(57)【要約】【課題】磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和し、磁気異方性部における耐久性の向上、長寿命化に貢献できる磁歪式トルクセンサ、磁歪式トルクセンサ用の軸、磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法を提供する。【解決手段】磁歪式トルクセンサは、螺旋状をなす溝３０を有する磁気異方性部２１，２２を外周面に備えた軸２と、軸２に入力されたトルクに基づいて発生した磁歪作用によって磁気異方性部２１，２２に生じた磁気特性の変化を検出することによりトルクを検出する検出部５とを有する。磁気異方性部２１，２２における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部４１，４２，４３が軸２の外周面に設けられている。応力集中緩和部４１，４２，４３はリング溝状とすることができる。【選択図】図１
2004198349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状をなす溝を有する磁気異方性部を外周面に備えた軸と、
前記軸に入力されたトルクに基づいて発生した磁歪作用によって前記磁気異方性部に生じた磁気特性の変化を検出することによりトルクを検出する検出部とを有する磁歪式トルクセンサにおいて、
前記磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部が前記軸に設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項２】
請求項１において、前記磁気異方性部は、前記軸の軸長方向において間隔を隔てて複数形成されており、前記検出部は、各前記磁気異方性部に対面するように複数設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項３】
請求項１において、前記応力集中緩和部は、前記軸の外周面に周方向に沿って連続的にまたは断続的に形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項において、前記応力集中緩和部は、前記軸に形成された凹部、または、前記軸の材質を改質した改質部であることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記軸は他の部分よりも外径が大きくされた大径部をもち、前記磁気異方性部は、前記軸の前記大径部の外周面に形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項６】
螺旋状をなす溝を有する磁気異方性部を外周面に備える磁歪式トルクセンサ用の軸であって、前記磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部が前記軸に設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサの軸。
【請求項７】
螺旋状をなすを有する磁気異方性部を外周面に備える磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法であって、前記軸の前記磁気異方性部を転造するための第１成形部と前記軸に凹部を成形するための第２成形部とをもつ成形型を準備する準備工程と、
前記成形型を前記軸の外周面に押し当てることにより、前記軸の外周面に前記磁気異方性部及び前記凹部を成形する成形工程とを含み、
前記軸に成形された前記凹部を、前記磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部とすることを特徴とする磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、前記成形型は転造成形型であり、前記成形工程では、前記成形型を前記軸の外周面に押し当てることにより、前記軸の外周面に前記磁気異方性部及び前記凹部を同時に成形することを特徴とする磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁歪式トルクセンサ、磁歪式トルクセンサ用の軸、磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁歪式トルクセンサが提供されている。この磁歪式トルクセンサは、特許文献１に開示されているように、螺旋状をなすように並走する複数の溝を有する磁気異方性部をもつ軸と、軸に入力されたトルクに基づいて発生した磁歪作用によって磁気異方性部に生じた磁気特性（例えば透磁率）の変化を検出することによりトルクを検出する検出部とを備えている。図１７は磁気異方性部における溝３００の概念を示す。図１７に示すように溝３００の溝端３００ａは閉じている。
【０００３】
上記した磁歪式トルクセンサによれば、トルクが軸に入力されたとき、軸に形成した磁気異方性部において応力を集中させ、磁気異方性部に生じた磁気特性（例えば透磁率）の変化を検出部により検出することにより、トルクを測定する。
【０００４】
トルクが入力されると、磁気異方性部に主応力が作用する。ここで、特に、溝３００の長さ方向の溝端３００ａに応力が集中することがある。このためこれらの部位が疲労破壊の起点となるおそれがある。故に磁歪式トルクセンサの耐久性の向上、長寿命化には限界があった。そこで特許文献２には、軸にこれの他の部分よりも外径を増加させた大径部を形成し、大径部の外周面に磁気異方性部を形成した磁歪式トルクセンサが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１６０２０９号公報
【特許文献２】特公平７−６５９４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら磁歪式トルクセンサの軸の外径を増加させる方式だけでは、磁気異方性部における耐久性の向上を図り得るものの、磁気異方性部の耐久性の向上、長寿命化には限界がある。更に耐久性の向上、長寿命化を図るべく、磁気異方性部の溝３００の溝底形状をアール形状にしたり、磁気異方性部の溝３００の溝幅を拡大させたりする対策も考えられる。しかしこれらの場合には、センサ感度が低減してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和し、磁気異方性部における耐久性の向上、長寿命化に貢献でき、ひいてはトルクセンサの耐久性の向上、長寿命化に貢献できる磁歪式トルクセンサ、磁歪式トルクセンサ用の軸、磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法を提供すること課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る磁歪式トルクセンサは、螺旋状をなす溝を有する磁気異方性部を外周面に備えた軸と、軸に入力されたトルクに基づいて発生した磁歪作用によって磁気異方性部に生じた磁気特性の変化を検出することによりトルクを検出する検出部とを有する磁歪式トルクセンサにおいて、
磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部が軸に設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
第１発明に係る磁歪式トルクセンサによれば、応力集中緩和部が軸に設けられているため、磁気異方性部における過剰な応力集中が緩和され、磁気異方性部における過剰な応力集中が緩和される。
【００１０】
第２発明に係る磁歪式トルクセンサ用の軸は、螺旋状をなす溝を有する磁気異方性部を外周面に備える磁歪式トルクセンサ用の軸であって、磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部が軸に設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
第２発明に係る磁歪式トルクセンサ用の軸によれば、応力集中緩和部が軸に設けられているため、磁気異方性部における過剰な応力集中が緩和され、磁気異方性部における過剰な応力集中が緩和される。
【００１２】
第３発明に係る磁歪式トルクセンサの軸の製造方法は、螺旋状をなす溝を有する磁気異方性部を外周面に備える磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法であって、軸に磁気異方性部を転造するための第１成形部と軸に凹部を成形するための第２成形部とをもつ成形型を準備する準備工程と、成形型を軸の外周面に押し当てることにより、軸の外周面に磁気異方性部及び凹部を成形する成形工程とを含み、軸に成形された凹部を、磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部とすることを特徴とするものである。
【００１３】
第３発明に係る磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法によれば、応力集中緩和部が軸に設けられるため、磁気異方性部における過剰な応力集中が緩和され、磁気異方性部における過度の過剰な応力集中が緩和される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る磁歪式トルクセンサ、磁歪式トルクセンサ用の軸、磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法によれば、磁気異方性部としては、軸の軸長方向において間隔を隔てて複数形成されている形態を採用できる。好ましくは、検出部としては、各磁気異方性部に対面するように複数（例えば２個）設けられている。
【００１５】
応力集中緩和部としては、磁気異方性部における過剰な応力集中を避けるべく、磁気異方性部の近傍に設けられていることが好ましい。従って、応力集中緩和部は、磁気異方性部の端から、軸の直径に相当する距離以内に形成されていることが好ましい。故に、応力集中緩和部は、磁気異方性部の端から、軸の半径に相当する距離以内に形成されていることが好ましい。また応力集中緩和部は、磁気異方性部の端から、軸の半径に相当する距離の１／２以内に形成することができる。
【００１６】
好ましくは、応力集中緩和部は、軸の外周面に周方向に沿って連続的にまたは断続的に形成されている。応力集中緩和部としては、軸に形成した凹部、または、軸の材質を改質させた改質部を例示することができる。凹部はまたは改質部は、それ以外の軸の部位よりも変形許容性を有するため、磁気異方性部と共に応力負荷を負担することができ、ひいては磁気異方性部に作用する応力集中を緩和することができる。上記した応力集中緩和部としては、軸の外周面に周方向に沿って連続的にまたは断続的に形成された凹部、または、改質部である形態を例示できる。この場合、応力集中緩和部が凹部であるときには、リング溝を応力集中緩和部とすることができる。
【００１７】
好ましくは、軸は他の部分よりも外径が大きくされた大径部をもち、軸の大径部の外周面に形成されている形態を採用できる。磁気異方性部は大径化されているため、磁気異方性部の耐久性の向上に寄与できる。
【００１８】
軸の材質としては、鉄径、鉄−クロム系、鉄−ニッケル系等を例示することができる。例えば、重量比（=質量比）で、クロム：０．５〜２０％、残部Ｆｅ及び実質的に不純物よりなる組成を採用できる。クロムはマルテンサイトの生成、強度、耐食性の向上に有利であるが、過剰に含有されると、コスト高となる。上記した各特性の重視の如何により、クロム量の上限値としては１９％、１８％、１７％を例示でき、クロム量の下限値としては１％、５％を例示できる。従って、強度、耐食性及び磁気特性を満足する組織を考慮すると、軸の構成成分を１００％としたとき、クロム量は例えば１〜２０％、２〜１５％、５〜１６％、または１１〜１５％として規定することができる。ただしこれらに限定されるものではない。更に軸の構成成分を１００％としたとき、重量比で、炭素：０．０１〜０．７％を含有する組成を採用することができる。炭素はマルテンサイトの生成、強度の向上に有利であるが、過剰に含有されると、充分な磁気特性が得られないし、少なすぎると強度が低下する。
【００１９】
軸のうち少なくとも磁気異方性部は、焼入処理を経て構成されていることが好ましい。焼入処理はマルテンサイト化させるのに有利である。焼入処理は、軸または軸となる素材からなる対象物を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気においてＡ1変態点以上の焼入温度（例えば８５０〜１１５０℃）に加熱保持する加熱工程と、その後、対象物を冷却する冷却工程とを含むことができる。必要に応じて、冷却工程の後、対象物を焼き戻し温度（例えば５００〜８００℃）に加熱保持して焼き戻しを行う焼き戻し工程を行うことができる。これにより疲労強度を向上させ易い。
【００２０】
加熱工程において過剰に低温であれば、焼入が不十分となり、過剰に高温であれば、組織の粗大化を誘発する。冷却工程としては、窒素等の不活性ガスや空気等のガスを対象物に接触させて行う気体冷却、水や油等の冷却液を対象物に接触させて行う液体冷却、冷却液を噴霧化したミストを対象物に接触させて行うミスト冷却がある。焼入倍数の高い合金元素（クロム等）が所要量含有されている場合には、ガス冷却でマルテンサイト化でき、軸または軸となる素材からなる対象物の全体をマルテンサイト化できる。焼き戻し工程において、焼き戻し温度が過剰に低温であれば、靱性が低くなり、過剰に高温であれば、焼き戻し軟化がみられ易くなる。
