JP2008026160A - 磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクの検出精度を確実に高く得ることのできるトルクセンサ製造でき、しかも、それを容易に製造できるようにする。
【解決手段】トルクセンサシャフト本体１３の外周面部に磁歪材１４をメッキによって膜状に設け、その後に、そのトルクセンサシャフト本体１３の磁歪材１４を設けた部分を押圧することにより、トルクセンサシャフト本体１３の磁歪材１４を設けた部分に凹条部１５及び凸条部１６を形成すると共に、その凹条部１５の底部１５ａで磁歪材１４の膜を切断するようにした。磁歪材１４の膜の切断は、凸条部１６の頂部１６ａで行っても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材を設けると共に凹条部及び凸条部を形成する磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法に関する。

従来より、トルクの検出をするトルクセンサとして、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材を設けて成る磁歪式トルクセンサシャフトを具え、このトルクセンサシャフトの磁歪材を設けた部分の外周にコイルを配置した構成にて、トルクセンサシャフトに作用するトルクにより、上記磁歪材に引張りや圧縮の応力が及び、それによる逆磁歪効果で磁歪材の透磁率が変化することに応じ、その透磁率変化をコイルにより検出するものが供されている。

しかして、このもののトルクセンサシャフトは、一般的には、トルクセンサシャフト本体の外周面部に凹条部及び凸条部を形成し、その凹条部及び凸条部の表面に例えばニッケルと鉄との合金から成る磁歪材をメッキで膜状に設けることにより製造されている。
しかしながら、メッキで設けられた磁歪材の膜には、非常に大きな圧縮応力が残存する。磁歪式のトルクセンサにおいては、トルクセンサシャフトにトルクが印加されたときの、上記凹条部表面及び凸条部表面の磁歪材膜の応力変化を、コイルのインダクタンス変化として検出するため、磁歪材の膜に残存する応力（圧縮応力）が影響し、コイルのインダクタンス変化がリニアとならない。このため、検出精度が劣る。

これを解消するのに、従来は、凹条部及び凸条部を形成したトルクセンサシャフトにメッキで磁歪材の膜を設けた後に、トルクセンサシャフトを炉中で高温にさらすアニール処理を行っている。このようにすれば、磁歪材の膜に残存する応力が取除かれ、トルクセンサシャフトにトルクが印加されたときのコイルのインダクタンス変化がリニアとなって、検出精度の向上を図ることができる。

しかし、この方法では、アニール処理を行う分、製造工程が増す。又、アニール処理は、磁歪材膜の厚みやトルクセンサシャフト本体の径に応じて、逐一炉の条件を設定する必要があり、更にその理由から、異条件のトルクセンサシャフトを一度に処理することが困難であり、バッチ処理となるため、製造費用がかさみ、製品コストが高くなる。

加えて、磁歪材の膜は、メッキ、特には湿式電解メッキによるトルクセンサシャフト本体の凹条部表面及び凸条部表面での磁歪材合金の形成と併せて行われるが、凹条部と凸条部とで電流密度に差があるために合金組成が異なり、均一にならない。このため、トルクセンサの検出精度の向上が阻まれる。

これに対して、トルクセンサシャフト本体の外周面部に先に磁歪材をメッキで膜状に設け、その後に、その磁歪材を設けた部分を押圧することにより凹条部及び凸条部を形成する方法で、トルクセンサシャフトを製造することが考えられている（例えば特許文献１参照）。
特開平６−３４４６０号公報

上述のように考えられたものは、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキで膜状に設けた後に、その磁歪材を設けた部分を押圧することにより凹条部及び凸条部を形成するので、凹条部及び凸条部を形成するときの押圧力で、磁歪材膜に大きな引張応力が印加され、磁歪材膜に残存した圧縮応力が取除かれる。よって、このものの場合、アニール処理を必要とすることなく、トルクセンサの検出精度の向上を図ることができる。従って、製造費用もかさまず、製品コストを低くできる。

又、メッキによる磁歪材膜は、凹条部及び凸条部を形成する前の円柱状のままのトルクセンサシャフト本体の外周面部に設けるため、電流密度が均一となって合金組成を均一にでき、トルクセンサの検出精度の向上を阻むことがない。

しかしながら、実際には、トルクの検出精度が所望に高くは得られないという問題点を有している。これは次の理由による。
前記トルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分に形成する凹条部と凸条部は、トルクセンサシャフト本体の軸方向に対してトルクセンサシャフト本体の回転方向（印加されるトルクによる捩り方向や反対の捩り方向）に傾斜して延びるように形成されている。この結果、その凹条部及び凸条部の傾斜に応じて、トルクセンサシャフトに印加されるトルクによる引張りや圧縮の応力は磁歪材膜に効果的に及ぶ。よって、磁歪材膜の透磁率変化も大きい。

