JP2007225347A - 磁歪式力学量センサ及び磁歪式力学量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク伝達軸に対して、磁歪膜及びピニオンの両方をそれぞれ最適な加工によって形成するとともに、磁歪膜の磁歪特性の安定性を高めること。
【解決手段】磁歪式トルクセンサは、外部からトルクが作用する作用軸６２と、この作用軸６２に嵌合し且つ連結した中空軸６１と、この中空軸６１の外周面に形成した磁歪膜７１，７２と、この磁歪膜７１，７２の周囲に配置して磁歪膜７１，７２に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部とからなる、磁歪式力学量センサである。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式トルクセンサのセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、トルクや軸力を検出する磁歪式力学量センサ及び磁歪式力学量センサの製造方法に関する。

力学量センサとしては、トルクセンサや軸力センサがある。例えば、回転軸に作用したトルクを検出するトルクセンサには、多くの種類がある。近年、比較的簡単な構成で高精度な磁歪式トルクセンサの開発が進められている（例えば、特許文献１−２参照。）。
特開２００１−１３３３３７公報 特開２００４−３０９１８４公報

特許文献１及び特許文献２による従来の磁歪式トルクセンサは、車両用電動パワーステアリング装置において、ステアリングハンドルからトルク伝達軸へ伝わった操舵トルクを検出するものである。トルク伝達軸は外周面に磁歪膜を有する。トルク伝達軸に加わる操舵トルクに応じて、磁歪膜に磁歪効果が生じるので、この磁歪効果を電気的に検出することにより、操舵トルクを検出できる。

ところで、上記従来のトルク伝達軸は、外部から作用したトルクを負荷へ伝達する部材であるから、外周面に磁歪膜を形成するだけではなく、トルク伝達部分を有する。
例えば、車両用電動パワーステアリング装置においては、ステアリングハンドルで発生した操舵トルクが、トルク伝達軸からラックアンドピニオンを介して、ラック軸に伝達されることになる。この場合におけるトルク伝達軸のトルク伝達部分は、トルク伝達軸の軸端に形成されたピニオンである。

自動車は、エンジンを始動させない状態でも操舵できなくてはならない。この状態においても、ラックアンドピニオンは、操舵トルクをトルク伝達軸からラック軸に伝達して操舵車輪を操舵するものであるから、大きい機械的強度が求められる。特に、ラックアンドピニオンには、路面反力に起因する種々の外力や、運転者の操舵による適度の外力が作用するので、この外力に抗し、その時々の操舵状態を確保できるだけの機械的強度が求められる。従って、ピニオンは、通常の操舵を越えた高い負荷のトルク伝達に必要な強度を十分に確保するために、浸炭処理、高周波焼入れ等の熱処理やショットピーニング等といった、種々の表面処理を施すことが多い。

しかしながら、ピニオンに熱処理を施すことは、ピニオンを有するトルク伝達軸の表面に炭素成分を拡散させることになる。この結果、トルク伝達軸の表面は磁化されやすい。また、ピニオンにショットピーニング等の表面硬化処理を施すことにより、トルク伝達軸の表面には圧縮応力が残留する。

一方、トルク伝達軸の外周面に形成される磁歪膜は、一般にＮｉ−Ｆｅ系の合金膜等の磁歪メッキ材からなる。このような磁歪メッキ材は、トルク伝達軸からの磁気の影響やトルク伝達軸の歪みの影響を強く受ける。

このように、トルク伝達軸に磁歪膜及びトルク伝達部分（例えばピニオン）の両方を設けた場合に、磁歪膜の磁歪特性の安定性を高めるには改良の余地がある。磁歪特性の安定性を高めることは、磁歪式トルクセンサのセンサ信号の安定化に繋がる。
このことは、軸力伝達軸に対して磁歪膜及び軸力伝達部分の両方を設けた、軸力センサにおいても同様である。

本発明は、トルク伝達軸に対して磁歪膜及びトルク伝達部分の両方、又は、軸力伝達軸に対して磁歪膜及び軸力伝達部分の両方を、それぞれ最適な加工によって設けることができるとともに、磁歪膜の磁歪特性の安定性を高めることができる技術を、提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、外部からトルク又は軸力が作用する作用軸と、この作用軸に嵌合し且つ連結した中空軸と、この中空軸の外周面に形成した磁歪膜と、この磁歪膜の周囲に配置して磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部とからなる磁歪式力学量センサである。

請求項２に係る発明は、外部からトルクが作用するトルク伝達軸の表面に、トルクに応じて磁歪特性が変化する磁歪膜を設け、この磁歪膜の周囲に、磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部を設けるようにした、磁歪式力学量センサの製造方法において、
トルク伝達軸となる、磁歪膜が外周面に施された中空軸及びこの中空軸に嵌合する作用軸の、２つの部材を準備する軸準備工程と、次に、中空軸に作用軸を圧入して互いに連結する軸連結工程と、次に、作用軸と中空軸との少なくとも一方に、予め設定されたトルクを加える外力付与工程と、次に、トルクを付与しつつ、磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱する加熱工程と、次に、磁歪膜を、加熱された温度よりも低温となるように冷却して、トルクを除く外力解放工程と、を有していることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、外部からトルクが作用するトルク伝達軸の表面に、トルクに応じて磁歪特性が変化する磁歪膜を設け、この磁歪膜の周囲に、磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部を設けるようにした、磁歪式力学量センサの製造方法において、
トルク伝達軸となる、磁歪膜が軸長手方向に所定の距離を有して外周面の２箇所に施された中空軸及びこの中空軸に嵌合する作用軸の、２つの部材を準備する軸準備工程と、次に、中空軸に作用軸を圧入して互いに連結する軸連結工程と、次に、作用軸の両端部を固定しつつ、中空軸のうち２つの磁歪膜の間に、予め設定されたトルクを加える外力付与工程と、次に、トルクを付与しつつ、磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱する加熱工程と、次に、磁歪膜を、加熱された温度よりも低温となるように冷却して、トルクを除く外力解放工程と、を有していることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、外部から軸力が作用する軸力伝達軸の表面に、軸力に応じて磁歪特性が変化する磁歪膜を設け、この磁歪膜の周囲に、磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部を設けるようにした、磁歪式力学量センサの製造方法において、
軸力伝達軸となる、磁歪膜が外周面に施された中空軸及びこの中空軸に嵌合する作用軸の、２つの部材を準備する軸準備工程と、次に、中空軸に作用軸を圧入して互いに連結する軸連結工程と、次に、作用軸と中空軸との少なくとも一方に、予め設定された圧縮力又は引張り力を加える外力付与工程と、次に、圧縮力又は引張り力を付与しつつ、磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱する加熱工程と、次に、磁歪膜を、加熱された温度よりも低温となるように冷却して、圧縮力又は引張り力を除く外力解放工程と、を有していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、外部から作用したトルク又は軸力を負荷へ伝達するための作用軸と、外周面に磁歪膜を形成した中空軸との、２つの部材によってトルク伝達軸又は、軸力伝達軸を構成し、作用軸に中空軸を嵌合し且つ連結したものである。
従って、作用軸には、中空軸から分離した状態で、トルクを負荷へ伝達するためのトルク伝達部分（ピニオン等）、又は、軸力を負荷へ伝達するための軸力伝達部分を形成することができる。このため、作用軸には、トルク伝達や軸力伝達に必要な強度を十分に確保するために、浸炭処理等の熱処理やショットピーニング等の、最適な表面処理を施すことができる。
しかも、作用軸には磁歪メッキ処理を施さないので、磁歪メッキ材が作用軸のうち、トルク伝達部分（ピニオン等）や軸力伝達部分などの不必要な部分に、付着する心配はない。

