JP2008058108A - 磁歪式トルクセンサの製造方法と電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲインのバラツキを抑制した磁歪式トルクセンサの製造方法およびこの製造方法で製造された磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】磁歪式トルクセンサの製造方法は、回転軸に磁気異方性が付与された磁歪部を設ける工程と、磁歪部周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイルを配置する工程と、多重巻きコイルからの出力ゲインを調整するゲイン調整工程と、を含む方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車用の電動パワーステアリング装置の操舵トルクを検出するのに最適な磁歪式トルクセンサの製造方法と、この製造方法で製作された磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、自動車を運転中、運転者がステアリングホイール（操舵ハンドル）を操作するとき、モータを連動させて操舵力を補助する支援装置である。電動パワーステアリング装置では、運転者のハンドル操舵によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および車速を検出する車速検出部からの車速信号を利用し、モータ制御部（駆動制御回路）の制御動作に基づいて、補助操舵力を出力する支援用のモータをＰＷＭ駆動し、運転者の操舵力を軽減している。

例えば、操舵トルクをTH、アシスト量AHの係数を一定のkAとすると、AH＝kA×THであるから、負荷であるピニオントルクをTPとすると、TP＝TH＋AHからTH＝TP／（1＋kA）となる。したがって操舵トルクTHは、ピニオントルクTPの1／（1＋kA）、（kA≧0）となり軽減される。このような電動パワーステアリング装置における操舵トルク検出部として、ピニオンの入出力軸間に設けたトーションバーの捻れを利用するトーションバー式の他、磁歪式トルクセンサが知られている。

磁歪式トルクセンサの一例としては、例えば、ステアリングホイールに連結されたステアリング軸の表面に、Ｎｉ−Ｆｅメッキの磁歪膜を上下２箇所でそれぞれ逆方向の磁気異方性を与えて軸方向所定幅で設け、磁歪膜に操舵トルクが作用したとき、磁気異方性に基づいて発生する逆磁歪特性を、磁歪膜の周囲に配設されたコイルの交流抵抗等を利用して、ステアリング軸にかかるトルクを検出するものがある。

図１７は、磁歪式トルクセンサ３００の模式図である。磁歪式トルクセンサ３００はステアリング軸３０１の周囲に形成された磁歪膜３０２とその磁歪膜３０２の下方に間隔を設けて形成された磁歪膜３０３と、磁歪膜３０２，３０３の近傍に微小の空隙を介して配置された励磁コイル３０４と、磁歪膜３０２に対応して設けられる検出コイル３０６と、磁歪膜３０３に対応して設けられる検出コイル３０７とから構成される。励磁コイル３０４には、励磁電圧供給源３０５が接続される。

図１７で示した磁歪式トルクセンサ３００において、ステアリング軸３０１にトルクが作用したとき、磁歪膜３０２，３０３にもトルクが作用する。このトルクに応じて磁歪膜３０２，３０３に磁歪効果が生じる。そこで、励磁電圧供給源３０５から励磁コイル３０４に高周波の交流電圧（励磁電圧）を供給し、トルクに応じた磁歪膜３０２，３０３の磁歪効果による磁界の変化を検出コイル３０６，３０７によりインピーダンスの変化として検出する。このインピーダンスの変化に基づいてステアリング軸３０１に加えられたトルクを検出することができる。また、インピーダンスの変化として検出する以外にも、誘導電圧の変化として検出することもできる。以下では、インピーダンスの変化で検出する場合について説明する。

図１８は磁歪特性を示す図である。横軸はステアリング軸３０１に加えられた操舵トルク、縦軸は励磁コイル３０４に交流電圧を印加したときに検出コイル３０６，３０７によって検出されるインピーダンスを示している。曲線Ｃ１１０は、検出コイル３０６によって検出されるインピーダンスの変化を示し、曲線Ｃ１１１は、検出コイル３０７によって検出されるインピーダンスの変化を示している。

検出コイル３０６による検出値は、磁歪膜に異方性が与えられるため、操舵トルクが負から正になるにつれてインピーダンスが増加し、操舵トルクが正の値Ｔ１となったときにインピーダンスがピーク値となり、操舵トルクがＴ１以上では減少する。また、検出コイル３０７による検出値は、操舵トルクが負の値−Ｔ１のときにインピーダンスがピーク値をとり、操舵トルクの絶対値が増加すると減少する。

図１８に示すように、検出コイル３０６で得られる操舵トルク−インピーダンス特性と検出コイル３０７で得られる操舵トルク−インピーダンス特性はほぼ凸形状を示す。また、検出コイル３０６で得られる操舵トルク−インピーダンス特性（曲線Ｃ１１０）と検出コイル３０７で得られる操舵トルク−インピーダンス特性（曲線Ｃ１１１）は、磁歪膜の上下２箇所でそれぞれ逆方向となる磁気異方性が付与されているため、それぞれの特性曲線が交わる点を通る縦軸に対してほぼ対称的になる。

直線Ｌ１０は、検出コイル２０６により検出された特性曲線Ｃ１１０から検出コイル３０７により検出された特性曲線Ｃ１１１を引いた値を示すものであり、操舵トルクがゼロのときにその値はゼロとなる。磁歪式トルクセンサ３００はトルク中立点付近のほぼ一定勾配とみなされる領域を使用することで、入力トルクの方向と大きさに対応した検出信号を出力する。また、直線Ｌ１０の特性を利用することで、検出コイル３０６，３０７の値から操舵トルクを検出することができる。

