JP2007114060A

JP2007114060A - 磁歪式トルクセンサの製造方法

Info

Publication number: JP2007114060A
Application number: JP2005306166A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fukuda; 祐一福田; Mizuho Doi; 瑞穂土肥; Nobuhiko Yoshimoto; 信彦吉本; Hitoshi Karasawa; 均唐澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】磁気異方性の付加のため磁歪材めっき部を高周波加熱するとき、磁歪膜の感度バラツキを所望範囲に収めることができる磁歪式トルクセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】この磁歪式トルクセンサの製造方法では、磁気異方性付加工程Ｐ２は、磁歪材めっき部の周囲に誘導加熱コイル１０１を設置するコイル設置工程と、回転軸に捩りトルクを加えた状態で、誘導加熱電源１２１から誘導加熱コイルに高周波電流を給電し誘導加熱する加熱工程S301,S302と、誘導加熱電源の高周波発振回路１２５のグリッド電流の電流値を測定する工程S303と、グリッド電流の電流値のＮ乗の積算値を計算する演算工程S304と、その積算値が所定値に達した時点で高周波電流の給電を停止し誘導加熱を停止する停止工程S305,S306と、捩りトルクを解放する解放工程を備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は磁歪式トルクセンサの製造方法に関し、特に、回転軸に形成された磁歪材めっき部に磁気異方性を付加する工程で高周波加熱の加熱時間を最適に管理するのに適した磁歪式トルクセンサの製造方法に関する。

例えば自動車の操舵系として装備される電動パワーステアリング装置では、一般的に、運転者の操舵操作によってステアリングホイールからステアリング軸に加えられる操舵トルクを操舵トルク検出部によって検出する。操舵トルク検出部は、通常、トーションバー式トルクセンサで構成され、最近では磁歪式トルクセンサも提案されている。上記のステアリング軸は、操舵操作による回転力を受けて回転する回転軸として機能し、操舵トルク検出部でその回転軸となっている。電動パワーステアリング装置は、当該操舵トルク検出部から検出されたトルク信号に応じて、操舵力補助用のモータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減して快適な操舵フィーリングを与える。

上記電動パワーステアリング装置に用いられる操舵トルク検出部として、上記のごとく磁歪式トルクセンサが知られている。この磁歪式トルクセンサは、ステアリング軸の表面の所定の２箇所に、互いに逆向きの磁気異方性を持つ磁歪膜を備えている。磁歪式トルクセンサは、ステアリング軸にステアリングホイールからトルクが作用したときに、ステアリング軸に生じる捩れに応じた磁歪膜の磁歪特性の変化を非接触で検出するセンサ構成を有している。

上記のごとき磁歪式トルクセンサを製造するプロセスでは、上記ステアリング軸の一部の所定表面、すなわち回転軸における所定の軸方向幅の円周表面に磁歪膜を形成し、この磁歪膜に磁気異方性を付加する工程が必要である。磁歪式トルクセンサの製造において磁歪膜に磁気異方性を付加する従来の方法は、例えばめっき処理により磁歪材めっき部（磁歪膜）を形成した回転軸に対して捩りトルクを作用させ、回転軸の円周表面に応力を付与し、この応力付与状態にて当該回転軸を高周波による誘導加熱により所定時間の間加熱処理するという方法であった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３４０７４４号公報

従来の磁歪式トルクセンサの製造方法によれば、回転軸の磁歪膜に磁気異方性を付加する工程では、磁歪材めっき部を加熱する加熱手段として、誘導加熱コイルと誘導加熱電源を使用している。従来の加熱工程では、誘導加熱電源の高周波出力を所望の値に設定した上で予め定められた一定の加熱時間によって誘導加熱を行っていた。このような一定時間の加熱によれば、誘導加熱電源内の高周波発振装置の特性変動や、被加熱材である回転軸の特性のバラツキに依存して、誘導加熱コイルと回転軸との電磁結合効率が変動することがあり、その結果、磁歪材めっき部の加熱温度が変動して磁気異方性を有した磁歪膜の感度バラツキが大きくなるという問題が提起される。

上記の磁気異方性付加工程における高周波の誘導加熱による工程は、磁歪式トルクセンサのセンサ特性や耐久性を決める重要な要素である。高周波加熱の工程では、最適な温度の設定が要求されるが、従来の製造方法では十分に良好な方法は存在しなかった。

本発明の目的は、上記の課題を鑑み、磁歪式トルクセンサの回転軸の磁歪膜に磁気異方性を付加する工程で回転軸の磁歪材めっき部を高周波加熱するとき、誘導加熱電源の高周波発振装置に特性変動が生じたとしても磁歪膜の感度バラツキは所望範囲に収めることができる磁歪式トルクセンサの製造方法を提供することにある。

