(57)【要約】【課題】感度向上を図り得る磁歪リング式トルクセンサ、及び磁歪リング式トルクセンサの製造方法を提供する【解決手段】磁歪リング式トルクセンサ１０は、回動軸１１０と、回動軸に嵌合するとともに接合した、磁歪を有する磁歪リング１００と、回動軸のまわりに配置され、磁歪リングからの漏れ磁束を検知する磁気センサ１２０と、を有する。そして、磁歪リング式トルクセンサにあっては、磁歪リングに対する回動軸の線膨張係数の差が、磁歪リングが磁歪特性を維持しつつ回動軸とともに膨張収縮可能な範囲内である。【選択図】図１
2013170996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動軸と、
当該回動軸に嵌合するとともに接合した、磁歪を有する磁歪リングと、
前記回動軸のまわりに配置され、前記磁歪リングからの漏れ磁束を検知する磁気センサと、を有し、
前記磁歪リングに対する前記回動軸の線膨張係数の差は、前記磁歪リングが磁歪特性を維持しつつ前記回動軸とともに膨張収縮可能な範囲内である、磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項２】
回動軸と、
当該回動軸に嵌合するとともに接合したカラーと、
当該カラーの外周に嵌合するとともに接合した磁歪を有する磁歪リングと、
前記回動軸のまわりに配置され、前記磁歪リングからの漏れ磁束を検知する磁気センサと、を有し、
前記磁歪リングに対する前記カラーの線膨張係数の差は、前記磁歪リングが磁歪特性を維持しつつ前記カラーとともに膨張収縮可能な範囲内である、磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項３】
前記磁歪リングが嵌合するとともに接合した前記回動軸、又は前記カラーは、非磁性の高マンガン鋼によって形成されている、請求項１又は請求項２に記載の磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項４】
前記磁歪リングに対する前記回動軸の線膨張係数の差、又は前記磁歪リングに対する前記カラーの線膨張係数の差は、−２ｐｐｍ／℃以上＋２ｐｐｍ／℃以下である、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１つに記載の磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項５】
前記高マンガン鋼は、当該高マンガン鋼の総量に対しマンガンを２４質量％以上含む、請求項３に記載の磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項６】
前記磁歪リングは、ＦｅＣｏＶ合金又はＦｅＧａＡｌ合金によって形成されている、請求項１〜請求項５のうちのいずれか１つに記載の磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項７】
前記磁歪リングは、前記回動軸又は前記カラーに冷やし嵌めされている、請求項１〜請求項６のうちのいずれか１つに記載の磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項８】
前記磁歪リングは、断面が環状で且つ磁歪を有するリング本体、及び当該リング本体に対し径方向に直交する方向の両側で前記リング本体より薄肉に形成された薄肉部を有し、少なくとも当該薄肉部において前記回動軸と接合している、請求項１〜請求項７のうちのいずれか１つに記載の磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項９】
前記カラーと前記回動軸との間に形成された隙間を有する、請求項２〜請求項８のうちのいずれか１つに記載の磁歪リング式トルクセンサ。
【請求項１０】
磁歪を有する磁歪リングを、当該磁歪リングに対する線膨張係数の差が前記磁歪リングの磁歪特性を維持しつつ前記磁歪リングとともに膨張収縮可能な範囲内である回動軸に嵌合する嵌合工程と、
当該嵌合工程後、前記磁歪リングを前記回動軸に接合する接合工程と、
当該接合工程後、前記磁歪リングからの漏れ磁束を検知する磁気センサを前記回動軸のまわりに配置する磁気センサ配置工程と、を有する、磁歪リング式トルクセンサの製造方法。
【請求項１１】
磁歪を有する磁歪リングを、当該磁歪リングに対する線膨張係数の差が前記磁歪リングの磁歪特性を維持しつつ前記磁歪リングとともに膨張収縮可能な範囲内であるカラーの外周に嵌合する嵌合工程と、
当該嵌合工程後、前記磁歪リングを前記カラーに接合する接合工程と、
当該接合工程後、前記磁歪リングからの漏れ磁束を検知する磁気センサを、前記カラーが嵌合した回動軸のまわりに配置する磁気センサ配置工程と、を有する、磁歪リング式トルクセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記接合工程において、前記磁歪リングと前記回動軸、又は前記磁歪リングと前記カラーは、高エネルギービームによって接合される、請求項１０又は請求項１１に記載の磁歪リング式トルクセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記高エネルギービームは、電子ビームである、請求項１２に記載の磁歪リング式トルクセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記高エネルギービームは前記回動軸の軸方向に対し垂直に照射される、請求項１２又は請求項１３に記載の磁歪リング式トルクセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記接合工程後、前記磁歪リング及び前記回動軸、又は前記磁歪リング及び前記カラーを熱処理する熱処理工程を有する、請求項１０〜請求項１４のうちのいずれか１つに記載の磁歪リング式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、磁歪を利用して回動軸に作用するトルクを検出する磁歪リング式トルクセンサ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁歪を利用した様々なトルクセンサが提案されているが、車両用として実用化されているものはないようである。車両のミッションの出力軸に作用するトルクをモニタできると、自動変速機で変速時に生じる衝撃を抑制するための制御がより簡単になる。さらには車両の総合的な制御が可能になり、その結果、低燃費な車両の実現につながる。また、燃費向上等のため、現在では電動パワーステアリングが車両に標準装備されており、このことにともなってトルクセンサは車両に必須のものとなっている。以上のような事情から、廉価で小型なトルクセンサの要望は潜在的にあり、そのためトルクセンサの研究開発が継続的に行われている。
【０００３】