図１９は、従来の磁歪式トルクセンサの製造方法のフロー図である。従来の磁歪式トルクセンサでは、ステアリング軸の下端にピニオンを加工する工程（ステップＳ１０１）と、ピニオンを焼入れする工程（ステップＳ１０２）と、ピニオンを焼戻す工程（ステップＳ１０３）と、磁歪膜を付与する工程（ステップＳ１０４）と、捩りトルクを付与する工程と（ステップＳ１０５）と、磁歪膜を加熱処理する工程（ステップＳ１０６）と、磁歪膜を冷却する工程（ステップＳ１０７）と、捩りトルクを除去する工程（ステップＳ１０８）と、再度加熱処理する工程（ステップＳ１０９）とから成っていた（例えば、特許文献１参照）。なお、図３のように磁歪膜が複数設けられている場合は、それぞれについてＳ１０５〜Ｓ１０８の工程により磁気異方性を付与する。
特許第３７３０２３４号公報

ステアリング軸に付与した磁歪膜に異方性を与える方法は、ステアリング軸にトルクを印加した状態で磁歪膜を高周波加熱によって加熱して磁歪膜をクリープさせ、次にトルクを付加したままでステアリング軸と磁歪膜を常温まで冷却した後に、トルクを除去することによって、磁歪膜に異方性を与える方法である。これにより得られるステアリング軸から入力されるトルクに対する出力であるインピーダンス値の特性は、図１８で示されたように、検出コイル３０６に対しては曲線Ｃ１１０のように操舵トルクの正側に最大値Ｐ１を持つほぼ凸形状の曲線となっており、検出コイル３０７に対しては曲線Ｃ１１１のように操舵トルクの負側に最大値Ｐ２を持つほぼ凸形状の曲線となる。この特性曲線の最大値を取る操舵トルクの値は、異方性を与えるときに印加するトルクの大きさによって変化し、印加するトルクが大きいほど２つの曲線の最大値を取る操舵トルクの値の差は大きくなる。例えば、図１８で示された特性曲線Ｃ１１０、Ｃ１１１を得るときよりも異方性を与えるときの印加トルクを大きくすると、特性曲線は、曲線Ｃ２１０と曲線Ｃ２１１のようになる。このときには、検出コイル３０６による検出値は、操舵トルクが負から正になるにつれてインピーダンスが増加し、操舵トルクが正の値Ｔ２となったときにインピーダンスが最大値Ｐ１２値となり、操舵トルクがＴ２以上では減少する。また、検出コイル３０７による検出値は、操舵トルクが負の値−Ｔ２のときにインピーダンスが最大値Ｐ２２をとり、操舵トルクの絶対値が増加すると減少する。また、検出コイル２０６により検出された特性曲線Ｃ２１０から検出コイル３０７により検出された特性曲線Ｃ２１１を引いた値を示すものは、直線Ｌ２０のようになり、直線Ｌ１０の傾きよりも小さくなる。この理由は、インピーダンスの特性の裾野の傾きおよび線形性が小さいことによる。図１８のように中立位置においては、Ｐ１２，Ｐ２２はＰ１、Ｐ２と比べて傾きが小さく線形性が小さくなる。そのため、異方性を与えるときに印加するトルクを大きくすると、そのトルクが小さいときよりも、ステアリング軸に入力されるトルクに対して出力されるインピーダンスの勾配は小さくなる。それゆえ、図２０で示されるように出力値と入力値の比で表されるゲインは、異方性を与えるときの印加するトルクが大きいほど小さくなる。また加熱温度が異なると、異方性の量や磁歪膜のクリープの状態が変化して、図２１で示されるように、加熱温度に依存してゲインが変化する。しかしながら、製造工程のなかで、これらの異方性を与えるときのステアリング軸に印加するトルクや加熱温度すべてを管理することは困難であり、製造が複雑になっていた。これにより、剛性が高く、直線性が高くしかもセンサごとのバラツキが小さいトルクセンサを広く提供することが困難であった。したがって、ゲインのバラツキを抑制する方法が望まれていた。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、ゲインのバラツキを抑制した磁歪式トルクセンサの製造方法およびこの製造方法で製造された磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置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と電動パワーステアリング装置は、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、回転軸に磁気異方性が付与された磁歪部を設ける工程と、磁歪部周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイルを配置する工程と、多重巻きコイルからの出力ゲインを調整するゲイン調整工程と、を含むことで特徴づけられる。

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、好ましくは回転軸に磁気異方性が付与された磁歪部を設ける工程は、回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で加熱処理する工程と、捩りトルクを解放することによって磁歪膜に磁気異方性を設ける工程と、からなることで特徴づけられる。

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、好ましくはゲインを調整する工程は、ゲインの設定を電気的に行うゲイン設定手段によりゲイン調整を行うことで特徴づけられる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置（請求項４に対応）は、ステアリング系に補助トルクを付加するモータと、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいてモータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、操舵トルクセンサを、上記の第１〜第３の製造方法によって作製された磁歪式トルクセンサとしたことで特徴づけられる。