一方、中空軸の外周面には、作用軸から分離した状態で、磁歪膜を最適な状態で形成することができる。例えば、磁歪メッキ処理前の軸材の安定化処理、磁歪膜の安定化のための熱処理、磁歪膜における磁歪の方向を設定するための高周波熱処理や消磁処理などを、最適な条件で施すことができる。しかも、中空軸に形成された磁歪膜が、作用軸からの磁気の影響や中実軸の歪みの影響を受けることはない。
さらに中空軸には、この軸自体に求められる、ねじり剛性等の必要な機械的性質を確保するために、中実軸とは別個に調質を行うことができる。
さらには、長尺の中空材料を準備し、この中空材料の複数箇所に磁歪膜を施した後に、この中空材料を所定の長さで切断して、複数個の中空軸を得ることにより、中空軸の生産性を、より高めることができる。

このように、トルク伝達軸に対して、磁歪膜及びトルク伝達部分（ピニオン等）の両方を、それぞれ最適な加工によって形成することができる。または、軸力伝達軸に対して、磁歪膜及び軸力伝達部分の両方を、それぞれ最適な加工によって形成することができる。
しかも、磁歪膜の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式力学量センサのセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

例えば、請求項１の磁歪式力学量センサを磁歪式トルクセンサに応用し、車両用電動パワーステアリング装置に設けた場合には、ステアリングハンドルからトルク伝達軸に伝わった操舵トルクを、磁歪式トルクセンサによって安定的に精度良く検出できる。従って、ステアリングハンドルの操舵フィーリング（操舵感）を、十分に高めることができる。このことは、ステアバイワイヤ式操舵システムや四輪操舵システム（４ＷＳ）における車両用ステアリング装置でも同様である。

また、請求項１の磁歪式力学量センサを磁歪式軸力センサに応用し、例えば、車両用電動ブレーキシステムに設けた場合には、ブレーキペダルから軸力伝達軸に伝わったブレーキ踏み力を、磁歪式軸力センサによって安定的に精度良く検出できる。従って、磁歪式軸力センサで検出されたブレーキ踏み力に応じて、電動モータが発生する出力トルクを推力に変換して作用させることにより、適切な制動力でブレーキディスクを制動することができる。

請求項２に係る発明では、先ず、磁歪膜が外周面に施された中空軸に対して、作用軸を圧入して互いに連結することで、トルク伝達軸を製造する。圧入と連結による影響を受けた磁歪膜には、歪みが生じて、この歪みがそのまま残留する。

これに対して、請求項２に係る発明では、次に、作用軸と中空軸との少なくとも一方に予め設定されたトルクを加えた状態で、磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱処理（熱処理）する。加熱処理が完了した後に、磁歪膜を加熱された温度よりも低温となるように冷却して、作用軸と中空軸との少なくとも一方に加えられていたトルクを除く。

このように、磁歪膜にトルクを加えた状態で、所定時間にわたって熱処理することにより、磁歪膜にクリープを発生させることができる。クリープ（creep）とは、材料を一定荷重（トルクを含む）の基で、一定の温度で加熱すると、時間の経過とともに材料の歪みが増す現象のことである。

つまり、磁歪膜に熱処理を施すことにより発生するクリープを巧みに利用して、磁歪膜に残留している歪みを低減又は除去することができる。しかも、トルクを加えつつ磁歪膜に熱処理を施すことにより、クリープを利用して、磁歪膜に永久歪みを新たに付与することができる。この結果、磁歪膜における磁歪の方向を、トルクを加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。

このように請求項２に係る発明では、トルク伝達軸に対して、磁歪膜及びトルク伝達部分（ピニオン等）の両方をそれぞれ最適な加工によって形成することができる。しかも、磁歪膜の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式力学量センサ（磁歪式トルクセンサ）のセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

しかも、中空軸及び作用軸という２つの部材を組み合わせることによって、トルク伝達軸を製造したにもかかわらず、（１）中空軸に作用軸を圧入して連結したことによって磁歪膜に生じた歪みを、低減又は除去する処理と、（２）磁歪膜における磁歪の方向を設定する処理との、２つの処理を同時に行うことができる。従って、磁歪特性の安定性を十分に高めた磁歪膜を有するトルク伝達軸を、少ない工程で簡単に製造することができるので、磁歪式力学量センサ（磁歪式トルクセンサ）の生産性を高めることができる。

請求項３に係る発明では、先ず、軸長手方向に所定の距離を有して、外周面の２箇所に磁歪膜が施された中空軸を準備し、この中空軸に対して、作用軸を圧入して互いに連結することで、トルク伝達軸を製造する。圧入と連結による影響を受けた磁歪膜には、歪みが生じて、この歪みがそのまま残留する。

これに対して、請求項３に係る発明では、次に、作用軸の両端部を固定しつつ、中空軸のうち２つの磁歪膜の間に予め設定されたトルクを加えた状態で、磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱処理（熱処理）する。加熱処理が完了した後に、磁歪膜を加熱された温度よりも低温となるように冷却して、磁歪膜に加えられていたトルクを除く。

このように、磁歪膜にトルクを加えた状態で、所定時間にわたって熱処理することにより、磁歪膜にクリープを発生させることができる。
つまり、磁歪膜に熱処理を施すことにより発生するクリープを巧みに利用して、磁歪膜に残留している歪みを低減又は除去することができる。しかも、トルクを加えつつ磁歪膜に熱処理を施すことにより、クリープを利用して、磁歪膜に永久歪みを新たに付与することができる。この結果、磁歪膜における磁歪の方向を、トルクを加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。

このように請求項３に係る発明では、トルク伝達軸に対して、磁歪膜及びトルク伝達部分（ピニオン等）の両方をそれぞれ最適な加工によって形成することができる。しかも、磁歪膜の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式力学量センサ（磁歪式トルクセンサ）のセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

しかも、中空軸及び作用軸という２つの部材を組み合わせることによって、トルク伝達軸を製造したにもかかわらず、（１）中空軸に作用軸を圧入して連結したことによって磁歪膜に生じた歪みを、低減又は除去する処理と、（２）磁歪膜における磁歪の方向を設定する処理との、２つの処理を同時に行うことができる。従って、磁歪特性の安定性を十分に高めた磁歪膜を有するトルク伝達軸を、少ない工程で簡単に製造することができるので、磁歪式力学量センサ（磁歪式トルクセンサ）の生産性を高めることができる。

請求項４に係る発明では、先ず、磁歪膜が外周面に施された中空軸に対して、作用軸を圧入して互いに連結することで、軸力伝達軸を製造する。圧入と連結による影響を受けた磁歪膜には、歪みが生じて、この歪みがそのまま残留する。

これに対して、請求項４に係る発明では、次に、作用軸と中空軸との少なくとも一方に予め設定された圧縮力又は引張り力を加えた状態で、磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱処理（熱処理）する。加熱処理が完了した後に、磁歪膜を加熱された温度よりも低温となるように冷却して、作用軸と中空軸との少なくとも一方に加えられていた圧縮力又は引張り力を除く。

このように、磁歪膜に圧縮力又は引張り力を加えた状態で、所定時間にわたって熱処理することにより、磁歪膜にクリープを発生させることができる。
つまり、磁歪膜に熱処理を施すことにより発生するクリープを巧みに利用して、磁歪膜に残留している歪みを低減又は除去することができる。しかも、圧縮力又は引張り力を加えつつ磁歪膜に熱処理を施すことにより、クリープを利用して、磁歪膜に永久歪みを新たに付与することができる。この結果、磁歪膜における磁歪の方向を、圧縮力又は引張り力を加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。