本発明者らは、構成がシンプルであることから低コスト化の可能性が高い磁歪リング式トルクセンサの開発を行っている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の磁歪リング式トルクセンサは、トルクが作用する回動軸と、回動軸に嵌合した磁歪を有する磁歪リングと、磁歪リングを回動軸に押圧して固定する押圧固定部材と、磁歪リングの近傍で磁歪リングからの漏れ磁束を検出する磁気検出部とを有する。押圧固定部材が磁歪リングを押圧して回動軸に固定しているため、回動軸にトルクが作用すると磁歪リングにトルクが伝わり、そして磁歪リングの逆磁歪機能によって生じる漏れ磁束を磁気検出部が検知することによって、トルクが求められる。しかしながら押圧固定部材から磁歪リングへ加わる押圧力が磁歪リングに塑性変形を生じさせるような大きなものであると、磁歪リングの磁歪特性が損なわれ、そして感度が低下してしまう。そこで特許文献１の磁歪リング式トルクセンサでは、押圧力を制限する押圧力制限部材を設けることによって感度が良好に保たれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０３１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように特許文献１に開示された磁歪リング式トルクセンサでは、感度が良好に保たれているが、実用化に向けた更なるセンサ性能向上のため、感度の一層の向上が要請されている。そこで、本発明の目的は、更なる感度向上を図り得る磁歪リング式トルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための磁歪リング式トルクセンサは、回動軸と、回動軸に嵌合するとともに接合した、磁歪を有する磁歪リングと、回動軸のまわりに配置され、磁歪リングからの漏れ磁束を検知する磁気センサと、を有する。そして、磁歪リングに対する回動軸の線膨張係数の差が、磁歪リングが磁歪特性を維持しつつ回動軸とともに膨張収縮可能な範囲内である。
【０００７】
また、上記目的を達成するための他の磁歪リング式トルクセンサは、回動軸と、回動軸に嵌合するとともに接合したカラーと、カラーの外周に嵌合するとともに接合した、磁歪を有する磁歪リングと、を有する。また、この磁歪リング式トルクセンサは、回動軸のまわりに配置され、磁歪リングからの漏れ磁束を検知する磁気センサを有する。そして、磁歪リングに対するカラーの線膨張係数の差が、磁歪リングが磁歪特性を維持しつつカラーとともに膨張収縮可能な範囲内である。
【０００８】
また、上記目的を達成するための磁歪リング式トルクセンサの製造方法は、磁歪を有する磁歪リングを回動軸に嵌合する嵌合工程と、磁歪リングを回動軸に接合する接合工程と、漏れ磁束を検知する磁気センサを回動軸のまわりに配置する磁気センサ配置工程と、を有する。そして、嵌合工程において、磁歪リングが、磁歪リングに対する線膨張係数の差が磁歪リングの磁歪特性を維持しつつ磁歪リングとともに膨張収縮可能な範囲内である回動軸に嵌合される。
【０００９】
また、上記目的を達成するための他の磁歪リング式トルクセンサの製造方法は、回動軸に嵌合可能なカラーの外周に対し磁歪を有する磁歪リングを嵌合する嵌合工程と、磁歪リングをカラーに接合する接合工程と、を有する。また、この磁歪リング式トルクセンサの製造方法は、漏れ磁束を検知する磁気センサを、カラーが嵌合した回動軸のまわりに配置する磁気センサ配置工程を有する。そして、嵌合工程において、磁歪リングが、磁歪リングに対する線膨張係数の差が磁歪リングの磁歪特性を維持しつつ磁歪リングとともに膨張収縮可能な範囲内であるカラーの外周に嵌合される。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した磁歪リング式トルクセンサでは、磁歪リングが回動軸に接合されている。このため、磁歪リングが押圧されて回動軸に固定される従来のような押圧力が磁歪リングに作用せず、従って、磁歪リングの塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リングと回動軸との固定強度が制限されない。よって磁歪リングと回動軸との固定強度が一段と高い。そして磁歪リングと回動軸との固定強度が一段と高いため、回動軸に作用するトルクが磁歪リングへとより正確に伝わる。また、磁歪リングに対する回動軸の線膨張係数の差が、磁歪リングが磁歪特性を維持しつつ回動軸とともに膨張収縮可能な範囲内である。このため、磁歪リングと回動軸との熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リングに加わる力が抑制され、そして磁歪リングにおける塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、上記のように構成した磁歪リング式トルクセンサにあっては、回動軸に加わるトルクがより正確に磁歪リングに伝わり、その上、磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【００１１】
また、上記のように構成した他の磁歪リング式トルクセンサでは、磁歪リングがカラーを介して回動軸に接合されている。このため、磁歪リングが押圧されて回動軸に固定される従来のような押圧力が磁歪リングに作用せず、従って、磁歪リングの塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リングと回動軸との固定強度が制限されない。よって磁歪リングと回動軸との固定強度が一段と高い。そして磁歪リングと回動軸との固定強度が一段と高いため、回動軸に作用するトルクが磁歪リングへとより正確に伝わる。
【００１２】
また、磁歪リングに対するカラーの線膨張係数の差が、磁歪リングが磁歪特性を維持しつつカラーとともに膨張収縮可能な範囲内である。このため、磁歪リングとカラーとの熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リングに加わる力が抑制され、そして磁歪リングにおける塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、上記のように構成した磁歪リング式トルクセンサにあっては、回動軸に加わるトルクがより正確に磁歪リングに伝わり、その上、磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【００１３】
また、磁歪リング式トルクセンサの上記製造方法によれば、磁歪リングが回動軸に接合される。このため、磁歪リングが押圧されて回動軸に固定される従来のような押圧力が磁歪リングに作用せず、従って、磁歪リングの塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リングと回動軸との固定強度が制限されない。よって磁歪リングと回動軸との固定強度を上げられる。そして磁歪リングと回動軸との固定強度を上げられるため、回動軸に作用するトルクが磁歪リングへとより正確に伝わるようになる。また、磁歪リングが、磁歪リングに対する線膨張係数の差が磁歪リングの磁歪特性を維持しつつ磁歪リングとともに膨張収縮可能な範囲内である回動軸に嵌合される。このため、磁歪リングと回動軸との熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リングに加わる力が抑制され、そして磁歪リングにおける塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、磁歪リング式トルクセンサの上記製造方法によれば、回動軸に作用するトルクがより正確に磁歪リングに伝わるようになり、その上、磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【００１４】