【００２１】
第３発明に係る磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法によれば、軸に磁気異方性部を転造するための第１成形部と軸に凹部を成形するための第２成形部とをもつ成形型を準備する。そして、成形型を軸の外周面に押し当てることにより、軸の外周面に磁気異方性部及び凹部を成形する。この場合、磁気異方性部及び凹部を同時に成形しても良い。あるいは時間的にずらして成形しても良い。成形としては、冷間成形、温間成形、熱間成形を適宜採用することができる。好ましくは、上記した成形型として転造成形型を採用できる。成形工程では、成形型を軸の外周面に押し当てることにより、軸の外周面に磁気異方性部及び凹部を転造成形する。転造成形としては、冷間転造成形、温間転造成形、熱間転造成形を採用することができる。好ましくは、成形工程の前に、または、成形工程の後に、軸を熱処理して軸の強化（例えばマルテンサイト化）を進める熱処理工程を行うことができる。マルテンサイト化により軸は強化され、耐久性を向上させ得る。この場合、軸のうち少なくとも磁気異方性部がマルテンサイト化されれば良い。従って、軸の全体がマルテンサイト系であっても良い、軸の大部分がマルテンサイト系であっても良い。軸を構成する金属組織において、マルテンサイトとしては、面積率で５０％以上、７０％以上、９０％以上、９５％以上とすることができる。従って、軸を構成する金属組織の母相はオールマルテンサイトでも良いし、マルテンサイトとオーステナイトとの混合組織でも良い。従って金属組織の母相においてマルテンサイトが実質的に１００％であっても良い。
【００２２】
磁気異方性部に、微小体を投射させるピーニング加工を必要に応じて行うことができる。ピーニング加工の際の投射する微小体としてはショットやグリッド等の金属粒、砂等があげられ、溝の底面にも良好な残留圧縮応力を付与することを考慮すると、溝の底面に充分投射されるような微小体の粒径を選択することが好ましい。磁気異方性部が大径部に形成されていると、磁気異方性部の軸端側の溝端が開放されるため、当該溝端部にもショット粒が当たり易くなり、磁気異方性部の溝端部にも良好な残留圧縮応力を付与でき、軸の疲労強度が一層向上する。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の第１実施例について図１〜図６と共に説明する。磁歪式トルクセンサ１は、図１,図２に示すように、トルクを伝達する横断面円形状をなす鉄系の軸２を備えている。上記した軸２には、他の部分よりも外径が大きくされた２個の大径部２０が軸長方向において間隔Ｌ３を隔てて形成されている。一方の大径部２０の外周面には、第１磁気異方性部２１（軸長：それぞれＬ１）が形成されている。他方の第２磁気異方性部２２（軸長：それぞれＬ２）が形成されている。第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２は、軸２の軸長方向において所定の間隔（Ｌ３）を隔てて直列に形成されている。
【００２４】
図１に模式的に示すように、一方の第１磁気異方性部２１は、螺旋状をなすように均等間隔で並走する複数の溝３０を有する。第１磁気異方性部２１を構成する複数の溝３０の螺旋方向と、第２磁気異方性部２２を構成する複数の溝３０の螺旋方向とは、軸２の中心線Ｐ１に対して約４５度傾斜していると共に、互いに逆方向とされている。溝３０の溝幅をＬ４（図３参照）とすると、溝３０の溝幅Ｌ４を小さくし過ぎると、応力が集中し過ぎ、性能が低下する傾向があり、溝３０の溝幅Ｌ４を大きくし過ぎると、感度が劣化する。また、隣り合う溝３０同士の間隔をＬ５（図３参照）とすると、間隔Ｌ５が小さ過ぎると、応力が集中し過ぎる傾向にあり、隣り合う溝３０同士の間隔Ｌ５が大き過ぎると、応力が集中しないため、感度が低下する傾向にある。そこで隣り合う溝３０同士の間隔Ｌ５（図３参照）としては適度な値に設定する必要がある。隣り合う溝３０間は、螺旋状をなすように均等間隔で並走する山３２とされている。他方の第２磁気異方性部２２も同様に、螺旋状をなすように均等間隔で並走する複数の溝３０を有する。溝３０は、互いに対面する溝側面３０ａと溝底面３０ｂとをもつ。
図３に示すように、第１磁気異方性部２１及び２磁気異方性部２２の溝３０は、大径部２０の軸端２０ｒにおいて閉じておらず、開口しており、溝３０の溝端等に過剰な応力集中が生じないようにされている。
【００２５】
さて本実施例によれば、図２に示すように、第１磁気異方性部２１の溝３０の溝端等における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部としての第１リング溝４１（凹部）が、軸２の外周面に軸２の周方向に沿って１周するように連続的に設けられている。第１リング溝４１は、中心線Ｐ１の回りを１周するようにリング状に延びる溝側面４１ａと、中心線Ｐ１の回りを１周するようにリング状に延びる溝底面４１ｂとをもつ。軸２の外径をＤ０としたとき、第１リング溝４１は、第１磁気異方性部２１からＤ０よりも小さい距離内に設定されており、殊に、第１磁気異方性部２１から（１／２×Ｄ０）よりも小さい距離内に設定されている。
【００２６】
同様に、図２に示すように、第２磁気異方性部２２の溝３０の溝端における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部としての第２リング溝４２（凹部）が、軸２の外周面に軸２の周方向に沿って１周するように連続的に設けられている。第２リング溝４２は軸２の軸長方向において第１磁気異方性部２１の外側に形成されている。第２リング溝４２は軸２の軸長方向において第２磁気異方性部２２の外側に形成されている。第２リング溝４２は、中心線Ｐ１の回りを１周するようにリング状に延びる溝側面４２ａと、中心線Ｐ１の回りを１周するようにリング状に延びる溝底面４２ｂとをもつ。第２リング溝４２は、第１磁気異方性部２１からＤ０よりも小さい距離内に設定されており、殊に、第１磁気異方性部２１から（１／２×Ｄ０）よりも小さい距離内に設定されている。
【００２７】
更に本実施例によれば、図２に示すように、第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間において、応力集中緩和部としての中間リング溝４３（凹部）が軸２の外周面に軸２の周方向に沿って１周するように連続的に設けられている。中間リング溝４３は、中心線Ｐ１の回りを１周するようにリング状に延びる溝側面４３ａと、中心線Ｐ１の回りを１周するようにリング状に延びる溝底面４３ｂとをもつ。中間リング溝４３は、第１磁気異方性部２１からＤ０よりも小さい距離内に設定されており、殊に、第１磁気異方性部２１から（１／２×Ｄ０）よりも小さい距離内に設定されている。
