の中間部の近接した二箇所に、凸条部１２と凹条部１３とをそれぞれ形成しており、そして、この場合、凸条部１２の頂部１２ａにのみ磁歪材１４を設けている。
【００１６】
上記凸条部１２及び凹条部１３は、トルク伝達軸１１の外周面に例えば転造により形成したものであり、そのパターンは、トルク伝達軸１１に作用するトルクによる応力が磁歪材１４に効果的に及ぶように軸方向に対して傾斜状、特には応力が磁歪材１４に最も有効に及ぶように約４５度角の傾斜状に延びるように形成しているが、図中左側の凸条部１２及び凹条部１３と右側の凸条部１２及び凹条部１３とでは、その傾斜の方向を逆にしており、この結果、磁歪材１４には図中左側と右側とで反対の応力が及ぶようになっている。
【００１７】
磁歪材１４は例えばニッケルと鉄との合金から成るもので、この場合、磁歪特性が例えば正特性のものであり、これを凸条部１２の頂部１２ａにメッキ、特には電気メッキにより設けている。図１は、この凸条部１２の頂部１２ａに磁歪材１４を電気メッキにより設ける方法を示しており、最初、（ａ）図に示すように、凹条部１３にそれぞれ非導電体１５を充填し、この状態で、トルク伝達軸の外周面に磁歪材１４を電気メッキする。すると、磁歪材１４は、（ｂ）図に示すように、凸条部１２の頂部１２ａにのみメッキされて、非導電体１５の外周面にはメッキされない。かくして、凸条部１２の頂部１２ａに磁歪材１４を設けている。
【００１８】
そして、上述のように磁歪材１４の凸条部１２の頂部１２ａに設けた磁歪材１４の外周囲には、図２に示すように、それぞれコイル１６をボビン１７に巻装した状態で配設している。ボビン１７には、導電材から成る２本の接続ピン１８を挿通して固着しており、この接続ピン１８のボビン１７内側部分に、コイル１６の各端部を接続している。
【００１９】
又、トルク伝達軸１１の磁歪材１４を設けた部分の両側には、軸受１９をそれぞれ装着し、これらの軸受１９からボビン１７にかけて、フレーム２０を被装している。このフレーム２０の図中左側部の外側には、各種電気部品２１を実装した中継用基板２２を装着しており、この中継用基板２２のコイル接続部分に、フレーム２０から突出させた前記接続ピン１８の先端部を挿通させて半田付け等により接続しており、もって、コイル１６をそれぞれ接続ピン１８を介して中継用基板２２に接続している。
【００２０】
なお、中継用基板２２に実装した各種電気部品２１は、コイル１６と協働して、トルク伝達軸１１に作用したトルクを検出するもので、トルク伝達軸１１に作用したトルクにより及ぶ応力で磁歪材１４の透磁率が変化することに合わせ、その透磁率変化を検出することで、トルク伝達軸１１に作用したトルクを検出するようになっている。
【００２１】
さて、上述のように、凸条部１２の頂部１２ａに磁歪材１４を設けたものでは、その凸条部１２の頂部１２ａの磁歪材１４に単独に作用した応力（他の部位の応力に相殺されない応力）による透磁率変化を検出できるものであり、かくしてトルク伝達軸１１に作用したトルクの検出精度を高く得ることができる。
【００２２】
又、この場合、トルク伝達軸１１の凸条部１２の頂部１２ａに磁歪材１４を設けるに当たり、トルク伝達軸１１の凹条部１３に非導電体１５を充填し、この状態でトルク伝達軸１１の外周面に磁歪材１４を電気メッキするようにしたことにより、上述のトルクの検出精度を高く得ることのできる（トルク伝達軸１１の凸条部１２の頂部１２ａに磁歪材１４を有する）トルクセンサを容易に製造することができる。
【００２３】
以上に対して、図４ないし図７は本発明の第２ないし第５実施例を示すもので、それぞれ、第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００２４】
［第２実施例］
図４に示す第２実施例においては、トルク伝達軸１１に磁歪材１４を設けるにあたり、最初、（ａ）図に示すように、凸条部１２と凹条部１３とに磁歪材１４をメッキ、この場合も特には電気メッキし、その後に、研削ラインＡから凸条部１２の頂部１２ａ側部分を（ｂ）図に示すように磁歪材１４を含み研削することによって、トルク伝達軸１１の凹条部１３の底部１３ａにのみ磁歪材１４を設けるようにしている。
【００２５】
このものでは、凹条部１３の底部１３ａの磁歪材１４に単独に作用した応力（他の部位の応力に相殺されない応力）による透磁率変化を検出できるものであり、かくしてトルク伝達軸１１に作用したトルクの検出精度を高く得ることができる。
【００２６】
