(57)【要約】【課題】軸部材と磁歪環とを溶接させるときの熱歪の影響を低減させるためのトルクセンサの製造方法を提供する。【解決手段】軸部材１と、当該軸部材１の軸芯Ｘ周りに圧入され且つ軸芯Ｘ周りに沿って磁化された磁歪環２とを備え、軸部材１にねじれトルクが作用したときに磁歪環２の外部に現れる磁束の変化に基づいて、軸部材１に作用するねじれトルクを測定するトルクセンサの製造方法であって、磁歪環２の内周面の、軸芯Ｘ方向に沿った端部と、軸部材１との間に間隙が設けられ、磁歪環２と軸部材１とを当該間隙においてエネルギビームを照射して溶接するとき、磁歪環２に対するエネルギビームの照射角度を、磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った中央部側に向かって、軸芯Ｘ方向に平行な方向から１５°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定して溶接を行う。【選択図】図２
2007263842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、当該軸部材の軸芯周りに圧入され且つ軸芯周りに沿って磁化された磁歪環とを備え、前記軸部材にねじれトルクが作用したときに前記磁歪環の外部に現れる磁束の変化に基づいて、前記軸部材に作用するねじれトルクを測定するトルクセンサの製造方法であって、
前記磁歪環の内周面の、軸芯方向に沿った端部と、前記軸部材との間に間隙が設けられ、前記磁歪環と前記軸部材とを当該間隙においてエネルギビームを照射して溶接するとき、前記磁歪環に対する前記エネルギビームの照射角度を、前記磁歪環の軸芯方向に沿った中央部側に向かって、軸芯方向に平行な方向から１５°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定して溶接を行うトルクセンサの製造方法。
【請求項２】
前記軸部材と前記磁歪環とのエネルギビーム溶接を、軸芯周りの全周に渡って連続的に行うか、又は、軸芯周りの複数箇所で行う請求項１記載のトルクセンサの製造方法。
【請求項３】
前記磁歪環と前記軸部材とが溶接される部位よりも軸芯方向に沿った中央側であり且つ前記間隙が設けられている部位において、前記磁歪環の径方向の肉厚を、前記軸部材に圧入される部位の前記磁歪環の肉厚よりも薄く形成してある請求項１又は２記載の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、軸部材と、当該軸部材の軸芯周りに圧入され且つ軸芯周りに沿って磁化された磁歪環とを備え、前記軸部材にねじれトルクが作用したときに前記磁歪環の外部に現れる磁束の変化に基づいて、前記軸部材に作用するねじれトルクを測定するトルクセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長手状の軸部材をねじろうとする力、つまり、ねじれトルクを測定するトルクセンサが提案されている。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、特許文献１に記載されている従来のトルクセンサの構成を説明する側面図及び部分断面図である。特許文献１に記載のトルクセンサは、軸部材１００と、その軸部材１００の軸芯周りに圧入され且つ軸芯周りに磁化された磁歪環１０１を備える。そして、軸部材１００にねじれトルクが作用したときに磁歪環１０１の外部に現れる磁束の変化に基づいて、軸部材１００に作用するねじれトルクを測定するものである。具体的には、図１２に示すように、磁性体で構成される磁歪環１０１は、その直径が拡大するように周方向に沿って引き伸ばされた状態で軸部材１００に圧入されている。よって、磁歪環１０１は、その周方向に沿って磁化方向の異方性が現れやすくなる。
軸部材１００にねじれトルクが作用していない状態では磁歪環１０１の円筒形状内で閉じた磁気回路が形成されるので、磁束は磁歪環１０１の外部には現れない。しかし、軸部材１００及び磁歪環１０１にねじれトルクが作用すると、そのねじれトルクにより磁歪環１０１に発生する歪に応じて磁化ベクトルの向きが磁歪環１０１の中心軸方向（軸部材１００の軸芯Ｘの方向）に傾き、磁束が磁歪環１０１の外周面から外部に漏洩する。そして、磁歪環１０１の近傍には磁束を検出可能な磁気センサを設けてあるので、磁歪環１０１の外周面からの漏洩磁束を測定することで、軸部材１００に作用するねじれトルクを測定できる。
