JP2017509861A - 自動車ステアリングシャフトのトルクセンサのための強磁性部品を作製する方法、及びトルクセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するトルクセンサのための強磁性部品（１７、３３）を作製する方法に関する。強磁性材料から成る金属シート部材を用意し、この金属シート部材を変形させることで強磁性部品（１７、３３）を形成する。金属シート部材の強磁性材料として、電磁鋼板が使用される。

Description

本発明は、自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するトルクセンサのための強磁性部品を作製する方法に関する。強磁性材料から成る金属シート部材を用意し、それを変形させ、強磁性部品を成形する。本発明はまた、自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するトルクセンサにも関する。該トルクセンサは少なくとも１つの強磁性固定子部品を有し、この強磁性固定子部品によって、磁束が磁石からトルクセンサの少なくとも１つの磁束導体へと伝達され、またこの磁束導体から少なくとも１つの磁気センサへとさらに伝達される。

自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するトルクセンサは、既に先行技術となっている。そのようなトルクセンサは、例えば電動ステアリングシステムにおいて使用される。開示されているトルクセンサとしては、例えば特許文献１（US2004/0194560A1）や特許文献２（DE10240049A1）で開示されているものがある。これらの場合におけるトルクセンサ装置は、ステアリングシャフトの２つのシャフト部品、すなわちサブシャフトに取り付けられる。それらのシャフト部品は、軸方向において互いに対向するように配置されており、またトーションバーを介して互いに連結されている。一方のシャフト部品には磁石（例えばリング状の磁石）が配置され、他方のシャフト部品には磁性固定子を有するブラケットが取り付けられる。この磁性固定子は、僅かなエアギャップを介して永久磁石と径方向において対向するように配置されている。固定子は通常２つの固定子部品から成るが、この固定子によって、磁石の磁束が第１及び第２磁束導体へと伝達される。磁束はさらに磁束導体から磁気センサ（例えばホールセンサ）へと伝達される。この場合、磁気センサは２つの磁束導体の間に配置される。

上述のような型のトルクセンサは、特許文献３（DE102007043502A1）からも知ることができる。

また、ステアリングシャフトの現在の操舵角を検出するための操舵角センサも先行技術によって開示されている。例えば特許文献４（DE102008011448A1）で開示されている装置があるが、この場合、ステアリングシャフトの回転運動が歯車部品を介して磁石を有する比較的小さい歯車へと伝達される。そして、この比較的小さい歯車の回転が磁気センサによって検出される。

複合センサもまた知られており、この場合、トルクセンサ装置と操舵角センサ装置が１つの構造ユニットとなるように一体的に成形されている。トルクセンサと操舵角センサを有するそのような装置は、例えば特許文献５（DE102010033769A1）で開示されている。

そのようなトルクセンサは、リング状の磁石と、それぞれが１つのリング状ディスクを有する２つの固定子部品と、複数の歯状部材と、磁界を磁界センサに収束させる２つの磁束導体とから成る磁気回路を有する。この場合、固定子部品と磁束導体は強磁性材料から成る。しかしながらこの方法においては、磁気ヒステリシスの点で強磁性材料に対して多くのことが要求される。この場合、一般的な鉄材料（例えば標準的な深絞りグレードＤＣ０４のもの）を使用することはできず、十分良好なトルクセンサの特性曲線、特に、低いヒステリシス、を得るには、代わりに特別な軟磁性合金が必要となる。固定子部品や磁束導体の作製に使用される既知の合金のニッケル（Ｎｉ）含有量は、３０％から８０％である。このような合金の欠点は、ニッケルの価格が高いためにコストを大幅に上げる要因になることがある。よって、そのような合金を用いたトルクセンサの製造は、他の自動車部品の製造と比べてコストが高くなる。また、鉄ニッケル合金は、製造や熱膨張率に関してさらに多くの欠点を抱えている。

米国特許出願公開US2004/0194560A1 独国特許出願公開DE10240049A1 独国特許出願公開DE102007043502A1 独国特許出願公開DE102008011448A1 独国特許出願公開DE102010033769A1