本発明によれば、磁歪式トルクセンサをギヤボックスに組み付けた後に、ゲインを調整したので、磁歪膜にトルクを印加した状態で加熱し、さらに冷却後トルクを除去することにより異方性を与え、磁歪膜の磁気特性変化を検出コイルにより検出する磁歪式トルクセンサにおいて、印加トルクや加熱温度が変化して、異方性の量や磁歪膜のクリープの状態が変化する場合においても、トルクセンサ出力のゲインのバラツキを小さくすることができる。これにより、異方性付加時の工程での管理を軽減することができ、剛性が高く直線性が良くしかもセンサごとのバラツキが少ない、優れたトルクセンサを容易に製造することができ、広く提供することができる。
また、ゲインの調整を、磁歪膜を有するステアリング軸とコイルと検出回路の組み合わせによって行うことにより、コイルや検出回路のゲインのバラツキも補正することができ、コイルや電子部品精度の簡略化が可能となる。これにより、剛性が高く直線性が良くしかもセンサごとのバラツキが少ない、優れたトルクセンサを安価に製造することができ、さらに広く提供することができる。
さらに、ゲインの調整を電気的に行うゲイン設定手段を設けたので、部品を特性毎に選別する工程が不要となり、また選別した部品を準備・保管しておく必要がなくなり、組み立てラインを簡易化することが可能となる。これにより、剛性が高く直線性が良くしかもセンサごとのバラツキが少ない、優れたトルクセンサを安価に製造することができ、さらに広く提供することができる。
さらに、上記製造方法によって製造された磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置に搭載することにより、操舵フィーリングを良好にすることができる。

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。

図１は、本発明の第１の実施形態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。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２ａに対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２ａはステアリング軸１２ｂと自在軸継手１２ｃを介して連結されており、ステアリング軸１２ａの上端はステアリングホイール１１に連結され、ステアリング軸１２ｂの下端にはピニオン１３が取り付けられている。ピニオン１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオン１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。

ステアリング軸１２ｂに対し動力伝達機構１８を介してモータ１９が設けられている。動力伝達機構１８は、ウォームギヤ１８ａとウォームホイール１８ｂによって形成されている。モータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２ｂ，１２ａに与える。

ステアリング軸１２ｂには操舵トルク検出部（操舵トルクセンサ）２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えたとき、ステアリング軸１２ａ，ｂに加わった当該操舵トルクを検出する。２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報を車速に係る情報に基づいて、モータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４（図２、図３参照）に収納されている。

電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、車速検出部２１、制御装置２２、モータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。

運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２ｂに付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。

制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔ、車速信号Ｖに基づいてモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２ｂ，１２ａに作用させる。以上のごとくモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。

図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング３１から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。

３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンドであり、３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。

図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２ｂの支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成が明示される。

ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２ｂは２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部２０が付設されている。ステアリング軸１２ｂには磁歪膜２０ｕ，２０ｄが形成され、これらに対応してコイル２０ｒ，２０ｓ，２０ｒ’，２０ｓ’がヨーク部２０ｙに囲まれて設けられている。

ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルトで固定されている。ステアリング軸１２ｂの下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢されピニオン１３側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１８は、モータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ１８ａとステアリング軸１２ｂに固定されたウォームホイール１８ｂとによって形成される。操舵トルク検出部２０はリッド４３に取り付けられている。

操舵トルク検出部２０は、図３に示されるように鉄材等の強磁性材からなるステアリング軸（シャフト）１２ｂの周囲２箇所に設けられた磁歪膜２０ｕ，２０ｄと、磁歪膜２０ｕ，２０ｄの磁化の変化を検出するコイル２０ｒ，２０ｒ’と、抵抗として用いるコイル２０ｓ，２０ｓ’とから構成されている。

また、コイル２０ｒ，２０ｒ’およびコイル２０ｓ，２０ｓ’の外周にはヨーク部２０ｙが設けられている。操舵トルク検出部２０は、ステアリング・ギヤボックス２４内に設けられており、ステアリング軸１２ｂに作用する操舵トルクを検出し、その検出値は制御装置２２へ入力されて、モータ１９に適切な補助操舵トルクを発生させるための基準信号として供給される。また、符号２０ｘは、検出回路を示す。

ここで用いられる操舵トルク検出部２０は、磁歪式トルクセンサであり、図３に示すように、ステアリング軸１２ｂの表面に例えばＮｉ−Ｆｅメッキで磁気異方性を有する磁歪膜を、上下２箇所（２０ｕおよび２０ｄ）にそれぞれ逆方向の異方性となるように軸方向所定幅で設け、磁歪膜２０ｕ，２０ｄに操舵トルクが作用したときに発生する逆磁歪特性を、磁歪膜２０ｕ，２０ｄの周囲に配設したコイル２０ｓ，２０ｓ’の交流抵抗等を利用して検知するものである。

電動パワーステアリング装置１０の制御装置２２は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔ、および車速検出部２１からの車速信号Ｖを利用し、補助操舵力を出力する支援用のモータ１９をＰＷＭ駆動し、運転者の操舵力を軽減している。

図４を参照して、本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法を説明する。図４は、磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフロー図である。磁歪式トルクセンサでは、ステアリング軸の下端にピニオンを加工する工程（ステップＳ１１）と、ピニオンを焼入れする工程（ステップＳ１２）と、磁歪膜を付与する工程（ステップＳ１３）と、捩りトルクを付与する工程（ステップＳ１４）と、磁歪膜を加熱処理する工程（ステップＳ１５）と、磁歪膜を冷却する工程（ステップＳ１６）と、捩りトルクを除去する工程（ステップＳ１７）と、再度加熱処理する工程（ステップＳ１８）と、多重巻きコイルを配置し、検出回路を接続する工程（ステップＳ１９）と、回転軸をギヤボックスに組み付ける工程（ステップＳ２０）と、検出回路に設けられたゲイン調整部によりゲインを調整する工程（ステップＳ２１）から成っている。

