(57)【要約】【課題】磁歪式トルクセンサの磁歪膜の厚さを均一化してトルクの検出精度を高める。【解決手段】磁歪式トルクセンサの回転軸１１の外周面に円筒状のマスキング治具１６，１７を嵌合させて固定した状態で、その回転軸１１をメッキ槽２５に入れてメッキ処理することで、マスキング治具１６，１７に覆われていない部分に磁歪膜１２を形成する。従来のマスキングテープを用いてマスキングを行うと、磁歪膜１２の軸方向両端部の膜厚が局部的に増加して磁歪式トルクセンサの検出精度が低下するが、円筒状のマスキング治具１６，１７を用いてマスキングを行うと、磁歪膜１２の膜厚が軸方向に均一化されて磁歪式トルクセンサの検出精度が向上する。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（１１）の外周面に環状の磁歪膜（１２）を形成し、回転軸（１１）が捩じれ変形したときの磁歪膜（１２）の磁歪特性の変化を検出することで該回転軸（１１）のトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、
回転軸（１１）の外周面に円筒状のマスキング治具（１６，１７）を嵌合させて固定する工程と、
回転軸（１１）をメッキ槽（２５）に入れてメッキを施すことで磁歪膜（１２）を形成する工程と、
回転軸（１１）からマスキング治具（１６，１７）を取り外す工程と、
を含むことを特徴とする、磁歪式トルクセンサにおける磁歪膜の形成方法。
【請求項２】
回転軸（１１）の外周面に形成した環状溝（１１ａ，１１ｂ）にマスキング治具（１６，１７）の内周面に形成した環状突起（１８ａ，１９ａ，２０ａ，２１ａ）を係合させることで、マスキング治具（１６，１７）を回転軸（１１）の軸方向に位置決めすることを特徴とする、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサにおける磁歪膜の形成方法。
【請求項３】
前記磁歪式トルクセンサ（１３）は、電動パワーステアリング装置のアクチュエータを制御するための操舵トルクを検出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の磁歪式トルクセンサにおける磁歪膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の外周面に環状の磁歪膜を形成し、回転軸が捩じれ変形したときの磁歪膜の磁歪特性の変化を検出することで該回転軸のトルクを検出する磁歪式トルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転軸に入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、回転軸の表面にマスキング処理を施した後に無電解メッキを行うことで磁歪膜を形成するものが、下記特許文献により公知である。
【０００３】
【特許文献】
特許第３２６８０８９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転軸の表面の一部にマスキングテープを巻いてマスキングした状態でメッキを施して環状の磁歪膜を形成する場合、磁歪膜の軸方向両端部の膜厚が局部的に厚くなる現象が発生してしまい、後述する理由で磁歪式トルクセンサの検出精度が低下する問題があった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、磁歪式トルクセンサの磁歪膜の厚さを均一化してトルクの検出精度を高めることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、回転軸の外周面に環状の磁歪膜を形成し、回転軸が捩じれ変形したときの磁歪膜の磁歪特性の変化を検出することで該回転軸のトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、回転軸の外周面に円筒状のマスキング治具を嵌合させて固定する工程と、回転軸をメッキ槽に入れてメッキを施すことで磁歪膜を形成する工程と、回転軸からマスキング治具を取り外す工程とを含むことを特徴とする、磁歪式トルクセンサにおける磁歪膜の形成方法が提案される。
【０００７】
上記構成によれば、磁歪式トルクセンサの回転軸の外周面に円筒状のマスキング治具を嵌合させて固定し、その回転軸をメッキ槽に入れてメッキを施すことで磁歪膜を形成した後に、回転軸からマスキング治具を取り外すので、回転軸のマスキング治具に覆われていない部分に形成される磁歪膜の膜厚を軸方向に均一化し、トルクの検出精度を高めることができる。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、回転軸の外周面に形成した環状溝にマスキング治具の内周面に形成した環状突起を係合させることで、マスキング治具を回転軸の軸方向に位置決めすることを特徴とする、磁歪式トルクセンサにおける磁歪膜の形成方法が提案される。