本発明の目的は、自動車ステアリングシャフトのトルクセンサのための強磁性部品を作製する方法を提案することであり、該方法は、先行技術と比較して改良された方法である。また、改良されたトルクセンサを提案することも含まれる。

上記の目的は、各独立請求項に記載の特徴を有する本発明の方法とトルクセンサによって達成される。本発明の有用な実施形態は、従属請求項、明細書、図面により開示される。

本発明による方法は、自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するトルクセンサのための強磁性部品を作製する際に有用である。強磁性材料から成る金属シート部材を用意し、それを変形させ、強磁性部品を成形する。本発明においては、金属シート部材の強磁性材料として電磁鋼板を使用する。よって、金属シート部材は電磁鋼板から得られる。

本発明によれば、強磁性部品の作製に鉄ニッケル合金を使用する代わりに、代替材料として電磁鋼板が提案される。この軟磁性材料は鉄ケイ素合金であり、ケイ素の含有量は２％から４％である。本発明の基となった知見は、そのような電磁鋼板が、本願、つまりステアリングシャフトのトルクセンサに特に適しており、鉄ニッケル合金と比較しても利点があるということである。そのような電磁鋼板、特に無方向性でセミプロセス電磁鋼板を用いても、良好な軟磁性特性得られることが分かっている。鉄ニッケル合金と比較すると、電磁鋼板は特に生産コストや熱膨張率の点で利点が大きい。

本願に特に適しているのは、いわゆる無方向性（ＮＧＯ：Non-grain-oriented）の電磁鋼板である。これは回転方向とその横断方向との両方において均一な磁気特性を有する。これはトルクセンサの場合に有利に働く。というのも、そのようなトルクセンサは回転方向において対称であり、均一な磁気特性を備えることが当然有利だからである。無方向性の電磁鋼板を用いることでそのような利点が確保される。

半製品部品としてのいわゆるフルプロセス電磁鋼板とセミプロセス電磁鋼板では基本的に異なる。電動モータや変圧器を製造するには、先行技術においては通常、フルプロセス電磁鋼板が用いられる。フルプロセス電磁鋼板の場合、さらに加熱処理をして必要な軟磁性特性を得るということはしない。しかしながら、フルプロセス電磁鋼板をステアリングシャフトのトルクセンサに使用する場合、十分な軟磁性特性が得られないことが分かっている。このため、一実施形態においては、セミプロセス電磁鋼板を用いる。このセミプロセス電磁鋼板は、成形処理の後、つまり変形処理を行って強磁性部品を形成した後に、加熱処理を施されるのが好ましい。これによって、トルクセンサの軟磁性特性と、特に磁気ヒステリシスの相対的な低さの点で、かなり良い結果がもたらされる。

よって、一実施形態においては、金属シート部材を変形させ強磁性部品を形成した後に、その部品に対して焼鈍（アニール）処理を施す。この実施形態は、セミプロセス電磁鋼板をトルクセンサに用いた場合でも、その電磁鋼板の軟磁性特性は１００％十分ではないという知見に基づいている。特に良好な磁気ヒステリシスは、部品の加熱処理によって初めて得られる。

ここでは、標準的な８４０℃より低い温度での焼鈍処理では不十分であると分かっている。この場合、８５０℃以上のかなり高い温度で、特に８５０℃から１２５０℃の間の温度、好ましくは１１００℃から１１５０℃の間の温度で）部品に焼鈍処理を施すことで、良好な軟磁性特性が得られる。

また、焼鈍処理、つまり部品の加熱処理は、２時間以上、特に３時間以上行うとよい。焼鈍処理を施す時間の長さは、例えば４〜５時間である。これによりトルクセンサの軟磁性特性がさらに向上する。

また、部品の焼鈍処理は、脱炭反応を引き起こす雰囲気下、特に脱炭反応を引き起こす水素雰囲気下で行うと、さらなる改善がもたらされる。このようにすれば、部品から炭素が取り除かれ、軟磁性特性と、特に磁気ヒステリシスが向上する。