本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。

第１の磁歪式トルクセンサの製造方法（請求項１に対応）は、磁歪式トルクセンサの回転軸に磁歪膜を形成する磁歪膜形成工程と、この磁歪膜形成工程で形成された磁歪膜に磁気異方性を付加する磁気異方性付加工程とを有し、さらに、磁気異方性付加工程は、回転軸の磁歪膜の部分の周囲に誘導加熱コイルを設置するコイル設置工程と、回転軸に捩りトルクを加えた状態で、誘導加熱装置から誘導加熱コイルに高周波電流を給電し、回転軸の磁歪膜を誘導加熱する加熱工程と、誘導加熱装置の高周波発振回路の所定電流の電流値を測定する工程と、所定電流の電流値のＮ乗の積算値を計算する演算工程と、その積算値が所定値に達した時点で高周波電流の給電を停止して誘導加熱を停止する停止工程と、捩りトルクを解放する解放工程とから成る、ように構成される製造方法である。

上記の磁歪式トルクセンサの製造方法によれば、磁気異方性付加工程の高周波加熱工程で、高周波電流を発生させる高周波発振回路の所定電流の電流値をモニタすることにより加熱時間を最適に設定・管理することが可能となる。

第２の磁歪式トルクセンサの製造方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、好ましくは、誘導加熱装置から給電される高周波電流の給電時間をＮ乗の積算値でフィードバック制御することを特徴づけられる。この構成では、高周波電流による給電時間すなわち加熱時間を、高周波発振回路内の電流値の所定積算値に基づくフィードバック制御で構成することにより、最適に制御することが可能である。

第３の磁歪式トルクセンサの製造方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは、上記所定電流は高周波発振回路のグリッド電流であることを特徴とする。高周波発振回路内に含まれる真空管のグリッド電流は、誘導加熱電源の出力変動特性や被加熱部材の特性バラツキが反映された特性を有し、当該グリッド電流を用いて加熱時間を管理すると、被加熱材と誘導加熱コイルの間の電磁結合効率が変化した場合にも安定して最適な誘導加熱を行うことが可能となる。

本発明によれば次の効果を奏する。本発明による磁歪式トルクセンサの製造方法によれば、回転軸に形成された磁歪膜（磁歪材めっき部）に磁気異方性を与える磁気異方性付加工程における高周波加熱工程で、高周波電流を発生させる高周波発振回路（真空管回路）のグリッド電流等の電流値をモニタしそのＮ乗の積算値で制御することにより高周波加熱の時間を最適に設定・管理するようにしたため、誘導加熱電源の出力特性が変動したり回転軸の特性バラツキで電磁結合効率が変化した場合にも、加熱ピーク温度のバラツキを低減でき、磁歪膜の特性バラツキを低減することができ、磁歪膜の感度バラツキを低減することができる。さらに本発明によれば、誘導加熱温度を変化させず一定に保ったまま加熱を行うことができるため、誘導加熱電源の調整回数を削減でき、製造管理工程を簡略化することができる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

最初に図１と図２を参照して磁歪式トルクセンサの基本的構成について説明する。図１と図２は本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法で製造される磁歪式トルクセンサの一構造例を示している。図１は磁歪式トルクセンサの基本的構造を示す一部断面側面図を示し、図２は磁歪式トルクセンサの基本的構成を概念的に示す側面図を示している。

図１と図２に示すように磁歪式トルクセンサ１０は、回転軸１１と、この回転軸１１の周囲に配置される１つの励磁コイル１２と２つの検出コイル１３Ａ，１３Ｂとから構成されている。回転軸１１は、図１と図２では、説明の便宜上、上部および下部を切断し省略して示している。

回転軸１１は、例えばステアリング軸の一部として構成される。回転軸１１は、その軸心１１ａの周りに矢印Ａのごとく右回転（時計回り）または左回転（反時計回り）の回転力（トルク）を受ける。回転軸１１は例えばクロムモリブデン鋼材（ＳＣＭ材）等の金属棒で形成されている。回転軸１１には、軸方向にて上下２箇所に磁歪膜１４Ａ，１４Ｂが設けられている。磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの各々は、回転軸１１の軸方向にて一定の幅を有しかつ回転軸１１の円周方向の全周に渡って形成されている。各磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの軸方向の幅寸法、および２つの磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの間隔寸法は条件に応じて任意に設定される。磁歪膜１４Ａ，１４Ｂは、実際には、電解めっき加工処理等により回転軸１１の表面に磁歪材めっき部として形成される。この磁歪材めっき部に磁気異方性加工を施すことにより、磁気異方性を有する磁歪膜１４Ａ，１４Ｂが形成される。