【００２８】
本実施例によれば、第１リング溝４１の溝幅Ｗ１、第２リング溝４２の溝幅Ｗ２、中間リング溝４３の溝幅Ｗ３は、それぞれ同じ値とされている。また第１リング溝４１の溝深さｈ１、第２リング溝４２の溝深さｈ２、中間リング溝４３の溝深さｈ３は、それぞれ同じ値とされている。
【００２９】
第１リング溝４１の溝底面４１ｂの外径をＤＡ（図２参照）とし、第２リング溝４２の溝底面４２ｂの外径をＤＢ（図２参照）とし、中間リング溝４３の溝底面４３ｂの外径をＤＣ（図２参照）とし、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２を構成する溝３０の底面３０ｂと軸２の中心線Ｐとを通る外径をＤＥ（図４参照）とすると、外径ＤＡ、外径ＤＢ、外径ＤＣは、外径ＤＥよりも小さく設定されている。トルク入力時において、第１リング溝４１，第２リング溝４２，第３リング溝４３が負荷を負担するようにするためである。
【００３０】
検出部５は、軸２に入力されたトルクに基づいて発生した磁歪作用によって磁気異方性部２１、２２に生じた磁気特性の変化を検出することにより、トルクを検出するものである。検出部５は、第１検出部５１と第２検出部５４とこれらを保持するリング状のボビン５９とを備えている。ボビン５９は樹脂製であり、軸２の外周面に対面している。第１検出部５１は、軸２の第１磁気異方性部２１に隙間を介して非接触状態で対面するようにボビン５９の第１コイル溝５９ａに配置されており、励磁電流が流れる第１励磁コイル５２と、第１磁気異方性部２１側の誘導電圧を検出する第１検出コイル５３とを備えている。
【００３１】
第２検出部５４は、軸２の第２磁気異方性部２２に隙間を介して非接触状態で対面するようにボビン５９（材質：ＰＢＴ）の第２コイル溝５９ｃに配置されており、励磁電流が流れる第２励磁コイル５６と、第２磁気異方性部２２側の誘導電圧を検出する第２検出コイル５７とを備えている。第１励磁コイル５２及び第２励磁コイル５６に励磁電流が流れると、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２に磁場が印可される。第１検出部５１の信号はリード線を介して回路基板に入力されると共に、第２検出部５４の信号はリード線を介して回路基板に入力される（図示せず）。
【００３２】
図１に示すように、軸２のうち第１磁気異方性部２１及び第１リング溝４１に対して軸長方向の外側の部分は、リング状の第１軸受２ｘにより回転可能に保持されている。軸のうち第２磁気異方性部２２及び第２リング溝４２に対して軸長方向の外側の部分は、リング状の第２軸受２ｙにより回転可能に保持されている。上記した検出部５は、透磁性の良い材料で形成されたリング状のヨーク６０に保持されている。ハウジング６５はリング形状であり、ヨーク６０を介してボビン５９、第１軸受２ｘ及び第２軸受２ｙを保持している。
【００３３】
次に、軸２の製造について説明を加える。まず、Ｃｒを含む鉄系の軸２を用いる。軸２の組成は重量比でＣｒ：８〜１５％、Ｃ：０．２〜０．６％を含有するＦｅ−Ｃｒ系とする。軸２に対して熱処理工程を行う。即ち、まず軸２を加熱炉に装入し、真空中で焼入温度（約１０００℃）で所定時間（例えば１〜２時間）加熱保持する。その後、加熱炉に窒素ガスを導入し、窒素ガスで軸２を冷却して気体焼入処理を軸２に施す。これにより軸２の全体はマルテンサイト化される。次に、加熱炉にて真空中で焼き戻し温度（約６５０℃）で所定時間（１時間）加熱し、その後、加熱炉に導入した窒素ガスで冷却して焼き戻し処理を行なう。
【００３４】
その後、成形工程を行う。成形工程では、図５に示す転造成形型８０（成形型）を用いる。図５に示すように、転造成形型８０は、２個１組の第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂをもつ。第１転造成形型８０Ａは、第１磁気異方性部２１の溝を成形するための多数の凸部８１ａが相対移動方向（矢印Ｍ方向）に沿って並設された第１溝転造成形部８１（第１成形部）と、第２磁気異方性部２２の溝３０を成形するための多数の凸部８２ａが相対移動方向（矢印Ｍ方向）に沿って並設された第２溝転造成形部８２（第１成形部）と、第１リング溝４１を形成するように相対移動方向（矢印Ｍ方向）に沿って延設された第１凸型部８３（第２成形部）と、第２リング溝４２を形成するように相対移動方向（矢印Ｍ方向）に沿って延設された第２凸型部８４（第２成形部）と、中間リング溝４３を形成するように相対移動方向（矢印Ｍ方向）に沿って延設された中間凸型部８５（第２成形部）とを有する。第２転造成形型８０Ｂも同様の構造とされている。
【００３５】
そして成形工程では、図６から理解できるように、第１転造成形型８０Ａと第２転造成形型８０Ｂとで軸２を挟みつつ、第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂを互いに接近する方向に矢印Ｍ方向に相対移動させることにより、軸２の外周面に転造成形を行う。これにより第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂの第１溝転造成形部８１を軸２の一方の大径部２０の外周面に押しつけ、第１磁気異方性部２１を転造成形する。同様に、第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂの第２溝転造成形部８２を軸２の他方の大径部２０の外周面に押しつけ、第２磁気異方性部２２を転造成形する。更に、第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂの第１凸型部８３を軸２の外周面に押しつけ、第１リング溝４１を転造成形する。同様に、第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂの第２凸型部８４を軸２の外周面に押しつけ、第２リング溝４２を転造成形する。同様に、第１転造成形型８０及び第２転造成形型８０の中間凸型部８５を軸２の外周面に押しつけ、中間リング溝４３を転造成形する。このように成形工程において、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３が同時に転造成形されるため、工程数の低減に貢献できる。
【００３６】
上記した成形工程は、軸２の温度が常温領域である冷間転造成形であるため、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２において加工硬化による強化を期待できる。この結果、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２の疲労強度の向上、耐久性の向上を図ることができる。更に第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３の転造成形も行われるため、軸２において加工硬化による強化面積が増加し、軸２の強化に一層貢献できる。