焼鈍処理の後は、部品に冷却処理を施すのが好ましい。また、冷却処理の間には、部品に酸化処理を施すのが好ましい。電磁鋼板は微量の湿気があるだけでも腐食し始める。よって、部品を密封されたハウジング内に設置する際でも、腐食を防ぐ対策が必要となる。一般的なコーティング方法、例えばラッカリングやガルバニック保護層を設ける方法では、それだけ工程が増えるという欠点があるため、都合が悪い。よって本実施形態においては、冷却処理の際に、つまり焼鈍処理の直後に、部品の特定部分を酸化させる。この方法は、部品の酸化処理が冷却処理と同時に行われるという利点があり、部品の製造時間も変わらない。よって、腐食防止の工程をさらに加える必要はない。

酸化処理は、部品の温度が６００℃以下、特に５５０℃以下になったときに行われるのが好ましい。その付近の温度になる頃には、部品が最適な軟磁性特性を有するようになっている。

酸化処理を有効に行うには、保護ガス雰囲気の露点温度を、水蒸気を混入することで大幅に上昇させる。それにより、マグネタイトから成る密な酸化層が部品に形成され、腐食を十分に防ぐことができる。このときの反応式は次のようになる。

特に連続炉の場合は、その冷却ゾーンにおいて上述の酸化処理を行うようにすれば都合がよい。そのようにすることで、部品に対して追加的な処理を施す必要がなくなる。さらに、余熱が利用できるため、部品の再加熱が不要になる。

よって、焼鈍処理は連続炉で行うことができる。連続炉の使用は、上述の処理に関する利点や余熱の利点の他に、ガスを適切に案内することでコストを抑えて、低い露点温度の焼鈍領域と高い露点温度の酸化領域との間で雰囲気の分離ができるというさらなる利点がある。

トルクセンサの一部品として、磁束を伝達する固定子部品を作製することが好ましい。好ましくは、固定子部品がリング状のディスクと複数の歯状部材を有する。歯状部材はリング状ディスクの円周方向に分布するように配置され、リング状ディスクから軸方向に突出する、もしくは曲げられるようにするとよい。

このような固定子部品は通常、パンチング（打ち抜き）やベンディング（曲げ）によりストリップ材料から作製される。この場合、パンチングやベンディングを行うことが変形処理となる。しかしながら、最適となる電磁鋼板はかなりもろいことが分かっている。歯状部材を折り曲げる際に破損を防ぐため、一実施形態では、金属シート部材を変形させて固定子部品を形成する際には、具体的には０．８ｍｍから２ｍｍの比較的大きな曲げ半径で、歯状部材が折り曲げられる。

また、トルクセンサの一部品として、追加的または代替的に、磁束を固定子部品から磁気センサへと伝達する磁束導体を作製してもよい。この磁束導体により、磁界を磁気センサに収束させることができる。

本発明はまた、トルクセンサ自体を作製する方法にも関する。その場合、上述の本発明による方法に従ってトルクセンサの部品が作成され、その部品を組み立てることでトルクセンサが得られる。得られたトルクセンサは、自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するのに適している。

本発明はまた、自動車のステアリングシャフトに負荷されるトルクを検出するトルクセンサにも関する。該トルクセンサは少なくとも１つの強磁性固定子部品を有し、この強磁性固定子部品によって、磁束が磁石からトルクセンサの少なくとも１つの磁束導体へと伝達され、またこの磁束導体から少なくとも１つの磁気センサへとさらに伝達される。磁束導体は、磁気センサに磁束を収束させることができる。本発明によれば、固定子部品及び/または磁束導体は電磁鋼板から形成される。

本発明の方法に関して提示される好ましい実施形態とその利点は、本発明によるトルクセンサにも同様に当てはまる。

本発明の更なる特徴は、請求の範囲、図面、及び図面の説明において明らかにされる。上述の全ての特徴やそれらの組み合わせ、また下記の図面の説明や図面において示される特徴やそれらの組み合わせは、言及する特定の組み合わせのみで機能するのではなく、他の組み合わせや個々に選択された場合でも機能する。