このように請求項４に係る発明では、軸力伝達軸に対して、磁歪膜及び軸力伝達部分の両方をそれぞれ最適な加工によって形成することができる。しかも、磁歪膜の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式力学量センサ（磁歪式軸力センサ）のセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

しかも、中空軸及び作用軸という２つの部材を組み合わせることによって、軸力伝達軸を製造したにもかかわらず、（１）中空軸に作用軸を圧入して連結したことによって磁歪膜に生じた歪みを、低減又は除去する処理と、（２）磁歪膜における磁歪の方向を設定する処理との、２つの処理を同時に行うことができる。従って、磁歪特性の安定性を十分に高めた磁歪膜を有する軸力伝達軸を、少ない工程で簡単に製造することができるので、磁歪式力学量センサ（磁歪式軸力センサ）の生産性を高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
以下、本実施の形態においては、磁歪式力学量センサ（磁歪式トルクセンサ）の一例として、車両用電動パワーステアリング装置に備えた例を挙げて説明する。但し、車両用電動パワーステアリング装置に備えた構成に限定されるものではない。

図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル２１から車両の操舵車輪（例えば前輪）３１，３１に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。

ステアリング系２０は、ステアリングハンドル２１（操舵部材）にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介してトルク伝達軸２４を連結し、トルク伝達軸２４にラックアンドピニオン２５を介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端にボールジョイント２７，２７、タイロッド２８，２８及びナックル２９，２９を介して左右の操舵車輪３１，３１を連結した構成である。
ラックアンドピニオン２５は、トルク伝達軸２４に設けたピニオン３２と、ラック軸２６に形成したラック３３とからなる。

運転者がステアリングハンドル２１を操舵することにより、その操舵トルクによりラックアンドピニオン２５、ラック軸２６及び左右のタイロッド２８，２８を介して、左右の操舵車輪３１，３１を操舵することができる。

このように、電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングハンドル２１の操舵に応じた操舵トルクを、ラックアンドピニオン２５を介してラック軸２６に伝達することにより、ラック軸２６を介して操舵車輪３１，３１を操舵するようにしたものである。

補助トルク機構４０は、ステアリングハンドル２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを磁歪式トルクセンサ４１（磁歪式力学量センサ４１）で検出し、このトルク検出信号に基づき制御部４２で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルク（モータトルク）を電動モータ４３で発生し、補助トルクをボールねじ４４を介してラック軸２６に伝達するようにした機構である。

電動モータ４３のモータ軸４３ａは、ラック軸２６を囲う中空軸である。ボールねじ４４は、ラック軸２６のうちラック３３を除く部分に形成したねじ部４５と、ねじ部４５に組付けたナット４６と、図示せぬ多数のボールとからなる、動力伝達機構である。ナット４６は、モータ軸４３ａを連結したものである。

電動パワーステアリング装置１０によれば、トルク伝達軸２４に伝わった操舵トルクを磁歪式トルクセンサ４１にて検出するとともに、ステアリングハンドル２１を操舵する操舵トルクをトルク伝達軸２４並びにラックアンドピニオン２５を介してラック軸２６に伝達することができる。そして、運転者の操舵トルクに電動モータ４３の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸２６で操舵車輪３１，３１を操舵することができる。

図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を断面して表した。図３は図２の３−３線断面図である。
図２及び図３に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、トルク伝達軸２４、ラックアンドピニオン２５、電動モータ４３、ボールねじ４４及び磁歪式トルクセンサ４１を、車幅方向（図２の左右方向）へ延びるハウジング５１に収納したものである。

ハウジング５１は、概ね管状の第１ハウジング５２並びに第２ハウジング５３の一端面同士をボルト結合することで、１つの細長いギヤボックスに組立てたものである。第２ハウジング５３は、電動モータ４３におけるモータケースの役割を兼ねる。
第１ハウジング５２は、上部開口をリッド５４で塞ぎ、トルク伝達軸２４の上端部、長手中央部及び下端部を、上中下３個の軸受５５〜５７を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、ラックガイド５８を備える。

ラックガイド５８によって、トルク伝達軸２４の長手方向へのラック軸２６の移動を規制するとともに、ピニオン３２とラック３３との噛み合いが離れる方向へのラック軸２６の移動を規制しつつ、ラック軸２６をその軸方向にスライド可能に支持することができる。

次に、トルク伝達軸２４の詳細について、図３及び図４に基づき説明する。
図４（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るトルク伝達軸の構成図であり、（ａ）はトルク伝達軸２４の分解構造を示し、（ｂ）はトルク伝達軸２４の組立状態の断面構造を示し、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線断面構造を示し、（ｄ）はトルク伝達軸２４の組立状態の外観を示す。

図４に示すように、トルク伝達軸２４は、互いに同軸に配列したトルク側軸６１及びピニオン軸６２からなり、これらのトルク側軸６１及びピニオン軸６２を、互いに嵌合し合い且つ連結し合う別部材で構成したことを特徴とする。

トルク側軸６１及びピニオン軸６２は、例えば鉄鋼（ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材を含む）等の強磁性の材料、すなわち磁性体からなる。

トルク側軸６１は、一端に略六角形のフランジ部６１ａを有するとともに、嵌合孔６５（つまり、中空部６５）を有した筒状の軸、つまり中空軸からなり、軸に直交する方向で嵌合孔６５を貫通した２個のピン孔６６，６６を有する。嵌合孔６５は図４（ｃ）に示すように、円形断面を呈するトルク側軸６１の中心に形成された、正六角形等の多角形断面の貫通孔である。２個のピン孔６６，６６は、トルク側軸６１の両端部の近傍にそれぞれ配置したものである。

ピニオン軸６２（つまり、作用軸６２）は、一端部から他端部へ向かって被支承部６２ｃ、ピニオン３２、治具掛け部６２ｂ、フランジ部６２ａ、被支承部６９、嵌合軸部６３を、この順に配列するとともに一体に形成した、中実軸である。これらの部材３２，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６３，６９はピニオン軸６２に対して同軸に配列されている。図３に示すように、下端の被支承部６２ｃは最下部の軸受５７にて支承される部分であり、被支承部６９は中間部の軸受５６にて支承される部分である。

より詳しく述べると、ピニオン軸６２は、一端部に形成されたピニオン３２と、他端面から嵌合孔６５へ向かって延びる小径の細長い嵌合軸部６３と、ピニオン３２と嵌合軸部６３の基端との間において外周面に形成された被支承部６９と、ピニオン３２と被支承部６９との間に形成された略円形のフランジ部６２ａ並びに治具掛け部６２ｂとを有している。治具掛け部６２ｂは後述する治具を掛ける部分である。

嵌合軸部６３は、トルク側軸６１の全長よりも長い部分であって、嵌合孔６５を貫通するとともに、嵌合孔６５から突出した先端部には自在軸継手２３（図１参照）に連結するための連結部６８を有する。連結部６８は、例えばセレーションからなる。

さらに嵌合軸部６３は、長手方向の両端部の近傍にそれぞれ形成された２つの嵌合鍔部６３ａ，６３ａと、嵌合鍔部６３ａと連結部６８との間に形成された治具掛け部６３ｂとを有している。治具掛け部６３ｂは後述する治具を掛ける部分である。