図９は、トルクセンサシャフト１にトルクτが印加されたときの状況を示しており、トルクτに応じて、凹条部２の表面及び凸条部３の表面の磁歪材膜４には応力σが作用する。この応力σは、磁歪材膜４の磁歪特性が正特性であるとき、凹条部２の表面及び凸条部３の表面のいずれの磁歪材膜４においても、凹条部２及び凸条部３の長手方向には引張りによる正の応力＋σとして作用し、同時に凹条部２及び凸条部３の長手方向とは直角の方向（反長手方向）には圧縮による負の応力−σとして作用する。

このうち、凸条部３の頂部３ａの磁歪材膜４においては、長手方向に作用する正の応力＋σが、反長手方向に作用する負の応力−σより大きく、従って、結果的に正の応力＋σとして作用する。これに対して、凹条部２の底部２ａの磁歪材膜４においては、反長手方向に作用する負の応力−σが、長手方向に作用する正の応力＋σより大きく、従って、結果的に負の応力−σとして作用する。これは、凹条部２の底部２ａにおいては、反長手方向に側部２ｂの立ち上がり壁があって、磁歪材膜４が反長手方向に圧縮されやすいことによる（凸条部３の頂部３ａには、そのようなものはない）。

しかして、検出するトルクは、全応力の総和によるものであり、従って、凸条部３の頂部３ａの磁歪材膜４に作用した正の応力＋σが、凹条部２の底部２ａの磁歪材膜４に作用した負の応力−σに相殺される。又、反対には、凹条部２の底部２ａの磁歪材膜４に作用した負の応力−σが、凸条部３の頂部３ａの磁歪材膜４に作用した正の応力＋σに相殺される（磁歪材膜４の透磁率変化は、正の方向にだけでなく、負の方向に検出しても良い）。このため、磁歪材膜４の透磁率変化が、正の方向にも、又、負の方向にも、それぞれ小さくしか検出されず、トルクの検出精度を高く得ることができなかったのである。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、従ってその目的は、トルクの検出精度を確実に高く得ることのできるトルクセンサ製造でき、しかも、それを容易に製造できる磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法においては、第１に、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキによって膜状に設け、その後に、そのトルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分を押圧することにより、トルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分に凹条部及び凸条部を形成すると共に、その凹条部の底部で磁歪材の膜を切断したことを特徴とする（請求項１の発明）。

本発明の磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法においては、第２に、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキによって膜状に設け、その後に、そのトルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分を押圧することにより、トルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分に凹条部及び凸条部を形成すると共に、その凸条部の頂部で磁歪材の膜を切断したことを特徴とする（請求項２の発明）。

上記第１の手段（請求項１の発明）によれば、前述の、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキで膜状に設けた後に、その磁歪材を設けた部分を押圧することにより凹条部及び凸条部を形成するものの効果が得られる上に、凹条部の底部で磁歪材の膜を切断したことで、凸条部の頂部の磁歪材膜に作用した応力による透磁率変化を単独に（凹条部の底部の磁歪材膜の応力に相殺されずに）検出できるものであり、かくしてトルクの検出精度を確実に高く得ることができる。
又、この場合、凹条部の底部で磁歪材の膜を切断するのも、トルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分に凹条部及び凸条部を形成する押圧工程でできるので、別工程を要さず、容易に製造できる。

第２の手段（請求項２の発明）によっても、前述の、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキで膜状に設けた後に、その磁歪材を設けた部分を押圧することにより凹条部及び凸条部を形成するものの効果が得られる上に、凸条部の頂部で磁歪材の膜を切断したことで、凹条部の底部の磁歪材膜に作用した応力による透磁率変化を単独に（凸条部の頂部の磁歪材膜の応力に相殺されずに）検出できるものであり、かくしてトルクの検出精度を確実に高く得ることができる。
又、この場合も、凸条部の頂部で磁歪材の膜を切断するのを、トルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分に凹条部及び凸条部を形成する押圧工程でできるので、別工程を要さず、容易に製造できる。

以下、本発明の第１実施例（第１の実施形態）につき、図１ないし図６を参照して説明する。
まず、図５には、トルクセンサ１１の全体構造を示しており、中央にトルクセンサシャフト１２を有している。このトルクセンサシャフト１２は、トルクセンサシャフト本体１３と、これの図中左右方向の中間部の近接した二箇所に設けた磁歪材１４並びに凹条部１５及び凸条部１６から成っており、それらの詳細はついては後述する。

トルクセンサシャフト１２の上記磁歪材１４と凹条部１５及び凸条部１６を有した部分の外周囲には、それぞれコイル１７をボビン１８に巻装した状態で配設している。ボビン１８には、導電材から成る２本の接続ピン１９を挿通して固着しており、この接続ピン１９のボビン１８内側部分に、コイル１７の各端部を接続している。