以下、好ましい実施形態と添付の図面によって本発明を詳述する。

図１は、トルクセンサと操舵角センサとを有する自動車用一体型装置の分解図である。 図２は、図１の装置の一領域を拡大して示す図である。 図３は、図１の装置の他の領域を拡大して示す図である。 図４は、本発明の一実施形態による方法のフローチャートである。

図１に示され、全体で参照符号１とした、本発明の一実施形態による装置は、トルクセンサと操舵角センサとを備えている。トルクセンサは、自動車両のステアリングシャフトに作用するトルクを測定する。操舵角センサは、ステアリングシャフトの現在の操舵角を検出する。トルク検出と操舵角測定の両方を行う一体型センサを得るため、装置１は一体型構造のユニットとなっている。

車両のステアリングシャフトは２つのシャフト部品を備えており、それらはトーションバーを介して互いに連結される（図示せず）。一方のシャフト部品にはブラケット２が連動して回転するように取り付けられ、他方のシャフト部品には磁石（図示せず）が連動して回転するように固定される。磁石は、例えばリング状の永久磁石である。ブラケット２は、単一のプラスチック部品であってもよいし、キャスト部品であってもよい。任意ではあるが、ブラケット２を対応するシャフト部品に固定するため、例えば金属から成るスリーブ４７をブラケット２に取り付けることもできる。スリーブ４７の代わりとして、突起、フック、クリップ等のような固定部材を取りつけてもよい。

トルクセンサの部品としては、主に、上記の永久磁石、２つの同一固定子部品１０及び１７を有する磁性固定子１１、２つの磁束導体３２及び３３、プリント基板２８に配置される磁気センサ２７がある。対して、操舵角センサの部品としては、２つの磁界検出器、つまり磁気センサ２９及び３０、トランスミッション部材である歯車３８、３９、及び４０を有する歯車部品３７、ブラケット２にモールド成形される回転子１５がある。

特に図２に示すように、ブラケット２は、軸方向に近接する２つの円筒領域、つまり第１円筒軸領域３と第２軸領域４とを有している。第２軸領域４は、第１軸領域３に対して軸方向にずらした状態で配置されるが、第１軸領域３と同じ軸を有しており、また第１軸領域３よりも幾分小さい直径を有している。第１軸領域３は第２軸領域４に対して連結されるが、この連結は、円周方向に分布するように配置した複数のストラットまたはスポーク状の連結部材５を介して行われる。それぞれの連結部材５の間には、通過口となる半径方向切り欠き部６が形成される。

第１軸領域３は、２つの軸方向リム端部を有している。一方は、外側の第１リム端部７であり、反対側に位置する他方は、第２軸領域４に向く第２リム端部８である。

第１リム端部７には、軸方向に突き出す複数のピンないしスタッド９が形成されている。ピン９は、軸方向の突起として、互いに平行するように端部７から軸方向へ突き出ている。これらのピン９によって、ブラケット２が固定子１１の第１固定子部品１０に対して連結される。

装置１はさらにハウジング１２を有しているが、これは摺動部品としての機能も持つ。ハウジング１２は内部スリーブ１３を有している。内部スリーブ１３はリング状であり、その中にはブラケット２の第１軸領域３が収められるが、ブラケット２の第１軸領域３の外周がスリーブ１３の内周に対して摺動するようになっている。ブラケット２の第１軸領域３をスリーブ１３に挿入する際には、ブラケット２のフランジ１４の部分まで挿入される。フランジ１４は、のこぎり歯構造１６を有する回転子１５によって形成される。この場合、のこぎり歯構造１６を有する回転子１５は、第１軸領域３上にモールド成形される。

固定子１１は、第１固定子部品１０の他に、第２固定子部品１７を有している。固定子部品１０、１７はそれぞれ単一の部品であり、また径方向外側に延びるリング状かつフランジ状のリム部材１８、１９をそれぞれ有する。また、固定子部品１０、１７は、複数の歯状部材２０、２１をそれぞれ有している。歯状部材２０、２１は、それぞれリム部材１８、１９から軸方向に、つまりブラケット２の第１軸領域３の方向に突き出している。したがって、歯状部材２０及び２１は、ステアリングシャフトの回転軸におおむね平行する軸方向に突き出すことになる。２つの固定子部品１０及び１７は同一の形状であり、よって、第１固定子部品１０の歯状部材２０の数と第２固定子部材１７の歯状部材２１の数も等しい。