嵌合鍔部６３ａ，６３ａは、図４（ｃ）に示すように嵌合孔６５と同じ断面形状を呈するリング状の部材であって、嵌合軸部６３の外周を包囲するように突出するとともに、それぞれ軸に直交する方向に貫通したピン孔６４，６４を有する。嵌合鍔部６３ａ，６３ａにおけるピン孔６４，６４の位置は、トルク側軸６１におけるピン孔６６，６６に対して、それぞれ合致する位置に設定される。なお、嵌合孔６５の径は、被支承部６９の径よりも小さく設定される。

トルク伝達軸２４の組立手順は次の通りである。
先ず、トルク側軸６１において各ピン孔６６，６６の位置に、これらのピン孔６６，６６よりも若干小径の下孔を開けておく。なお、この時点において、ピニオン軸６２にはピン孔６４，６４又はこれの下孔を開けていない。

次に、トルク伝達軸２４の分解状態において、ピニオン軸６２の被支承部６９に軸受５６（図３参照）を嵌合して、フランジ部６２ａの端面に軸受５６のインナレースを当てる。これで、ピニオン軸６２に軸受５６を嵌合にて取付けることができる。
次に、嵌合孔６５に嵌合軸部６３を圧入して嵌合するとともに、２つのフランジ部６１ａ，６２ａで軸受５６を挟み込む。

次に、上記トルク側軸６１の下孔の位置に、嵌合軸部６３と共に貫通する上のピン孔６４，６６及び下のピン孔６４，６６を開ける。
次に、各ピン孔６４，６４，６６，６６にピン６７，６７を圧入する。この結果、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、ピン６７，６７によってトルク側軸６１とピニオン軸６２とを、互いに一体的に連結させて、１個のトルク伝達軸２４に組み立てることができる。これで、トルク伝達軸２４の組立作業を完了する。

トルク側軸６１とピニオン軸６２とは、相対的な回転並びに軸方向移動を規制し合う。
以上の説明から明らかなように、トルク側軸６１は中空軸からなり、ピニオン軸６２は中空軸に嵌合する中実軸からなる。なお、ピニオン軸６２は、軽量化のためには中実軸よりも中空軸にする方が好ましい。

なお、嵌合孔６５及び嵌合鍔部６３ａ，６３ａの断面形状は、多角形断面に限定されるものではなく、円形断面であってもよい。円形断面の方が製造し易く、嵌合精度の管理が容易であり、嵌合もし易い。

ステアリングハンドル２１（図１参照）から連結部６８を介してピニオン軸６２に伝わった操舵トルクは、ピニオン軸６２からピン６７，６７を介してトルク側軸６１にも伝達されることになる。

次に、磁歪式トルクセンサ４１の詳細について、図３〜図５に基づき説明する。
図３に示すように、磁歪式トルクセンサ４１は、トルク側軸６１に、残留歪みが付与され作用トルクに応じて磁歪特性が変化する第１残留歪み部７１及び第２残留歪み部７２を設け、これら第１・第２残留歪み部７１，７２の周囲に、第１・第２残留歪み部７１，７２に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部７３を設け、検出部７３の検出信号をトルク検出信号として出力するようにした、磁歪式力学量センサである。この場合の力学量は、トルクのことである。

図４に示すように、第１・第２残留歪み部７１，７２は、トルク側軸６１の軸長手方向に互いに逆方向の残留歪みが付与された一対の磁気異方性部材であり、トルク側軸６１の表面に形成された磁歪膜からなる。以下、第１残留歪み部７１のことを適宜、第１磁歪膜７１と言い、第２残留歪み部７２のことを適宜、第２磁歪膜７２と言うことにする。

このように、磁歪式トルクセンサ４１は、外部からトルクが作用するトルク伝達軸２４の表面に、トルクに応じて磁歪特性が変化するメッキ層からなる磁歪膜７１，７２を設け、この磁歪膜７１，７２の周囲に、磁歪膜７１，７２に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部７３を設けたものである。

より詳しく述べると、トルク側軸６１は、軸長手方向に概ね一定の距離ｄｉ（つまり、所定の距離ｄｉ）を有して、外周面の２箇所に全周にわたって形成された、概ね一定幅の磁歪膜７１，７２を有する。磁歪膜７１，７２における磁歪の方向は、互いに逆方向である。当然のことながら、トルク側軸６１の表面には、第１磁歪膜７１と第２磁歪膜７２との間に、磁歪膜が全く存在しない非磁歪部７９を有している。なお、２つの磁歪膜７１，７２は、連続した１つの磁歪膜であってもよい。

磁歪膜７１，７２は、歪みの変化に対して磁束密度の変化の大きい材料からなる膜であり、例えば、トルク側軸６１の外周面に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。この合金膜の厚みは望ましくは５〜２０μｍ程度である。なお、合金膜の厚みは、これ以下又はこれ以上であってもよい。第１磁歪膜７１の磁歪方向に対して、第２磁歪膜７２の磁歪方向は異なっている（磁歪異方性を有する。）。

Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、Ｎｉを概ね２０重量％含んだ場合と概ね５０重量％含んだ場合に、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなＮｉ含有率の材料を使用することが好ましい。例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜として、Ｎｉを５０〜６０重量％含み、残りがＦｅである材料を使用する。なお、磁歪膜７１，７２は強磁性体の膜であればよく、パーマロイ（Ｎｉ；約７８重量％、Ｆｅ；残り）やスーパーマロイ（Ｎｉ；７８重量％、Ｍｏ；５重量％、Ｆｅ；残り）の膜であってもよい。ここで、Ｎｉはニッケル、Ｆｅは鉄、Ｍｏはモリブデンである。

図３に示すように、検出部７３は、トルク側軸６１を通した筒状のコイルボビン７４，７５と、コイルボビン７４，７５に巻いた第１多層ソレノイド巻きコイル７６並びに第２多層ソレノイド巻きコイル７７と、第１・第２多層ソレノイド巻きコイル７６，７７の周囲を囲う磁気シールド用バックヨーク７８と、からなる。
第１・第２多層ソレノイド巻きコイル７６，７７は、検出コイルである。以下、第１多層ソレノイド巻きコイル７６のことを第１検出コイル７６と言い換え、第２多層ソレノイド巻きコイル７７のことを第２検出コイル７７と言い換えることにする。

図５は本発明に係る磁歪式トルクセンサの模式的回路図である。図５に示すように、第１残留歪み部７１の周囲に隙間を有して巻いた第１検出コイル７６と、第２残留歪み部７２の周囲に隙間を有して巻いた第２検出コイル７７とを設けることで、操舵トルクに応じてトルク側軸６１に発生した捩れを、第１・第２検出コイル７６，７７にて磁気的に検出することができる。

これらの検出信号は、それぞれ第１変換回路８１及び第２変換回路８２で整流・増幅・変換されて、検出電圧ＶＴ１，ＶＴ２として出力される。これらの検出電圧ＶＴ１，ＶＴ２は、トルク信号出力回路８３で演算されて、トルク検出電圧ＶＴ３として出力される。トルク検出電圧ＶＴ３は、操舵トルク信号のことである。第１・第２変換回路８１，８２及びトルク信号出力回路８３は、検出部７３の一部をなす。

すなわち、歪みが付与された第１・第２残留歪み部７１，７２（第１・第２磁歪膜７１，７２）をトルク側軸６１に設けたので、トルク側軸６１を介して磁歪膜７１，７２にトルクが作用したときに、このトルクに応じて磁歪膜７１，７２の透磁率が変化し、このときの第１・第２検出コイル７６，７７におけるインピーダンス（誘導電圧、検出電圧）の変化を検出することで、トルクの方向とトルクの値とを検出することができる。