【０００９】
上記構成によれば、回転軸の環状溝にマスキング治具の環状突起を係合させるので、マスキング治具を回転軸に対して軸方向に位置決めして磁歪膜の位置を精密に管理することができる。
【００１０】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記磁歪式トルクセンサは、電動パワーステアリング装置のアクチュエータを制御するための操舵トルクを検出することを特徴とする、磁歪式トルクセンサにおける磁歪膜の形成方法が提案される。
【００１１】
上記構成によれば、均一な厚さの磁歪膜を有してトルク検出精度の高いトルクセンサを用いて電動パワーステアリング装置のアクチュエータを制御するので、電動パワーステアリング装置による操舵のフィーリングを高めることができる。
【００１２】
尚、実施例のステアリングシャフト１１は本発明の回転軸に対応し、実施例の操舵トルクセンサ１３は本発明の磁歪式トルクセンサに対応し、実施例の第１、第２マスキング治具１６，１７は本発明のマスキング治具に対応する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図１３は本発明の一実施例を示すもので、図１は磁歪膜が形成されたステアリングシャフトを示す図、図２は操舵トルクセンサの構造を示す図、図３は磁歪膜の均一性が透磁率に与える影響を示す図、図４はステアリングシャフトおよび操舵トルクセンサの位置関係がエアギャップに与える影響を示す図、図５は第１マスキング治具の形状を示す図、図６は第２マスキング治具の形状を示す図、図７はステアリングシャフトに第１、第２マスキング治具を取り付けた状態を示す図、図８は電気メッキで磁歪膜を形成する工程を示す図、図９は磁歪膜の厚さの軸線方向の分布を示すグラフ、図１０はマスキング治具の厚さと磁歪膜の端部の盛り上がり率との関係を示すグラフ、図１１は磁歪膜の端部とマスキング治具との隙間を説明する図、図１２は磁歪膜の端部とマスキング治具との隙間が磁歪膜の端部の膜厚の変化率に与える影響を示すグラフ、図１３は電流密度がメッキに含まれる鉄成分の割合に与える影響を示すグラフである。
【００１５】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト１１の外周面にはＮｉ−Ｆｅメッキよりなる環状の磁歪膜１２，１２が形成される。二つの磁歪膜１２，１２は間隔を有して形成されており、各々の磁歪膜１２，１２の軸方向両端には環状溝１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂが形成される。実施例では、ステアリングシャフト１１の直径Ｄは２０ｍｍであり、磁歪膜１２，１２の幅Ｗは１４ｍｍであり、磁歪膜１２，１２の間隔ｗは８ｍｍであり、磁歪膜１２，１２の目標厚さｔは数十μｍである。
【００１６】
図２に示すように、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト１１に入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１３は、ステアリングシャフト１１の各磁歪膜１２に対向するヨーク１４と、そのヨーク１４に巻回されたコイル１５とを備えており、ヨーク１４および磁歪膜１２で構成される磁路に沿う磁束密度の変化に基づいて操舵トルクを検出する。
【００１７】
即ち、図３（Ａ）に示すように、操舵トルクによりステアリングシャフト１１が磁歪膜１２と共に捩じれ変形すると、磁歪膜１２の透磁率が変化することで磁束密度が変化し、その磁束密度の変化に基づいて操舵トルクを検出することができる。このとき、磁歪膜１２の厚さが軸方向に均一であれば、図４（Ａ）に示すように、ヨーク１４およびコイル１５に対する磁歪膜１２の軸方向位置がαだけずれていても、操舵トルクの検出精度に影響はない。
【００１８】
しかしながら、図３（Ｂ）に示すように、磁歪膜１２の厚さが軸方向に不均一であると、磁歪膜１２の透磁率が軸方向に不均一になって操舵トルクの検出精度が低下するだけでなく、図４（Ｂ）に示すように、ヨーク１４およびコイル１５に対する磁歪膜１２の軸方向位置がずれると、ヨーク１４および磁歪膜１２間のエアギャップｇが変化するために操舵トルクの検出精度が低下する問題がある。
【００１９】
また後述するようにメッキ生成時の電流分布、即ち電流密度がメッキを施す面に対して不均一であると、図１３に示すように、メッキに含まれる鉄成分の割合、即ちメッキの磁歪特性が変わってしまい、やはりヨーク１４およびコイル１５に対する磁歪膜１２の軸方向位置のずれによって操舵トルクの検出精度が変化してしまう問題がある。従って、操舵トルクセンサ１３の検出精度を確保するには、メッキを行う際の電流密度を均一化して磁歪膜１２，１２の軸方向厚さを均一化する必要がある。