【０００３】
また、磁気センサが測定する磁束は、地磁気や周囲の電気機器などによる外部磁場の影響を受ける。そのため、磁歪環１０１は、中心軸Ｏを挟んで軸芯Ｘの方向に沿った二つの領域（第１領域１０３及び第２領域１０４）に分けられ、それぞれの領域の磁化方向は互いに逆向きに構成されている。軸部材１００にねじれトルクが作用したときの第１領域１０３及び第２領域１０４からの漏洩磁束は、それぞれの領域に対応して設けられた別個の磁気センサによって測定される。この場合、所定のねじれトルクに対する二つの領域における磁化ベクトルの変化は、互いに正反対の方向となる。他方で、外部磁場等は一般的にはトルクセンサの全体に渡って一様であることから、二つの磁気センサの測定値の差分をとることにより、外部磁場等の影響は相殺される。その結果、軸部材１００に対するねじれトルクに応じた磁場の変化（互いに逆方向を向いた磁歪環１０１の磁化ベクトルの変位成分の差）が精度良く測定されることになる。
【０００４】
但し、このような構成のトルクセンサで重要となるのは、軸部材１００のねじれ量が正確に磁歪環１０１のねじれ量に反映されることである。つまり、軸部材１００がねじれたときに、軸部材１００と磁歪環１０１との間ですべりや引っ掛かりが無いようにすることである。そのため、特許文献１の図２８には、磁歪環１０１の軸芯Ｘの方向に沿った端部と、その端部に相対する軸部材１００とを、溶接及びネジ止めにより固定することが記載されている。尚、本願の図１２には、磁歪環と軸部材とが溶接部１０２で溶接された状態を記載している。
【０００５】
但し、図１２に例示した従来のトルクセンサでは、磁歪環１０１を軸部材１００に圧入させ、且つ、磁歪環１０１の軸芯Ｘの方向に沿った端部とその端部に相対する軸部材１００とを溶接部１０２によって溶接して固定している。つまり、磁歪環１０１を軸部材１００に圧入させるときに、磁歪環１０１は、その直径が拡大するように引き伸ばされた状態で軸部材１００に圧入されている。従って、磁歪環１０１の軸芯Ｘの方向に沿った端部から中央部まで、一様にその周方向に沿って磁化方向の異方性が現れることになる。この状態であれば、磁歪環の磁化の方向が周方向に沿って揃うため、磁歪環１０１の円筒形状内で閉じた磁気回路が形成され、磁歪環１０１の外部には漏洩磁束は現れない。
しかし、その後に磁歪環と軸部材とを固定するための溶接工程を行うことで、磁歪環の軸芯Ｘの方向に沿った端部Ａでは溶接による熱歪が発生し、その端部Ａの磁化の方向が周方向に沿わなくなる。そのため、軸部材にねじれトルクが作用していなくても、磁歪環の外周面から外部に磁束が漏洩することになり、結果として、実際に軸部材に作用したねじれトルクを正確に測定出来なくなるという問題がある。
【０００６】
特許文献２には、上記問題点を解決するべく、磁歪環の内周面の、軸芯方向に沿った端部と、前記軸部材との間に間隙が設けられたトルクセンサが記載されている。つまり、磁歪環の内周面の、軸芯方向に沿った端部は、上記間隙を設けているため軸部材と接触せず、直径が拡大するようには引き伸ばされない。その結果、上述したような磁化方向の異方性は現れず、磁化されたとしてもその方向は等方的なものとなる。そのため、磁歪環の磁化を行った後で溶接工程を行ったとしても、特許文献１において発生するような磁歪環の端部での熱歪による影響が現れにくくなる。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９１４５２６号公報（図２８）
【特許文献２】特開２００５−１８１１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載のトルクセンサは、そのトルクセンサを構成する軸部材と磁歪環との構造的な特徴によって、磁歪環の端部において、軸部材と磁歪環とを溶接するときの熱歪による影響を低減しようとしている。しかし、磁歪環の端部での溶接によって生じた熱歪が、端部のみならず磁歪環の中央部にまで広がることもある。その結果、磁歪環の中央部における磁化の方向が乱され、軸部材にねじれトルクが作用していなくても、磁歪環の外周面から外部に磁束が漏洩することになる。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸部材と磁歪環とを溶接させるときの熱歪の影響を低減させるためのトルクセンサの製造方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るトルクセンサの特徴構成は、軸部材と、当該軸部材の軸芯周りに圧入され且つ軸芯周りに沿って磁化された磁歪環とを備え、前記軸部材にねじれトルクが作用したときに前記磁歪環の外部に現れる磁束の変化に基づいて、前記軸部材に作用するねじれトルクを測定するトルクセンサの製造方法であって、