以上の説明をまとめると、次の通りである。なお、トルク側軸６１のことを適宜「中空軸６１」と言い、ピニオン軸６２のことを適宜「中実軸６２」又は「作用軸６２」又は「回転軸６２」と言うことにする。

図４に示すように、本発明では、外部から作用したトルクを負荷３１，３１（つまり、図１に示す操舵車輪３１，３１）へ伝達するための中実軸６２（作用軸６２）と、外周面に磁歪膜７１，７２を形成した中空軸６１との、２つの部材によってトルク伝達軸２４を構成し、中実軸６２に中空軸６１を嵌合し且つ連結したものである。

従って、中実軸６２には、中空軸６１から分離した状態で、トルクを負荷３１，３１へ伝達するためのトルク伝達部分３２（ピニオン３２等）を形成することができる。このため、中実軸６２には、トルク伝達に必要な強度を十分に確保するために、浸炭処理等の熱処理やショットピーニング等の、最適な表面処理を施すことができる。
しかも、中実軸６２には磁歪メッキ処理を施さないので、磁歪メッキ材が中実軸６２のうち、トルク伝達部分３２などの不必要な部分に、付着する心配はない。

一方、中空軸６１の外周面には、中実軸６２から分離した状態で、磁歪膜７１，７２を最適な状態で形成することができる。例えば、磁歪メッキ処理前の軸材の安定化処理、磁歪膜７１，７２の安定化のための熱処理、磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を設定するための高周波熱処理や消磁処理などを、最適な条件で施すことができる。しかも、中空軸６１に形成された磁歪膜７１，７２が、中実軸６２からの磁気の影響や中実軸６２の歪みの影響を受けにくい、又は受けることはない。

さらに中空軸６１には、この軸自体に求められる、ねじり剛性等の必要な機械的性質を確保するために、中実軸６２とは別個に調質を行うことができる。

このように、トルク伝達軸２４に対して、磁歪膜７１，７２及びトルク伝達部分３２（ピニオン３２等）の両方を、それぞれ最適な加工によって形成することができる。しかも、磁歪膜７１，７２の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式トルクセンサ４１（磁歪式力学量センサ４１）のセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

磁歪式トルクセンサ４１を、図１に示す車両用電動パワーステアリング装置１０に設けた場合には、ステアリングハンドル２１からトルク伝達軸２４に伝わった操舵トルクを、磁歪式トルクセンサ４１によって安定的に精度良く検出できる。従って、ステアリングハンドル２１の操舵フィーリング（操舵感）を、十分に高めることができる。このことは、ステアバイワイヤ式操舵システムや四輪操舵システム（４ＷＳ）における車両用ステアリング装置でも同様である。

さらに中空軸６１は、長手方向全体に貫通した中空部６５を有しているので、磁歪膜７１，７２に与える軸内部の影響、例えば熱処理や磁化のばらつき等の影響を、より抑制することができる。

さらには、中空部６５に対する中実軸６２の嵌合鍔部６３ａ，６３ａの、嵌め合い方式を「しまりばめ」とし、その「しめしろ」を適宜設定することで、嵌め合いによって中空軸６１に径方向への一定の荷重を付加することができる。この荷重によって、磁歪膜７１，７２の磁歪特性のばらつきを調整することができる。
なお、この場合には、嵌合孔６５及び嵌合鍔部６３ａ，６３ａの断面形状は、円形断面である方が好ましい。

さらには、磁歪膜７１，７２を有する中空軸６１については、次の（１）又は（２）のようにすることで、複数の磁歪膜７１，７２を有する中空軸６１を、大量生産することができる。製作工数を大幅に低減することができるので、中空軸６１の生産性を、より高めることができ、この結果、コストダウンを図ることができる。

（１）長尺の中空材料を準備し、この中空材料の複数箇所に磁歪膜７１，７２を施した後に、この中空材料を所定の長さで切断して、複数個の中空軸６１を製造することができる。
（２）嵌合孔６５を有する長尺の中空材料を準備し、この中空材料の全外周面に磁歪膜を形成し、その後に中空材料を必要な長さで切断し、切断された中空材料のうち適宜の複数位置における磁歪膜に異方性を付与することにより、中空軸６１を製造することができる。

ところで、本発明の磁歪式力学量センサ４１は、上記磁歪式トルクセンサに限定されるものではなく、磁歪式軸力センサに応用することができる。
その場合には、トルク伝達軸２４を「軸力伝達軸２４」とし、トルク側軸６１を中空軸の「軸力側軸６１」とし、ピニオン軸６２を中実軸又は中空軸の「伝達軸６２」とすればよい。つまり、軸力伝達軸２４は、軸力側軸６１と伝達軸６２との組合せ構造からなる。

磁歪式軸力センサ４１（磁歪式力学量センサ４１）は、外部から軸力が作用する伝達軸６２（中実軸６２、作用軸６２）と、この伝達軸６２に嵌合し且つ連結した軸力側軸６１（中空軸６１）と、この軸力側軸６１の外周面に形成した磁歪膜７１，７２と、この磁歪膜７１，７２の周囲に配置して磁歪膜７１，７２に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部７３とからなる。

このように、磁歪式力学量センサ４１（磁歪式トルクセンサ４１）を磁歪式軸力センサに応用し、例えば、車両用電動ブレーキシステムに設けた場合には、ブレーキペダルから軸力伝達軸２４に伝わったブレーキ踏み力を、磁歪式軸力センサ４１によって安定的に精度良く検出できる。従って、磁歪式軸力センサ４１で検出されたブレーキ踏み力に応じて、電動モータが発生する出力トルクを推力に変換して作用させることにより、適切な制動力でブレーキディスクを制動することができる。

次に、磁歪式トルクセンサ４１の製造方法、特に、上記構成のトルク伝達軸２４並びに磁歪膜７１，７２の製造方法について説明する。

トルク伝達軸２４並びに磁歪膜７１，７２の第１の製造方法は、図４及び次の図６に示す工程で製造するものである。図６（ａ）〜（ｅ）は本発明に係るトルク伝達軸並びに磁歪膜の第１の製造方法を示す説明図である。但し、図６では軸受５６（図３参照）を省略している。

先ず、図４（ａ）に示すように、トルク伝達軸２４となる、磁歪膜７１，７２が外周面に施された中空軸６１及びこの中空軸６１に嵌合する中実軸６２の、２つの部材を準備する（軸準備工程）。
次に、図４（ｂ）〜（ｃ）に示すように、中空軸６１に中実軸６２を圧入して、ピン６７，６７で互いに連結する（軸連結工程）。この結果、図４（ｄ）に示すトルク伝達軸２４を製造することができる。

次に、図６に示すように、中空軸６１と中実軸６２との少なくとも一方に、予め設定された一定のトルクを加えた状態で、磁歪膜７１，７２を予め設定された時間、例えば３秒間又はそれ以上の時間にわたって熱処理する（外力付与工程及び加熱工程）。

具体的には、先ず、図６（ａ）に示すように、第１の治具１０１を、中実軸６２の一端部に有している治具掛け部６２ｂ（又は、治具掛け部６２ｂ及びフランジ部６２ａの両方）に掛ける。
また、第２の治具１０２を、中実軸６２の他端部に有している治具掛け部６３ｂ（又は治具掛け部６３ｂ及び連結部６８（セレーション６８））の両方に掛ける。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１磁歪膜７１に加熱装置をセット、例えば高周波焼入装置１０３をセットする。高周波焼入装置１０３は、第１磁歪膜７１の周囲を囲う加熱用コイル１０４と、加熱用コイル１０４に高周波数の交流電力を供給する電源装置１０５とからなる。