また、磁歪リング式トルクセンサの他の上記製造方法によれば、磁歪リングがカラーを介して回動軸に接合される。このため、磁歪リングが押圧されて回動軸に固定される従来のような押圧力が磁歪リングに作用せず、従って、磁歪リングの塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リングと回動軸との固定強度が制限されない。よって磁歪リングと回動軸との固定強度を上げられる。そして磁歪リングと回動軸との固定強度を上げられるため、回動軸に作用するトルクが磁歪リングへとより正確に伝わるようになる。また、磁歪リングが、磁歪リングに対する線膨張係数の差が磁歪リングの磁歪特性を維持しつつ磁歪リングとともに膨張収縮可能な範囲内であるカラーの外周に嵌合される。このため、磁歪リングとカラーとの熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リングに加わる力が抑制され、そして磁歪リングにおける塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、磁歪リング式トルクセンサの他の上記製造方法によれば、回動軸に作用するトルクがより正確に磁歪リングに伝わるようになり、その上、磁歪リングの逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の磁歪リング式トルクセンサの概略構成を示す図である。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】図１の３−３線に沿う断面図である。
【図４】磁歪リングに塑性変形が生じていない場合の磁歪リング式トルクセンサの出力特性の例を示す図である。
【図５】磁歪リングに塑性変形が生じた場合の磁歪リング式トルクセンサの出力特性の例を示す図である。
【図６】磁歪リングと回動軸との接合部分を拡大して示す断面図である。
【図７】第１実施形態の磁歪リング式トルクセンサの製造方法のフローチャートである。
【図８】磁歪リングと回動軸との接合を示す断面図である。
【図９】第２実施形態の磁歪リング式トルクセンサの概略構成を示す図である。
【図１０】図９の１０−１０線に沿う断面図である。
【図１１】第２実施形態の磁歪リング式トルクセンサの製造方法のフローチャートである。
【図１２】磁歪リングとカラーとの接合を示す断面図である。
【図１３】カラーと回動軸との接合を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１〜図３に示すように、第１実施形態の磁歪リング式トルクセンサ１０は、回動軸１１０と、回動軸１１０に嵌合した磁歪リング１００と、回動軸１１０のまわりに配置され磁歪リング１００からの漏れ磁束を検知する磁気センサ１２０と、を有する。
【００１８】
回動軸１１０は、非磁性の高マンガン鋼によって形成される。高マンガン鋼は、基本成分としてマンガン（Ｍｎ）、及びクロム（Ｃｒ）を含む。また、高マンガン鋼は、これらの成分の他、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、及び炭素（Ｃ）を含む。回動軸１１０は、例えば、車輌のミッションの出力軸、又はステアリングシャフトである。
【００１９】
回動軸１１０は磁歪リング１００と接合している。回動軸１１０の線膨張係数は、磁歪リング１００の線膨張係数と略等しい。磁歪リング１００に対する回動軸１１０の線膨張係数の差は、磁歪リング１００が磁歪特性を維持しつつ回動軸１１０とともに膨張収縮可能な範囲内である。
【００２０】
磁歪特性は、磁歪リング１００に磁場を印加したときの磁場と歪との関係を示す磁歪曲線によって表される。磁歪特性が維持されている場合、同じ条件で略同様の磁歪曲線が得られる。すなわち磁歪特性が再現性を有する。そして、図４のように、磁歪リング式トルクセンサ１０の出力特性は、ヒステリシスのない直線を描く。
【００２１】
一方、磁歪リング１００と回動軸１１０との線膨張係数の差が大きく、そしてこれらの熱膨張差に起因した大きな力が作用して磁歪リング１００に塑性変形が生じると、磁歪特性が維持されず、その結果、同じ条件であっても異なる磁歪曲線が得られる（劣化する）ようになる。すなわち磁歪特性が再現性を失う。そして、図５のように、磁歪リング式トルクセンサ１０の出力特性がヒステリシスを描き感度低下するようになる。
【００２２】
そこで、本発明者らは、磁歪リング１００に対する回動軸１１０の線膨張係数の差を、磁歪特性が維持されるように規定した。特に本実施形態では磁歪リング１００の一部が溶融して回動軸１１０に接合するため、これらは磁歪リング１００の一部が溶融するような高温に達するが、このような高温に達しても熱膨張差が抑制されて磁歪特性が維持されるように、線膨張係数の差を規定した。
【００２３】
具体的には、磁歪リング１００の実効的な歪が−５００ｐｐｍ以上＋５００ｐｐｍ以下であれば磁歪特性が維持されるという本発明者らが得た知見、及び磁歪リング１００と回動軸１１０との接合時の温度Ｔｃに基づき規定した。ここで、磁歪リング１００の実効的な歪とは、回動軸１１０の軸方向における一様な歪のことである。本実施形態における場合には、磁歪リング１００はリング内面両端にて回動軸１１０と接合されていて、リング表面はフリーであることから、リング内面で圧縮力が作用するがリング外表面では圧縮力が殆ど作用しない又は全く作用しないので、前述の歪の２倍、すなわち±１０００ｐｐｍまで許容されると見積もることができる。従って、下の数１の関係式が成り立ち、この関係式から線膨張係数の差Δαを規定した。
【００２４】
【数１】
2013170996.tif 000003
【００２５】
例えば本実施形態のように回動軸１１０が高マンガン鋼によって形成され、且つ磁歪リング１００がＦｅＣｏＶ合金及びＦｅＧａＡｌ合金等の磁歪材料によって形成される場合、磁歪リング１００と回動軸１１０との接合時の温度Ｔｃは５００℃程度である。従って、上記数１より、磁歪リング１００に対する回動軸１１０の線膨張係数の差Δαは、好ましくは、−２ｐｐｍ／℃以上＋２ｐｐｍ／℃以下と規定される。
【００２６】
高マンガン鋼の線膨張係数は、高マンガン鋼の総量に対するマンガン（Ｍｎ）の含有率に依存して変化する（参考文献  佐々木  晃文、他７名：‘‘高Ｍｎ非磁性鋼の開発’’、川崎製鉄技法、Ｖｏｌ  １３（１９８１）Ｎｏ．３、ｐ．３８１‐３９７）。従って、マンガン（Ｍｎ）の含有率を調整することによって、回動軸１１０の線膨張係数を調整できる。
【００２７】
磁歪リング１００は、磁歪を有するリング本体１０１と、リング本体１０１に対し径方向に直交する方向の両側でリング本体１０１より薄肉に形成された薄肉部１０２と、を有する。また、磁歪リング１００は、リング本体１０１と薄肉部１０２との間に形成された溝１０３を有する。溝１０３は、円弧状の底部を有する。
【００２８】
磁歪リング１００は、例えば、ＦｅＣｏＶ合金、又はＦｅＧａＡｌ合金によって形成される。回動軸１１０を形成する高マンガン鋼が、その総量に対し２４質量％以上のマンガンを含むことによって、回動軸１１０の線膨張係数と、ＦｅＣｏＶ合金又はＦｅＧａＡｌ合金等の磁歪材料から形成された磁歪リング１００の線膨張係数とがほぼ同等となる。回動軸１１０を形成する高マンガン鋼は、高マンガン鋼の総量に対し好ましくは２４質量％以上３５質量％以下のマンガン（Ｍｎ）を含む。
【００２９】
磁歪リング１００は、リング本体１０１において回動軸１１０と接合せず薄肉部１０２において回動軸１１０と接合している。また、磁歪リング１００は、回動軸１１０に冷やし嵌めされている。冷やし嵌めとは、加熱した磁歪リング１００に回動軸１１０が挿通された後、磁歪リング１００の放冷によって、磁歪リング１００が回動軸１１０を締め付けた状態で嵌合することである。冷やし嵌めによって、磁歪リング１００では周方向に引張応力が作用している。
