JP5081483B2 - 磁歪式トルクセンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、トルクを検出する磁歪式トルクセンサの製造方法に関する。

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、しかも高精度である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１−３参照。）。
特開２００１−１３３３３７公報 特開２００４−３０９１８４公報 特開２００４−３４０７４４公報

特許文献１〜３で知られている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備えられており、ステアリングホイールからトルク伝達軸へ伝わった操舵トルクを検出する。トルク伝達軸は、外周面に磁歪膜が形成されている。磁歪式トルクセンサによれば、操舵トルクに応じて磁歪膜に生ずる磁歪の変化を、電気コイル及び磁歪検出回路で検出することにより、操舵トルクを検出できる。
ステアリングホイールで発生した操舵トルクは、トルク伝達軸とラックアンドピニオン機構とラック軸を介して操舵車輪に伝わる。このように、トルク伝達軸は、外周面に磁歪膜が形成されるとともに、軸端にラックアンドピニオン機構のピニオン（トルク伝達部分）が形成されている。

ところで、自動車は、エンジンを始動させない状態であっても、操舵できることが求められる。この状態において、操舵車輪を操舵するための操舵トルクは、通常の操舵時に比べて大きい。大きい操舵トルクは、トルク伝達軸からラックアンドピニオン機構を介してラック軸へ伝わる。このため、ラックアンドピニオン機構は、大きい機械的強度が求められる。すなわち、ラックアンドピニオン機構には、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。ラックアンドピニオン機構は、前記外力に抗して、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。

ラックアンドピニオン機構のピニオンは、通常時の操舵トルクを越えた、大きい負荷に対する操舵トルクを伝達するのに必要な強度を、十分に確保する必要がある。このため、ピニオンは、浸炭処理や高周波焼入れ等の熱処理、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、ピニオンを有してい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圧縮応力が残留するなど、ピニオン固有の制約が多くなる。

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全体の歪みや局部的な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と、例えば、ピニオン（トルク伝達部分）のような高強度が要求される部材の両方を設けた場合に、磁歪膜の磁歪特性の感度を高く保ちつつ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性能向上と安定化に繋がる。

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感度と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、外部から外部トルクが作用するトルク伝達軸の表面に第１の磁歪膜及び第２の磁歪膜を有している、磁歪式トルクセンサの製造方法において、
前記第１の磁歪膜が外周面に施された第１の中空軸と、前記第２の磁歪膜が外周面に施された第２の中空軸と、これら第１及び第２の中空軸に嵌合される作用軸とを準備する工程と、
前記第１及び第２の中空軸を前記作用軸のそれぞれ第１嵌合軸部及び第２嵌合軸部に固定することによって、前記トルク伝達軸を製造する工程と、
前記作用軸に所定の付加トルクを加えることによって、前記第１及び第２の磁歪膜に前記付加トルクを加える工程と、
この付加トルクを加えた状態で、前記第１及び第２の磁歪膜を所定の時間にわたって加熱する工程と、
加熱された前記第１及び第２の磁歪膜を冷却する工程と、
加えていた前記付加トルクを除く工程とを、
有し、
前記第１及び第２の中空軸と作用軸を準備するときに、
前記第１中空軸の内径と前記作用軸のうち前記第１嵌合軸部の外径とを、前記第１の中空軸を挿入する側の端部と前記第１嵌合軸部との間の前記作用軸の外径よりも大径に設定し、
前記第２の中空軸の内径と前記作用軸のうち前記第２嵌合軸部の外径とを、前記第２の中空軸を挿入する側の端部と前記第２嵌合軸部との間の前記作用軸の外径よりも大径に設定したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、外部から外部トルクが作用するトルク伝達軸の表面に第１の磁歪膜及び第２の磁歪膜を有している、磁歪式トルクセンサの製造方法において、
前記第１の磁歪膜が外周面に施された第１の中空軸と、前記第２の磁歪膜が外周面に施された第２の中空軸と、これら第１及び第２の中空軸に嵌合される作用軸とを準備する工程と、
前記第１及び第２の中空軸の中に前記作用軸を固定することによって、前記トルク伝達軸を製造する工程と、
前記作用軸に所定の付加トルクを加えることによって、前記第１及び第２の磁歪膜に前記付加トルクを加える工程と、
この付加トルクを加えた状態で、前記第１及び第２の磁歪膜を所定の時間にわたって加熱する工程と、
加熱された前記第１及び第２の磁歪膜を冷却する工程と、
加えていた前記付加トルクを除く工程とを、
有し、
前記第１及び第２の中空軸と作用軸を準備するときに、前記第１の中空軸における嵌合孔の径を、前記第２の中空軸における嵌合孔の径よりも小径に設定し、前記第１の中空軸の嵌合孔に固定される小径の第１嵌合軸部を、前記作用軸の一端に近い位置に設けるとともに、前記第２の中空軸の嵌合孔に固定される大径の第２嵌合軸部を、前記作用軸の一端から遠い位置に設けることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１において、前記第１及び第２の中空軸の中に前記作用軸を固定するときに、前記作用軸を軸長手方向の両端から別々に前記第１及び第２の中空軸に固定することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、作用軸と第１及び第２の中空軸とは、固定する、例えば、圧入によって互いに連結し合う別部材である。作用軸には、第１及び第２の中空軸から分離した状態において、トルクを負荷へ伝達するためのトルク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、作用軸には磁歪膜が形成されない。磁歪膜は、例えば磁歪メッキ処理によって形成されるものである。しかし、作用軸には磁歪メッキ処理を施さない。作用軸におけるトルク伝達部分に、磁歪メッキ材が付着することはない。