固定子１１をブラケット２に固定するには、まず固定子部品１７をブラケット２の第２軸領域４に装着する。その際、歯状部材２１が連結部材５の間にある切り欠き部６を軸方向に通り抜けて、ブラケット２の第１軸領域３の内周によって支持されるようにする。固定子部品１７をブラケット２の第２領域４に装着した後は、歯状部材２１をブラケット２の第１軸領域３の内部に収め、リム部材１９のみが径方向外側に突き出して、ブラケット２の第１軸領域３のリム端部８によって軸方向に支持されるようにする。

固定子部品１７をブラケット２の第２軸領域４に装着する際には、第１軸領域３のピン２２（リム端部８の領域にある連結部材５に形成されている）が、固定子部品１７のリム部材１９に形成された通過口２３を貫通する。通過口２３はそれぞれ、固定子１１の中心方向、つまりその径方向内側を向くように突き出す突起２４に形成される。この場合、通過口２３を有する突起２４はそれぞれ、２つの近接する歯状部材２１の間に設けられる。

固定子部品１７をブラケット２の第２軸領域４に対して装着した後、つまり、ピン２２が通過口２３に収められた後は、ピン２２の自由端部を変形させリベット頭を形成する。これにより、固定子部品１７をブラケット２に対してより確実に固定することができる。

残りの固定子部品１０をブラケット２に固定するには、固定子部品１７とは反対側のブラケット２の側から、つまりリム端部７の側から、歯状部材２０をブラケット２の第１軸領域３の内部に挿入する。このとき歯状部材２０は、円筒状の領域３の内周に沿って摺動する。組み立てた状態では、歯状部材２０のそれぞれが固定子部品１７の２つの近接する歯状部材２１の間に位置し、また領域３の内周に接触することになる。固定子部品１０も同様に複数の突起２５を有し、それぞれには一つの通過口２６が形成されている。ブラケット２のリム端部７に形成されるピン９は、この通過口２６を貫通する。ピン９の自由端は変形させられてリベット頭となる。これにより、固定子部品をブラケット２に対して確実に固定することができる。

固定子部品１０及び１７をブラケット２に対して固定するには、基本的には多くの方法がある。ピン９及び２２と通過口２６及び２３の組み合わせは、単に実施形態の一例である。固定子部品１０及び１７をブラケット２に対して固定するには、他にも例えば、ブラケット２に固定リングを設けて、レーザ溶接や超音波溶接等で固定する方法がある。

トルクセンサは、プリント基板２８に配置される磁気センサ２７を有している。磁気センサ２７は例えば、プリント基板２８の溶接可能な面に直接溶接されるＳＭＤ部品である。このような技術は「表面実装技術」と呼ばれる。プリント基板２８は、トルクセンサの磁気センサ２７と操舵角センサの部品のための共通プリント基板である。つまり、同様にＳＭＤ部品である操舵角センサの磁界検出器（センサ部材）２９及び３０もまた、プリント基板２８に配置される。

装置１はまたカバー３１を備えており、これはハウジング１２の蓋となる。

本実施形態においては、装置１はさらにトルクセンサの部品である２つの磁束導体３２及び３３を備えている。磁束導体３２及び３３の一方はカバー３１に固定され、他方はハウジング１２に固定される。固定のため、カバー３１には２つのピン３４が設けられており、これらのピン３４が磁束導体３２に設けられた通過口３５を貫通する。同様に第２磁束導体３３の固定のため、ハウジング１２に対してもピンが設けられている。それらのピン３４を変形させることで、リベット頭が形成される。これにより、磁束導体３２、３３をカバー３１やハウジング１２に対して効果的、かつ確実に固定することができる。