【００３０】
リング本体１０１は、環状の断面を有し、また、周方向に着磁されているため、周方向に向いた磁化Ｍを有する。リング本体１０１は、回動軸１１０にトルクがかかったときに漏れ磁束を発生させるという、磁歪リング１００の本質的機能を果たす。
【００３１】
一方、薄肉部１０２は、回動軸１１０に加わるトルクをリング本体１０１に伝達する機能を果たす。磁歪リング１００と回動軸１１０とは単に嵌合しているだけでなく、薄肉部１０２で接合しているため、回動軸１１０に大きなトルクがかかっても磁歪リング１００と回動軸１１０とのすべりが抑制される。
【００３２】
回動軸１１０にトルクがかかると、薄肉部１０２からリング本体１０１にトルクが伝わり、そして、リング本体１０１では、軸方向に対し４５度の方向に引張応力が作用（引張応力と直交して圧縮応力が作用）する。その結果、磁歪の逆効果によって、磁化Ｍが軸方向へ倒れる。そのため、径方向に直交する方向におけるリング本体１０１の端部に磁極が現れるとともに、漏れ磁束が発生する。漏れ磁束は、リング本体１０１に作用するトルクに依存して変化する。
【００３３】
また、薄肉部１０２は、リング本体１０１に作用する力を緩和する機能を果たす。ここでリング本体１０１に作用する力とは、磁歪リング１００と回動軸１１０との接合時に加わる熱によって生じるこれらの熱膨張差に起因し、冷却後にリング本体１０１に作用する力である。
【００３４】
熱膨張差に起因したこのような力のうち、薄肉部１０２は、特に、軸方向の圧縮力を緩和する。軸方向の圧縮力が磁歪リング１００に作用すると、薄肉部１０２は、溝１０３が設けられている部分とともに変形することによって、リング本体１０１に作用する軸方向の圧縮力を緩和する。
【００３５】
リング本体１０１に作用する軸方向の圧縮力がどの程度緩和されるかは、図６に示す、薄肉部１０２の肉厚ｔ１、溝が形成されている部分の肉厚ｔ２、及びリング本体１０１の肉厚ｔ３に依存して変化する。
【００３６】
概して、熱膨張差に起因してリング本体１０１に作用する軸方向の圧縮力は、薄肉部１０２がない場合に比べ、肉厚ｔ１と肉厚ｔ３との比に相当する大きさに低減する。その上、本実施形態では溝１０３が設けられているため、圧縮力は更に緩和される。
【００３７】
肉厚ｔ１は、好ましくは、肉厚ｔ３の半分程度以下である。但し、肉厚ｔ１が小さくなるとともに、これに伴って肉厚ｔ２が小さくなると、トルク伝達性が低下する恐れがある。このため、肉厚ｔ２は、好ましくは０．３ｍｍ以上である。
【００３８】
磁気センサ１２０は、リング本体１０１からの漏れ磁束を検知する。磁気センサ１２０の配置される位置は、漏れ磁束を検知できる位置であれば特に限定されないが、好ましくは、漏れ磁束が比較的大きい位置である。漏れ磁束は、径方向に直交する方向におけるリング本体１０１の端部に近づくにつれて増大する。このため、磁気センサ１２０は、好ましくは、リング本体１０１の端部に近接して配置される。
【００３９】
また、図１では主要な構成を明確に示すため、磁気センサ１２０が浮いた状態で示されているが、磁気センサ１２０は、例えば、図示していない磁気センサ保持ケースによって回動軸１１０のまわりに保持される。
【００４０】
磁気センサ１２０は、例えば、省電力で小型なリニアホールＩＣである。また、磁気センサ１２０は、リニアホールＩＣに限定されず、省電力化および小型化の観点から、ホール素子やＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）センサを適用することも可能である。
【００４１】
次に磁歪リング式トルクセンサ１０の製造方法について述べる。
【００４２】
図７において概説すると、磁歪リング式トルクセンサ１０の製造方法は、磁歪リング１００を回動軸１１０に嵌合する嵌合工程Ｓ１０と、嵌合工程Ｓ１０後、磁歪リング１００を回動軸１１０に接合する接合工程Ｓ１１と、を有する。磁歪リング１００は、嵌合工程Ｓ１０の前に作製される。
【００４３】
また、磁歪リング式トルクセンサ１０の製造方法は、接合工程Ｓ１１後、磁歪リング１００及び回動軸１１０を熱処理する熱処理工程Ｓ１２を有する。
【００４４】
また、磁歪リング式トルクセンサ１０の製造方法は、熱処理工程Ｓ１２後、磁歪リング１００を着磁する着磁工程Ｓ１３と、着磁工程Ｓ１３後、回動軸１１０のまわりに磁気センサ１２０を配置する磁気センサ配置工程Ｓ１４と、を有する。
【００４５】
磁歪リング１００は、環状断面を有する中空部材を機械加工することによって作製される。中空部材の材料は、例えばＦｅＣｏＶ合金又はＦｅＧａＡｌ合金である。機械加工では、径方向に直交する方向における中空部材の両端を、薄肉に切削加工する。このような切削加工によってリング本体１０１、薄肉部１０２、及び溝１０３が形成される。
【００４６】
嵌合工程Ｓ１０では、磁歪リング１００が回動軸１１０に冷やし嵌めされる。図８に示すように、接合工程Ｓ１１では、高エネルギービームＢ１、Ｂ２を薄肉部１０２に照射することによって、磁歪リング１００と回動軸１１０とを接合する。高エネルギービームＢ１、Ｂ２として例えば電子ビームを用いるが、これに限定されない。高エネルギービームＢ１、Ｂ２はレーザビームであってもよい。
【００４７】
高エネルギービームＢ１、Ｂ２は、軸方向に対し垂直に照射される。また、回動軸１１０とともに磁歪リング１００を回転させつつ、高エネルギービームＢ１、Ｂ２を薄肉部１０２に照射する。薄肉部１０２は全周にわたって回動軸１１０と接合される。２つの薄肉部１０２のうちの一方を接合し、その後、他方を接合する。例えば、高エネルギービームＢ１によって先に接合し、その後、高エネルギービームＢ２によって接合する。この順序は逆であってもよい。
【００４８】
高エネルギービームＢ１、Ｂ２の照射によって、回動軸１１０の表面及び薄肉部１０２が溶融して接合する。また、高エネルギービームＢ１、Ｂ２の照射によって薄肉部１０２の表面に荒れが生じるため、薄肉部１０２の外周表面が整形加工されることによって荒れが取り除かれる。
【００４９】
熱処理工程Ｓ１２では、磁歪リング１００及び回動軸１１０が接合した状態で熱処理される。熱処理とは、高温下で一定時間放置する処理である。着磁工程Ｓ１５では、回動軸１１０に通電することによって磁歪リング１００を着磁する。
【００５０】
磁気センサ配置工程Ｓ１４では、磁気センサ１２０が、回動軸１１０のまわり、その中でも好ましくは、リング本体１０１の端部に近接して配置され、また、例えば図示していない磁気センサ保持ケースによってその位置で保持される。
【００５１】
本実施形態の作用効果を述べる。
【００５２】
本実施形態の磁歪リング式トルクセンサ１０では、磁歪リング１００が回動軸１１０に接合されている。このため、磁歪リング１００が押圧されて回動軸１１０に固定される従来のような押圧力が磁歪リング１００に作用せず、従って、磁歪リング１００の塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リング１００と回動軸１１０との固定強度が制限されない。よって磁歪リング１００と回動軸１１０との固定強度が一段と高い。そして磁歪リング１００と回動軸１１０との固定強度が一段と高いため、回動軸１１０に作用するトルクが磁歪リング１００へとより正確に伝わる。また、磁歪リング１００に対する回動軸１１０の線膨張係数の差が、磁歪リング１００が磁歪特性を維持しつつ回動軸１１０とともに膨張収縮可能な範囲内である。このため、磁歪リング１００と回動軸１１０との熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リング１００に加わる力が抑制され、そして磁歪リング１００における塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、磁歪リング式トルクセンサ１０にあっては、回動軸１１０に加わるトルクがより正確に磁歪リング１００に伝わり、その上、磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【００５３】