以下の説明では、説明の便宜上、「磁歪膜１４Ａ，１４Ｂ」と「磁歪材めっき部（１４Ａ，１４Ｂ）」は同一物を指すが、製造の段階・状況に応じて使い分けている。原則的に、磁気異方性を付加されて完成した段階を「磁歪膜１４Ａ，１４Ｂ」といい、その前の段階では「磁歪材めっき部（１４Ａ，１４Ｂ）」という。

上記の励磁コイル１２と検出コイル１３Ａ，１３Ｂは、図１に示すごとく、回転軸１１の表面に形成された２つの磁歪膜１４Ａ，１４Ｂのそれぞれに対応して設けられる。すなわち、図１に示されるように、磁歪膜１４Ａの周囲には隙間を介在させて検出コイル１３Ａが配置される。リング状の検出コイル１３Ａは、磁歪膜１４Ａの全周囲を囲み、かつ検出コイル１３Ａの軸方向の幅寸法は磁歪膜１４Ａの軸方向の幅寸法と略等しい。また磁歪膜１４Ｂの周囲には隙間を介在させて検出コイル１３Ｂが配置される。同様に、リング状の検出コイル１３Ｂは、磁歪膜１４Ｂの全周囲を囲み、かつ検出コイル１３Ｂの軸方向の幅寸法は磁歪膜１４Ｂの軸方向の幅寸法と略等しい。さらに、２つの検出コイル１３Ａ，１３Ｂのそれぞれの周囲にはリング状の励磁コイル１２が配置される。図１では、磁歪膜１４Ａ，１４Ｂのそれぞれに対応して個別に励磁コイル１２が設けられるように図示されているが、実際には１つの励磁コイル１２の２つの部分を分けて示したものである。検出コイル１３Ａ，１３Ｂと励磁コイル１２は、回転軸１１の周囲に回転軸１１を囲むように設けられたリング状の支持枠体部１５Ａ，１５Ｂを利用して磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの周囲スペースに巻設されている。

図２では、回転軸１１の磁歪膜１４Ａ，１４Ｂに対して配置される励磁コイル１２と検出コイル１３Ａ，１３Ｂを電気的関係として概念的に示している。磁歪膜１４Ａ，１４Ｂに対して共通に配置される励磁コイル１２には、励磁用交流電流を常時に供給する交流電源１６が接続されている。また、磁歪膜１４Ａ，１４Ｂのそれぞれに対応して配置される検出コイル１３Ａ，１３Ｂの各出力端子からは、検出対象であるトルクに対応する誘導電圧Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂが出力される。

回転軸１１の表面に形成された磁歪膜１４Ａ，１４Ｂは、例えばＮｉ−Ｆｅめっきによる電解めっき加工処理で作られた磁気異方性を有する磁歪膜である。２つの磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの各々は、互いに逆方向の磁気異方性を有するように作られている。回転軸１１に対して回転力によるトルクが作用したとき、磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの各々に生じる逆の磁歪特性を、磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの周囲に配設した検出コイル１３Ａ，１３Ｂを利用して検出する。

上記磁歪式トルクセンサ１０は、例えば電動パワーステアリング装置のステアリング軸に操舵トルク検出部として組み込まれて利用される。

図３についてさらに詳述する。図３は２つの磁歪膜１４Ａ，１４Ｂのそれぞれの磁歪特性曲線５１Ａ，５１Ｂを示す図である。図３において、横軸は、ステアリング軸２１に加えられた操舵トルクを意味し、正側（＋）が右回転に対応し、負側（−）が左回転に対応している。また図３の縦軸は電圧軸を意味する。

磁歪膜１４Ａ，１４Ｂについての上記磁歪特性曲線５１Ａ，５１Ｂは同時に検出コイル１３Ａ，１３Ｂの検出出力特性を表している。すなわち、磁歪特性曲線５１Ａ，５１Ｂを有する磁歪膜１４Ａ，１４Ｂに対して共通の励磁コイル１２により励磁用交流電流を供給し、この励磁用交流電流に感応して検出コイル１３Ａ，１３Ｂは誘導電圧を出力していることから、検出コイル１３Ａ，１３Ｂの誘導電圧の変化特性は、磁歪膜１４Ａ，１４Ｂの磁歪特性曲線５１Ａ，５１Ｂに対応している。換言すれば、磁歪特性曲線５１Ａは検出コイル１３Ａから出力される誘導電圧Ｖ_Ａの変化特性を示し、他方、磁歪特性曲線５１Ｂは検出コイル１３Ｂから出力される誘導電圧Ｖ_Ｂの変化特性を示している。