ハウジング１２はレセプタクル３６を有している。その中には、部品２７、２９、３０を有するプリント基板２８と、操舵角センサの歯車機構３７が収容される。歯車機構３７の部品には２つの歯車３８及び３９があるが、それらの歯は回転子１５の歯と係合する。よって、それらは回転子１５及びブラケット２に対して回転可能に連結されることになる。歯車３８の中には永久磁石が配置される。この場合、歯車３８の回転軸はステアリングシャフトの回転軸と平行する。操舵角センサの第２のセンサシステムを構成するのは歯車３９であるが、これは介在歯車として、駆動歯車（ピニオン）４０に回転可能に連結される。駆動歯車４０は永久磁石を有している。歯車３８、３９、４０は、ハウジング１２のレセプタクル３６内に回転可能な状態で収容・配置される。レセプタクル３６には内部歯部が設けられており、その上をサイクロイドに沿って駆動歯車４０が転がるようになっている。このため、歯車３９の孔は偏心している。プリント基板２８とカバー３１は、レセプタクル３６に形状の点で対応する部品であり、歯車部品３７を上から囲む形となる。本実施形態においては、磁界検出器２９及び３０はホールセンサである。磁界検出器２９、３０は、それぞれ歯車４０、３８の永久磁石に対向するように位置する。この場合、磁界検出器２９、３０は、歯車３８、３９の回転軸に対して垂直である。磁界検出器２９はおおむね歯車３９の回転軸上に存在しており、磁界検出器３０は歯車３８の回転軸に垂直になるように配置されている。

一般の自動車用ステアリングシステムにおいては、検出されるステアリングシャフトの回転数はきっかり５回転から７回転の範囲である。ステアリングシャフトの一回転以上を検出する場合でも絶対回転角を決定するには、２つのアセンブリが使用される。一方のアセンブリは回転センサを形成し、歯車３９、４０、及び磁界検出器２９を備える。回転子１５と歯車４０の伝達比は例えば６：１が選択される。他方のアセンブリは回転角を細かく検出するためのものであり（角度センサ）、主に歯車３８と、その永久磁石と、磁界検出器３０とを備える。回転子１５と歯車３８の伝達比は例えば１：３が選択される。磁界検出器２９及び３０で測定された２つの歯車角に基づいて、ステアリングシャフトの回転角が既知の方法、例えばノギス（バーニア（Vernier））の原理（Nonius-Prinzip）によって直接算出される。この目的における適切な算出方法は先行技術によって知られており、例えば独国特許出願公開公報ＤＥ１９５０６９３８Ａ１及びＤＥ１９９６２２４１Ａ１など開示されている。

代替的に、伝達比に「小さいノギス（バーニア）」の値を選択して、現在の操舵角を決定することもできる。この場合歯車４０を使用せずに、歯車３８と３９にそれぞれ一つの磁石を取り付けることができる。歯車３８、３９には異なる数の歯を設け、ステアリングコラムの５回転から７回転の間の全操舵角範囲に渡って、例えば、歯車３９が歯車３８より一回転余分に回転するようにする。この方法でも、実際の操舵角を推測することができる。

カバー３１に対しては、部品２７、２９、３０を外部制御ユニットに電気的に接続するプラグコネクタ４１を取り付けることができる。プラグコネクタ４１を設けることにより、装置１と制御ユニットとの間で電気接続が確立される。

磁束導体３２、３３がそれぞれカバー３１、ハウジング１２に対して固定された場合、磁束導体３２、３３は径方向に突き出し、リム部材１８、１９に平行することになる。この場合、２つの磁束導体３２及び３３は、プリント基板２８の互いに軸方向に対向する面に配置され、そのうちの少なくとも１つは軸方向においてリム部材１８、１９の間に位置する。ここでは、磁束導体３２がリム部材１８から僅かな間隔を置いて配置され、第２の磁束導体３３がリム部材１９から僅かな間隔を置いて配置される。