また、回動軸１１０が、非磁性の高マンガン鋼によって形成されているため、回動軸１１０が磁性体によって形成される場合のように、磁歪リング１００からの漏れ磁束の多くが回動軸１１０を通ってしまうという現象が防止される。従って感度が向上する。高マンガン鋼の透磁率μは、例えばμ≦１．０２であり、また、ほぼ一定である。
【００５４】
また、回動軸１１０が、高マンガン鋼によって形成されているため、例えば回動軸１１０がＳＵＳ材によって形成される場合に比べ、機械的強度が優れる。また、機械的強度が優れるため、軸径を細くでき、よってセンサの小型化を図り得る。
【００５５】
また、回動軸１１０が高マンガン鋼によって形成されているため、比較的高価なニッケル（Ｎｉ）を含まず、従って、例えばＳＵＳ材に比べコストを抑えられる。
【００５６】
また、磁歪リング１００に対する回動軸１１０の線膨張係数の差が−２ｐｐｍ／℃以上＋２ｐｐｍ／℃以下である。このため、高エネルギービームＢ１、Ｂ２による接合のような高温条件下（例えばカラー２００及び磁歪リング１００の平均温度が５００℃〜８００℃）でも熱膨張差が効果的に抑制される。
【００５７】
また、回動軸１１０を形成する高マンガン鋼が、高マンガン鋼の総量に対しマンガンを２４質量％以上含むため、回動軸１１０の線膨張係数と、磁歪リング１００の線膨張係数とがほぼ同等となる。従って、回動軸１１０と磁歪リング１００との熱膨張差がより一層効果的に抑制される。
【００５８】
また、磁歪リング１００がＦｅＣｏＶ合金又はＦｅＧａＡｌ合金によって形成されるため、例えばＮｉ等の磁歪を有する他の金属に比べ、磁歪、ひいては漏れ磁束が大きい。従って感度が向上する。また、漏れ磁束が大いため、磁歪リング１００が他の金属によって形成される場合に比べ、磁気センサ１２０は磁歪リング１００から離れた位置でも漏れ磁束を検知できる。従って磁気センサ１２０の配置の自由度が増す。
【００５９】
また、磁歪リング１００が回動軸１１０に冷やし嵌めされているため、磁歪リング１００では周方向に引張応力が作用しており、その結果、周方向の磁化Ｍが生じ易い。従って、トルクが作用したとき漏れ磁束が発生し易くなるため、感度が向上する。
【００６０】
また、磁歪リング式トルクセンサ１０では、熱膨張差に起因してリング本体１０１に加わる力、その中でも特に軸方向の圧縮力が、薄肉部１０２が優先的に変形することによって緩和されている。従って感度が向上する。
【００６１】
また、磁歪リング１００が溝１０３を有するため、磁歪リング１００は溝１０３が設けられている部分で更に塑性変形し易く、その結果、熱膨張差に起因してリング本体１０１に作用する軸方向の圧縮力が、より緩和されている。従って感度が一層向上する。
【００６２】
また、薄肉部１０２がリング本体１０１に対し径方向に直交する方向の両側で回動軸に接合する。このため、冷却後、熱膨張差によって生じる軸方向の圧縮力が緩和されつつも、そのような大きな圧縮力に比べて十分小さな圧縮力が両薄肉部１０２からリング本体１０１へ作用した状態が維持される。そして、そのようにリング本体１０１へ軸方向の圧縮力が若干加わった状態が維持される結果、リング本体１０１では周方向の磁化Ｍが生じ易いため、トルクが作用したとき漏れ磁束が発生し易い。従って感度が向上する。
【００６３】
また、溝１０３は円弧状の底部を有するため、溝１０３が設けられている部分が変形するとき、例えば溝１０３がＶ字状の断面を有するような場合に比べ、応力集中が生じ難い。従って磁歪リング１００は破損し難い。
【００６４】
また、磁歪リング式トルクセンサ１０では、磁歪リング１００は、リング本体１０１において回動軸１１０と接合せず、薄肉部１０２において回動軸１１０と接合している。従って、リング本体１０１において回動軸１１０に接合する場合に比べ、感度に影響を及ぼすような大きな力が回動軸１１０からリング本体１０１へと作用し難い。従って感度が一層向上する。
【００６５】
本実施形態の磁歪リング式トルクセンサ１０の製造方法によれば、磁歪リング１００が回動軸１１０に接合される。このため、磁歪リング１００が押圧されて回動軸１１０に固定される従来のような押圧力が磁歪リング１００に作用せず、従って、磁歪リング１００の塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リング１００と回動軸１１０との固定強度が制限されない。よって磁歪リング１００と回動軸１１０との固定強度を上げられる。そして磁歪リング１００と回動軸１１０との固定強度を上げられるため、回動軸１１０に作用するトルクが磁歪リング１００へとより正確に伝わるようになる。また、磁歪リング１００が、磁歪リング１００に対する線膨張係数の差が磁歪リング１００の磁歪特性を維持しつつ磁歪リング１００とともに膨張収縮可能な範囲内である回動軸１１０に嵌合される。このため、磁歪リング１００と回動軸１１０との熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リング１００に加わる力が抑制され、そして磁歪リング１００における塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、磁歪リング式トルクセンサ１０の製造方法によれば、回動軸１１０に作用するトルクがより正確に磁歪リング１００に伝わるようになり、その上、磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【００６６】
また、接合工程Ｓ１１において、磁歪リング１００と回動軸１１０とは高エネルギービームＢ１、Ｂ２によって接合されるため、例えばロウ付け等の他の接合に比べ、局所的な接合が容易である。このため、リング本体１０１と回動軸１１０との接合幅を抑制しつつ薄肉部１０２を回動軸１１０へ接合できる。その結果、感度に影響を及ぼすような大きな力がリング本体１０１へ加わり難くなるため、感度をより向上させることができる。
【００６７】
また、高エネルギービームＢ１、Ｂ２が電子ビームであるため、例えば高エネルギービームＢ１、Ｂ２がレーザビームの場合に比べ、接合に用いる装置がコンパクトであり、従って生産設備の小型化を図り易い。
【００６８】
また、高エネルギービームＢ１、Ｂ２は回動軸１１０の軸方向に対し垂直に照射されるため、回動軸１１０を回転しながら薄肉部１０２と回動軸１１０とを接合すると、薄肉部１０２が全周にわたって均一に接合され易い。また、その結果、接合後のリング本体１０１の歪が均一になり易い。リング本体１０１の歪が均一化すると、リング本体１０１にトルクがかかっていないときの漏れ磁束の変動、すなわち磁気センサ１２０が漏れ磁束の変化を検知する上で基準となるゼロ点の変動が小さくなる。従って、磁気センサ１２０が漏れ磁束の変化を正確に検知し易くなる。
【００６９】
また、熱処理工程Ｓ１２によって、磁歪リング１００の磁歪特性が確実に確保されるとともに、周方向における磁歪特性の均一化が容易となるため、センサ特性が安定化する。
【００７０】
＜第２実施形態＞