【００３７】
更に本実施例によれば、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２の転造成形と共に、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３の転造成形が同時に行われるため、転造成形時において軸２の外周面の肉の逃げ場所が制約される。故に、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における加工硬化の度合を高めるのに一層有利となり、これにより第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００３８】
上記したように本実施例によれば、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２を冷間転造で成形するため、冷間転造による加工硬化、ひいては加工硬化に伴う強化を期待できる。このため冷間転造を施す前の軸２の初期硬度を下げるのに有利である。例えば、冷間転造を施す前の軸２の初期硬度をマイクロビッカース硬度で２７０〜３３０Ｈｖまで下げることができる。このように冷間転造を施す前の軸２の初期硬度を下げることができれば、冷間転造時において第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂに作用する応力負荷が軽減されるため、第１転造成形型８０Ａ及び第２転造成形型８０Ｂの長寿命化に貢献することができる。更に加工硬化による強化を期待できるため、焼入温度等の高温化も抑えることができ、省エネルギ化に貢献するのに有利である。
【００３９】
更に本実施例によれば、図３に示すように、第１磁気異方性部２１の溝３０の溝端は、大径部２０の軸端２０ｒで開放されているため、図７に示す従来技術と異なり、溝３００の溝端３００ａにおける過剰な応力集中を緩和することができる。第２磁気異方性部２２の溝３０の溝端についても同様である。この結果、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。更に図３に示すように、磁気異方性部２１，２２が大径部２０の外周部に形成されているため、磁気異方性部２１，２２の軸端部にもショット粒が当たり易くなり、磁気異方性部２１，２２の溝３０の溝端部にも良好な残留圧縮応力を付与でき、軸２の疲労強度を一層向上させることができる。
【００４０】
磁歪式トルクセンサを使用する際には、軸２にトルクが入力されると、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２のうちの一方の山３２部分には引張変形が生じて磁気特性（磁歪歪定数）が変化すると共に、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２のうちの他方の山３２には圧縮方向の変形して磁気特性（磁歪定数）が変化する。この結果、第１検出コイル５３及び第２検出コイル５７のうち、引張変形する側を検出するコイルではインピーダンスが増加し、圧縮変形する側を検出するコイルではインピーダンスが減少する。これにより第１検出部５１の第１検出コイル５３の出力電圧と第２検出部５４の第２検出コイル５７の出力電圧とに基づいて、軸２に入力されるトルクの大きさが検出される。
【００４１】
以上説明したように本実施例によれば、応力集中緩和部として第１リング溝４１、第２リング溝４２が軸２の外周面において設けられているため、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２の溝３０の溝端等に集中する応力が緩和され、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中を緩和することができる。これにより第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を図ることができる。
【００４２】
更に本実施例によれば、応力集中緩和部として中間リング溝４３が軸２の外周面に設けられているため、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２の溝３０の溝端等に集中する応力が一層緩和され、ひいては第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００４３】
更にまた本実施例によれば、軸２は他の部分よりも外径が大きくされた大径部２０をもち、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２は、軸２の大径部２０の外周面に形成されている。このため第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中が緩和され易くなり、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上をなお一層図ることができる。
【００４４】
更に本実施例によれば、図３から理解できるように、第１磁気異方性部２１の溝３０の溝端、第２磁気異方性部２２の溝３０の溝端は、大径部２０の軸端２０ｒで開放されているため、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中が避けられる。よって、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００４５】
加えて本実施例によれば、成形工程は、軸２の温度が常温領域である冷間転造成形であるため、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２において加工硬化による強化を期待できる。この結果、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２の疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。更に、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３が同時に転造成形されるため、転造された軸２の外周面における肉の逃げ場所が制約され、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における加工硬化の度合いも高めるのに一層有利となり、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００４６】
（第２実施例）