トルクセンサシャフト本体１３の磁歪材１４と凹条部１５及び凸条部１６を有した部分の両側には、軸受２０をそれぞれ装着し、これらの両軸受２０から両ボビン１８にかけて、フレーム２１を被装している。このフレーム２１の図中左側部の外側には、各種電気部品２２を実装した中継用基板２３を装着しており、この中継用基板２３に、フレーム２１から突出させた前記接続ピン１９の先端部を挿通させて半田付け等により接続している。

なお、中継用基板２３に実装した各種電気部品２２は、コイル１７と協働して、トルクセンサシャフト１２に作用したトルクを検出するもので、トルクセンサシャフト１２に作用したトルクにより及ぶ応力で磁歪材１４の透磁率が変化することに応じ、その透磁率変化を検出することで、トルクセンサシャフト１２に作用したトルクを検出するようになっている。

ここで、トルクセンサシャフト１２につき詳述するに、このトルクセンサシャフト１２を製造するに当たっては、まず、トルクセンサシャフト本体１３を、ステンレス鋼など金属にて、図３の（ａ）及び図４の（ａ）に示す円柱状に形成している。
次いで、トルクセンサシャフト本体１３の前記中間部に、図３の（ｂ）及び図４の（ｂ）に示すように、磁歪材１４をメッキにて膜状に設けている。この場合、磁歪材１４は例えばニッケルと鉄との合金から成るものであり、メッキには湿式電解メッキを採用している。

その後、トルクセンサシャフト本体１３の上記磁歪材１４を設けた部分を押圧している。この押圧は、この場合、転造によるものであり、図３の（ｃ）に示すように、トルクセンサシャフト本体１３の上記磁歪材１４を設けた部分を２つの転造ダイス３１，３２のそれぞれ歯３１ａ，３２ａを有する面で挟圧して、この転造ダイス３１，３２を矢印Ａ及び矢印Ｂで示す相反する方向に移動させることにより、トルクセンサシャフト本体１３を矢印Ｃで示すように回転（転動）させて、歯３１ａ，３２ａによりトルクセンサシャフト本体１３の上記磁歪材１４を設けた部分の外周面部に、図４の（ｃ）に示すように、磁歪材１４ごと凹となる凹条部１５と、それと相対的に磁歪材１４ごと凸となる凸条部１６とを形成している。

図６は、このようにしてトルクセンサシャフト本体１３の上記磁歪材１４を設けた部分の外周面部に形成した凹条部１５と凸条部１６とを示しており、それらのパターンは、トルクセンサシャフト１２に作用するトルクによる応力が磁歪材１４の膜に効果的に及ぶように軸方向に対して傾斜状、特には応力が磁歪材１４に最も有効に及ぶように約４５度角の傾斜状に延びるように形成しているが、図中左側の凹条部１５及び凸条部１６と右側の凹条部１５及び凸条部１６とでは、その傾斜の方向を逆にしており、この結果、磁歪材１４の膜には図中左側と右側とで反対の応力が及ぶようになっている。

又、図２は、このときの転造ダイス３１，３２の歯３１ａ，３２ａを、一部の歯３１ａで代表して示しており、それによりトルクセンサシャフト本体１３に形成した凹条部１５と凸条部１６をも一部で代表して示している。この図１で明らかなように、歯３１ａ，３２ａは先端部が尖っており、これにより押込まれたトルクセンサシャフト本体１３の外周面部では、歯３１ａ，３２ａの尖った先端部形状に応じたほゞ逆三角形状の凹条部１５が形成される（相対的にほゞ台形状の凸条部１６が形成される）と共に、凹条部１５の底部１５ａで磁歪材１４の膜が歯３１ａ，３２ａの尖った先端部により裂かれて切断されている。
図１は、このようにして形成したトルクセンサシャフト１２の凹条部１５及び凸条部１６が形成された部分を軸方向と直角（径方向）の断面で表している。

このように本構成のものでは、磁歪式トルクセンサシャフト１２を製造するについて、トルクセンサシャフト本体１３の外周面部に磁歪材１４をメッキによって膜状に設け、その後に、そのトルクセンサシャフト本体１３の磁歪材１４を設けた部分を押圧することにより、トルクセンサシャフト本体１３の磁歪材１４を設けた部分に凹条部１５及び凸条部１６を形成すると共に、その凹条部１５の底部１５ａで磁歪材１４の膜を切断している。