前記磁歪環の内周面の、軸芯方向に沿った端部と、前記軸部材との間に間隙が設けられ、前記磁歪環と前記軸部材とを当該間隙においてエネルギビームを照射して溶接するとき、前記磁歪環に対する前記エネルギビームの照射角度を、前記磁歪環の軸芯方向に沿った中央部側に向かって、軸芯方向に平行な方向から１５°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定して溶接を行う点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、磁歪環の端部に上記間隙を設けることで、端部以外の中央部分は、軸部材から径方向外側に向かう応力を受けて直径が拡大するように周方向に沿って引き伸ばされた状態となる。その結果、上記磁歪環の端部以外の中央部分には、その周方向に沿った磁化方向の異方性、即ち、磁化の方向が揃うことによる合成磁化ベクトルが周方向に沿って現れやすくなる。他方で、磁歪環の端部は軸部材から応力を受けないため磁化方向は等方的のままであり、微小領域での磁化ベクトルは存在するものの、巨視的に見た場合の合成磁化ベクトルは零になる。更に、エネルギビームは上記間隙が設けられている磁歪環の端部に対して、軸芯方向に平行な方向から１５°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲で照射される。つまり、磁歪環の中央部分にはエネルギビーム及び熱エネルギが到達しにくいようになる。その結果、磁歪環の端部ではエネルギビームの照射によって熱歪は発生するものの、磁歪環の軸芯方向に沿った中央部側では熱による歪は発生しにくくなる。そして、磁歪環の中央部における磁化の方向は磁歪環の周方向に沿った方向で維持されるので、軸部材にねじれトルクが作用していないときには、磁歪環の外周面から外部に磁束がほとんど漏洩することはない。
このように、溶接による熱歪が発生するとしても、その影響が磁歪環の端部で局所的に留められるので、磁歪環の端部以外の中央部分を、軸部材にねじれトルクが作用したときの漏洩磁束発生源として選択的に用いることができる。また、溶接によって磁歪環に熱歪が発生しても、軸部材にねじれトルクが作用していない状態では、トルクセンサにとってのノイズとなる磁歪環の外周面の端部からの漏洩磁束はほとんど発生しないようにできる。
従って、軸部材と磁歪環とを溶接させるときの熱歪の影響を低減させるためのトルクセンサの製造方法を提供できる。
【００１２】
また、前記エネルギビームの照射角度を、前記磁歪環の軸芯方向に沿った中央側に向かって、軸芯方向に平行な方向から４０°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定して溶接を行ってもよい。
それにより、エネルギビームの照射角度が、軸芯方向に平行な方向から４０°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定されるので、エネルギビームは磁歪環の外周面に対して垂直に近い状態で入射することになる。その結果、磁歪環の中央部の方向にはエネルギビームが向かわないように、つまり、溶接による熱歪が磁歪環の中央部では発生せず、且つ、磁歪環の端部における熱歪の影響が磁歪環の中央部分にはほとんど伝わらないようにできる。その結果、軸部材にねじれトルクが作用していない状態では、トルクセンサにとってのノイズとなる磁歪環の外周面の端部からの漏洩磁束はほとんど発生しないようにできる。
【００１３】
本発明に係るトルクセンサの別の特徴構成は、前記軸部材と前記磁歪環とのエネルギビーム溶接を、軸芯周りの全周に渡って連続的に行うか、又は、軸芯周りの複数箇所で行う点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、磁歪環と軸部材との溶接をそれらの軸芯周りの全周に渡って一様にできるので、磁歪環と軸部材とをそれらの円周に沿って強固に溶接できる。また、発生する熱歪の影響も軸芯周りの全周に渡って一様にできる。