図９、及び図１０に示すように、第２実施形態の磁歪リング式トルクセンサ２０は、回動軸２１０と、回動軸２１０に嵌合するとともに接合したカラー２００と、カラー２００の外周に嵌合するとともに接合した磁歪リング１００と、を有する。また、磁歪リング式トルクセンサ２０は、回動軸２１０のまわりに配置され磁歪リング１００からの漏れ磁束を検知する磁気センサ１２０を有する。
【００７１】
回動軸２１０は、第１実施形態と同様の非磁性の高マンガン鋼の他、焼入れが施された、磁性を有する鋼によって形成され得る。回動軸２１０は、例えば、車輌のミッションの出力軸、ステアリングシャフト、又はトーションバーである。トーションバーの場合、軸まわりのねじり変位を比較的大きくできるため、センサの感度を向上できる。回動軸２１０は、外径が縮径した縮径部２１１を有する。
【００７２】
カラー２００は、非磁性の高マンガン鋼によって形成される。非磁性の高マンガン鋼は第１実施形態と同様であるため、これについての重複する説明は省略する。カラー２００の線膨張係数は、磁歪リング１００の線膨張係数と略等しい。磁歪リング１００に対するカラー２００の線膨張係数の差は、磁歪リング１００が磁歪特性を維持しつつカラー２００とともに膨張収縮可能な範囲内である。
【００７３】
具体的には、磁歪リング１００に対するカラー２００の好ましい線膨張係数の差は、第１実施形態における磁歪リング１００に対する回動軸１１０の好ましい線膨張係数の差と同様に規定される。従って、磁歪リング１００に対するカラー２００の好ましい線膨張係数の差は、−２ｐｐｍ／℃以上＋２ｐｐｍ／℃以下である。
【００７４】
カラー２００は、縮径部２１１を覆うようにして回動軸２１０に嵌合している。このため、回動軸２１０とカラー２００との間に隙間２１２が形成されている。カラー２００は、円筒形状を有する。カラー２００は、径方向に直交する方向における両端で回動軸２１０と接合している。
【００７５】
磁歪リング１００は、カラー２００に接合している点で第１実施形態と異なるが、他の構成については第１実施形態と同様であるため、ここでの重複する説明を省略する。また、磁気センサ１２０についても第１実施形態と同様であるため、ここでの重複する説明を省略する。
【００７６】
次に、第２実施形態の磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法について述べる。
【００７７】
図１１に示すように、磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法は、カラー２００の外周に対し磁歪リング１００を嵌合する磁歪リング嵌合工程Ｓ２０（嵌合工程）を有する。また、磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法は、磁歪リング嵌合工程Ｓ２０後、磁歪リング１００をカラー２００に接合する磁歪リング接合工程Ｓ２１（接合工程）を有する。
【００７８】
また、磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法は、磁歪リング接合工程Ｓ２１後、磁歪リング１００及びカラー２００を熱処理する熱処理工程Ｓ２２を有する。
【００７９】
また、磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法は、熱処理工程Ｓ２２後、カラー２００を回動軸２１０に嵌合するカラー嵌合工程Ｓ２３と、カラー嵌合工程Ｓ２３後、カラー２００を回動軸２１０に接合するカラー接合工程Ｓ２４と、を有する。
【００８０】
また、磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法は、カラー接合工程Ｓ２４後、磁歪リング１００を着磁する着磁工程Ｓ２５と、着磁工程Ｓ２５後、カラー２００が嵌合した回動軸２１０のまわりに磁気センサ１２０を配置する磁気センサ配置工程Ｓ２６と、を有する。
【００８１】
カラー２００及び磁歪リング１００は、磁歪リング嵌合工程Ｓ２０の前に作製される。カラー２００は、高マンガン鋼によって形成された、環状断面を有する中空部材を機械加工することによって作製される。磁歪リング１００の作製については第１実施形態と同様である。
【００８２】
磁歪リング嵌合工程Ｓ２０では、磁歪リング１００がカラー２００の中央部に冷やし嵌めされる。図１２に示すように、磁歪リング接合工程Ｓ２１では、高エネルギービームＢ１、Ｂ２を薄肉部１０２に照射することによって、磁歪リング１００とカラー２００とを接合する。高エネルギービームＢ１、Ｂ２として電子ビームが用いられるが、これに限定されない。高エネルギービームＢ１、Ｂ２は、レーザビームであってもよい。
【００８３】
高エネルギービームＢ１、Ｂ２は、軸方向に対し垂直に照射される。また、カラー２００とともに磁歪リング１００を回転させつつ、高エネルギービームＢ１、Ｂ２を薄肉部１０２に照射する。薄肉部１０２は全周にわたってカラー２００と接合される。２つの薄肉部１０２のうちの一方を接合し、その後、他方を接合する。例えば、高エネルギービームＢ１によって先に接合し、その後、高エネルギービームＢ２によって接合する。この順序は逆であってもよい。
【００８４】
高エネルギービームＢ１、Ｂ２の照射によって、カラー２００の表面及び薄肉部１０２が溶融して接合する。また、高エネルギービームＢ１、Ｂ２の照射によって薄肉部１０２の表面に荒れが生じるため、薄肉部１０２の外周表面が整形加工されることによって荒れが取り除かれる。熱処理工程Ｓ２２では、互いに接合した磁歪リング１００及びカラー２００が、高温下で一定時間放置される。
【００８５】
カラー嵌合工程Ｓ２３では、磁歪リング１００が接合したカラー２００を、縮径部２１１の全体を覆うように回動軸２１０に嵌合する。その後、図１３に示すように、カラー接合工程Ｓ２４において、カラー２００の両端が、電子ビーム又はレーザビーム等の高エネルギービームＢ３、Ｂ４によって回動軸２１０に接合される。高エネルギービームＢ３、Ｂ４の照射方向が軸方向に対してなす角は、例えば約４５°である。回動軸２１０に作用するトルクが確実にカラー２００に伝わるように回動軸２１０とカラー２００とは接合される。
【００８６】
着磁工程Ｓ２５では、回動軸２１０に通電することによって磁歪リング１００を着磁する。磁気センサ配置工程Ｓ２６は、第１実施形態と同様である。
【００８７】
本実施形態の作用効果を述べる。
【００８８】
本実施形態の磁歪リング式トルクセンサ２０では、磁歪リング１００がカラー２００を介して回動軸２１０に接合されている。このため、磁歪リング１００が押圧されて回動軸２１０に固定される従来のような押圧力が磁歪リング１００に作用せず、従って、磁歪リング１００の塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リング１００と回動軸２１０との固定強度が制限されない。よって磁歪リング１００と回動軸２１０との固定強度が一段と高い。そして磁歪リング１００と回動軸２１０との固定強度が一段と高いため、回動軸２１０に作用するトルクが磁歪リング１００へとより正確に伝わる。また、磁歪リング１００に対するカラー２００の線膨張係数の差が、磁歪リング１００が磁歪特性を維持しつつカラー２００とともに膨張収縮可能な範囲内である。このため、磁歪リング１００とカラー２００との熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リング１００に加わる力が抑制され、そして磁歪リング１００における塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、磁歪リング式トルクセンサ２０にあっては、回動軸２１０に加わるトルクがより正確に磁歪リング１００に伝わり、その上、磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【００８９】