これにより、まず、前述の、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキで膜状に設けた後に、その磁歪材を設けた部分を押圧することにより凹条部及び凸条部を形成したものの効果が得られる。すなわち、凹条部１５及び凸条部１６を形成するときの押圧力で、磁歪材１４の膜に大きな引張応力が印加されるので、磁歪材１４の膜に残存した圧縮応力が取除かれる。よって、このものの場合、アニール処理を必要とすることなく、トルクセンサ１１の検出精度の向上を図ることができる。従って、製造費用もかさまず、製品コストを低くできる。
又、メッキによる磁歪材１４の膜は、凹条部１５及び凸条部１６を形成する前の円柱状のままのトルクセンサシャフト本体１３の外周面部に設けるため、電流密度が均一となって合金組成を均一にでき、トルクセンサ１１の検出精度の向上を阻むことがない。

そして、それらに加え、凹条部１５の底部１５ａで磁歪材１４の膜を切断したことにより、凸条部１６の頂部１６ａにおける磁歪材１４の膜に作用した応力による透磁率変化を単独に（凹条部１５の底部１５ａにおける磁歪材１４の膜の応力に相殺されずに）検出できるものであり、かくしてトルクの検出精度を確実に高く得ることができる。
しかも、この場合、凹条部１５の底部１５ａで磁歪材１４の膜を切断するのも、トルクセンサシャフト本体１３の磁歪材１４を設けた部分に凹条部１５及び凸条部１６を形成する押圧工程でできるので、別工程を要さず、容易に製造できる。

以上に対して、図７及び図８は本発明の第２実施例（第２の実施形態）を示すもので、上記第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
このものの場合、転造ダイス３１，３２の歯３１ｂ，３２ｂの先端部を曲面状に面取りして形成している（この場合も、一部の歯３１ｂで代表して示しており、それによりトルクセンサシャフト本体１３に形成した凹条部１５と凸条部１６をも一部で代表して示している）。

この構成により、歯３１ｂ，３２ｂにより押込まれたトルクセンサシャフト本体１３の外周面部では、歯３１ｂ，３２ｂの曲面状に面取りした先端部形状に応じたほゞ半円形状の凹条部１５が形成される（相対的に第１実施例の凸条部１６より幅狭なほゞ矩形状の凸条部１６が形成される）と共に、凸条部１６の頂部１６ａで磁歪材１４の膜が歯３１ｂ，３２ｂの各間の部分３１ｃ，３２ｃにより伸ばし裂かれて切断されている。

これにより、まず、前述の、トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキで膜状に設けた後に、その磁歪材を設けた部分を押圧することにより凹条部及び凸条部を形成したものの効果が得られる上に、凹条部１５の底部１５ａにおける磁歪材１４の膜に作用した応力による透磁率変化を単独に（凸条部１６の頂部１６ａにおける磁歪材１４の膜の応力に相殺されずに）検出できるものであり、かくして、この場合も、トルクの検出精度を確実に高く得ることができる。
又、この場合も、凸条部１６の頂部１６ａで磁歪材１４の膜を切断するのを、トルクセンサシャフト本体１３の磁歪材１４を設けた部分に凹条部１５及び凸条部１６を形成する押圧工程でできるので、別工程を要さず、容易に製造できる。

このほか、本発明は上記し且つ図面に示した実施例にのみ限定されるものではなく、特に、磁歪材１４（凹条部１５及び凸条部１６）はトルクセンサシャフト本体１３の前記二箇所のうちの一箇所に一つのパターンで設けて、コイル１７もそれに対してのみ設けるようにしても良く、又、コイル１７を一箇所の磁歪材１４につき二重に設けるようにしても良いなど、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。

本発明の第１実施例を示すトルクセンサシャフトの主要部分の断面図 トルクセンサシャフトの加工側と被加工側のそれぞれ部分拡大断面図 トルクセンサシャフトの加工工程を（ａ）〜（ｃ）の順に示す図 トルクセンサシャフトの加工変化を（ａ）〜（ｃ）の順に示す図 トルクセンサの断面図 トルクセンサシャフトの主要部分の側面図 本発明の第２実施例を示す図１相当図 図２相当図 従来例を示すトルクセンサシャフトの部分破断斜視図

符号の説明

図面中、１２はトルクセンサシャフト、１３はトルクセンサシャフト本体、１４は磁歪材、１５は凹条部、１５ａは凹条部の底部、１６は凸条部、１６ａは凸条部の頂部を示す。

Claims (2)

1. トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキによって膜状に設け、
   その後に、そのトルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分を押圧することにより、トルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分に凹条部及び凸条部を形成すると共に、その凹条部の底部で磁歪材の膜を切断したことを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法。
2. トルクセンサシャフト本体の外周面部に磁歪材をメッキによって膜状に設け、
   その後に、そのトルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分を押圧することにより、トルクセンサシャフト本体の磁歪材を設けた部分に凹条部及び凸条部を形成すると共に、その凸条部の頂部で磁歪材の膜を切断したことを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法。
   
   

Images