以下に各工程を説明する。
ステップＳ１１：ステアリング軸１２ｂの下端にピニオン１３を加工する。
ステップＳ１２：ピニオン１３を焼き入れる。
ステップＳ１３：ステアリング軸１２ｂに磁歪膜２０ｕ，２０ｄをメッキ処理する。メッキ処理は、磁歪材が所定の膜厚（例えば、３０μｍ）で施される。
ステップＳ１４：メッキ処理後に、捩りトルクＴｑ（ステアリング軸１２ｂの上部を反時計方向へ、下部を時計方向へ加える）を作用させてステアリング軸１２ｂの円周表面に応力を付与する。ここで、捩りトルクＴｑは従来の製造時に作用させる捩りトルクＴｑよりも大きな捩りトルクＴｑを作用させる。例えば、従来の捩りトルクＴｑを７０N・mとするのに対して捩りトルクＴｑとして７５N・mを作用させる。
ステップＳ１５：この捩りトルクＴｑを作用させたまま、磁歪膜２０ｕの周囲をコイルで囲み、このコイルに対して高周波の電流を流し、磁歪膜２０ｕを加熱処理する。
ステップＳ１６：加熱処理後は自然に冷却させる。
ステップＳ１７：冷却後、捩りトルクＴｑを取り除く。ここで、プリロードトルク（ステアリング軸１２ｂに残っている捩りトルク）は−６０N・m程度になっている。
ステップＳ１８：捩りトルクＴｑ除去後、再び加熱処理を行う。この再度加熱処理では、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、例えば２００℃で２時間加熱処理を行う。ここで、プリロードトルクは−５５N・m程度になっている。
ステップＳ１９：再加熱処理後、磁歪膜２０ｕ，２０ｄに対応する位置に多重巻きコイルを配置し、検出回路を接続する。
なお、ここでは磁歪膜２０ｕについてのみ記載したが、磁歪膜２０ｄについてもＳ１４〜Ｓ１７の工程により磁気異方性を付与する。ただし、捩りトルクの方向は互いに異なる方向となる。
ステップＳ２０：回転軸をギヤボックスに組み付ける。
ステップＳ２１：検出回路に設けられたゲイン調整部によりゲインを調整する。

図５は捩りトルク付与工程から捩りトルク除去工程までの間での捩りトルクＴｑの印加と温度変化を示した図である。矩形の線はトルクを示し、破線は温度を示す。図６は加熱処理工程でのステアリング軸１２ｂを示す図である。ステアリング軸１２ｂに対して捩りトルクＴｑとして７５N・mを付与し、コイルに高周波電流を流すことによって加熱する。加熱処理は図６に示すようにコイル５０を加熱処理する部位である磁歪膜２０ｕに対して配置し、例えばこのコイル５０に対して５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの高周波の電流を、ｔｕ＝１〜１０［秒］の間流すことによって行う。これにより、ｔｕ秒後には温度３００℃となる。この時点で加熱を停止、つまり電流の供給を停止し、冷却する。所定の温度まで下がったとき（例えば、ｔｅ秒後）に、捩りトルクＴｑを解放する。

図７は、再度加熱処理する工程でのステアリング軸１２ｂを示す図である。ステアリング軸１２ｂをコイルに高周波電流を流すことによって加熱する。加熱処理は図７に示すようにコイル５０，５１をそれぞれ加熱処理する部位である磁歪膜２０ｕ，２０ｄとピニオン１３に対して配置し、例えばこのコイル５０，５１に対して５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの高周波の電流を、数分間流すことによって行う。ここでは、温度が２００℃になるように電流を調整する。

図８は、再加熱処理後、磁歪膜２０ｕ，２０ｄに対応する位置に多重巻きコイルを配置し、検出回路を接続するステップＳ１９と回転軸をギヤボックスに組み付けるステップＳ２０を示す図である。ステアリング軸１２ｂの磁歪膜２０ｕ，２０ｄの周りにコイル２０ｒ，２０ｓ，２０ｒ’，２０ｓ’が配置されるようにリッド４３を配置し、ギヤボックス２４を形成するハウジングにステアリング軸１２ｂを２つの軸受け部４１，４２に設置する。

図９は、トルクセンサの検出回路２０ｘの回路構成を示す図である。トルクセンサ２０は、ステアリング軸（シャフト）１２ｂの２ヶ所にそれぞれ逆の磁気異方性を持つように磁歪膜２０ｕ、２０ｄが堆積されている。これら磁歪膜２０ｕ，２０ｄは、ステアリング軸１２ｂにトルクが印加されると、そのトルクに応じて磁気特性が変化する磁気特性変化部として作用する。この回路では、ステアリング軸（シャフト）１２ｂにトルクが印加されたときの磁歪膜２０ｕ，２０ｄの磁化の変化をインダクタンスの変化として検出するコイル２０ｒ’，２０ｓが磁歪膜の周囲に設けられている。また、この回路では、コイル２０ｒ’，２０ｓに直列にコイル素子２０ｒ，２０ｓ’が接続されている。コイルと素子で形成する２つの直列回路にそれぞれ所定の周期で電圧を印加するスイッチング素子（図示せず）とそれらに接続された定電圧源（図示せず）から構成される励磁回路５２を有している。