または、前記軸部材と前記磁歪環とのエネルギビーム溶接を、軸芯周りの複数箇所で行えば、磁歪環と軸部材との溶接箇所の数を減らすことができるので、発生する熱歪の影響を低減させることができる。
【００１５】
本発明に係るトルクセンサの別の特徴構成は、前記磁歪環と前記軸部材とが溶接される部位よりも軸芯方向に沿った中央側であり且つ前記間隙が設けられている部位において、前記磁歪環の径方向の肉厚を、前記軸部材に圧入される部位の前記磁歪環の肉厚よりも薄く形成してある点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、肉厚が薄くされた部位は隣接する肉厚が厚い部位に比べて変形が起こりやすくなる。つまり、磁歪環と前記軸部材とが溶接される部位において熱歪が発生したとしても、磁歪環が前記軸部材に圧入される肉厚の部位とその溶接部位との間には上述した肉薄の部位が存在するので、その肉薄の部位で熱歪が緩和され、磁歪環の中央部側、つまり、軸部材に圧入される部位の磁歪環には歪が発生しないようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
以下に、図面を参照して本発明のトルクセンサについて説明する。
図１は、第１実施形態のトルクセンサの側面図である。特に、図１（ａ）は、軸部材としてのシャフト１にねじれトルクが加えられていない状態を説明する側面図であり、図１（ｂ）は、シャフト１にねじれトルクが加えられている状態を説明する側面図である。図示するように、第１実施形態のトルクセンサは、軸部材としてのシャフト１と、そのシャフト１の軸芯Ｘ周りに圧入され且つ軸芯Ｘ周りに沿って磁化された磁歪環２とを備え、シャフト１にねじれトルクが作用したときに磁歪環２の外部に現れる磁束の変化に基づいて、シャフト１に作用するねじれトルクを測定するものである。
【００１８】
図２は磁歪環２とシャフト１とをエネルギビームを照射して溶接する工程を説明する図である。この溶接に用いられるエネルギビームとしては電子ビームやレーザビームなどを用いることができる。このうち、電子ビームは、幅が狭く且つ深い溶接を行えるので、磁歪環２とシャフト１との溶接部位を小さくできるという利点、つまり、溶接による熱歪の影響が狭い部位に留められるという利点がある。従って、以下の本実施形態では、エネルギビームとして電子ビームを用いた例の説明を行う。
【００１９】
また、図３は、第１実施形態のトルクセンサを構成するシャフト１及び磁歪環２の部分断面図である。図３の部分断面図に示すように、断面が円形の長手状のシャフト１の途中にはその直径が拡大された突出部１ａが形成されている。また、シャフト１に圧入される磁歪環２は、円筒状に形成された磁性体である。シャフト１は磁性体又は非磁性体で構成される。そして、シャフト１の軸芯Ｘと磁歪環２の軸芯Ｘとが重なり合った状態で、磁歪環２はシャフト１に圧入される。本実施形態では、磁歪環２の内周面の直径は、シャフト１の突出部１ａの外径よりも僅かに小さく形成されている。よって、磁歪環２をシャフト１の突出部１ａに圧入させようとすると、磁歪環２は、その直径が拡大するように引き伸ばされる、つまり、周方向に機械的に伸びる。その結果、磁歪環２は、その周方向に沿って磁化方向の異方性が現れやすくなる。他方で、磁歪環２をシャフト１の突出部１ａに圧入させようとしなければ、シャフト１が磁歪環２の内部に挿入された状態で両者は容易に相対移動可能である。
【００２０】
図３に示すように、磁歪環２の内周面の、軸芯Ｘ方向に沿った端部と、その端部に対応するシャフト１との間には間隙が設けられている。具体的には、磁歪環２は、磁歪環２の内周面の、軸芯Ｘ方向に沿った端部に、その内周面の端部の内径が軸芯Ｘ方向に沿った中央部の内径よりも大きく形成された拡径部位７を有している。そして、その拡径部位７によって上記間隙が形成されている。従って、拡径部位７に対応する磁歪環２の端部は、磁歪環２がシャフト１に圧入されるとき、シャフト１から応力を受けず、周方向に沿って機械的に伸びることもない。その結果、磁歪環２の端部において、磁化方向の異方性は現れにくくなる。
【００２１】