一方、第１及び第２の中空軸における外周面には、作用軸から分離した状態で、磁歪メッキ処理などによって、磁歪膜を最適な状態で形成することができる。つまり、第１の中空軸には第１の磁歪膜が施され、第２の中空軸には第２の磁歪膜が施される。
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。磁歪膜を施す条件（加熱時間、加熱温度など）を、作用軸の材質に応じて変える必要はない。

さらには、第１及び第２の中空軸は、作用軸を固定する、例えば、圧入によって連結するための嵌合孔を有している。第１及び第２の中空軸が加熱されたときに、嵌合孔の面と作用軸の外面との間で遮熱効果を有する。このため、各中空軸から作用軸へ伝わる熱量は、作用軸に各中空軸を一体に形成した場合と比べて、比較的少なくてすむ。
しかも、第１及び第２の中空軸は、各磁歪膜を形成するだけの部材である。このため、第１及び第２の中空軸を極めて小型にすることができるので、各中空軸の質量は小さい。
従って、第１及び第２の磁歪膜を加熱する工程において、各磁歪膜からの放熱量を過大に加味した高温によって、各磁歪膜を加熱する必要はない。この結果、各磁歪膜がキュリー温度に達することを防止することができるので、各磁歪膜の磁歪特性を消滅または劣化させずに形成でき、感度の低下を防止し、且つ、安定性を十分に高めることができる。

しかも、第１及び第２の中空軸に形成された各磁歪膜が、作用軸からの磁気の影響や作用軸の歪みの影響を受けることはない。

以上の説明のように、外部トルクが作用する作用軸と、外周面に磁歪膜が形成された第１及び第２の中空軸とは、固定される、例えば、互いに圧入される。ここで、外部トルクが作用する作用軸と第１及び第２の中空軸の組合せから成る軸を、トルク伝達軸と言う。トルク伝達軸に対して、第１及び第２の磁歪膜とトルク伝達部分の両方を、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、トルク伝達軸において、各磁歪膜の磁歪特性の感度と安定性を十分に高めることができる。磁歪特性の感度と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。

例えば、請求項１の磁歪式トルクセンサを、車両用電動パワーステアリング装置に設けることができる。この場合には、ステアリングホイールからトルク伝達軸へ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。安定的に精度良く検出された操舵トルクに応じて、電動モータから補助トルクが出力される。操舵トルクに補助トルクを加えた複合トルクによって、操舵車輪を操舵することができる。従って、ステアリングホイールの操舵フィーリングを、十分に高めることができる。

また、請求項１の磁歪式トルクセンサを、上記車両用電動パワーステアリング装置の他に、ステア−バイ−ワイヤ式（steer-by-wire）操舵システムや四輪操舵システムにおける、車両用ステアリング装置に備えた場合においても、同様の効果を発揮する。
ここで、ステア−バイ−ワイヤ式操舵システムとは、操舵車輪を操舵するための操舵機構を、ステアリングホイールから機械的に分離させた方式の、操舵システムである。この操舵システムによれば、磁歪式トルクセンサによってステアリングホイールの操舵量を検出し、この操舵量に応じて操舵用アクチュエータが操舵用動力を発生し、この操舵用動力を操舵機構へ伝えることによって、操舵車輪を操舵する。

請求項２に係る発明では、先に、作用軸の一端から遠い位置に設けられた大径の第２嵌合軸部を、第２の中空軸の嵌合孔に嵌合する。次に、作用軸の一端に近い位置に設けられた小径の第１嵌合軸部を、第１の中空軸の嵌合孔に嵌合する。
このため、大径の第２嵌合軸部を第２の中空軸の嵌合孔に嵌合するときに、小径の第１嵌合軸部が第２の中空軸の嵌合孔に擦れることはない。また、小径の第１嵌合軸部を第１の中空軸の嵌合孔に嵌合するときに、第１嵌合軸部が第２の中空軸の嵌合孔に擦れることはない。このように、２つの中空軸の各嵌合孔に対して、作用軸における同一部分が嵌合されることはない。従って、各嵌合軸部の嵌合面や各嵌合孔の嵌合面が荒れることはない。各嵌合孔に対して各嵌合軸部を安定して嵌合することができ、トルク伝達軸の組立精度を高めることができる。