次に、第２の治具１０２を図時計回りＲ１に捩るとともに、第１の治具１０１を第２の治具１０２とは逆の図反時計回りＲ２に捩る。このようにして、中実軸６２に、予め設定された正方向のトルクを加える。このトルクの大きさは、好ましくは３０〜１００Ｎｍ程度である。なお、これ以上の大きさのトルクであってもよい。
中空軸６１は中実軸６２に対して相対的な回転が規制された構成であるから、中空軸６１にも予め設定された正方向のトルクを加えることができる（外力付与工程）。この結果、第１磁歪膜７１にも正方向のトルクが付与される。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１・第２の治具１０１，１０２によるトルクを付与しつつ、第１磁歪膜７１（特に膜の表面及び表層部分）を予め設定された時間にわたって、高周波焼入装置１０３で加熱する（加熱工程）。この加熱する時間は、好ましくは３〜５ｓｅｃ程度である。なお、これ以上の時間であってもよい。加熱温度は好ましくは約４００℃程度である。
次に、図６（ｃ）に示すように、第１磁歪膜７１を、加熱された温度よりも低温となるように冷却した後に、第１・第２の治具１０１，１０２の捩り作業を止めてトルクを除く（外力解放工程）。
加熱工程において、高周波焼入による第１磁歪膜７１の加熱時間を３〜５ｓｅｃ程度に設定した場合には、第１磁歪膜７１を外気温だけで十分に冷却することができる。第１磁歪膜７１の加熱温度が約４００℃であるから、それ以下の温度に第１磁歪膜７１を冷却すればよい。

次に、図６（ｄ）に示すように、第２磁歪膜７２に高周波焼入装置１０３をセットする。
次に、前回とは逆に、第２の治具１０２を図反時計回りＲ２に捩るとともに、第１の治具１０１を第２の治具１０２とは逆の図時計回りＲ１に捩る。このようにして、中実軸６２に予め設定された負方向のトルクを加える。このトルクの大きさは、好ましくは３０〜１００Ｎｍ程度である。なお、これ以上の大きさのトルクであってもよい。
中空軸６１は中実軸６２に対して相対的な回転が規制された構成であるから、中空軸６１にも予め設定された負方向のトルクを加えることができる（外力付与工程）。この結果、第２磁歪膜７２にも負方向のトルクが付与される。

次に、図６（ｄ）に示すように、第１・第２の治具１０１，１０２によるトルクを付与しつつ、第２磁歪膜７２（特に膜の表面及び表層部分）を予め設定された時間にわたって、高周波焼入装置１０３で加熱する（加熱工程）。この加熱する時間は、好ましくは３〜５ｓｅｃ程度である。なお、これ以上の時間であってもよい。加熱温度は好ましくは約４００℃程度である。
次に、図６（ｅ）に示すように、第２磁歪膜７２を、加熱された温度よりも低温となるように冷却した後に、第１・第２の治具１０１，１０２の捩り作業を止めてトルクを除く（外力解放工程）。
加熱工程において、高周波焼入による第２磁歪膜７２の加熱時間を３〜５ｓｅｃ程度に設定した場合には、第２磁歪膜７２を外気温だけで十分に冷却することができる。第２磁歪膜７２の加熱温度が約４００℃であるから、それ以下の温度に第２磁歪膜７２を冷却すればよい。
この結果、第１・第２磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を、トルクを加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。

このように、第１の製造方法によれば、先ず、磁歪膜７１，７２が外周面に施された中空軸６１に対して、中実軸６２（作用軸６２）を圧入して互いに連結することで、トルク伝達軸２４を製造する。圧入と連結による影響を受けた磁歪膜７１，７２には、歪みが生じて、この歪みがそのまま残留する。

これに対して、第１の製造方法では、次に、中実軸６２と中空軸６１との少なくとも一方に予め設定されたトルクを加えた状態で、磁歪膜７１，７２を、予め設定された時間にわたって加熱処理（熱処理）する。加熱処理が完了した後に、磁歪膜７１，７２を加熱された温度よりも低温となるように冷却して、中実軸６２と中空軸６１との少なくとも一方に加えられていたトルクを除く。

このように、磁歪膜７１，７２にトルクを加えた状態で、所定時間にわたって熱処理することにより、磁歪膜７１，７２にクリープを発生させることができる。クリープ（creep）とは、材料を一定荷重（トルクを含む）の基で、一定の温度で加熱すると、時間の経過とともに材料の歪みが増す現象のことである。

つまり、磁歪膜７１，７２に熱処理を施すことにより発生するクリープを巧みに利用して、磁歪膜７１，７２に残留している歪みを低減又は除去することができる。しかも、トルクを加えつつ磁歪膜７１，７２に熱処理を施すことにより、クリープを利用して、磁歪膜７１，７２に永久歪みを新たに付与することができる。この結果、磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を、トルクを加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。つまり、第１磁歪膜７１と第２磁歪膜７２との、磁歪異方性を設定することができる。

このように第１の製造方法では、トルク伝達軸２４に対して、磁歪膜７１，７２及びトルク伝達部分３２（ピニオン３２等）の両方をそれぞれ最適な加工によって形成することができる。しかも、磁歪膜７１，７２の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式トルクセンサ４１（磁歪式力学量センサ４１）のセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

しかも、中空軸６１及び中実軸６２という２つの部材を組み合わせることによって、トルク伝達軸２４を製造したにもかかわらず、（１）中空軸６１に中実軸６２を圧入して連結したことによって磁歪膜７１，７２に生じた歪みを、低減又は除去する処理と、（２）磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を設定する、つまり、磁歪異方性を設定する処理との、２つの処理を同時に行うことができる。従って、磁歪特性の安定性を十分に高めた磁歪膜７１，７２を有するトルク伝達軸２４を、少ない工程で簡単に製造することができるので、磁歪式トルクセンサ４１（磁歪式力学量センサ４１）の生産性を高めることができる。

次に、トルク伝達軸２４並びに磁歪膜７１，７２の第２の製造方法を説明する。なお、図４に示す、トルク伝達軸２４を製造する軸準備工程及び軸連結工程については、上記第１の製造方法と同じなので、説明を省略する。
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るトルク伝達軸並びに磁歪膜の第２の製造方法を示す説明図である。

軸連結工程を完了した後に、図７に示すように、中実軸６２の両端部を固定しつつ、中空軸６１のうち２つの磁歪膜７１，７２の間に、予め設定されたトルクを加えた状態で、磁歪膜７１，７２を予め設定された時間、例えば３秒間又はそれ以上の時間にわたって熱処理する（外力付与工程及び加熱工程）。

具体的には、先ず、図７（ａ）に示すように、中実軸６２の一端部に有している治具掛け部６２ｂに第１の治具１０１を掛け、中実軸６２の他端部に有している治具掛け部６３ｂに第２の治具１０２を掛け、中空軸６１の非磁歪部７９に第３の治具１０６を掛ける。さらに、第１・第２の治具１０１，１０２を固定部材１０７，１０７に掛けることで、回り止めをする。つまり、第１・第２の治具１０１，１０２の回転を規制する。

次に、図７（ｂ）に示すように、第３の治具１０６を図時計回りＲ１に捩る。このようにして、中空軸６１及び中実軸６２に予め設定された正方向のトルクを加える（外力付与工程）。このトルクの大きさは、好ましくは３０〜１００Ｎｍ程度である。なお、これ以上の大きさのトルクであってもよい。この結果、磁歪膜７１，７２にも正方向のトルクが付与される。