このようにして、磁歪環２をシャフトに圧入させた後、図２に示したように電子ビームが照射されて、上記間隙において磁歪環２とシャフト１とが溶接される。具体的には、磁歪環２とシャフト１とを上記間隙において電子ビームを照射して溶接するとき、磁歪環２に対する電子ビームの照射角度を、磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った中央部側（中心軸Ｏ側）に向かって角度Ｙ°に設定する。この角度Ｙ°は、軸芯Ｘ方向に平行な方向から１５°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定することが好ましい。このように、電子ビームは上記間隙が設けられている磁歪環２の端部に照射されて熱エネルギに変換され、照射された部位の磁歪環２とシャフト１とを加熱して溶融させている。ここで、磁歪環２に対する電子ビームの照射角度Ｙが上述したような範囲に設定されるので、磁歪環２の中央部分には電子ビーム及び熱エネルギが到達しにくいようになる。その結果、電子ビームによる熱は上記間隙において局所的に発生することになり、間隙が形成された部位において熱による歪が発生するとしても、磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った中央部側では熱による歪は発生しにくくなる。
【００２２】
その後、磁歪環２の着磁が行われる。尚、磁歪環２の着磁方法は従来と同様であるので説明を省略する。本実施形態において、磁歪環２は、中心軸Ｏを挟んで軸芯Ｘ方向に沿った二つの領域（第１領域３及び第２領域４）に分けられている。図１（ａ）において軸芯Ｘに対して垂直な実線で示すベクトルは、第１領域３及び第２領域４での磁化ベクトルである。図示するように、それぞれの領域の磁化方向は、磁歪環２の周方向に沿い且つ互いに逆向きに構成されている。図１（ｂ）では、第１領域３での合成磁化ベクトルを、磁歪環２の周方向に沿って図中で下向きの実線矢印で示し、第２領域４での合成磁化ベクトルを、磁歪環２の周方向に沿って図中で上向きの実線矢印で示す。本実施形態では、二つの領域での合成磁化ベクトルの向きが異なるように、つまり、２極に着磁した場合について説明するが、本発明のトルクセンサはその極数には限定されず、１極又は３極以上に着磁されていてもよい。
【００２３】
本実施形態において上記溶接は、間隙の全て、つまり、拡径部位７の全てで行われる訳ではない。図３に示すように、拡径部位７は、軸芯Ｘ方向に沿って外側に、磁歪環２とシャフト１とが溶接により接合されている接合領域８を有し、軸芯Ｘ方向に沿って内側に、磁歪環２とシャフト１とが接合されていない非接合領域９を有する。磁歪環２に対する電子ビームの照射角度Ｙを上述したような範囲に設定するのに加えてこのような形態で溶接を行うことで、溶接により発生する熱により磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った端部において熱歪が生じるが、その熱及び熱歪の影響は、磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った中央部側（中心軸Ｏ側）には伝わりにくくなる。そのため、磁歪環２の端部以外の中央部分は、溶接による熱歪の影響を受け難くなるため、上述した圧入時に磁歪環２の中央部分に作用した周方向の拡径状態が維持されることになる。よって、その後で着磁されたとき、磁歪環２の端部以外の中央部分の磁化ベクトルの方向は、その周方向に沿った異方性を有することになる。そして、シャフト１にねじれトルクが作用していない状態では、トルクセンサにとってのノイズとなる磁歪環２の外周面の端部からの漏洩磁束はほとんど発生しないようにできる。
また、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面における断面図である。図４から分かるように、この溶接は、円周の全て、つまり、拡径部位７により形成される間隙の全てに渡って行われている。磁歪環２とシャフト１との溶接をそれらの軸芯Ｘ周りの全周に沿って一様にできるので、発生する熱歪の影響も一様にできる。また、磁歪環２とシャフト１とをそれらの円周に沿って強固に溶接できる。
【００２４】
次に、上述のように圧入され及び溶接されたシャフト１及び磁歪環２に対してねじれトルクが作用した場合について説明する。本実施形態では、磁歪環２の第１領域３からの漏洩磁束を測定するためにホール素子などの磁気センサ５を設け、磁歪環２の第２領域４からの漏洩磁束を測定するためのホール素子などの磁気センサ６を設けている。但し、磁気センサ５及び磁気センサ６は同じ特性を有するものであり、磁歪環２に対して等距離に配置されている。また、第１磁気センサ５及び第２磁気センサ６は、磁歪環２を第１領域３及び第２領域４に分ける中心軸Ｏから等距離に配置されている。