磁歪特性曲線５１Ａによれば、検出コイル１３Ａから出力される誘導電圧Ｖ_Ａの値は、操舵トルクの値が負領域から正領域に変化しさらに操舵トルクの正の値Ｔ１に到るにつれて略線形特性にて増加し、操舵トルクが正の値Ｔ１となったときにピーク値となり、操舵トルクがＴ１よりさらに増加すると徐々に減少するという特性を有する。他方、磁歪特性曲線５１Ｂによれば、検出コイル１３Ｂから出力される誘導電圧Ｖ_Ｂの値は、操舵トルクの値が負の値−Ｔ１に到るまでは徐々に増加し、操舵トルクが負の値−Ｔ１のときにピーク値をとり、操舵トルクがさらに−Ｔ１よりも増加して負領域から正領域に変化すると略線形特性にて減少するという特性を有する。

図３に示すように、検出コイル１３Ａに関連する磁歪特性曲線５１Ａと検出コイル１３Ｂに関連する磁歪特性曲線５１Ｂは、磁歪膜１４Ａ，１４Ｂのそれぞれで互いに逆方向となる磁気異方性を有することが反映して、両磁歪特性曲線が交わる点を含む縦軸に関して略線対称との関係になっている。

図３において示された線５２は、磁歪特性曲線５１Ａ，５１Ｂの共通領域であって略線形特性を有する領域において、検出コイル１３Ａの出力電圧として得られる磁歪特性曲線５１Ａの各値から、検出コイル１３Ｂの出力電圧として得られる磁歪特性曲線５１Ｂの対応する各値を差し引いた値に基づいて作成されるグラフを示す。操舵トルクがゼロのときに、各検出コイル１３Ａ，１３Ｂから出力される誘導電圧は等しいので、その差の値はゼロとなる。操舵トルク検出部２０では、上記の磁歪特性曲線５１Ａ，５１Ｂにおける操舵トルクの中立点（ゼロ点）付近の略一定勾配とみなされる領域を使用することで、上記線５２を略直線特性を有するものとして形成している。なお線５２の特性グラフに関しては、図３の縦軸は差電圧の値を示す軸を意味している。特性グラフである直線５２は、原点（０，０）を通る直線であって、縦軸および横軸の正側・負側に存在する。操舵トルク検出部２０の検出出力値は前述のごとく検出コイル１３Ａ，１３Ｂから出力される誘導電圧の差（Ｖ_Ａ−Ｖ_Ｂ）として得られることから、上記直線５２を利用することに基づいて、回転軸１１に加えられた操舵トルクの方向と大きさを検出することができる。

次に図４〜図７を参照して磁歪式トルクセンサ１０の製造方法の全体工程を説明する。図４に示した磁歪式トルクセンサ１０の製造方法は、磁歪式トルクセンサ１０の回転軸１１の製造工程である。

図４において、回転軸１１の製造工程は、大きく分けると、磁歪膜形成工程Ｐ１と磁気異方性付加工程Ｐ２と特性安定化工程Ｐ３と検査工程Ｐ４から構成されている。特性安定化工程Ｐ３はアニール工程Ｐ３１を含み、検査工程Ｐ４は、製造された回転軸１１の品質を検査する工程である。なお磁歪式トルクセンサ１０として完成するためには、検査工程Ｐ４の後に、回転軸１１に対して励磁コイル１２や検出コイル１３Ａ，１３Ｂ等の検出器を付設する検出器付設工程が設けられている。

最初に磁歪膜形成工程Ｐ１が実行される。この磁歪膜形成工程Ｐ１では、電解めっき処理により回転軸１１の表面の所定箇所に磁歪材めっき部が磁歪膜の基礎となる部分として形成される。

磁歪膜形成工程Ｐ１では、まず、回転軸１１の洗浄等の前処理が行われる（ステップＳ１１）。その後に電解めっきが行われる（ステップＳ１２）。この電解めっき工程では、回転軸１１の上下の箇所で磁歪材が所定の膜厚になるように施される。上下の磁歪材めっき部は、後述する後処理によって磁気異方性を有する磁歪膜１４Ａ，１４Ｂになる部分である。その後、乾燥が行われる（ステップＳ１３）。