又、この場合、トルク伝達軸１１の凹条部１３の底部１３ａに磁歪材１４を設けるに当たり、トルク伝達軸１１の凸条部１２と凹条部１３とに磁歪材１４をメッキし、その後に凸条部１２の頂部１２ａ側部分を磁歪材１４を含み研削するようにしたことによって、上述のトルクの検出精度を高く得ることのできる（トルク伝達軸１１の凹条部１３の底部１３ａに磁歪材１４を有する）トルクセンサを容易に製造することができる。
【００２７】
［第３実施例］
図５に示す第３実施例においては、上述のそれぞれ磁歪材１４をメッキする折りに、トルク伝達軸１１を軸心Ｏを中心に回転させるようにしている。詳細には、メッキ槽３１の内部に、複数の電極３２を配置し、メッキ液３３を収容した状態で、そのメッキ液３３に浸漬したトルク伝達軸１１を、図に矢印で示すように、軸心Ｏを中心に回転させながら、磁歪材１４のメッキをする。
【００２８】
これにより、トルク伝達軸１１（負極）に対して、周方向に、電極３２（正極）の配置が不均一であったり、電極３２との距離が各電極３２の中央部分では小さく、各電極３２の両側部分では大きい事情にあっても、電界の強さを均一にできて、磁歪材１４を均一な厚みで設けることができる。従って、周方向のトルク検出値の変動が小さくなり、トルクの検出精度を一層高く得ることができる。
【００２９】
［第４実施例］
図６に示す第４実施例においては、上述のそれぞれ磁歪材１４をメッキする折りに、トルク伝達軸１１を軸方向に往復動させるようにしている。これも詳細には、メッキ槽３１の内部に、複数の電極３２を配置し、メッキ液３３を収容した状態で、そのメッキ液３３に浸漬したトルク伝達軸１１を図に矢印で示すように軸方向に往復動させながら、磁歪材１４のメッキをする。
【００３０】
これにより、トルク伝達軸１１（負極）に対して、軸方向に、電極３２（正極）の配置が不均一であったり、電極３２との距離が各電極３２の中央部では小さく、各電極３２の両側部では大きい事情にあっても、電界の強さを均一にできて、磁歪材１４を均一な厚みで設けることができる。従って、軸方向のトルク検出値の変動が小さくなり、トルクの検出精度を一層高く得ることができる。
なお、これらの方法は、その一方ずつでなく、両方を合わせて行うようにしても良い。
【００３１】
［第５実施例］
図７に示す第４実施例においては、トルク伝達軸１１の凹条部１３の側部１３ｂにのみ磁歪材１４を設けている。
このものでは、凹条部１３の側部１３ｂの磁歪材１４に単独に作用した応力（他の部位の応力に相殺されない応力）による透磁率変化を検出できるものであり、かくしてトルク伝達軸１１に作用したトルクの検出精度を高く得ることができる。
【００３２】
なお、この場合、磁歪材１４は例えば箔帯で、凹条部１３の側部１３ｂに接着で設けるようにしているが、それに代えて、溶射で設けるようにしても良い。又、磁歪材１４を前述の凸条部１２の頂部１２ａに設けるにしても、凹条部１３の底部１３ａに設けるにしても、箔帯の接着、又は溶射で設けるようにしても良い。
このほか、本発明は上記し且つ図面に示した実施例にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトルクセンサによれば、トルクの検出精度を高く得ることができる。
又、本発明のトルクセンサの製造方法によれば、トルクの検出精度を高く得ることのできるトルクセンサを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例方法を示すトルク伝達軸の部分縦断正面図
【図２】トルクセンサ全体の縦断側面図
【図３】トルク伝達軸の部分側面図
【図４】本発明の第２実施例方法を示す図１相当図
【図５】本発明の第３実施例方法を示すメッキ装置の平面図
【図６】本発明の第４実施例方法を示すメッキ装置の縦断面図
【図７】本発明の第５実施例を示すトルク伝達軸の部分縦断正面図
【図８】従来例を示す図３相当図
【図９】トルク伝達軸の部分破断斜視図
【符号の説明】
１１はトルク伝達軸、１２は凸条部、１２ａは凸条部の頂部、１３は凹条部、１３ａは凹条部の底部、１３ｂは凹条部の側部、１４は磁歪材、１５は非導電体、１６はコイルを示す。
【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】
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【図９】
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