また、この回路は、コイル２０ｒ’，２０ｓそれぞれの両端の電圧変化を検出するためにコイル２０ｒ，２０ｒ’とコイル２０ｓ，２０ｓ’の接続部から検出端子５３，５４を設けている。さらに、２つの検出端子５３，５４から検出される電圧変化をそれぞれ反転して整流して直流電圧を出力する２つの反転整流部６３，６４と、反転整流部それぞれから出力された直流電圧を増幅する増幅部６５，６６を備えている。また、この回路は、増幅部６５，６６それぞれからの出力を設定されたゲインを乗じて出力するＣＰＵからなるゲイン調整部６７を備え、そのゲイン調整部６７から出力される２つの直流電圧の差を演算する演算部６８を備えている。

次に、このように構成されたトルクセンサの動作を説明する。励磁回路５２の図示しないスイッチング素子を所定の周期でオンオフを繰り返して測定する。

図示しないスイッチング素子をオンオフしたとき、この抵抗２０ｒ’，２０ｓ’とコイル２０ｒ，２０ｓを含む回路に電流が流れ、端子５３，５４は、電圧が変化する。このときのコイルのインダクタンスはＬ（μ）のものである。反転整流部６３，６４からは、直流電圧が出力される。その出力電圧はインダクタンスＬ（μ）の違いによって異なった値を示す。インダクタンスＬ（μ）は、磁歪膜の透磁率μに依存し、その透磁率μは磁歪膜にトルクが作用することによって変化するため、この電圧を測定することにより、操舵トルクを検出することができる。

増幅部６５，６６では、それらの直流電圧を増幅し、ＣＰＵに入力する。ＣＰＵのゲイン調整部６７では、予め設定されたゲインで入力された直流電圧を乗じてＶＴ１、ＶＴ２として出力する。また、演算部６８によりＶＴ１とＶＴ２の差をとったＶＴ３を出力する。ステアリング軸１２ｂをギヤボックス２４に組み付けた後にゲイン調整部６７を調整することにより、ゲインのバラツキを抑制してトルクを検出することができる。

図１０は、ゲイン調整部６７によりゲインの設定を行うときのゲイン設定装置を示す。図１０は、図２で示した電動パワーステアリング装置のステアリング軸１２ｂにステアリングホイール１１を取りつけた状態にゲイン設定装置７０をセットアップしたときの図である。ゲイン設定装置７０は、操舵トルク計測アンプ７１とトルク信号モニタ７２とゲイン設定書き込み装置７３から構成される。操舵トルク計測アンプ７１は、電動パワーステアリング装置のステアリングホイール１１から操舵トルク計測を行い、その計測値を増幅して、トルク信号モニタ７２に出力する。トルク信号モニタ７２は、操舵トルク計測アンプ７１からの信号と、トルクセンサ２０からの信号ＶＴ１，ＶＴ２，ＶＴ３をモニタする。ゲイン設定書き込み装置７３は、トルク信号モニタ７２でモニタする操舵トルク計測アンプ７１からの信号とトルクセンサ２０からの信号に基づいてゲイン調整部６７を調整しゲインを設定する。

ゲインの設定は、次のようにして行う。図１０で示されるゲイン設定装置７０を用いて、トルクセンサ２０の出力と操舵トルク計測アンプ７１からの出力をトルク信号モニタ７２にて収録する。次に、操舵トルク計測アンプ７１の出力（基準）のゲインとトルクセンサ２０の出力ゲインを比較し、ゲインの比を演算し、トルクセンサゲイン調整値とする。次に、トルクセンサゲイン調整値をゲイン設定書き込み装置７３を用いて検出回路２０ＸのＣＰＵ６７に書き込む。ＣＰＵ６７は、ゲイン調整値信号を出力し、制御装置２２は、ゲイン調整値信号とトルク信号ＶＴ３に基づいて制御する。

図１１は、ゲイン設定装置７０でゲイン調整部６７を調整、設定する前後のトルクに対するトルク検出電圧の関係を示すグラフである。図１１（ａ）は、ゲインを調整、設定する前のトルク−トルク検出電圧の関係を示し、図１１（ｂ）は、ゲインを調整、設定後のトルク−トルク検出電圧の関係を示す。操舵トルクとトルクセンサ信号ＶＴ１、ＶＴ２の関係（直線Ｌ８０と直線Ｌ８１）がそれぞれ図１１（ａ）で示す設定範囲Ｒ８０、Ｒ８１になるように、ゲイン設定書き込み装置７３により、ＣＰＵのゲイン調整部６７にゲインを調整、設定する。図１１（ｂ）は、ゲイン調整、設定後のトルクとトルク検出電圧の関係を示すグラフである。図１１（ｂ）で示されるように、ゲイン調整、設定後は、左右対称なので、右トルクのみを見ればよいことになる。このようにゲインを調整、設定することにより、磁歪膜に異方性を与えるときの印加トルクのバラツキによってゲインが変化してしまっても、各トルク値に対してゲインを設定することになるので、図１１（ｂ）に示すようなトルクとトルク検出電圧との関係を得ることができる。

このように、本発明での製造方法では、トルクセンサ単体の調整時に比べてバラツキが少なくなる。また、トルクセンサ単体で完璧に調整したとしても、実際に車両に搭載した場合には、ギヤボックスによる誤差要素（例えば、ギヤの噛み合いによる左右差等）が発生する。それゆえ、このようにギヤボックスに搭載した形でゲインを調整することで、これらを含めて精度の高い調整が可能になる。この結果、良好な検出精度を有する磁歪式トルクセンサが得られる。