請求項３に係る発明では、作用軸の一端から第１の中空軸に嵌合し、作用軸の他端から第２の中空軸に嵌合する。このようにして、作用軸を軸長手方向の両端から別々に、第１及び第２の中空軸に嵌合する。
このため、２つの中空軸の各嵌合孔に対して、作用軸における同一部分が嵌合されることはない。従って、各嵌合軸部の嵌合面や各嵌合孔の嵌合面が荒れることはない。各嵌合孔に対して各嵌合軸部を安定して嵌合することができ、トルク伝達軸の組立精度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。
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〜図６は、本発明の磁歪式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置を示している。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は、車両の操舵部材２１から車両の操舵車輪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。

操舵部材２１は、例えば、ステアリングホイールからなる。以下、操舵部材２１のことを、適宜「ステアリングホイール２１」と言い換える。操舵車輪３１，３１は、例えば、左右の前輪である。

ステアリング系２０は、ステアリングホイール２１と、このステアリングホイール２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介して連結されたトルク伝達軸２４と、このトルク伝達軸２４にラックアンドピニオン機構２５を介して連結されたラック軸２６と、このラック軸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を介して連結された左右の操舵車輪３１，３１とからなる。
ラックアンドピニオン機構２５は、トルク伝達軸２４に形成されたピニオン３２と、ラック軸２６に形成されたラック３３とからなる。

このように、電動パワーステアリング装置１０は、運転者によるステアリングホイール２１の操舵に応じた操舵トルクを、トルク伝達軸２４及びラックアンドピニオン機構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、磁歪式トルクセンサ４１と制御部４２と電動モータ４３とボールねじ４４とからなる。磁歪式トルクセンサ４１は、ステアリングホイール２１に加えられた、ステアリング系２０の操舵トルクを検出する。制御部４２は、磁歪式トルクセンサ４１のトルク検出信号に基づいて制御信号を発生する。

電動モータ４３は、制御部４２の制御信号に基づき、前記操舵トルクに応じたモータトルク（補助トルク）を発生する。電動モータ４３のモータ軸４３ａは、ラック軸２６を囲う中空軸からなる。

ボールねじ４４は、モータトルクをラック軸２６に伝達するための動力伝達機構であって、ねじ部４５と、ナット４６と、多数のボールとからなる。ねじ部４５は、ラック軸２６のうちラック３３を除く部分に形成されている。ナット４６は、多数のボールを介して、ねじ部４５に組付けられる回転部材であって、モータ軸４３ａにも連結されている。

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に伝わる操舵トルクを磁歪式トルクセンサ４１で検出し、操舵トルクに応じたモータトルクを電動モータ４３で発生し、モータトルクをラック軸２６に伝達することができる。操舵車輪３１，３１は、操舵トルクに電動モータ４３で発生したモータトルクを加えた、複合トルクにより、ラック軸２６を介して操舵される。

図２に示すように、ラック軸２６は、車幅方向（左右方向）へ延びるハウジング５１に収納されている。ハウジング５１は、概ね管状である、第１ハウジング５２及び第２ハウジング５３の一端面同士が、ボルトで結合されることにより、１個の細長いギヤボックスに組立てられている。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を兼ねる。

図２及び図３に示すように、トルク伝達軸２４、ラックアンドピニオン機構２５、磁歪式トルクセンサ４１、電動モータ４３及びボールねじ４４は、ハウジング５１に収納される。第１ハウジング５２の上部開口は、リッド５４によって塞がれている。トルク伝達軸２４の上端部、長手中央部及び下端部は、上中下３個の軸受５５，５６，５７を介して、第１ハウジング５２に回転可能に支持されている。

次に、トルク伝達軸２４について、図３〜図５に基づき詳細に説明する。
図４（ａ）は、分解した状態のトルク伝達軸２４を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面構造を示している。図４（ｃ）は、図４（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面構造を示している。

図４（ａ）に示すように、トルク伝達軸２４は、ピニオン軸６１（作用軸６１）と第１の中空軸６２と第２の中空軸６３とからなる。ピニオン軸６１と第１の中空軸６２と第２の中空軸６３は、互いに別部材で構成されており、互いに同軸に配列される（トルク伝達軸２４の軸線ＣＬに配列される）。