上記の磁歪膜形成工程Ｐ１では、回転軸１１の表面に前述した磁歪膜１４Ａ，１４Ｂを形成するために電解めっき処理法を用いた。しかしながら、回転軸１１における磁歪膜１４Ａ，１４Ｂを形成する基礎部分は、電解めっき法以外の方法、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法、プラズマ溶射法などの方法によって形成することもできる。

次に、磁気異方性付加工程Ｐ２が実行される。この磁気異方性付加工程Ｐ２は、回転軸１１に形成された上下２箇所の磁歪材めっき部に対して磁気異方性を付加し前述の磁歪膜１４Ａ，１４Ｂを形成する工程である。磁気異方性付加工程Ｐ２は、上側の磁歪材めっき部に対して高周波加熱を行うステップＳ２１と、下側の磁歪材めっき部に対して高周波加熱を行うステップＳ２２とを有している。

図５は、磁気異方性付加工程Ｐ２の各ステップＳ２１，Ｓ２２で実施される処理工程のフローチャートを示す。図６は、磁気異方性付加工程Ｐ２の各ステップＳ２１，Ｓ２２における回転軸１１の磁歪材めっき部での軸径方向の温度分布と軸径方向の歪分布を示す図である。

磁気異方性付加工程Ｐ２の上側磁歪材めっき部を高周波加熱するステップＳ２１は、図５に示すごとく、トルク印加装置により回転軸１１に所定の捩りトルクを印加するステップＳ２０１、所定の捩りトルクを印加した状態の回転軸１１の上側磁歪材めっき部に対して所定時間だけ高周波電流を供給し電磁誘導により加熱処理を行う熱処理ステップＳ２０２、加熱した回転軸１１を自然に冷却するステップＳ２０３、最後に捩りトルクを解放することによって上側磁歪材めっき部に磁気異方性を付加して上記磁歪膜１４Ａを形成するトルク解放ステップＳ２０４から構成されている。

上記の熱処理ステップＳ２０２では、回転軸１１の上側磁歪材めっき部を囲むごとくその周囲に誘導加熱コイルを配置し、この誘導加熱コイルに誘導加熱電源の高周波発振回路から高周波を供給して上側磁歪材めっき部のみを誘導加熱する。

上記のステップＳ２０１〜Ｓ２０４により、回転軸１１の上側磁歪材めっき部は磁気異方性が付加され、これにより磁気異方性を有する磁歪膜１４Ａが形成される。

回転軸１１の下側磁歪材めっき部に対する高周波加熱ステップＳ２２においても同様に上記のステップＳ２０１〜Ｓ２０４が実行され、下側磁歪材めっき部に対して磁気異方性が付加され、これにより磁気異方性を有する磁歪膜１４Ｂが形成される。下側磁歪材めっき部に磁気異方性を付加するときには、磁歪膜１４Ｂの磁気異方性とは逆向きになるように、回転軸１１に与えるトルクの印加方向を逆向きにする。

次に図６と図７を参照して、磁気異方性付加工程Ｐ２で磁歪材めっき部に磁気異方性を付加し磁歪膜１４Ａを形成するメカニズムについて詳述する。

図６では、縦方向に示された回転軸１１の径方向の温度分布（１）と歪み分布（２）について、横方向に（ａ）トルク印加状態、（ｂ）誘導加熱状態、（ｃ）めっき部歪み解放状態、（ｄ）トルク解放状態の４つの状態が示されている。トルク印加状態（ａ）は図５に示したステップＳ２０１に対応し、誘導加熱状態（ｂ）は同図のステップＳ２０２に対応し、めっき部歪み解放状態（ｃ）は同図のステップＳ２０３に対応し、トルク解放状態（ｄ）は同図のステップＳ２０４に対応している。図６の（１）で軸６１は温度を表す軸を示し、（２）で軸６２は歪みを表す軸を示す。

図６の（ａ）では、捩りトルクＴｑを回転軸１１に作用させ、回転軸１１の円周表面に応力を与える。これにより捩りトルクＴｑが作用する。この場合、回転軸１１の径方向の歪み分布は、回転軸１１の中心に位置する軸心１１ａから周縁方向に向かって増加した分布ＳＴ１となる。ただし、分布ＳＴ１では、歪みの分布方向も含めて考えると、軸心１１ａの右側と左側では反対になるので、右側の歪み分布は正側（＋）に示され、左側の歪み分布は負側（−）に示されている。さらに、図６（ａ）で回転軸１１の径方向の温度分布は、破線で示すごとくなり、回転軸１１の軸心１１ａから周縁方向まで室温であって一定の分布Ｔ１となる。この室温は回転軸１１の温度の基準温度になる。