【００２５】
シャフト１にねじれトルクが作用していない状態では、磁歪環２における合成磁化ベクトルは周方向に沿って存在し、磁歪環２の円筒形状の周方向に沿って閉じた磁気回路が形成されるので、磁束は磁歪環２の外部には現れない。従って、磁歪環２の第１領域３における漏洩磁束を検出する第１磁気センサ５及び第２領域４における漏洩磁束を検出する第２磁気センサ６では、磁束は検出されない。
他方で、シャフト１に対して図１（ｂ）に例示するようなねじれトルクＴが作用したとき、シャフト１と磁歪環２とはすべりが発生しないように溶接されているので、シャフト１に作用するねじれトルクＴに応じたねじれトルクが磁歪環２にも作用する。そして、図１（ｂ）において破線矢印で示すように、そのねじれトルクにより磁歪環２に発生する歪に応じて磁化ベクトルの向きが磁歪環２の軸芯Ｘ方向に傾き、磁化ベクトルＢｘに応じた磁束が磁歪環２の外周面から外部に漏洩することになる。図１（ｂ）及び図３に示すように、この漏洩磁束は磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った端部から中心軸Ｏ方向に進行する。そして、磁歪環２の外周面から外部に漏洩した磁束は、第１磁気センサ５及び第２磁気センサ６によって測定される。
ここで、第１磁気センサ５及び第２磁気センサ６という二つの磁気センサを設けているのは、磁気センサが測定する磁束から、地磁気や周囲の電気機器などによる外部磁場の影響を排除するためである。
【００２６】
以上のように、シャフト１にねじれトルクが作用することで磁歪環２にも歪が発生したとき、磁歪環２の端部以外の中央部分の合成磁化ベクトルの向きはその歪によって変化し、磁歪環２の周方向に沿わない方向の磁化ベクトル成分が現れる。その結果、磁歪環２の端部以外の中央部分の外周面からは漏洩磁束は発生するが、シャフト１から応力を受けないような拡径部位７が形成され、合成磁化ベクトルがほぼ零であった磁歪環２の端部の外周面からはほとんど漏洩磁束は発生しない。このように、本実施形態のようなシャフト１及び磁歪環２を用いることで、磁歪環２の端部以外の中央部分を、シャフト１にねじれトルクが作用したときの漏洩磁束発生源として選択的に用いることができる。
【００２７】
また、図５は、シャフト１及び磁歪環２に対してねじれトルクが作用していない状態で磁気センサ５及び磁気センサ６により検出された磁束の差分データの変化を示すグラフである。具体的には、ねじれトルクを作用させない状態でシャフト１及び磁歪環２を３６０°回転させたときに測定された磁束の、ゼロ点（シャフト１及び磁歪環２が存在しないときに測定される磁束）からの変化割合（％）を示している。つまり、シャフト１及び磁歪環２に対してねじれトルクが作用していない状態であるので、漏洩磁束が存在しない０（％）の円を描くようなグラフになるのが理想的である。本実施形態では、磁歪環２とシャフト１とを上記間隙において電子ビームを照射して溶接するとき、磁歪環２に対する電子ビームの照射角度を、磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った中央部側に向かって、軸芯Ｘ方向に平行な方向から１５°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定して溶接を行うようにしてある。そして、その照射角度を１５°にしたとき、図５から分かるように、シャフト１及び磁歪環２を３６０°回転させる間の漏洩磁束の変化は−２．１％〜＋３．５％の範囲に留まっている。つまり、シャフト１及び磁歪環２が回転しているときにねじれトルクが発生しても、ねじれトルクによる漏洩磁束の変化を確実に検出可能である。
また、電子ビームの照射角度を４０°としたとき、漏洩磁束はシャフト１及び磁歪環２を３６０°回転させる間の漏洩磁束の変化は−０．６％〜＋０．９％の間の範囲に留まっている。電子ビームの照射角度を磁歪環２の外周面に対して垂直に近い角度にすることでトルクセンサの性能が向上したのは、溶接による熱歪が磁歪環２の端部側で局所的に発生し、溶接による熱歪による影響が磁歪環２の中央部側に伝わりにくくなったためである。従って、磁歪環２に対する電子ビームの照射角度は、磁歪環２の軸芯Ｘ方向に対して垂直（９０°）に設定するのが最も好ましいと言える。