さらに、ピニオン軸６１と第１の中空軸６２と第２の中空軸６３は、互いに嵌合し合い且つ固定し合う（連結し合う）ことによって、一体的に組み立てられる。例えば、ピニオン軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３は、圧入することによって、一体的に組み立てられる。
ピニオン軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３は、強磁性の材料等の磁性体からなる。強磁性の材料としては、例えば、鉄鋼（ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材を含む）がある。
なお、ピニオン軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３は、磁性体に限定されるものではない。磁性体にしない場合には、後述する第１の磁歪膜７１及び第２の磁歪膜７２は、磁性体の時期的な影響を受け難くなる。

詳しく説明すると、図４（ａ）に示すように、ピニオン軸６１は中実軸であり、軸長手方向の一端６１ａから他端６１ｂへ向かって、連結部６１ｃ、第１嵌合軸部６１ｄ、第２嵌合軸部６１ｅ、フランジ部６１ｆ、中間被支持部６１ｇ、止め輪嵌合溝６１ｈ、上記ピニオン３２、下側被支持部６１ｉを、この順に配列するとともに、軸線ＣＬに配列したものである。
これらの連結部６１ｃ、第１嵌合軸部６１ｄ、第２嵌合軸部６１ｅ、フランジ部６１ｆ、中間被支持部６１ｇ、止め輪嵌合溝６１ｈ、上記ピニオン３２、及び、下側被支持部６１ｉは、全てピニオン軸６１に一体に形成されている。

連結部６１ｃは、自在軸継手２３（図１参照）に連結する部分であって、例えばセレーションからなる。つまり、連結部６１ｃは、断面が非円形状に形成されたものであり、後述するように、工具を確実に且つ安定的に掛けることができる。

第１及び第２嵌合軸部６１ｄ，６１ｅは真円状（円柱状）を呈した軸である。第１嵌合軸部６１ｄの径Ｄ１は、連結部６１ｃよりも若干大径に設定されるとともに、第２嵌合軸部６１ｅの径Ｄ２よりも若干小径に設定されている。小径の第１嵌合軸部６１ｄは、ピニオン軸６１の一端６１ａに近い位置に設けられている。大径の第２嵌合軸部６１ｅは、ピニオン軸６１の一端６１ａから遠い位置に設けられている。

さらに、第１嵌合軸部６１ｄは、第２嵌合軸部６１ｅとの境界６１ｊの近傍に治具掛け部６１ｋが形成されている。治具掛け部６１ｋは、後述する治具を掛ける部分であり、図４ａ及び図４ｂに示すように、ピニオン軸６１の一端６１ａ側から見たときに、軸断面が非円形状に形成されている。より具体的には、治具掛け部６１ｋは、第１嵌合軸部６１ｄの外周面を２面取り又は４面取りすることによって形成された平坦面６１ｌを有した部分である。断面が非円形状に形成された治具掛け部６１ｋに、後述する工具を確実に且つ安定的に掛けることができる。

フランジ部６１ｆは、第２嵌合軸部６１ｅと中間被支持部６１ｇとの間に形成されている。フランジ部６１ｆは、第２嵌合軸部６１ｅや中間被支持部６１ｇよりも大径に設定され、図４ａ及び図４ｃに示すように、ピニオン軸６１の一端６１ａ側から見たときに、軸断面が非円形状に形成されている。より具体的には、フランジ部６１ｆは、外周面が２面取り又は４面取りされることによって形成された平坦面６１ｍを有している。断面が非円形状に形成されたフランジ部６１ｆは、治具掛け部を兼ねる。フランジ部６１ｆ（治具掛け部）に、後述する工具を確実に且つ安定的に掛けることができる。

中間被支持部６１ｇは、中間位置に配置された軸受５６（図３参照）によって回転可能に支持される部分である。
止め輪嵌合溝６１ｈは、中間被支持部６１ｇに嵌合された軸受５６を位置決めするための止め輪６４（図３参照）を取付ける部分である。
下側被支持部６１ｉは、下側に配置された軸受５７（図３参照）によって回転可能に支持される部分である。

一方、第１の中空軸６２は、外周面の全体にわたって第１の磁歪膜７１が施されている。第２の中空軸６３は、外周面の全体にわたって第２の磁歪膜７２が施されている。第１の磁歪膜７１のことを、適宜「第１付加歪み部７１」と言う。第２の磁歪膜７２のことを、適宜「第２付加歪み部７２」と言う。
このように、外部から外部トルクが作用するトルク側軸６１は、表面に磁歪式トルクセンサ４１（図３参照）の第１の磁歪膜７１及び第２の磁歪膜７２を有している。