図６の（ｂ）では、回転軸１１に捩りトルクＴｑを作用させたまま、磁歪材めっき部の周囲を誘導加熱コイルで囲み、この誘導加熱コイルに対して高周波電流を流し、磁歪材めっき部を加熱処理する。図６の（ｂ）で、回転軸１１の径方向の歪み分布は、図６（ａ）の場合と同じである。また回転軸１１の径方向の温度分布は、回転軸１１の外周縁部に近いところから当該外周縁に向かって急激に増加する分布Ｔ２となる。

図６の（ｃ）では、冷却が行われ、その結果、磁歪材めっき部にクリープが生じ、磁歪材めっき部での歪みがゼロとなる。このときの回転軸１１の径方向の歪み分布は符号ＳＴ２で示される。図６（ｃ）の状態を示すステップは、加熱処理後、自然に冷却させるステップＳ２０３である。回転軸１１の径方向の温度分布Ｔ２の形状については実質的には変化がなく、冷却過程の推移と共に全体に温度は低下する。

図６の（ｄ）では、冷却後、回転軸１１に印加されていた捩りトルクＴｑを解除し、トルク解放を行う。これにより、歪み分布ＳＴ３に示されるごとく、回転軸１１内での径方向での歪み分布はゼロとなる。他方、反対に、歪み分布ＳＴ３に示されるごとく、磁歪材めっき部においてのみ歪み分布が生じる。この結果、当該歪み分布ＳＴ３によって磁歪材めっき部に磁気異方性を付加することができ、これにより磁気異方性を有する磁歪膜１４Ａを形成することができる。なお、図６（ｄ）で温度分布は、Ｔ３に示すごとく全体になだらかに分布するように低減する。

なお磁歪膜１４Ｂを作る場合には、磁歪膜１４Ａに比較して逆向きの磁気異方性を付加するため、上記の捩りトルクＴｑとは逆方向の時計回りの捩りトルクを与えて前述のプロセスを実行する。

図７では、回転軸１１の上下２箇所に設けられる磁歪材めっき部のインピーダンス特性Ｚ_０と、磁歪材めっき部に磁気異方性を付加して形成された磁歪膜１４Ａ，１４Ｂのインピーダンス特性Ｚ_Ａ，Ｚ_Ｂを示す。図７において、横軸はトルク（Ｎｍ）を意味し、縦軸はインピーダンス（Ω）を意味している。磁気異方性が付加される前の段階の磁歪材めっき部のインピーダンス特性Ｚ_０は、磁気異方性が付加されることにより、磁歪膜１４Ａの場合にはインピーダンス特性Ｚ_Ａに、または磁歪膜１４Ｂの場合にはインピーダンス特性Ｚ_Ｂに変化する。磁歪膜１４Ａはインピーダンス特性Ｚ_Ａを有するため、磁歪膜１４Ａに対応する検出コイル１３Ａは前述した磁歪特性曲線５１Ａを有することになる。また磁歪膜１４ＢはインピーダンスＺ_Ｂを有するため、磁歪膜１４Ｂに対応する検出コイル１３Ｂは前述した磁歪特性曲線５１Ｂを有することになる。

なお図７において、範囲７３は、インピーダンス特性Ｚ_Ａ，Ｚ_Ｂの重複部分として略線形の変化特性が得られる範囲である。この範囲７３が磁歪式トルクセンサ１０のセンサ使用範囲として利用される。

上記の磁気異方性付加工程Ｐ２の後に特性安定化工程Ｐ３が行われる。特性安定化工程Ｐ３ではアニール工程Ｐ３１が行われる。アニール工程Ｐ３１では、例えば操舵トルク検出部２０が使用される状況での使用温度以上の温度で所定時間加熱処理を行う。

次に、前述の磁気異方性付加工程Ｐ２における磁歪材めっき部の高周波加熱（誘導加熱）の工程（ステップＳ２０２）について、さらに詳述する。

図８〜図１０を参照して高周波加熱工程を実施する装置の構成と詳細工程を説明する。図８は誘導加熱コイルの要部側面図を示し、図９は誘導加熱電源の構成と制御系の構成を示し、図１０は高周波加熱工程の制御プロセスのフローチャートを示す。

図８において、回転軸１１は誘導加熱コイル１０１の先部のリング部１０１ａに挿通させて配置されている。図８の回転軸１１は棒状形状にて示されており、図１等に示した前述の回転軸１１と同じものである。回転軸１１には前述した上側磁歪材めっき部１１４Ａと下側磁歪材めっき部１１４Ｂが形成されている。