つまり、磁歪環２に対する電子ビームの照射角度を、磁歪環２の軸芯Ｘ方向に沿った中央部側に向かって、軸芯Ｘ方向に平行な方向から１５°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定して溶接を行うのが好ましく、軸芯Ｘ方向に平行な方向から４０°傾いた方向と９０°傾いた方向との間の角度範囲に設定して溶接を行うのがより好ましい。また、電子ビームの照射角度を４０°以上の角度（例えば、５０°、６０°、７０°、８０°）に設定すれば、更に好ましい。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態のトルクセンサを構成するシャフト１及び磁歪環１２の部分断面図である。以下に、第２実施形態のトルクセンサを構成するシャフト１及び磁歪環１２の構成について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
第２実施形態の磁歪環１２は、磁歪環１２の外周面の、軸芯Ｘ方向に沿った端部に、その外周面の端部の外径を軸芯Ｘ方向に沿った中央部の外径よりも小さくした縮径部位２０を有するように構成されている。また、第１実施形態と同様に、磁歪環１２は、磁歪環１２の内周面の、軸芯Ｘ方向に沿った端部に、その内周面の端部の内径が軸芯Ｘ方向に沿った中央部の内径よりも大きく形成された拡径部位１７を有し、その拡径部位１７によって間隙が形成されるように構成されている。この拡径部位１７は、軸芯Ｘ方向に沿って外側に、磁歪環１２とシャフト１とが溶接により接合されている接合領域１８を有し、軸芯Ｘ方向に沿って内側に、磁歪環１２とシャフト１とが接合されていない非接合領域１９を有する。磁歪環１２とシャフト１とを溶接するときの電子ビームの照射角度は第１実施形態と同様である。
【００２９】
以上のように、磁歪環１２の外周面において、磁歪環１２の外径が縮径された端部と、その端部よりも外径が大きい中央部との間で段差が形成されることになる。その結果、磁歪環１２の外周面の端部から外部に漏洩磁束が発生するとしても、その漏洩磁束は段差の先端に集中し、磁歪環１２の端部における漏洩磁束は磁歪環１２の中央部には届き難くなる。つまり、ノイズとなる磁歪環１２の端部からの漏洩磁束が、ねじれトルクを表す信号となる磁歪環１２の中央部からの漏洩磁束に混合され難くなる。その結果、磁歪環１２の端部からの漏洩磁束は第１磁気センサ５及び第２磁気センサ６に届き難くなり、磁歪環１２の第１領域１３及び第２領域１４の中央部からの漏洩磁束が選択的に第１磁気センサ５及び第２磁気センサ６に届くことになる。従って、シャフト１に作用しているねじれトルクに応じた正確な漏洩磁束を測定可能なトルクセンサを提供できる。
【００３０】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、磁歪環の拡径部位は、磁歪環とシャフトとが溶接されている溶接部位と、磁歪環とシャフトとが溶接されていない非接合領域とを有するように構成したが、他の形態に改変することもできる。例えば、図７は、別実施形態のトルクセンサを構成するシャフト１及び磁歪環３２の部分断面図である。この例では、磁歪環３２は、磁歪環３２の内周面の、軸芯Ｘ方向に沿った端部に、その内周面の端部の内径が軸芯Ｘ方向に沿った中央部の内径よりも大きく形成された拡径部位３７を有し、その拡径部位３７によって、磁歪環３２の端部とシャフト１との間隙が設けられている。そして、拡径部位３７が全て接合領域３８として用いられ、上記実施形態で説明した非接合領域は設けていない。以上のように、拡径部位３７は小さくてもよいので、拡径部位３７の加工に要する手間を小さくできる。尚、磁歪環３２の第１領域３３及び第２領域３４などの構成、及び、磁歪環３２とシャフト１とを溶接するときの電子ビームの照射角度は上記実施形態と同様である。
【００３１】
＜２＞
上記実施形態及び別実施形態では、電子ビームによる溶接が、磁歪環とシャフトとの間の円周の全て、つまり、拡径部位７により形成される間隙の全てに渡って行われている場合について説明したが、円周の全てに渡って溶接を行わなくてもよい。図８に示す例は、第１実施形態の磁歪環２とシャフト１との電子ビームによる溶接を、軸芯Ｘ周りの複数箇所で行う例である。この場合、磁歪環２とシャフト１との溶接箇所の数を減らすことができるので、発生する熱歪の影響を低減させることができる。
【００３２】
＜３＞