第１の中空軸６２と第２の中空軸６３は、軸線ＣＬを中心とする真円状の短い軸である。第１の中空軸６２の長さと、第２の中空軸６３の長さは、共にＬ１である。
第１の中空軸６２における嵌合孔６２ａ（第１の嵌合孔６２ａ）と、第２の中空軸６３における嵌合孔６３ａ（第２の嵌合孔６３ａ）は、軸線ＣＬ上に形成された、真円状の貫通孔である。第１の嵌合孔６２ａの径ｄ１は、第２の嵌合孔６３ａの径ｄ２よりも小径に設定されている。
第１の磁歪膜７１が形成された状態における第１の中空軸６２の外径と、第２の磁歪膜７２が形成された状態における第２の中空軸６３の外径は、共にｄ３である。

第１の嵌合孔６２ａに対する第１嵌合軸部６１ｄの嵌め合い方式と、第２の嵌合孔６３ａに対する第２嵌合軸部６１ｅの嵌め合い方式は、共に「しまりばめ」である。「しまりばめ」とは、孔と軸とを組み立てたときに、常に「しめしろ」ができる嵌め合い、すなわち、孔の最大径が軸の最小径よりも小さいか、または、極端な場合には等しい嵌め合い方式である。「しめしろ」とは、軸の径が孔の径よりも大きい場合において、組み合わせる前の、軸の径に対する孔の径の差のことである。

第１の嵌合孔６２ａに対する第１嵌合軸部６１ｄの「しめしろ」と、第２の嵌合孔６３ａに対する第２嵌合軸部６１ｅの「しめしろ」は、最適な値となるように、適宜に設定される。
第１の嵌合孔６２ａに第１嵌合軸部６１ｄを嵌め込むことにより、第１の中空軸６２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、第１の磁歪膜７１の磁歪特性の、ばらつきを調整することができる。同様に、第２の嵌合孔６３ａに第２嵌合軸部６１ｅを嵌め込むことにより、第２の中空軸６３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、第２の磁歪膜７２の磁歪特性の、ばらつきを調整することができる。

より具体的には、第１嵌合軸部６１ｄの径Ｄ１は、第１の嵌合孔６２ａのｄ１よりも若干小さく設定されている。第２嵌合軸部６１ｅの径Ｄ２は、第２の嵌合孔６３ａのｄ２よりも若干小さく設定されている。
なお、第１及び第２の中空軸６２，６３の中に作用軸６１を固定する方法は、「しまりばめ」に限定されるものではない。

ピニオン軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３の組立手順は、次の通りである。
先ず、ピニオン軸６１の一端６１ａから遠い位置に設けられた大径の第２嵌合軸部６１ｅを、第２の中空軸６３の嵌合孔６３ａに嵌合する（圧入することによって固定する）。
次に、ピニオン軸６１の一端６１ａに近い位置に設けられた小径の第１嵌合軸部６１ｄを、第１の中空軸６２の嵌合孔６２ａに嵌合する（圧入することによって固定する）。
これで、トルク伝達軸２４の組立作業を完了する。この結果を図５に示す。

図５（ａ）は、組み立てた状態のトルク伝達軸２４の断面構造を示している。図５（ｂ）は、組み立てた状態のトルク伝達軸２４の外観を示している。
第１の中空軸６２の下端は、第１嵌合軸部６１ｄにおいて、第２嵌合軸部６１ｅとの境界６１ｊから一端６１ａ側へ寸法Ｌ２だけ離れた位置に配置される。第２の中空軸６３の上端は、第２嵌合軸部６１ｅにおいて、境界６１ｊの位置に配置される。

このように、大径の第２嵌合軸部６１ｅを第２の中空軸６３の嵌合孔６３ａに嵌合するときに、小径の第１嵌合軸部６１ｄが第２の中空軸６３の嵌合孔６３ａに擦れることはない。また、小径の第１嵌合軸部６１ｄを第１の中空軸６２の嵌合孔６２ａに嵌合するときに、第１嵌合軸部６１ｄが第２の中空軸６３の嵌合孔６３ａに擦れることはない。このように、２つの中空軸６２，６３の各嵌合孔６２ａ，６３ａに対して、ピニオン軸６１における同一部分が嵌合されることはない。従って、各嵌合軸部６１ｄ，６１ｅの嵌合面や各嵌合孔６２ａ，６３ａの嵌合面が荒れることはない。各嵌合孔６２ａ，６３ａに対して各嵌合軸部６１ｄ，６１ｅを安定して嵌合することができ、トルク伝達軸２４の組立精度を高めることができる。

このように組み立てられた、ピニオン軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３とは、相対的な回転と相対的な軸方向移動を、互いに規制し合う。ステアリングホイール２１（図１参照）から連結部６１ｃを介してピニオン軸６１に伝わった操舵トルクは、ピニオン軸６１から第１及び第２の中空軸６２，６３にも伝達される。
なお、ピニオン軸６１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。