次に、上述の軟磁性部品つまり強磁性部品、具体的には固定子部品１０、１７、及び磁束導体３２、３３の作製に説明の焦点を移す。これらの部品１０、１７、３２、３３の作製方法を、図４のフローチャートを使って詳述する。ステップＳ１では、半製品としてマテリアルストリップ状の電磁鋼板を用意する。電磁鋼板は、半加工で、無方向性の電磁鋼板である。ステップＳ２では、カットなどの適切な切断方法を用いて、ストリップ材料から金属シート部材を切り離す。ステップＳ３では変形工程が行われ、金属シート部材を変形させ、部品１０、１７、３２、３３を形成する。この変形工程は、例えばパンチングやベンディングにより行われる。固定子部品１０、１７の場合は、歯状部材２０、２１を折り曲げる際、曲げ半径が特に０．８ｍｍから２ｍｍの間に設定される。これは、２つの磁束導体３２、３３にも当てはまる。

続くステップＳ４では、部品１０、１７、３２、３３が連続炉に入れられる。ステップＳ５では、最初に焼鈍処理が行われる。この処理は、例えば１１５０℃の脱炭反応を引き起こす水素雰囲気下で、数時間に及ぶ長い間、行われる。部品１０、１７、３２、３３の焼鈍処理は、例えば４、５時間続くこともある。焼鈍処理の後は、ステップＳ６において、部品１０、１７、３２、３３の冷却が行われる。この冷却処理の間、例えば水蒸気を供給することで酸化処理が行われる。この場合、次の反応が起こる。

酸化処理は、部品１０、１７、３２、３３の温度が例えば５５０℃を下回ったときに初めて起こることが好ましい。該方法はステップＳ７で終了となる。

上記方法を要約すると次のようになる。

高価なニッケル材料の代わりに、固定子として、安価なＦｅＳｉ材料を電磁鋼板から切り出して使用する。いわゆる無方向性（ＮＧＯ）の電磁鋼板が適している。それらは、回転方向とその横断方向との両方において均一な磁気特性を有するからである。固定子が回転方向において対称であるため、これによって利点が得られる。

そのような無方向性の電磁鋼板は、使用する厚さや磁気特性は様々異なるが、電動モータや変圧器の製造に幅広く使用されている。一般的に使用されるのはいわゆるフルプロセスものであり、それらの場合、さらに加熱処理をして必要な軟磁性特性を得るということはしない。しかしながら、トルクセンサに使用する場合、十分な軟磁性特性が得られない。そのための代替方法としては、セミプロセス電磁鋼板を用いる方法がある。それらの電磁鋼板は、成形（shaping）処理の後、加熱処理を施される。この加熱処理は一般的に８４０℃以下で行われる。しかしながら、このような標準的な焼鈍処理で得られる軟磁性特性でも十分とは言えない。さらに良い軟磁性特性を得るには、１１５０℃にまで及ぶ、大幅に高い温度で、かつ露点温度が低く、脱炭反応を引き起こす水素雰囲気下で、数時間に及ぶ長い間、焼鈍処理を行う必要がある。このような焼鈍処理は、フード型焼鈍炉で数回に分けて行うか、連続炉で連続的に行う。最高の軟磁性特性を得るには、パワーロスの低い半製品を選択する必要がある。保磁力のパラメータは、トルクセンサのヒステリシスの点で重要であるが、これが２５Ａ/ｍを大幅に下回ってもよい。２５Ａ/ｍという値は、標準的使用における一般的な値よりも大幅に低い。

固定子は通常、パンチングやベンディングによりストリップ材料から作製される。しかしながら、最適となる電磁鋼板はかなりもろい。その指部を折り曲げる際に破損を防ぐためには、大きな曲げ半径が必要となる。これにより、固定子のリムをクランク状に曲げたり、特定の形状に成形することが困難になる。よって、固定子のリムはフラットであることが好ましい。