【００２０】
そこで本実施例では、ステアリングシャフト１１に磁歪膜１２，１２を電気メッキで形成する際に、例えば絶縁体材料である樹脂製の２個の第１マスキング治具１６，１６と１個の第２マスキング治具１７とを使用することで、磁歪膜１２，１２の膜厚の軸線方向分布の均一化を図っている。
【００２１】
図５に示すように、第１マスキング治具１６はステアリングシャフト１１の外周面に隙間なく嵌合する円筒状の部材であって、ステアリングシャフト１１に対して着脱できるように、その軸線を含む分割面で第１半体１８および第２半体１９に２分割される。第１、第２半体１８，１９の内周面の一端には、ステアリングシャフト１１の環状溝１１ａに嵌合する環状突起１８ａ，１９ａが形成される。第１半体１８には２個の切欠１８ｂ，１８ｂが形成されており、そこから分割面にボルト孔１８ｃ，１８ｃが貫通する。また第２半体１９には前記ボルト孔１８ｃ，１８ｃに連通するボルト孔１９ｂ，１９ｂが形成される。
【００２２】
図６に示すように、第２マスキング治具１７はステアリングシャフト１１の外周面に隙間なく嵌合する円筒状の部材であって、ステアリングシャフト１１に対して着脱できるように、その軸線を含む分割面で第１半体２０および第２半体２１に２分割される。第１、第２半体２０，２１の内周面の両端には、ステアリングシャフト１１の環状溝１１ｂ，１１ｂに嵌合する環状突起２０ａ，２０ａ；２１ａ，２１ａが形成される。第１半体２０には２個の切欠２０ｂ，２０ｂが形成されており、そこから分割面にボルト孔２０ｃ，２０ｃが貫通する。また第２半体２１には前記ボルト孔２０ｃ，２０ｃに連通するボルト孔２１ｂ，２１ｂが形成される。
【００２３】
図７に示すように、第１マスキング治具１６の第１、第２半体１８，１９は、その環状突起１８ａ，１９ａがステアリングシャフト１１の環状溝１１ａに係合するように取り付けられ、２本のボルト２２，２２を第１半体１８のボルト孔１８ｃ，１８ｃに挿入し、第２半体１９のボルト孔１９ｂ，１９ｂにねじ込むことで固定される。環状溝１１ａおよび環状突起１８ａ，１９ａの係合により、第１マスキング治具１６はステアリングシャフト１１の軸線方向に精密に位置決めされる。
【００２４】
第２マスキング治具１７の第１、第２半体２０，２１は、その環状突起２０ａ，２０ａ；２１ａ，２１ａがステアリングシャフト１１の環状溝１１ｂ，１１ｂに係合するように取り付けられ、２本のボルト２３，２３を第１半体２０のボルト孔２０ｃ，２０ｃに挿入し、第２半体２１のボルト孔２１ｂ，２１ｂにねじ込むことで固定される。環状溝１１ｂ，１１ｂおよび環状突起２０ａ，２０ａ；２１ａ，２１ａの係合により、第２マスキング治具１７はステアリングシャフト１１の軸線方向に精密に位置決めされる。
【００２５】
尚、２個の第１マスキング治具１６，１６の外側でステアリングシャフト１１の外周面が露出する部分は、マスキングテープ２４を貼ることでマスキングされる。
【００２６】
図８に示すように、２個の第１マスキング治具１６，１６および１個の第２マスキング治具１７を装着したステアリングシャフト１１を、電解液を貯留したメッキ槽２５の内部に浸漬して陰極２６および陽極２７に通電することで、ステアリングシャフト１１の第１、第２マスキング治具１６，１６；１７およびマスキングテープ２４に覆われていない部分が、Ｎｉ−Ｆｅメッキされる。
【００２７】
図９のグラフに実線で示すように、第１、第２マスキング治具１６，１６；１７を用いて磁歪膜１２，１２を形成した場合には、磁歪膜１２，１２の膜厚の軸線方向の変化は僅かである、それに対して、破線で示すように、マスキングテープだけを用いて磁歪膜１２，１２を形成した場合には、マスキングテープに接する磁歪膜１２，１２の軸線方向の両端部の膜厚が急激に増加している。このように、第１、第２マスキング治具１６，１６；１７を用いることで磁歪膜１２，１２の軸線方向の両端部の膜厚の増加を抑制できるのは、メッキ時に磁歪膜１２，１２の両端部に電流が集中するのが防止されるためと考えられる。
【００２８】
図１０のグラフに示すように、第１、第２マスキング治具１６，１６；１７の厚さＴ（図７参照）を増加させると、磁歪膜１２，１２の両端部の膜厚の盛り上がり率が急激に減少する。第１、第２マスキング治具１６，１６；１７の厚さＴを１０ｍｍ以上とすれば、膜厚の盛り上がり率は１．９％以下となり、ほぼ均一な膜厚が得られることが分かる。
【００２９】