図１２は本発明の第２の実施形態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１１０は、車両のステアリングハンドル１２１から車両の操舵車輪（例えば前輪）１３１，１３１に至るステアリング系１２０と、このステアリング系１２０に補助トルクを加える補助トルク機構１４０とからなる。

ステアリング系１２０は、ステアリングハンドル１２１（操舵部材）にステアリングシャフト１２２及び自在軸継手１２３，１２３を介してトルク伝達軸１２４を連結し、トルク伝達軸１２４にラックアンドピニオン１２５を介してラック軸１２６を連結し、ラック軸１２６の両端にボールジョイント１２７，１２７、タイロッド１２８，１２８及びナックル１２９，１２９を介して左右の操舵車輪１３１，１３１を連結した構成である。
ラックアンドピニオン１２５は、トルク伝達軸１２４に設けたピニオン１３２と、ラック軸１２６に形成したラック１３３とからなる。

運転者がステアリングハンドル１２１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１２５、ラック軸１２６及び左右のタイロッド１２８，１２８を介して、左右の操舵車輪１３１，１３１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１１０は、ステアリングハンドル１２１の操舵に応じた操舵トルクを、ラックアンドピニオン１２５を介してラック軸１２６に伝達することにより、ラック軸１２６を介して操舵車輪１３１，１３１を操舵するようにしたものである。

補助トルク機構１４０は、ステアリングハンドル１２１に加えたステアリング系１２０の操舵トルクを磁歪式トルクセンサ１４１で検出し、このトルク検出信号に基づき制御部１４２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１４３で発生し、補助トルクをボールねじ１４４を介してラック軸１２６に伝達するようにした機構である。

電動モータ１４３のモータ軸１４３ａは、ラック軸１２６を囲う中空軸である。ボールねじ１４４は、ラック軸１２６のうちラック１３３を除く部分に形成したねじ部１４５と、ねじ部１４５に組付けたナット１４６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１４６は、モータ軸１４３ａを連結したものである。

電動パワーステアリング装置１１０によれば、トルク伝達軸１２４に伝わった操舵トルクを磁歪式トルクセンサ１４１にて検出するとともに、ステアリングハンドル１２１を操舵する操舵トルクをトルク伝達軸１２４並びにラックアンドピニオン１２５を介してラック軸１２６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１４３の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸１２６で操舵車輪１３１，１３１を操舵することができる。

図１３は本発明の第２の実施形態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１４は図１３の３−３線断面図である。
図１３及び図１４に示すように、電動パワーステアリング装置１１０は、トルク伝達軸１２４、ラックアンドピニオン１２５、電動モータ１４３、ボールねじ１４４及び磁歪式トルクセンサ１４１を、車幅方向（図１３の左右方向）へ延びるハウジング１５１に収納したものである。

ハウジング１５１は、概ね管状の第１ハウジング１５２並びに第２ハウジング１５３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１５３は、電動モータ１４３におけるモータケースの役割を兼ねる。
第１ハウジング１５２は、上部開口をリッド１５４で塞ぎ、トルク伝達軸１２４の上端部、長手中央部及び下端部を、上中下３個の軸受１５５〜１５７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１５８を備える。

ラックガイド１５８によって、トルク伝達軸１２４の長手方向へのラック軸１２６の移動を規制するとともに、ピニオン１３２とラック１３３との噛み合いが離れる方向へのラック軸１２６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１２４の詳細について、図１４及び図１５に基づき説明する。
図１５（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１２４の分解構造を示し、（ｂ）はトルク伝達軸１２４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１２４の組立状態の外観を示す。

図１５に示すように、トルク伝達軸１２４は、互いに同軸に配列したトルク側軸１６１及びピニオン軸１６２からなり、これらのトルク側軸１６１及びピニオン軸１６２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１６１及びピニオン軸１６２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１６１は、一端に略六角形のフランジ部１６１ａを有するとともに、嵌合孔１６５（つまり、中空部１６５）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１６５を貫通した２個のピン孔１６６，１６６を有する。嵌合孔１６５は図１５（ｃ）に示すように、円形断面を呈するトルク側軸１６１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１６６，１６６は、トルク側軸１６１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１６２（つまり、作用軸１６２）は、一端部から他端部へ向かって被支承部１６２ｃ、ピニオン１３２、治具掛け部１６２ｂ、フランジ部１６２ａ、被支承部１６９、嵌合軸部１６３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１３２，１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６３，１６９はピニオン軸１６２に対して同軸に配列されている。図１４に示すように、下端の被支承部１６２ｃは最下部の軸受１５７にて支承される部分であり、被支承部１６９は中間部の軸受１５６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１６２は、一端部に形成されたピニオン１３２と、他端面から嵌合孔１６５へ向かって延びる小径の細長い嵌合軸部１６３と、ピニオン１３２と嵌合軸部１６３の基端との間において外周面に形成された被支承部１６９と、ピニオン１３２と被支承部１６９との間に形成された略円形のフランジ部１６２ａ並びに治具掛け部１６２ｂとを有している。治具掛け部１６２ｂは後述する治具を掛ける部分である。

嵌合軸部１６３は、トルク側軸１６１の全長よりも長い部分であって、嵌合孔１６５を貫通するとともに、嵌合孔１６５から突出した先端部には自在軸継手１２３（図１参照）に連結するための連結部１６８を有する。連結部１６８は、例えばセレーションからなる。