次に、磁歪式トルクセンサ４１について、詳細に説明する。
図３に示すように、磁歪式トルクセンサ４１は、第１及び第２付加歪み部７１，７２と、検出部７３とからなる。第１及び第２付加歪み部７１，７２は、付加歪みが付与されてトルク伝達軸２４の表面に設けられ、外部から作用する外部トルクに応じて磁歪特性が変化する。検出部７３は、第１及び第２付加歪み部７１，７２の周囲に設けられ、第１及び第２付加歪み部７１，７２に生じた磁歪効果を電気的に検出して、検出信号を出力する。この検出信号は、トルク検出信号である。

さらに詳しく述べると、図３、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１及び第２付加歪み部７１，７２は、ピニオン軸６１の軸長手方向に互いに逆方向の付加歪みが付与された、一対の磁気異方性部材である。つまり、第１及び第２付加歪み部７１，７２は、第１及び第２の中空軸６２，６３の外周面（軸外周面、表面）に形成された磁歪膜からなる。

第１及び第２磁歪膜７１，７２（第１及び第２付加歪み部７１，７２）は、第１及び第２の中空軸６２，６３の全周にわたって形成された、概ね一定幅のメッキ層からなる。第１及び第２の磁歪膜７１，７２における磁歪の方向は、互いに逆方向である。第１の磁歪膜７１と第２の磁歪膜７２とは、ピニオン軸６１の軸長手方向に所定の間隔Ｌ２を有している。トルク伝達軸２４は、第１の磁歪膜７１と第２の磁歪膜７２との間は、磁歪膜が全く存在しない、間隔Ｌ２の非磁歪部分を有している。

２つの磁歪膜７１，７２は、歪みの変化に対して磁束密度の変化が大きい材料からなる。例えば、磁歪膜７１，７２は、第１及び第２の中空軸６２，６３の外周面に気相メッキ法によって形成された、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、５〜２０μｍよりも小さく、または、５〜２０μｍよりも大きくてもよい。第１の磁歪膜７１の磁歪方向に対して、第２の磁歪膜７２の磁歪方向は異なっている。つまり、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。このため、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜には、Ｎｉ含有率が概ね２０重量％または概ね５０重量％である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。

一方、検出部７３は、トルク側軸６１が貫通する筒状のコイルボビン７４，７５と、コイルボビン７４，７５に巻かれた第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及び第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及び第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と言い換える。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。第１検出コイル７６は、第１付加歪み部７１の周囲に隙間を有して巻かれる。第２検出コイル７７は、第２付加歪み部７２の周囲に隙間を有して巻かれる。

さらに、検出部７３は、図６に示すように、第１及び第２変換回路８１，８２及びトルク信号出力回路８３を有する。第１変換回路８１は、第１検出コイル７６の検出信号を整流、増幅、変換した上で、検出電圧ＶＴ１として出力する。第２変換回路８２は、第２検出コイル７７の検出信号を整流、増幅、変換した上で、検出電圧ＶＴ２として出力する。トルク信号出力回路８３は、検出電圧ＶＴ１，ＶＴ２を演算し、トルク検出電圧ＶＴ３として出力する。

検出部７３の作用は次の通りである。第１及び第２検出コイル７６，７７は、操舵トルクに応じてピニオン軸６１に発生した捩れを検出し、検出信号を発する。この各検出信号は、第１及び第２変換回路８１，８２から検出電圧ＶＴ１，ＶＴ２として出力される。この検出電圧ＶＴ１，ＶＴ２は、トルク信号出力回路８３からトルク検出電圧ＶＴ３として出力される。トルク検出電圧ＶＴ３は、トルク検出信号（操舵トルク信号）のことである。

磁歪式トルクセンサ４１の説明をまとめると、次の通りである。第１及び第２の中空軸６２，６３は、歪みが付与された磁歪膜７１，７２を有している。ピニオン軸６１から第１及び第２の中空軸６２，６３を介して、第１及び第２の磁歪膜７１，７２に外部トルクが作用したときに、この外部トルクに応じて磁歪膜７１，７２の透磁率が変化する。透磁率の変化に応じて、第１及び第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）が変化する。インピーダンスの変化を検出することによって、ピニオン軸６１に作用した外部トルクの方向と外部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、ピニオン軸６１のことを適宜「作用軸６１」と言うことにする。
図４〜図５に示すように、作用軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３とは、嵌合し且つ固定する、例えば、圧入によって互いに連結し合う別部材である。作用軸６１は、外部から作用した外部トルクを負荷３１，３１（図１に示す操舵車輪３１，３１）へ伝達する部材である。第１及び第２の中空軸６２，６３は、外周面に磁歪膜７１，７２が形成された部材である。