また、磁歪リング１００が回動軸２１０に直接接合せずカラー２００に接合するため、磁歪リング１００と回動軸２１０との線膨張係数の差が感度に影響を及ぼし難い。このため、材質の異なるより多様な回動軸２１０を用いることができ、よって汎用性が向上する。
【００９０】
また、カラー２００が、非磁性の高マンガン鋼によって形成されているため、例えばカラー２００が磁性体によって形成される場合のように、磁歪リング１００からの漏れ磁束の多くがカラー２００を通ってしまうという現象が防止される。従って感度が向上する。
【００９１】
また、カラー２００が、高マンガン鋼によって形成されているため、機械的強度が優れる。また、機械的強度が優れるため、肉厚を薄くでき、よってセンサの小型化を図り得る。
【００９２】
また、カラー２００が高マンガン鋼によって形成されているため、比較的高価なニッケル（Ｎｉ）を含まず、従って、例えばＳＵＳ材に比べコストを抑えられる。
【００９３】
また、磁歪リング１００に対するカラー２００の線膨張係数の差が−２ｐｐｍ／℃以上＋２ｐｐｍ／℃以下である。このため、高エネルギービームＢ１、Ｂ２による接合のような高温条件下（例えばカラー２００及び磁歪リング１００の平均温度が５００℃〜８００℃）でも熱膨張差が効果的に抑制される。
【００９４】
また、カラー２００を形成する高マンガン鋼が、高マンガン鋼の総量に対しマンガンを２４質量％以上含むため、カラー２００の線膨張係数と、磁歪リング１００の線膨張係数とがほぼ同等となる。従って、カラー２００と磁歪リング１００との熱膨張差がより一層効果的に抑制される。
【００９５】
また、磁歪リング１００がカラー２００に冷やし嵌めされているため、磁歪リング１００では周方向に引張応力が作用しており、その結果、周方向の磁化Ｍが生じ易い。従って、トルクが作用したとき漏れ磁束が発生し易くなるため、感度が向上する。
【００９６】
磁歪リング１００がＦｅＣｏＶ合金又はＦｅＧａＡｌ合金によって形成されることによる効果は第１実施形態と同様であるため、ここでの重複する説明は省略する。また、薄肉部１０２によって奏される効果、及び溝１０３によって奏される効果は第１実施形態と同様であるため、ここでの重複する説明は省略する。
【００９７】
また、カラー２００と回動軸２１０との間に隙間２１２が形成されているため、熱膨張差に起因してリング本体１０１に加わる力、その中でも特に、膨張する回動軸２１０からリング本体１０１へ作用する径方向の力が緩和されている。従って感度が一層向上する。また、リング本体１０１と回動軸２１０との間全体に隙間２１２が形成されることによって、リング本体１０１へ径方向に作用する力がより効果的に遮断される。
【００９８】
本実施形態の磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法によれば、磁歪リング１００がカラー２００を介して回動軸２１０に接合される。このため、磁歪リング１００が押圧されて回動軸２１０に固定される従来のような押圧力が磁歪リング１００に作用せず、従って、磁歪リング１００の塑性変形を防止するための押圧力の制限にともなって磁歪リング１００と回動軸２１０との固定強度が制限されない。よって磁歪リング１００と回動軸２１０との固定強度を上げられる。そして磁歪リング１００と回動軸２１０との固定強度を上げられるため、回動軸２１０に作用するトルクが磁歪リング１００へとより正確に伝わるようになる。また、磁歪リング１００が、磁歪リング１００に対する線膨張係数の差が磁歪リング１００の磁歪特性を維持しつつ磁歪リング１００とともに膨張収縮可能な範囲内であるカラー２００の外周に嵌合される。このため、磁歪リング１００とカラー２００との熱膨張差ひいてはこの熱膨張差に起因して磁歪リング１００に加わる力が抑制され、そして磁歪リング１００における塑性変形の発生が防止される。よって磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮される。つまり、磁歪リング式トルクセンサ２０の製造方法によれば、回動軸２１０に作用するトルクがより正確に磁歪リング１００に伝わるようになり、その上、磁歪リング１００の逆磁歪機能が良好に発揮されるため、感度向上を図り得る。
【００９９】
また、磁歪リング接合工程Ｓ２１において、磁歪リング１００とカラー２００とは高エネルギービームＢ１、Ｂ２によって接合されるため、例えばロウ付け等の他の接合に比べ、局所的な接合が容易である。このため、リング本体１０１とカラー２００との接合幅を抑制しつつ薄肉部１０２をカラー２００へ接合でき、その結果、感度に影響を及ぼすような大きな力がリング本体１０１へ加わり難くなるため、感度をより向上させることができる。
【０１００】
また、高エネルギービームＢ１、Ｂ２が電子ビームであるため、例えば高エネルギービームＢ１、Ｂ２がレーザビームの場合に比べ、接合に用いる装置がコンパクトであり、従って生産設備の小型化を図り易い。
【０１０１】
また、高エネルギービームＢ１、Ｂ２は軸方向に対し垂直に照射されるため、カラー２００を回転しながら薄肉部１０２とカラー２００とを接合すると、薄肉部１０２が全周にわたって均一に接合され易い。また、その結果、接合後のリング本体１０１の歪が均一になり易い。リング本体１０１の歪が均一化すると、リング本体１０１にトルクがかかっていないときの漏れ磁束の変動、すなわち磁気センサ１２０が漏れ磁束の変化を検知する上で基準となるゼロ点の変動が小さくなる。従って、磁気センサ１２０が漏れ磁束の変化を正確に検知し易くなる。
【０１０２】
また、熱処理工程Ｓ２２によって、磁歪リング１００の磁歪特性が確実に確保されるとともに、周方向における磁歪特性の均一化が容易となるため、センサ特性が安定化する。
【０１０３】
次に、磁歪リング式トルクセンサ１０、及び磁歪リング式トルクセンサ２０の実施例について述べる。
【０１０４】
＜実施例１＞
本発明者らは、磁歪リング１００をＦｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２合金によって作製した。径方向に直交する方向におけるリング本体１０１の長さを１２ｍｍとするとともに、リング本体１０１の肉厚を１ｍｍとした。
【０１０５】
また、本発明者らは、半径０．５ｍｍの円弧状の底部を有する溝１０３を形成した。溝１０３の底部における肉厚ｔ２を０．４ｍｍとした。また、径方向に直交する方向における薄肉部１０２の長さを３ｍｍとするとともに、薄肉部１０２の肉厚ｔ１を０．６ｍｍとした。また、リング本体１０１、薄肉部１０２、及び溝１０３が形成された部分、すなわち磁歪リング１００の内径を１２．６ｍｍとした。本発明者らは、以上のような磁歪リング１００の作製後、これを、真空中に８５０℃で３時間放置することによって熱処理した。
【０１０６】
本発明者らは、回動軸１１０を、２４Ｍｎ‐５Ｃｒの組成を有する高マンガン鋼から作製した。回動軸１１０の外径は、１２．６ｍｍである。外径が磁歪リング１００の内径より１０μｍ大きくなるように回動軸１１０を作製した。
【０１０７】
熱処理した磁歪リング１００を回動軸１１０に冷やし嵌めした後、電子ビームによって回動軸１１０及び磁歪リング１００を接合した。接合後、薄肉部１０２の外表面を研磨することによって、薄肉部１０２の肉厚ｔ１を０．５ｍｍにした。