次に、図７（ｂ）に示すように、第３の治具１０６によるトルクを付与しつつ、トルク伝達軸２４を恒温槽１０８に入れて、加熱する。つまり、磁歪膜７１，７２を予め設定された時間（例えば、数時間程度）にわたって、恒温槽１０８内で加熱する（加熱工程）。加熱温度は好ましくは約４００℃程度である。

次に、図７（ｃ）に示すように、恒温槽１０８からトルク伝達軸２４を取り出して、磁歪膜７１，７２を、加熱された温度よりも低温となるように冷却した後に、第３の治具１０６の捩り作業を止めてトルクを除く（外力解放工程）。
加熱工程において、第１・第２磁歪膜７１，７２を外気温だけで十分に冷却することができる。第２磁歪膜７２の加熱温度が約４００℃であるから、それ以下の温度に第２磁歪膜７２を冷却すればよい。
この結果、第１・第２磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を、トルクを加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。つまり、第１磁歪膜７１と第２磁歪膜７２との、磁歪異方性を設定することができる。

このように、第２の製造方法によれば、先ず、磁歪膜７１，７２が外周面に施された中空軸６１に対して、中実軸６２を圧入して互いに連結することで、トルク伝達軸２４を製造する。圧入と連結による影響を受けた磁歪膜７１，７２には、歪みが生じて、この歪みがそのまま残留する。

これに対して、第２の製造方法では、次に、中実軸６２の両端部を固定しつつ、中空軸６１のうち２つの磁歪膜７１，７２の間に予め設定されたトルクを加えた状態で、磁歪膜７１，７２を予め設定された時間にわたって加熱処理（熱処理）する。加熱処理が完了した後に、磁歪膜７１，７２を加熱された温度よりも低温となるように冷却して、磁歪膜７１，７２に加えられていたトルクを除く。

このように、磁歪膜７１，７２にトルクを加えた状態で、所定時間にわたって熱処理することにより、磁歪膜７１，７２にクリープを発生させることができる。
つまり、磁歪膜７１，７２に熱処理を施すことにより発生するクリープを巧みに利用して、磁歪膜７１，７２に残留している歪みを低減又は除去することができる。しかも、トルクを加えつつ磁歪膜７１，７２に熱処理を施すことにより、クリープを利用して、磁歪膜７１，７２に永久歪みを新たに付与することができる。この結果、磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を、トルクを加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。つまり、第１磁歪膜７１と第２磁歪膜７２との、磁歪異方性を設定することができる。

このように第２の製造方法では、トルク伝達軸２４に対して、磁歪膜７１，７２及びトルク伝達部分３２（ピニオン３２等）の両方をそれぞれ最適な加工によって形成することができる。しかも、磁歪膜７１，７２の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式トルクセンサ４１（磁歪式力学量センサ４１）のセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

しかも、中空軸６１及び中実軸６２という２つの部材を組み合わせることによって、トルク伝達軸２４を製造したにもかかわらず、（１）中空軸６１に中実軸６２を圧入して連結したことによって磁歪膜７１，７２に生じた歪みを、低減又は除去する処理と、（２）磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を設定する、つまり、磁歪異方性を設定する処理との、２つの処理を同時に行うことができる。従って、磁歪特性の安定性を十分に高めた磁歪膜７１，７２を有するトルク伝達軸２４を、少ない工程で簡単に製造することができるので、磁歪式トルクセンサ４１（磁歪式力学量センサ４１）の生産性を高めることができる。

次に、磁歪式力学量センサ４１（磁歪式トルクセンサ４１）を磁歪式軸力センサに応用した場合の、軸力伝達軸２４並びに磁歪膜７１，７２の製造方法（つまり、第３の製造方法）を説明する。
この場合には、上述のように、トルク伝達軸２４を「軸力伝達軸２４」とし、トルク側軸６１を中空軸の「軸力側軸６１」とし、ピニオン軸６２を中実軸又は中空軸の「伝達軸６２」とすればよい。つまり、軸力伝達軸２４は、軸力側軸６１と伝達軸６２との組合せ構造からなる。
なお、軸力伝達軸２４を製造する軸準備工程及び軸連結工程については、上記第１の製造方法のうち、図４（ｄ）に示すトルク伝達軸２４を製造する軸準備工程及び軸連結工程と同じなので、説明を省略する。

図８（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る軸力伝達軸並びに磁歪膜の第３の製造方法を示す説明図である。
軸連結工程を完了した後に、図８に示すように、中空軸６１と中実軸６２との少なくとも一方に、予め設定された圧縮力又は引張り力を加えた状態で、磁歪膜７１，７２を予め設定された時間にわたって熱処理する（外力付与工程及び加熱工程）。

具体的には、先ず、図８（ａ）に示すように、中実軸６２の一端に有している被支承部６２ｃに第１の圧縮治具１１１を掛けるとともに、中実軸６２の他端に有している連結部６８に第２の圧縮治具１１２を掛ける。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１磁歪膜７１に加熱装置をセット、例えば高周波焼入装置１０３をセットする。
次に、第１・第２の圧縮治具１１１，１１２で中実軸６２の両端を押す。このようにして、中実軸６２に予め設定された圧縮力（例えば、１００ｋｇｆ程度）を加える。中空軸６１は中実軸６２に対して相対的な軸方向移動が規制された構成であるから、中空軸６１にも予め設定された圧縮力を加えることができる（外力付与工程）。この結果、第１磁歪膜７１にも圧縮力が付与される。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１・第２の圧縮治具１１１，１１２による圧縮力を維持しつつ、第１磁歪膜７１を予め設定された時間（例えば、数ｓｅｃ程度）にわたって、高周波焼入装置１０３で加熱する（加熱工程）。
次に、第１磁歪膜７１を、加熱された温度よりも低温となるように冷却した後に、第１・第２の圧縮治具１１１，１１２による圧縮作業を止めて圧縮力を除く（外力解放工程）。

次に、第１・第２の圧縮治具１１１，１１２を外して、代わりに、図８（ｃ）に示すように、中実軸６２の一端部に有している治具掛け部６２ｂに第１の引張り治具１１３を掛けるとともに、中実軸６２の他端部に有している治具掛け部６３ｂに第２の引張り治具１１４を掛ける。

次に、図８（ｄ）に示すように、第２磁歪膜７２に高周波焼入装置１０３をセットする。
次に、第１・第２の引張り治具１１３，１１４で中実軸６２の両端部を引張る。このようにして、中実軸６２に予め設定された引張り力（例えば、１００ｋｇｆ程度）を加える。中空軸６１は中実軸６２に対して相対的な軸方向移動が規制された構成であるから、中空軸６１にも予め設定された引張り力を加えることができる（外力付与工程）。この結果、第２磁歪膜７２にも引張り力が付与される。

次に、図８（ｄ）に示すように、第１・第２の引張り治具１１３，１１４による引張り力を維持しつつ、第２磁歪膜７２を予め設定された時間（例えば、数ｓｅｃ程度）にわたって、高周波焼入装置１０３で加熱する（加熱工程）。
次に、図８（ｅ）に示すように、第２磁歪膜７２を、加熱された温度よりも低温となるように冷却した後に、第１・第２の引張り治具１１３，１１４による引張り作業を止めて引張り力を除く（外力解放工程）。
この結果、第１磁歪膜７１における磁歪の方向を、圧縮力を加えた方向に正確に且つ容易に設定するとともに、第２磁歪膜７２における磁歪の方向を、引張り力を加えた方向に正確に且つ容易に設定することができる。つまり、第１磁歪膜７１と第２磁歪膜７２との、磁歪異方性を設定することができる。