図７は第２実施例を示す。本実施例は上記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。但し、第１実施例に係る大径部２０が軸２に形成されていない。本実施例においても、応力集中緩和部として第１リング溝４１が軸２の外周面において第１磁気異方性部２１の軸長方向の外側に周方向に沿って形成されていると共に、第２リング溝４２が軸２の外周面において第２磁気異方性部２２の軸長方向の外側に周方向に沿って形成されている。更に第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間には、中間リング溝４３が軸２の外周面に周方向に沿って設けられている。本実施例においても、第１実施例と同様に、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２の溝３０における過剰な応力集中を緩和することができ、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００４７】
（第３実施例）
図８は第３実施例に係る他の形態を示す。本実施例は上記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。図８（Ａ）に示す形態によれば、２個の大径部２０の外周面のそれぞれに、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２が形成されている。そして軸２の外周面のうち大径部２０以外の部位において、第１リング溝４１が第１磁気異方性部２１の軸長方向の外側に形成されている。更に軸２の外周面のうち大径部２０以外の部位において、第２リング溝４２が軸２の外周面において第２磁気異方性部２２の軸長方向の外側に形成されている。但し、軸長方向の短縮化を図るべく、第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２は軸２の軸長方向において接近しているため、中間リング溝４３が形成されていない。
【００４８】
また図８（Ｂ）に示す形態によれば、第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間において中間リング溝４３が形成されている。但し、第１リング溝４１及び第２リング溝４２が形成されていない。
【００４９】
図８（Ｃ）に示す形態によれば、軸２の外周面において、第１リング溝４１Ｃが第１磁気異方性部２１の軸長方向の外側に形成されている。更に軸２の外周面において、第２リング溝４２Ｃが軸２の外周面において第２磁気異方性部２２の軸長方向の外側に形成されている。但し、第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間に中間リング溝４３Ｃが形成されている。図８（Ｃ）から理解できるように、第１リング溝４１Ｃ、第２リング溝４２Ｃ、中間リング溝４３Ｃの断面は、半円形状または実質的に半円形状とされている。この場合には、第１リング溝４１Ｃ、第２リング溝４２Ｃ、中間リング溝４３Ｃにおける応力集中が軽減される。
【００５０】
（第４実施例）
図９は第４実施例を示す。本実施例は上記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。応力集中緩和部として第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３が軸２の外周面に設けられている。但し、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３には、樹脂等の高分子材料に代表される軟質な装填材料４９が装填されている。本実施例においても、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中を緩和することができ、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００５１】
（第５実施例）
図１０は第５実施例を示す。本実施例は上記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。本実施例によれば、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３は転造成形ではなく、切削工具により切削加工で形成されている。本実施例においても、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中を緩和することができ、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００５２】
（第６実施例）
図１１は第６実施例を示す。本実施例は上記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。本実施例によれば、応力集中緩和部としてのリング状の第１改質部９１が軸２の外周面において第１磁気異方性部２１の軸長方向の外側に形成されている。更に、応力集中緩和部としてのリング状の第２改質部９２が軸２の外周面において第２磁気異方性部２２の軸長方向の外側に形成されている。更に第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間には、応力集中緩和部としてのリング状の第３改質部９３が軸２の外周面に設けられている。改質部９１、第２改質部９２、第３改質部９３は、レーザビーム、電子ビーム等の高エネルギビーム、アークに代表される高エネルギ源が軸２の外周面に照射されて形成されており、軸２の外周面のうち非照射部分よりも硬度が局部的に低下している部位である。改質部９１，９２，９３は硬度が非照射部よりも低いため、変形許容性を有する。本実施例においても、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中を緩和することができ、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００５３】
（第７実施例）
図１２は第７実施例を示す。本実施例は上記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。本実施例によれば、応力集中緩和部としての第１窪み群９５は、軸２の軸長方向において第１磁気異方性部２１の外側に位置するように、窪み９５ａを軸２の周方向に沿って軸２の外周面において断続的に形成することにより構成されている。窪み９５ａの数は、第１磁気異方性部２１の溝３０と同数またはそれに近い数とすることが好ましい。第１磁気異方性部２１の溝３０における過剰の応力集中を回避するためである。応力集中緩和部としての第２窪み群９６は、軸２の軸長方向において第２磁気異方性部２２の外側に位置するように、窪み９６ａを軸２の周方向に沿って軸２の外周面において断続的に形成することにより構成されている。窪み９６ａの数は、第２磁気異方性部２２の溝３０と同数またはそれに近い数とすることが好ましい。応力集中緩和部としての第３窪み群９７は、軸２の軸長方向において第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間に位置するように、窪み９７ａを軸２の周方向に沿って軸２の外周面において断続的に形成することにより構成されている。窪み９７ａの数は、第２磁気異方性部２２の溝３０と同数またはそれに近い数とすることが好ましい。