作用軸６１には、第１及び第２の中空軸６２，６３から分離した状態において、外部トルクを負荷３１，３１へ伝達するためのトルク伝達部分３２（ピニオン３２）を形成することができる。このため、作用軸６１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、作用軸６１には磁歪膜７１，７２が形成されない。磁歪膜７１，７２は、磁歪メッキ処理よって形成されるものである。しかし、作用軸６１には磁歪メッキ処理を施さない。作用軸６１におけるトルク伝達部分３２に、磁歪メッキ材が付着することはない。

一方、第１及び第２の中空軸６２，６３の外周面には、作用軸６１から分離した状態で、磁歪メッキ処理などによって、磁歪膜７１，７２を最適な状態で形成することができる。つまり、第１の中空軸６２には第１の磁歪膜７１が施され、第２の中空軸６３には第２の磁歪膜７２が施される。
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。磁歪膜７１，７２を施す条件（加熱時間、加熱温度など）を、作用軸６１の材質に応じて変える必要はない。

さらに、第１及び第２の中空軸６２，６３には、この軸自体６２，６３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、作用軸６１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とトルク伝達部分３２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。

さらには、第１及び第２の中空軸６２，６３は、作用軸６１を嵌合し且つ固定する、例えば、圧入によって連結するための嵌合孔６２ａ，６３ａを有している。第１及び第２の中空軸６２，６３が加熱されたときに、嵌合孔６２ａ，６３ａの面と作用軸６１の外面との間で遮熱効果を有する。このため、各中空軸６２，６３から作用軸６１へ伝わる熱量は、作用軸６１に各中空軸６２，６３を一体に形成した場合と比べて、比較的少なくてすむ。

しかも、第１及び第２の中空軸６２，６３は、各磁歪膜７１，７２を形成するだけの部材である。このため、第１及び第２の中空軸６２，６３を極めて小型にすることができるので、各中空軸６２，６３の質量は小さい。

従って、第１及び第２の磁歪膜７１，７２を加熱する工程において、各磁歪膜７１，７２からの放熱量を過大に加味した高温によって、各磁歪膜７１，７２を加熱する必要はない。この結果、各磁歪膜７１，７２がキュリー温度に達することを防止することができるので、各磁歪膜７１，７２の磁歪特性を消滅または劣化させずに形成でき、感度の低下を防止し、且つ、安定性を十分に高めることができる。

これに対して、作用軸６１に各中空軸６２，６３を一体に形成した場合には、第１及び第２の磁歪膜７１，７２を加熱する工程において、各磁歪膜７１，７２の表面を加熱したときの熱が、各磁歪膜７１，７２から各中空軸６２，６３を介して、そのまま、作用軸６１に容易に伝達されてしまう（逃げてしまう）。
各磁歪膜７１，７２の加熱温度を所定値に確保するためには、各磁歪膜７１，７２の表面温度を倍増させる必要がある。これでは、各磁歪膜７１，７２がキュリー温度に達してしまう心配がある。

上述のように、本発明では、各磁歪膜７１，７２からの放熱量を過大に加味した高温によって、各磁歪膜７１，７２を加熱する必要はない。この結果、各磁歪膜７１，７２がキュリー温度に達することはない。

しかも、第１及び第２の中空軸６２，６３に形成された各磁歪膜７１，７２が、作用軸６１からの磁気の影響や作用軸の歪みの影響を受けることはない。

この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に設けることができる。この場合には、ステアリングホイール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。安定的に精度良く検出された操舵トルクに応じて、電動モータ４３から補助トルクが出力される。操舵トルクに補助トルクを加えた複合トルクによって、操舵車輪３１，３１を操舵することができる。従って、ステアリングホイール２１の操舵フィーリングを、十分に高めることができる。

さらに第１及び第２の中空軸６２，６３は、長手方向全体に貫通した嵌合孔６２ａ，６３ａ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、第１及び第２の中空軸６２，６３は、作用軸６１とは別部材である。従って、次の製造方法によって、第１の磁歪膜７１を有した第１の中空軸６２と、第２の磁歪膜７２を有した第２の中空軸６３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、第１及び第２の中空軸６２，６３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。

製造方法は、次の通りである。
先ず、嵌合孔６２ａを有した長尺の中空材料と、嵌合孔６３ａを有した長尺の中空材料を準備する。
次に、嵌合孔６２ａを有した長尺の中空材料の全外周面に磁歪膜を施し、嵌合孔６３ａを有した長尺の中空材料の全外周面に磁歪膜を施す。
次に、嵌合孔６２ａを有した長尺の中空材料を所定の長さで切断して、複数個の第１の中空軸６２を得る。また、嵌合孔６３ａを有した長尺の中空材料を所定の長さで切断して、複数個の第２の中空軸６３を得る。