第１、第２マスキング治具１６，１６；１７の端部は磁歪膜１２，１２の端部に一致させることが望ましい。なぜならば、第１、第２マスキング治具１６，１６；１７の端部と磁歪膜１２，１２の端部との間に隙間があると、磁歪膜１２，１２の両端部の膜厚の盛り上がり率が増加してしまうからである。
【００３０】
図１１（Ｂ）に示すように、第１、第２マスキング治具１６，１６；１７の高さＨ（図７参照）を低くすることで、形成すべき磁歪膜１２，１２の端部との間に隙間βを形成し、この隙間βをマスキングテープで覆った状態でメッキを施したとする。図１２の横軸は前記隙間βを示し、縦軸は磁歪膜１２，１２の端部の膜厚の変化率を示している。このグラフの左端は本実施例（図１１（Ａ）に示す隙間β＝０の場合）に相当するもので、磁歪膜１２，１２の端部の膜厚の変化率が最小になっている。また、このグラフの右端は従来例（図１１（Ｃ）に示すマスキング治具１６，１６；１７を使用しない場合）に相当するもので、磁歪膜１２，１２の端部の膜厚の変化率が最大になっている。
【００３１】
このように、本実施例の如く第１、第２マスキング治具１６，１６；１７の端部を磁歪膜１２，１２の端部に一致させることが、磁歪膜１２，１２の膜厚を均一化する上で最も有利であることが分かる。
【００３２】
しかして、均一な厚さの磁歪膜１２，１２を有してトルク検出精度の高い操舵トルクセンサ１３を用いて電動パワーステアリング装置のアクチュエータを制御するので、電動パワーステアリング装置による操舵フィーリングを高めることができる。
【００３３】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３４】
例えば、本発明の磁歪式トルクセンサは、電動パワーステアリング装置用の操舵トルクセンサ１３以外の任意の用途に適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、磁歪式トルクセンサの回転軸の外周面に円筒状のマスキング治具を嵌合させて固定し、その回転軸をメッキ槽に入れてメッキを施すことで磁歪膜を形成した後に、回転軸からマスキング治具を取り外すので、回転軸のマスキング治具に覆われていない部分に形成される磁歪膜の膜厚を軸方向に均一化し、トルクの検出精度を高めることができる。
【００３６】
また請求項２に記載された発明によれば、回転軸の環状溝にマスキング治具の環状突起を係合させるので、マスキング治具を回転軸に対して軸方向に位置決めして磁歪膜の位置を精密に管理することができる。
【００３７】
また請求項３に記載された発明によれば、均一な厚さの磁歪膜を有してトルク検出精度の高いトルクセンサを用いて電動パワーステアリング装置のアクチュエータを制御するので、電動パワーステアリング装置による操舵のフィーリングを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁歪膜が形成されたステアリングシャフトを示す図
【図２】操舵トルクセンサの構造を示す図
【図３】磁歪膜の均一性が透磁率に与える影響を示す図
【図４】ステアリングシャフトおよび操舵トルクセンサの位置関係がエアギャップに与える影響を示す図
【図５】第１マスキング治具の形状を示す図
【図６】第２マスキング治具の形状を示す図
【図７】ステアリングシャフトに第１、第２マスキング治具を取り付けた状態を示す図
【図８】電気メッキで磁歪膜を形成する工程を示す図
【図９】磁歪膜の厚さの軸線方向の分布を示すグラフ
【図１０】マスキング治具の厚さと磁歪膜の端部の盛り上がり率との関係を示すグラフ
【図１１】磁歪膜の端部とマスキング治具との隙間を説明する図
【図１２】磁歪膜の端部とマスキング治具との隙間が磁歪膜の端部の膜厚の変化率に与える影響を示すグラフ
【図１３】電流密度がメッキに含まれる鉄成分の割合に与える影響を示すグラフ
【符号の説明】
１１        ステアリングシャフト（回転軸）
１１ａ      環状溝
１１ｂ      環状溝
１２        磁歪膜
１３        操舵トルクセンサ（磁歪式トルクセンサ）
１６        第１マスキング治具（マスキング治具）
１７        第２マスキング治具（マスキング治具）
１８ａ      環状突起
１９ａ      環状突起
２０ａ      環状突起
２１ａ      環状突起
２５        メッキ槽
【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】
2005003622.tif 000010
【図９】
2005003622.tif 000011
【図１０】
2005003622.tif 000012
【図１１】
2005003622.tif 000013
【図１２】
2005003622.tif 000014
【図１３】
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