さらに嵌合軸部１６３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１６３ａ，１６３ａと、嵌合鍔部１６３ａと連結部１６８との間に形成された治具掛け部１６３ｂとを有している。治具掛け部１６３ｂは後述する治具を掛ける部分である。

嵌合鍔部１６３ａ，１６３ａは、図１５（ｃ）に示すように嵌合孔１６５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１６３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１６４，１６４を有する。嵌合鍔部１６３ａ，１６３ａにおけるピン孔１６４，１６４の位置は、トルク側軸１６１におけるピン孔１６６，１６６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１６５の径は、被支承部１６９の径よりも小さく設定される。

トルク伝達軸１２４の組立手順は次の通りである。
先ず、トルク側軸１６１において各ピン孔１６６，１６６の位置に、これらのピン孔１６６，１６６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１６２にはピン孔１６４，１６４又はこれの下孔を開けていない。

次に、トルク伝達軸１２４の分解状態において、ピニオン軸１６２の被支承部１６９に軸受１５６（図１４参照）を嵌合して、フランジ部１６２ａの端面に軸受１５６のインナレースを当てる。これで、ピニオン軸１６２に軸受１５６を嵌合にて取付けることができる。
次に、嵌合孔１６５に嵌合軸部１６３を圧入して嵌合するとともに、２つのフランジ部１６１ａ，１６２ａで軸受１５６を挟み込む。

次に、上記トルク側軸１６１の下孔の位置に、嵌合軸部１６３と共に貫通する上のピン孔１６４，１６６及び下のピン孔１６４，１６６を開ける。
次に、各ピン孔１６４，１６４，１６６，１６６にピン１６７，１６７を圧入する。この結果、図１５（ｂ），（ｃ）に示すように、ピン１６７，１６７によってトルク側軸１６１とピニオン軸１６２とを、互いに一体的に連結させて、１個のトルク伝達軸１２４に組み立てることができる。これで、トルク伝達軸１２４の組立作業を完了する。

トルク側軸１６１とピニオン軸１６２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１６１は中空軸からなり、ピニオン軸１６２は中空軸に嵌合する中実軸からなる。なお、ピニオン軸１６２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１６５及び嵌合鍔部１６３ａ，１６３ａ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１２１（図１２参照）から連結部１６８を介してピニオン軸１６２に伝わった操舵トルクは、ピニオン軸１６２からピン１６７，１６７を介してトルク側軸１６１にも伝達されることになる。

次に、磁歪式トルクセンサ１４１の詳細について、図１４〜図１６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１４１は、外部からトルクが作用するトルク伝達軸１２４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１７１，１７２を設け、この磁歪膜１７１，１７２の周囲に、磁歪膜１７１，１７２に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部１７３を設けたものである。

より詳しく述べると、トルク側軸１６１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１７１，１７２を有する。磁歪膜１７１，１７２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１６１の表面には、第１磁歪膜１７１と第２磁歪膜１７２との間に、磁歪膜が全く存在しない非磁歪部１７９を有している。なお、２つの磁歪膜１７１，１７２は、連続した１つの磁歪膜であってもよい。

磁歪膜１７１，１７２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１６１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１７１の磁歪方向に対して、第２磁歪膜１７２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１４に示すように、検出部１７３は、トルク側軸１６１を通した筒状のコイルボビン１７４，１７５と、コイルボビン１７４，１７５に巻いた第１多層ソレノイド巻きコイル１７６並びに第２多層ソレノイド巻きコイル１７７と、第１・第２多層ソレノイド巻きコイル１７６，１７７の周囲を囲う磁気シールド用バックヨーク１７８と、からなる。
第１・第２多層ソレノイド巻きコイル１７６，１７７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１７６のことを第１検出コイル１７６と言い換え、第２多層ソレノイド巻きコイル１７７のことを第２検出コイル１７７と言い換えることにする。

操舵トルクに応じてトルク側軸１６１に発生した捩れを、第１・第２検出コイル１７６，１７７にて磁気的に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。

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１２４並びに磁歪膜１７１，１７２の製造方法について説明する。

トルク伝達軸１２４並びに磁歪膜１７１，１７２の製造方法は、図１５及び次の図１６に示す工程で製造するものである。図１６（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１６では軸受１５６（図１４参照）を省略している。

先ず、図１５（ａ）に示すように、トルク伝達軸１２４となる、磁歪膜１７１，１７２が外周面に施された中空軸１６１及びこの中空軸１６１に嵌合する中実軸１６２の、２つの部材を準備する（軸準備工程）。
次に、図１５（ｂ）〜（ｃ）に示すように、中空軸１６１に中実軸１６２を圧入して、ピン１６７，１６７で互いに連結する（軸連結工程）。この結果、図１５（ｄ）に示すトルク伝達軸１２４を製造することができる。

次に、図１６に示すように、中空軸１６１と中実軸１６２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１７１，１７２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１６（ａ）に示すように、第１の治具２０１を、中実軸１６２の一端部に有している治具掛け部１６２ｂ（又は、治具掛け部１６２ｂ及びフランジ部１６２ａの両方）に掛ける。
また、第２の治具２０２を、中実軸１６２の他端部に有している治具掛け部１６３ｂ（又は治具掛け部１６３ｂ及び連結部１６８（セレーション６８））の両方に掛ける。