誘導加熱コイル１０１は、その先部にリング部１０１ａを有する。このリング部１０１ａはコイル部を形成している。リング部１０１ａはその軸方向に所定の幅を有する。リング部１０１ａは、この図示例では、上側磁歪材めっき部１１４Ａを囲むごとく配置されている。リング部１０１ａの幅は、上側磁歪材めっき部１１４Ａの幅にほぼ等しい。この誘導加熱コイル１０１は、板条物を一巻きにした一巻誘導加熱コイルである。誘導加熱コイル１０１は、図９に示すごとく狭い隙間１０２を介して近接して対向して配置される同形の２枚のプレート部１０１ｂを備える。誘導加熱コイル１０１の２枚のプレート部１０１ｂの先部には上記のリング部１０１ａが設けられ、２つのプレート部１０１ｂはリング部１０１ａを介してつながっている。

図９では、回転軸１１と誘導加熱コイル１０１を上側から見ている。誘導加熱コイル１０１の２枚のプレート部１０１ｂのそれぞれは誘導加熱電源１０３のワンポートの出力端子１０４に接続されている。誘導加熱電源１０３の出力端子１０４から出力される高周波電流は誘導加熱コイル１０１に供給される。

誘導加熱電源１２１の入力側には、三相交流１２２を変圧する三相変圧器１２３と、三相変圧器１２３から出力される三相交流を整流する三相整流器１２４を備える。三相整流器１２４から出力される直流電流は投入電力として誘導加熱電源１２１に入力される。誘導加熱電源１２１内には高周波発振回路１２５と出力制御部１２６を備える。高周波発振回路１２５は、発振用３極真空管とＬＣ回路とで構成される発振回路である。誘導加熱電源１２１に投入された直流電流は高周波発振回路１２５の３極真空管のアノードに供給される。高周波発振回路１２５は、発振作用を生じ、給電された直流電流を入力として所要周波数の高周波電流（Ｉ_Ｈ）を出力する。当該高周波電流は、通常オン状態に保持される出力制御部１２６を経由して上記出力端子１０４に供給される。上記高周波発振回路１２５において、発振用３極真空管では発振条件を保持するためグリッドに所要のグリッド電圧が設定されている。高周波発振回路１２５の真空管ではそのグリッド電圧印加回路部からグリッド電流（Ｉｇ）を取り出せる。高周波発振回路１２５において、真空管のグリッド電流Ｉｇをモニタすることにより、出力端子１０４から出力される高周波電流に基づく上記の高周波加熱を適切に制御することが可能となる。

誘導加熱コイル１０１による回転軸１１の上側磁歪材めっき部１１４Ａの高周波加熱は、高周波発振回路１２５の特性変動、被加熱材である回転軸１１の特性バラツキ等で誘導加熱コイル１０１と回転軸１１の間の電磁結合効率が変化するので、その都度、最適な加熱時間を設定することが必要となる。そのため本実施形態では、高周波発振回路１２５内の真空管のグリッド電流Ｉｇをモニタすることにより高周波加熱による加熱時間を制御する。その理由は次の通りである。

高周波発振回路１２５の発振用３極真空管におけるアノード電圧（Ｅ_Ｐ）とアノード電流（Ｉ_Ｐ）は、誘導加熱電源１２１の電源出力Ｗ（または加熱温度）に対して、１次の相関関係を有していることが分かっている。さらに上記真空管のグリッド電流Ｉｇは誘導加熱電源１２１の電源出力Ｗ（または加熱温度）に対して０．５次の相関関係があることが確認された。このことから、グリッド電流Ｉｇが電流の属性を有しかつグリッド電流が誘導加熱コイル１０１に流れる電流に比例することを考慮すると、電源出力（Ｗ＝Ｅ_Ｐ・Ｉ_Ｐ）または加熱温度はＩｇ^２・Ｒ（系の抵抗）と等しくなるように関係づけられると予測される。ここで「Ｉｇ^Ｎ」を考慮すると、Ｎ＝２となる。基本的にはＮは２であるが、誘導加熱電源１２１の出力変動によるバラツキがあってＮ＝２とならない場合があるため、Ｎ＝１〜２とする。

以上に基づき、高周波発振回路１２１の真空管のグリッド電流Ｉｇをモニタすることで高周波加熱による加熱時間を制御する。制御の仕方としては、図９に示すごとく、グリッド電流ＩｇをＩｇ積算器１２７に入力する。Ｉｇ積算器１２７はＩｇ積算値（ΣＩｇ^Ｎ：Ｎ＝１〜２）を算出する。Ｉｇ積算器１２７で算出されたＩｇ積算値は判定部１２８に入力される。判定部１２８では基準値ａが設定されており、入力されたＩｇ積算値が基準値ａよりも大きくなったときには判定部１２８は停止信号ＳＩＧ１を出力する。この停止信号ＳＩＧ１は誘導加熱電源１２１の出力制御部１２６に入力される。出力制御部１２６は停止信号ＳＩＧ１を受けると、出力端子１０４から高周波電流を出力することを停止する。これにより誘導加熱コイル１０１による高周波電流に基づく誘導加熱を停止する。