電磁鋼板は微量の湿気があるだけでも腐食し始める。よって、密封されたハウジングに設置する際でも、腐食を防ぐ対策が必要となる。一般的なコーティング方法、例えばラッカリングやガルバニック保護層を設ける方法では、相応のコストもかかりそれだけ工程が増えるため、考慮から除外される。我々が提案する方法では、冷却処理の際、つまり、最適な軟磁性特性を得るための焼鈍処理後、一般的には温度が５５０℃を下回ったときに、部品の特定部分を酸化させる。このとき、保護ガス雰囲気の露点温度を、（水蒸気を混入することにより）大幅に上昇させる。マグネタイトから成る厚い酸化層、つまりパッシベーション層が鉄金属シートに形成され、部品を腐食から十分に保護することが可能となる。

特に連続炉の場合は、その冷却ゾーンにおいて上述の酸化処理を行うようにすれば都合がよい。そのようにすることで、部品に対して追加的な処理を施す必要がなくなる。さらに、余熱が利用できるため、再加熱が不要になる。またこの場合、ガスを適切に案内することで、低い露点温度の焼鈍領域と高い露点温度の酸化領域との間で雰囲気の分離ができる。

Claims (15)

1. 自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するトルクセンサのための強磁性部品（１０、１７、３２、３３）を作製する方法であって、
   強磁性材料から成る金属シート部材を用意する工程と、
   前記金属シート部材を変形させて前記強磁性部品（１０、１７、３２、３３）を形成する工程と、を有し、
   前記金属シート部材の前記強磁性材料として、電磁鋼板が使用されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記金属シート部材を無方向性の電磁鋼板から得ることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法であって、
   前記金属シート部材をセミプロセス電磁鋼板から得ることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記変形の後に、前記部品（１０、１７、３２、３３）の焼鈍処理が行われることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記焼鈍処理の間、前記部品（１０、１７、３２、３３）を、８５０℃以上の温度、特に１１００℃以上の温度、好ましくは１１００℃から１１５０℃の間の温度にさらすことを特徴とする方法。
6. 請求項４または５に記載の方法であって、
   前記部品（１０、１７、３２、３３）の前記焼鈍処理が２時間以上、特に３時間以上行われることを特徴とする方法。
7. 請求項４乃至６のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記部品（１０、１７、３２、３３）の前記焼鈍処理が、脱炭反応を引き起こす雰囲気下で行われることを特徴とする方法。
8. 請求項４乃至７のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記焼鈍処理後の冷却処理において、前記部品（１０、１７、３２、３３）の酸化処理またはパッシベーション処理が行われることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記酸化処理または前記パッシベーション処理が、前記部品（１０、１７、３２、３３）の温度が６００℃以下、特に５５０℃以下になったときに行われることを特徴とする方法。
10. 請求項８または９に記載の方法であって、
    前記酸化処理または前記パッシベーション処理が、水蒸気を供給することにより行われることを特徴とする方法。
11. 請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記焼鈍処理が連続炉で行われることを特徴とする方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記トルクセンサの一部品（１０、１７、３２、３３）として磁束を伝達する固定子部品（１０、１７）が作製され、前記固定子部品がリング状ディスク（１８、１９）と複数の歯状部材（２０、２１）とを有し、前記歯状部材が前記リング状ディスク（１８、１９）の円周方向に分布するように配置されるとともに前記リング状ディスク（１８、１９）から軸方向に突出することを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記金属シート部材を変形させ前記固定子部品（１０、１７）を形成する際には、０．８ｍｍから２ｍｍの間の曲げ半径で、前記歯状部材（２０、２１）が曲げられることを特徴とする方法。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記トルクセンサの一部品（１０、１７、３２、３３）として、固定子部品（１０、１７）から磁気センサ（２７）へと磁束を伝達する磁束導体（３２、３３）が作製されることを特徴とする方法。
15. 自動車のステアリングシャフトにかかるトルクを検出するトルクセンサであって、
    少なくとも１つの強磁性固定子部品（１０、１７）を有し、
    前記強磁性固定子部品（１０、１７）によって、磁石から前記トルクセンサの少なくとも１つの磁束導体（３２、３３）へと磁束が伝達され、さらに少なくとも１つの磁気センサへ（２７）と磁束が伝達されるようになっており、
    前記固定子部品（１０、１７）及び/または前記磁束導体（３２、３３）が電磁鋼板から成形されることを特徴とするトルクセンサ。

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