このように、第３の製造方法によれば、先ず、磁歪膜７１，７２が外周面に施された中空軸６１に対して、中実軸６２を圧入して互いに連結することで、軸力伝達軸２４を製造する。圧入と連結による影響を受けた磁歪膜７１，７２には、歪みが生じて、この歪みがそのまま残留する。

これに対して、第３の製造方法では、次に、中実軸６２と中空軸６１との少なくとも一方に予め設定された圧縮力又は引張り力を加えた状態で、磁歪膜７１，７２を予め設定された時間にわたって加熱処理（熱処理）する。加熱処理が完了した後に、磁歪膜７１，７２を加熱された温度よりも低温となるように冷却して、中実軸６２と中空軸６１との少なくとも一方に加えられていた圧縮力又は引張り力を除く。

このように、磁歪膜７１，７２に圧縮力又は引張り力を加えた状態で、所定時間にわたって熱処理することにより、磁歪膜７１，７２にクリープを発生させることができる。
つまり、磁歪膜７１，７２に熱処理を施すことにより発生するクリープを巧みに利用して、磁歪膜７１，７２に残留している歪みを低減又は除去することができる。しかも、圧縮力又は引張り力を加えつつ磁歪膜７１，７２に熱処理を施すことにより、クリープを利用して、磁歪膜７１，７２に永久歪みを新たに付与することができる。この結果、磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を、圧縮力又は引張り力を加えた方向に正確に且つ容易に傾けることができる。つまり、第１磁歪膜７１と第２磁歪膜７２との、磁歪異方性を設定することができる。

このように第３の製造方法では、軸力伝達軸２４に対して、磁歪膜７１，７２及び軸力伝達部分の両方をそれぞれ最適な加工によって形成することができる。しかも、磁歪膜７１，７２の磁歪特性の安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の安定性を高めることによって、磁歪式トルクセンサ４１を応用した磁歪式軸力センサ（磁歪式力学量センサ４１）のセンサ信号を十分に安定させ且つ検出精度を高めることができる。

しかも、中空軸６１及び中実軸６２という２つの部材を組み合わせることによって、軸力伝達軸２４を製造したにもかかわらず、（１）中空軸６１に中実軸６２を圧入して連結したことによって磁歪膜７１，７２に生じた歪みを、低減又は除去する処理と、（２）磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を設定する、つまり、磁歪異方性を設定する処理との、２つの処理を同時に行うことができる。従って、磁歪特性の安定性を十分に高めた磁歪膜７１，７２を有する軸力伝達軸２４を、少ない工程で簡単に製造することができるので、磁歪式軸力センサ４１（磁歪式力学量センサ４１）の生産性を高めることができる。

なお、本発明の実施の形態において、中空軸６１と中実軸６２との連結構造は、ピン６７による連結に限定されるものではなく、圧入だけによる連結や、ねじによる連結であってもよい。

本発明の磁歪式力学量センサ４１は、（１）図１に示すように、車両用電動パワーステアリング装置１０において、ステアリングハンドル２１からトルク伝達軸２４に伝わった操舵トルクを検出する場合や、（２）車両用電動ブレーキシステムにおいて、ブレーキペダルから軸力伝達軸２４に伝わったブレーキ踏み力を検出する場合に好適である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 図２の３−３線断面図である。 本発明に係るトルク伝達軸の構成図である。 本発明に係る磁歪式トルクセンサの模式的回路図である。 本発明に係るトルク伝達軸並びに磁歪膜の第１の製造方法を示す説明図である。 本発明に係るトルク伝達軸並びに磁歪膜の第２の製造方法を示す説明図である。 本発明に係る軸力伝達軸並びに磁歪膜の第３の製造方法を示す説明図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、２１…ステアリングハンドル、２４…トルク伝達軸、２５…ラックアンドピニオン、２６…ラック軸、３１…操舵車輪、３２…ピニオン、３３…ラック、４１…磁歪式力学量センサ（磁歪式トルクセンサ、磁歪式軸力センサ）、６１…中空軸（ピニオン軸）、６２…作用軸、６７…ピン、７１，７２…磁歪膜。

Claims (4)

1. 外部からトルク又は軸力が作用する作用軸と、この作用軸に嵌合し且つ連結した中空軸と、この中空軸の外周面に形成した磁歪膜と、この磁歪膜の周囲に配置して磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部とからなる磁歪式力学量センサ。
2. 外部からトルクが作用するトルク伝達軸の表面に、前記トルクに応じて磁歪特性が変化する磁歪膜を設け、この磁歪膜の周囲に、磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部を設けるようにした、磁歪式力学量センサの製造方法において、
   前記トルク伝達軸となる、前記磁歪膜が外周面に施された中空軸及びこの中空軸に嵌合する作用軸の、２つの部材を準備する軸準備工程と、
   次に、前記中空軸に前記作用軸を圧入して互いに連結する軸連結工程と、
   次に、前記作用軸と前記中空軸との少なくとも一方に、予め設定されたトルクを加える外力付与工程と、
   次に、前記トルクを付与しつつ、前記磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱する加熱工程と、
   次に、前記磁歪膜を、加熱された温度よりも低温となるように冷却して、前記トルクを除く外力解放工程と、を有していることを特徴とした磁歪式力学量センサの製造方法。
3. 外部からトルクが作用するトルク伝達軸の表面に、前記トルクに応じて磁歪特性が変化する磁歪膜を設け、この磁歪膜の周囲に、磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部を設けるようにした、磁歪式力学量センサの製造方法において、
   前記トルク伝達軸となる、前記磁歪膜が軸長手方向に所定の距離を有して外周面の２箇所に施された中空軸及びこの中空軸に嵌合する作用軸の、２つの部材を準備する軸準備工程と、
   次に、前記中空軸に前記作用軸を圧入して互いに連結する軸連結工程と、
   次に、前記作用軸の両端部を固定しつつ、前記中空軸のうち前記２つの磁歪膜の間に、予め設定されたトルクを加える外力付与工程と、
   次に、前記トルクを付与しつつ、前記磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱する加熱工程と、
   次に、前記磁歪膜を、加熱された温度よりも低温となるように冷却して、前記トルクを除く外力解放工程と、を有していることを特徴とした磁歪式力学量センサの製造方法。
4. 外部から軸力が作用する軸力伝達軸の表面に、前記軸力に応じて磁歪特性が変化する磁歪膜を設け、この磁歪膜の周囲に、磁歪膜に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部を設けるようにした、磁歪式力学量センサの製造方法において、
   前記軸力伝達軸となる、前記磁歪膜が外周面に施された中空軸及びこの中空軸に嵌合する作用軸の、２つの部材を準備する軸準備工程と、
   次に、前記中空軸に前記作用軸を圧入して互いに連結する軸連結工程と、
   次に、前記作用軸と前記中空軸との少なくとも一方に、予め設定された圧縮力又は引張り力を加える外力付与工程と、
   次に、前記圧縮力又は引張り力を付与しつつ、前記磁歪膜を予め設定された時間にわたって加熱する加熱工程と、
   次に、前記磁歪膜を、加熱された温度よりも低温となるように冷却して、前記圧縮力又は引張り力を除く外力解放工程と、
   を有していることを特徴とした磁歪式力学量センサの製造方法。
   

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