上記実施形態において、図９及び図１０に示すように、磁歪環とシャフトとが溶接される部位よりも軸芯Ｘ方向に沿った中央側であり且つ間隙（拡径部位）が設けられている部位において、磁歪環の径方向の肉厚を、シャフトに圧入される部位の磁歪環の肉厚よりも薄く形成してもよい。図９に示した例では、磁歪環４２の外周面に窪み１０を形成することで、磁歪環４２とシャフト１とが溶接される部位（接合領域８に対応する部位）よりも軸芯Ｘ方向に沿った中央側であり且つ間隙（拡径部位）が設けられている部位（非接合領域９に対応する部位）の磁歪環４２の肉厚を、シャフト１に圧入される部位の磁歪環４２の肉厚よりも部分的に薄くしてある。同様に、図１０に示した例では、磁歪環５２の外周面の端部の形状をテーパ形状１１にすることで、磁歪環５２の肉厚を部分的に薄くしてある。但し、窪み１０及びテーパ形状１１は、磁歪環４２、５２の軸芯Ｘ周りの全周に渡って溝状に設けてもよく、軸芯Ｘ周りの複数箇所に設けてもよい。このような構造を採用することで、の磁歪環４２、５２において、肉厚が薄くされた肉薄の部位は、隣接する肉厚が厚い部位に比べて変形が起こりやすくなる。つまり、磁歪環４２、５２とシャフト１とが溶接される部位において熱歪が発生したとしても、磁歪環４２、５２がシャフト１に圧入される肉厚の部位とその溶接部位との間には上述した肉薄の部位が存在するので、その肉薄の部位で熱歪が緩和され、磁歪環４２、５２の中央部側、つまり、シャフト１に圧入される部位の磁歪環４２、５２には歪が発生しないようにできる。
【００３３】
図１１は、図９に例示したシャフト１及び磁歪環４２に対してねじれトルクが作用していない状態で磁気センサ５及び磁気センサ６により検出された磁束の差分データの変化を示すグラフである。この場合、電子ビームの照射角度を４０°にしたとき、シャフト１及び磁歪環４２を３６０°回転させる間の漏洩磁束の変化は−０．４％〜＋０．６％の範囲に留まっている。つまり、シャフト１及び磁歪環４２が回転しているときにねじれトルクが発生しても、ねじれトルクによる漏洩磁束の変化を確実に検出可能である。また、図１０に例示したシャフト１及び磁歪環５２に関する測定でも同様の結果が得られる。
【００３４】
＜４＞
上記実施形態では、磁歪環の内周面の端部とシャフトとの間に間隙を設けるために、磁歪環に対して上記拡径部位を形成したが、シャフトに対して窪みを形成することで、磁歪環の内周面の端部とシャフトとの間に間隙を設けてもよい。
【００３５】
＜５＞
上記実施形態では、シャフト１が拡径された突出部１ａを設け、磁歪環２がその突出部１ａに圧入される例について説明したが、突出部１ａを設けなくてもよい。その場合、シャフト１は、直径が一様な円柱形状で構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は、シャフトにねじれトルクが加えられていない状態を説明する側面図であり、（ｂ）は、シャフトにねじれトルクが加えられている状態を説明する側面図
【図２】磁歪環とシャフトとをエネルギビームを照射して溶接する工程を説明する図
【図３】第１実施形態のトルクセンサを構成するシャフト及び磁歪環の部分断面図
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面における断面図
【図５】シャフト及び磁歪環に対してねじれトルクが作用していない状態で磁気センサにより検出された磁束の変化を示すグラフ
【図６】第２実施形態のトルクセンサを構成するシャフト及び磁歪環の部分断面図
【図７】別実施形態のトルクセンサを構成するシャフト及び磁歪環の部分断面図
【図８】磁歪環とシャフトとのエネルギビームによる溶接を、軸芯周りの複数箇所で行う例
【図９】別実施形態のトルクセンサを構成するシャフト及び磁歪環の部分断面図
【図１０】別実施形態のトルクセンサを構成するシャフト及び磁歪環の部分断面図
【図１１】シャフト及び磁歪環に対してねじれトルクが作用していない状態で磁気センサにより検出された磁束の変化を示すグラフ
【図１２】（ａ）は従来のトルクセンサの構成を説明する側面図であり、（ｂ）は部分断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  シャフト（軸部材）
２  磁歪環
Ｘ  軸芯
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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