以上の高周波加熱工程の制御プロセスをフローチャートで示すと、図１０のごとくなる。最初のステップでは、回転軸に捩りトルクを加えた状態で、誘導加熱電源１２１から誘導加熱コイル１０１に高周波電流を給電する（ステップＳ３０１）。次に、高周波電流の給電状態を保持して回転軸１１の上側磁歪材めっき部１１４Ａの誘導加熱を継続する（ステップＳ３０２）。その後または同時に、誘導加熱電源１２１の高周波発振回路１２５のグリッド電流Ｉｇの取り出し、その電流値を測定する（ステップＳ３０３）。次に、取り出したグリッド電流Ｉｇの電流値についてＩｇ積算器１２７でＮ乗の積算値を計算する（ステップＳ３０４）。次に判定部１２８で、この積算値が所定の基準値（ａ）に達したか否かを判定し（ステップＳ３０５）、基準値に達した時点で誘導加熱電源１２１から出力される高周波電流の給電を停止して誘導加熱を停止する（ステップＳ３０６）。

上記実施形態では、誘導加熱電源１２１内の高周波発振回路１２５のグリッド電流Ｉｇをモニタして加熱時間を最適に制御したが、モニタする電流はグリッド電流に限定されない。当該グリッド電流に類似したその他の電流、同様な特性を有する電圧等を利用することができるのは勿論である。

本発明は、電動パワーステアリング装置などで操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサを製造する方法として利用される。

本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法で製造される磁歪式トルクセンサの基本的構造を示す一部断面側面図である。磁歪式トルクセンサの基本的構成を概念的に示す側面図である。磁歪式トルクセンサにおける各検出コイルに関する磁歪特性曲線とセンサ検出特性を示すグラフである。本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法であり、回転軸の製造プロセスを示す工程図である。磁気異方性付加工程のフローチャートである。磁気異方性付加工程の各ステップ（ａ）〜（ｄ）での回転軸における径方向の温度分布（１）と歪み分布（２）を示す図である。本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法での磁歪材めっき部形成直後の磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性と磁気異方性付加後の磁歪膜を用いた磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性を示す図である。誘導加熱コイルの要部側面図である。誘導加熱電源の構成と制御系の構成を示すブロック図である。高周波加熱工程の制御プロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１０磁歪式トルクセンサ
１１回転軸
１２励磁コイル
１３Ａ，１３Ｂ検出コイル
１４Ａ，１４Ｂ磁歪膜
５１Ａ，５１Ｂ磁歪特性曲線（インピーダンス特性曲線）
１０１誘導加熱コイル
１０１ａリング部
１２１誘導加熱電源
１２５高周波発振回路
１２６出力制御部
１２７Ｉｇ積算器
１２８判定部
Ｐ１磁性膜形成工程
Ｐ２磁気異方性付加工程
Ｐ３特性安定化工程

Claims

磁歪式トルクセンサの回転軸に磁歪膜を形成する磁歪膜形成工程と、
前記磁歪膜形成工程で形成された前記磁歪膜に磁気異方性を付加する磁気異方性付加工程とを有し、
前記磁気異方性付加工程は、
前記回転軸の前記磁歪膜の部分の周囲に誘導加熱コイルを設置するコイル設置工程と、
前記回転軸に捩りトルクを加えた状態で、誘導加熱装置から前記誘導加熱コイルに高周波電流を給電し、前記回転軸の前記磁歪膜を誘導加熱する加熱工程と、
前記誘導加熱装置の高周波発振回路の所定電流の電流値を測定する工程と、
前記電流値のＮ乗の積算値を計算する演算工程と、
前記積算値が所定値に達した時点で前記高周波電流の給電を停止して前記誘導加熱を停止する停止工程と、
前記捩りトルクを解放する解放工程とから成る、
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。
前記誘導加熱装置から給電される前記高周波電流の給電時間を前記Ｎ乗の積算値でフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載の磁歪式トルクセンサの製造方法。
前記所定電流は前記高周波発振回路のグリッド電流であることを特徴とする請求項１または２記載の磁歪式トルクセンサの製造方法。