次に、図１６（ｂ）に示すように、第１磁歪膜１７１に加熱装置をセット、例えば高周波焼入装置２０３をセットする。高周波焼入装置２０３は、第１磁歪膜１７１の周囲を囲う加熱用コイル２０４と、加熱用コイル２０４に高周波数の交流電力を供給する電源装置２０５とからなる。

次に、第２の治具２０２を図時計回りＲ１に捩るとともに、第１の治具２０１を第２の治具２０２とは逆の図反時計回りＲ２に捩る。このようにして、中実軸１６２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１６１は中実軸１６２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１６１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１７１にも正方向のトルクが付与される。

次に、図１６（ｂ）に示すように、第１・第２の治具２０１，２０２によるトルクを付与しつつ、第１磁歪膜１７１（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２０３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１６（ｃ）に示すように、第１磁歪膜１７１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２０１，２０２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１７１の加熱時間を３〜５ｓｅｃ程度に設定した場合には、第１磁歪膜１７１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１７１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１７１を冷却すればよい。

次に、図１６（ｄ）に示すように、第２磁歪膜１７２に高周波焼入装置２０３をセットする。
次に、前回とは逆に、第２の治具２０２を図反時計回りＲ２に捩るとともに、第１の治具２０１を第２の治具２０２とは逆の図時計回りＲ１に捩る。このようにして、中実軸１６２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１６１は中実軸１６２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１６１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１７２にも負方向のトルクが付与される。

次に、図１６（ｄ）に示すように、第１・第２の治具２０１，２０２によるトルクを付与しつつ、第２磁歪膜１７２（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２０３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１６（ｅ）に示すように、第２磁歪膜１７２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２０１，２０２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１７２の加熱時間を３〜５ｓｅｃ程度に設定した場合には、第２磁歪膜１７２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１７２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１７２を冷却すればよい。
この結果、第１・第２磁歪膜１７１，１７２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、この製造方法によれば、先ず、磁歪膜１７１，１７２が外周面に施された中空軸１６１に対して、中実軸１６２（作用軸１６２）を圧入して互いに連結することで、トルク伝達軸１２４を製造する。圧入と連結による影響を受けた磁歪膜１７１，１７２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、この製造方法では、次に、中実軸１６２と中空軸１６１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１７１，１７２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１７１，１７２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１６２と中空軸１６１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１７１，１７２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１７１，１７２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１７１，１７２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１７１，１７２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１７１，１７２に熱処理を施すことにより、クリープを利用して、磁歪膜１７１，１７２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１７１，１７２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１７１と第２磁歪膜１７２との、磁歪異方性を設定することができる。

次に、再加熱処理後、磁歪膜１７１，１７２に対応する位置に多重巻きコイルを配置し、第１の実施形態の図９で示した検出回路と同様の検出回路を接続する。トルク伝達軸１２４をギヤボックスに組み付ける。検出回路に設けられたゲイン調整部によりゲインを調整する。このゲインの調整は、第１の実施形態で説明した図１０で示されるゲイン設定装置を用いて、第１の実施形態と同様にして行う。

なお、本発明の実施の形態において、中空軸１６１と中実軸１６２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。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明は、電動パワーステアリング装置の操舵トルクを検出するための磁歪式トルクセンサの製造方法として利用される。また、自動車等に用いる電動パワーステアリング装置として利用される。

本発明の第１の実施形態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。 電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフロー図である。 捩りトルク付与工程から捩りトルク除去工程までの間での捩りトルクＴｑの印加と温度変化を示した図である。 加熱処理工程を示す図である。 再度加熱処理する工程を示す図である。 多重巻きコイルを配置し、検出回路を接続する工程とギヤボックスに組み付ける工程を示す図である。 検出回路の回路構成を示す図である。 ゲイン設定装置のセットアップを示す図である。 ゲイン設定装置７０でゲイン調整部６７を調整、設定する前後のトルクに対するトルク検出電圧の関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 本発明の第２の実施形態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１３の３−３線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るトルク伝達軸の構成図である。 本発明の第２の実施形態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。 磁歪式トルクセンサの模式図である。 磁歪特性を示す図である。 従来の磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフロー図である。 異方性を与えるときの印加トルクに対するゲインの変化を示すグラフである。 異方性を与えるときの加熱温度に対するゲインの変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ステアリングホイール
１２ａ，１２ｂ ステアリング軸
１９ モータ
２０ 操舵トルク検出部
２０ｕ 磁歪膜
２０ｄ 磁歪膜
２０ｒ コイル
２０ｓ コイル
２０ｘ 検出回路
２２ 制御装置
６７ ゲイン調整部
７０ ゲイン設定装置

Claims (4)

1. 回転軸に磁気異方性が付与された磁歪部を設ける工程と、
   前記磁歪部周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイルを配置する工程と、
   前記多重巻きコイルからの出力ゲインを調整するゲイン調整工程と、
   を含むことを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。
2. 前記回転軸に磁気異方性が付与された磁歪部を設ける工程は、
   前記回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で加熱処理する工程と、
   前記捩りトルクを解放することによって前記磁歪膜に磁気異方性を設ける工程と、
   からな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。
3. 前記ゲインを調整する工程は、ゲインの設定を電気的に行うゲイン設定手段によりゲイン調整を行う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。
4. ステアリング系に補助トルクを付加するモータと、前記ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくとも前記操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて前記モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵トルクセンサを、請求項１〜３いずれかに記載された製造方法によって作製された磁歪式トルクセンサとしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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