【００５４】
窪み９５ａ、９６ａ、９７ａは、窪み９５ａ、９６ａ、９７ａの平面視において円形状をなしており、球面状または疑似球面状の底面９５ｂ、９６ｂ、９７ｂをもつ。本実施例においても、応力集中緩和部として窪み群９５、９６、９７が軸２の外周面に設けられているため、第１実施例と同様に第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中を緩和することができ、ひいては第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００５５】
（第８実施例）
図１３は第８実施例を示す。本実施例によれば、第２実施例は上記した第７実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。本実施例によれば、応力集中緩和部としての第３窪み群９７は、第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間において複数列（２列）として並設されている。第７実施例と同様に、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中を緩和することができ、ひいては第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００５６】
（第９実施例）
図１４は第９実施例を示す。本実施例によれば、応力集中緩和部としての改質部１０１が軸２の外周面において第１磁気異方性部２１の軸長方向の外側に形成されている。更に応力集中緩和部としての改質部１０２が軸２の外周面において第２磁気異方性部２２の軸長方向の外側に形成されている。更に第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間には、応力集中緩和部としての改質部１０３が軸２の外周面に設けられている。改質部１０１、１０２、１０３は、レーザビーム、電子ビーム等の高エネルギビーム、アークに代表される高エネルギ源を軸２の外周面にスポット的に照射し、軸２の外周面のうち非照射部分よりも硬度を局部的に低下させ、このスポットを軸２の外周面の周方向に沿って断続的に形成することにより構成されている。改質部１０１，１０２，１０３は硬度が非照射部よりも低いため、変形許容性を有する。本実施例においても、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における過剰な応力集中を緩和することができ、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２における疲労強度の向上、耐久性の向上を一層図ることができる。
【００５７】
（試験例）
試験例１として、図１に示す磁歪式トルクセンサを用い、疲労強度を測定する試験を行った。試験例１によれば、軸２の外径Ｄ０は２５ｍｍ、第１磁気異方性部２１の軸長Ｌ１は５ｍｍ、第２磁気異方性部２２の軸長Ｌ２は５ｍｍ、第１磁気異方性部２１と第２磁気異方性部２２との間隔Ｌ３は４ｍｍ、第１リング溝４１の溝幅Ｗ１は２ｍｍ、第２リング溝４２の溝幅Ｗ２は２ｍｍ、中間リング溝４３の溝幅Ｗ３は２ｍｍに設定されている。軸２の基本組成は重量比でクロム：１３％、炭素：０．４％を含む鉄−クロム−炭素系とした。第１磁気異方性部２１の溝３０は軸２の中心線Ｐ１に対して４５度傾斜していると共に、第２磁気異方性部２２の溝３０は軸２の中心線Ｐ１に対して逆方向に４５度傾斜している。第１磁気異方性部２１における溝３０の数は３０個、第２磁気異方性部２２における溝３０の数は３０個、溝３０の溝幅Ｌ４は５ｍｍ、隣り合う溝３０の間隔Ｌ５は２．６ｍｍとした。
【００５８】
試験例２として、図１に示す磁歪式トルクセンサの軸を用い、疲労強度を測定する試験を行った。試験例２は試験例１と基本的には同じ条件とし、軸２の外径Ｄ０は２５ｍｍとした。但し大径部２０は設けられていない。
【００５９】
上記した試験例１、２に係る磁歪式トルクセンサの軸２を用い、疲労強度を試験した。試験例１の試験結果を図１５において●印として示す。試験例２の試験結果を図１５において■印として示す。従来品として、リング溝を有しない従来構造の軸（リング溝以外は試験例１の軸２と同サイズ）を搭載した磁歪式トルクセンサを用いた場合における試験結果を○印として示す。図１５において右矢印はこの時点で試験片が破壊していないことを示す。
【００６０】
図１５に示すように、試験例１では、繰り返し数が１００×１０4のとき疲労強度は約４３０Ｎ／ｍｍ2であり、繰り返し数が９００×１０4のとき疲労強度は約４１０Ｎ／ｍｍ2であり、良好であった。  試験例２では、繰り返し数が２００×１０4のとき、疲労強度は４１５Ｎ／ｍｍ2と良好であり、繰り返し数が９００×１０4のとき、疲労強度は３９０Ｎ／ｍｍ2と良好であった。このように試験例１、２に係る磁歪式トルクセンサの軸２の疲労強度は高く、耐久性の向上、長寿命化を図り得た。
【００６１】
図１６は、試験例１に係る磁歪式トルクセンサを用いたとき、磁歪式トルクセンサの軸２に入力されたトルクとセンサ出力との関係を示す。図１６に示すように、軸２に入力されたトルクとセンサ出力との間には、良好なリニア的特性が得られており、精度が良好である。このようにリニア的特性が得られるため、精度の高い制御が可能となる。例えばエンジンに適用した場合には、精度の高いエンジン制御が可能となる。
【００６２】
（他の実施例）