【０１０８】
その後、回動軸１１０に通電することによって磁歪リング１００を着磁した。電流を約８５００Ａとした。通電時間は０．１秒であった。周方向の着磁磁界は約１ｋＧである。
【０１０９】
本発明者らは、以上のようにして試作した実施例１の磁歪リング式トルクセンサ１０について、回動軸１１０に５Ｎｍのトルクを加えたときのねじり感度を評価した。その結果、感度は１Ｇ／Ｎｍであった。
【０１１０】
＜実施例２＞
実施例２は、熱処理を変更した以外、実施例１と同様である。概説すると、本発明者らは、実施例２の磁歪リング１００をＦｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２合金によって作製した。次いで、２４Ｍｎ‐５Ｃｒの組成を有する回動軸１１０に磁歪リング１００を冷やし嵌めした。そして、これらを電子ビームによって接合した。その後、薄肉部１０２の外表面を研磨整形加工することによって、肉厚ｔ１が０．５ｍｍとなるようにした。その後、熱処理した。
【０１１１】
実施例１では、磁歪リング１００を熱処理し、その後、回動軸１１０に接合したが、実施例２では、磁歪リング１００と回動軸１１０との接合後、接合した状態でこれらを熱処理した。真空中に８５０℃で３時間放置するという熱処理の条件自体は、実施例１と同様である。
【０１１２】
熱処理後、回動軸１１０に通電することによって磁歪リング１００を着磁した。電流を約８５００Ａとした。通電時間は０．１秒であった。周方向の着磁磁界は約１ｋＧである。
【０１１３】
本発明者らは、以上のようにして試作した実施例２の磁歪リング式トルクセンサ１０について、回動軸１１０に５Ｎｍのトルクを加えたときのねじり感度を評価した。その結果、感度は１．１Ｇ／Ｎｍであった。
【０１１４】
実施例１に比べ実施例２では感度が向上した。また、特筆すべきことに、回動軸１１０の回転に伴うセンサのゼロ点の変動が実施例１（定格を５Ｎｍとした場合に±１％程度であった）よりも半分程度に向上していた。
【０１１５】
＜実施例３＞
本発明者らは、機械加工によって、２４Ｍｎ‐５Ｃｒの組成を有する高マンガン鋼から円筒形状のカラー２００を作製した。カラー２００の外径は、１２．６ｍｍである。外径が磁歪リング１００の内径より１０μｍ大きくなるようにカラー２００を作製した。磁歪リング１００は、実施例１と同じである。径方向に直交する方向におけるカラー２００の長さを３８ｍｍとした。また、カラー２００の肉厚を２ｍｍとした。カラー２００の内径は、８．６ｍｍである。
【０１１６】
カラー２００の中央部に磁歪リング１００を冷やし嵌めした後、電子ビームによってカラー２００及び磁歪リング１００を接合した。接合後、薄肉部１０２の外表面を研磨することによって、薄肉部１０２の肉厚ｔ１を０．５ｍｍにした。その後、磁歪リング１００が接合したカラー２００を真空中に８５０℃で３時間放置することによって熱処理した。
【０１１７】
熱処理後、回動軸２１０としてのＳ４５Ｃ製のトーションバー（高周波焼き入れ、及び表面研磨加工したもの）にカラー２００を嵌合し、そしてカラー２００の両端を電子ビームによって接合した。トーションバーの両端の外径は、８．６ｍｍである。縮径部２１１の外径は、５ｍｍである。縮径部２１１において軸方向に径が略一定の部分の長さは、１２ｍｍである。縮径部２１１の両端は、軸方向に沿った断面形状が円弧状になるように拡径している。
【０１１８】
カラー２００と回動軸２１０との接合後、回動軸２１０に通電することによって磁歪リング１００を着磁した。電流を約８５００Ａとした。通電時間は０．１秒であった。周方向の着磁磁界は約１ｋＧである。
【０１１９】
本発明者らは、以上のようにして試作した磁歪リング式トルクセンサ２０について、回動軸２１０に５Ｎｍのトルクを加えたときのねじり感度を評価した。その結果、感度は１．５Ｇ／Ｎｍであった。
【０１２０】
＜実施例４＞
実施例４の磁歪リング式トルクセンサ２０は、磁歪リング１００がＦｅＧａＡｌ合金又はＦｅＧａＡｌＺｒＣ合金によって形成される点で、実施例３と異なる。他の構成については、実施例４は実施例３と略同様であり、また、作製方法についても、熱処理を除き、実施例４は実施例３と同様である。本発明者らは、真空中に５５０℃で２．５時間放置することによって、磁歪リング１００が接合したカラー２００を熱処理した。
【０１２１】
本発明者らは、以上のような実施例４の磁歪リング式トルクセンサ２０について、回動軸２１０に５Ｎｍのトルクを加えたときのねじり感度を評価した。その結果、ＦｅＧａＡｌ合金の場合、感度は１．５Ｇ／Ｎｍ程度であった。また、ＦｅＧａＡｌＺｒＣ合金の場合、感度は１．０Ｇ／Ｎｍ程度であった。
【０１２２】
以上のように、実施例ではいずれも良好な結果が得られ、また、そのような結果から本発明の有用性を確認することができた。
【０１２３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。
【０１２４】
例えば、磁歪リング１００が薄肉部１０２及び溝１０３を有しない形態を、本発明は含む。この場合、磁歪リングは、径方向に直交する方向に沿って略一定の外径を有する。例えば磁歪リングは円筒状又はリング状である。
【０１２５】
また、上記第２実施形態における磁歪リング式トルクセンサの製造方法は、磁歪リング嵌合工程、磁歪リング接合工程、カラー嵌合工程、及びカラー接合工程を、この順で有するが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明は、磁歪リング嵌合工程（嵌合工程）、磁歪リング接合工程（接合工程）、及び磁気センサ配置工程をこの順で有していればよく、上記４つの工程が第２実施形態と異なる順で進行する他の形態を含む。
【０１２６】
例えば、カラー嵌合工程、磁歪リング嵌合工程、カラー接合工程、磁歪リング接合工程の順で進行する製造方法を本発明は含む。また、磁歪リング嵌合工程、カラー嵌合工程、カラー接合工程、磁歪リング接合工程の順で進行する製造方法を本発明は含む。また、磁歪リング嵌合工程、カラー嵌合工程、磁歪リング接合工程、カラー接合工程の順で進行する製造方法を本発明は含む。
【符号の説明】
【０１２７】
１０    磁歪リング式トルクセンサ、
１００    磁歪リング、
１０１    リング本体、
１０２    薄肉部、
１０３    溝、
１１０    回動軸、
１２０    磁気センサ、
２０    磁歪リング式トルクセンサ、
２００    カラー、
２１０    回動軸、
２１１    縮径部、
２１２    隙間、
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４    電子ビーム（高エネルギービーム）、
Ｍ    磁化。
【図１】
2013170996.tif 000004
【図２】
2013170996.tif 000005
【図３】
2013170996.tif 000006
【図４】
2013170996.tif 000007
【図５】
2013170996.tif 000008
【図６】
2013170996.tif 000009
【図７】
2013170996.tif 000010
【図８】
2013170996.tif 000011
【図９】
2013170996.tif 000012
【図１０】
2013170996.tif 000013
【図１１】
2013170996.tif 000014
【図１２】
2013170996.tif 000015
【図１３】
2013170996.tif 000016