上記した第１実施例によれば、成形工程において、第１磁気異方性部２１、第２磁気異方性部２２、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３が同時に転造成形されているが、これに限られるものではない。例えば、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２を転造成形で成形した後、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３を転造成形することにしても良い。また、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３を転造成形した後、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２を転造成形で成形することにしても良い。また上記した第１実施例によれば、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２を同時に転造成形しているが、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２を時間的にずらして転造成形しても良い。上記した第１実施例によれば、第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３を同時に転造成形することにしても良い。第１リング溝４１、第２リング溝４２、中間リング溝４３を時間的にずらして転造成形しても良い。
【００６３】
上記した第１実施例によれば、軸の金属組織をマルテンサイト系としているが、これに限らず、パーライト系、マルテンサイト−パーライト系、ソルバイト系等にすることもできる。上記した第１実施例によれば、軸２の組成を鉄−クロム−炭素系としているが、これに限らず、鉄−炭素系、ＦｅＡｌ材、ＦｅＮｉ（パーマロイ材）、チタン材等とすることもできる。軸２のサイズ、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２における溝３０のサイズは上記した値に限定されるものではないことは勿論である。
【００６４】
上記した第１実施例では、第１リング溝４１の溝幅Ｗ１、第２リング溝４２の溝幅Ｗ２、中間リング溝４３の溝幅Ｗ３は、それぞれ同じ値とされているが、これに限られるものではない。また第１リング溝４１の溝深さｈ１、第２リング溝４２の溝深さｈ２、中間リング溝４３の溝深さｈ３は、それぞれ同じ値とされているが、これに限られるものではない。
【００６５】
上記した第１実施例では、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２の双方が形成されているが、場合によっては、第１磁気異方性部２１及び第２磁気異方性部２２のいずれか一方のみとしても良い。その他、本発明は上記しかつ図面に示した実施例、適用例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内において、必要に応じて適宜選択して実施できるものである。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る磁歪式トルクセンサ、磁歪式トルクセンサ用の軸、磁歪式トルクセンサ用の軸の製造方法によれば、磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和する応力集中緩和部が設けられているため、磁気異方性部における過剰な応力集中を緩和することができ、軸に形成されている磁気異方性部における耐久性の向上、長寿命化に貢献できる。これにより磁歪式トルクセンサの軸の耐久性の向上、長寿命化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁歪式トルクセンサの概念図である。
【図２】磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図３】第１磁気異方性部付近の概念図である。
【図４】磁歪式トルクセンサに用いられる軸の断面図（ハッチング省略）である。
【図５】転造成形型の概念を示す斜視図である。
【図６】転造成形型による転造成形の概念を示す構成図である。
【図７】第２実施例に係り、磁歪式トルクセンサに用いられる軸の概念図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は第３実施例に係り、磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図９】第４実施例に係り、磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図１０】第５実施例に係り、磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図１１】第６実施例に係り、磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図１２】第７実施例に係り、磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図１３】第８実施例に係り、磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図１４】第９実施例に係り、磁歪式トルクセンサの軸の概念図である。
【図１５】疲労強度の試験結果を示すグラフである。
【図１６】トルクとセンサ出力との関係を示すグラフである。
【図１７】従来技術に係り、磁気異方性部の溝を示す概念図である。
【符号の説明】
図中、１は磁歪式トルクセンサ、２は軸、２０は大径部、２１、２２は磁気異方性部、３０は溝、３２は山、４１は第１リング部（応力集中緩和部）、４２は第２リング部（応力集中緩和部）、４３は中間リング部（応力集中緩和部）、４９は装填材料、５は検出部、５１は第１検出部、５４は第２検出部、８０は転造成形型（成形型）、８０Ａは第１転造成形型、８０Ｂは第２転造成形型、８１は第１溝転造成形部（第１成形部）、８２は第２溝転造成形部（第１成形部）、８３は第１凸型部（第２成形部）、８４は第２凸型部（第２成形部）、８５は中間凸型部（第２成形部）、９０〜９３は改質部（応力集中緩和部）、９５〜９７は窪み群（応力集中緩和部）、１０１〜１０３は改質部（応力集中緩和部）を示す。
【図１】
2004198349.tif 000003
【図２】
2004198349.tif 000004
【図３】
2004198349.tif 000005
【図４】
2004198349.tif 000006
【図５】
2004198349.tif 000007
【図６】
2004198349.tif 000008
【図７】
2004198349.tif 000009
【図８】
2004198349.tif 000010
【図９】
2004198349.tif 000011
【図１０】
2004198349.tif 000012
【図１１】
2004198349.tif 000013
【図１２】
2004198349.tif 000014
【図１３】
2004198349.tif 000015
【図１４】
2004198349.tif 000016
【図１５】
2004198349.tif 000017
【図１６】
2004198349.tif 000018
【図１７】
2004198349.tif 000019