ところで、上記構成の磁歪式トルクセンサ４１は、上記車両用電動パワーステアリング装置１０の他に、ステア−バイ−ワイヤ式操舵システムや四輪操舵システムにおける、車両用ステアリング装置に備えた場合においても、同様の効果を発揮する。

ステア−バイ−ワイヤ式操舵システムとは、図１において、操舵車輪３１，３１を操舵するための操舵機構（トルク伝達軸２４及びラック軸２６）を、ステアリングホイール２１から機械的に分離させた方式の、操舵システムである。

次に、磁歪式トルクセンサ４１の製造方法、特に、トルク伝達軸２４の製造方法について説明する。トルク伝達軸２４の製造方法は、図４、図５及び図７に示す工程によって製造するものである。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、トルク伝達軸の製造方法を示している。

先ず、図４（ａ）に示すように、第１の磁歪膜７１が外周面に施された第１の中空軸６２と、第２の磁歪膜７２が外周面に施された第２の中空軸６３と、これら第１及び第２の中空軸６２，６３に嵌合される作用軸６１とを準備する（軸準備工程）。
次に、図５（ａ）に示すように、第１及び第２の中空軸６２，６３の中に作用軸６１を嵌合し且つ固定する（つまり、圧入する）ことによって、トルク伝達軸２４を製造する（軸連結工程）。この結果、図５（ｂ）に示すトルク伝達軸２４を製造することができる。

次に、図７（ａ）に示すように、作用軸６１の連結部６１ｃ（治具掛け部）に第１の治具９１を掛け、作用軸６１のフランジ部６１ｆ（治具掛け部）に第２の治具９２を掛け、中空軸６１の治具掛け部６１ｋに第３の治具９３を掛ける。さらに、第１及び第２の治具９１，９２を固定部材９４，９５に掛けることによって、回り止めをする。つまり、第１及び第２の治具９１，９２の回転を規制する。

次に、図７（ａ）に示すように、第３の治具９３を図時計回りＲ１に捩る。このようにして、作用軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３に所定の正方向の付加トルクを加える。この付加トルクの大きさは、好ましくは１５〜１００Ｎｍ程度である。なお、これ以上の大きさの付加トルクであってもよい。この結果、第１及び第２磁歪膜７１，７２にも正方向の付加トルクが付与される（外力付与工程）。

次に、図７（ｂ）に示すように、第１及び第２磁歪膜７１，７２に加熱装置（例えば、高周波焼入装置９６）をセットする。高周波焼入装置９６は、第１の磁歪膜７１の周囲を囲う第１加熱用コイル９６ａと、第２の磁歪膜７２の周囲を囲う第２加熱用コイル９６ｂと、第１及び第２加熱用コイル９６ａ，９６ｂに高周波数の交流電力を供給する電源９６ｃとからなる。

次に、図７（ｂ）に示すように、第３の治具９３による付加トルクを付与しながら、高周波焼入装置９６により、２つの磁歪膜７１，７２を同時に、所定の時間にわたって加熱する（加熱工程）。
次に、図７（ｃ）に示すように、第１及び第２の磁歪膜７１，７２を、加熱された温度よりも低温となるように冷却する（冷却工程）。
次に、図７（ｃ）に示すように、第３の治具９３の捩り作業を止めることによって、加えていた付加トルクを除く（外力解放工程）。
最後に、図７（ｄ）に示すように、トルク伝達軸２４から全ての治具９１〜９３と高周波焼入装置９６を外して、作業を終了する。

次に、上記加熱工程と上記冷却工程における作業特性を、図８によって説明する。
図８は、横軸を経過時間とし縦軸を磁歪膜の表面温度として、加熱工程と冷却工程における磁歪膜７１，７２の温度変化の一例を示している。

加熱工程において、高周波焼入装置９６から第１及び第２加熱用コイル９６ａ，９６ｂへ、時点０から時点ｔｉまでの所定の加熱時間にわたって高周波数の交流電力を供給することにより、第１及び第２の磁歪膜７１，７２は温度Ｔｅまで加熱される。加熱時間は、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Ｔｅは好ましくは約４００℃程度である。この時点で、高周波焼入装置９６を停止することにより加熱工程を完了する。

周波焼入装置９６を停止した時点で、次の冷却工程に入る。直前の加熱工程において、高周波焼入による第１及び第２の磁歪膜７１，７２の加熱時間を３〜５ｓｅｃ程度に設定した場合には、第１及び第２の磁歪膜７１，７２を外気温だけで十分に冷却することができる。図８では、時点ｔｉから自然冷却することによって、第１及び第２の磁歪膜７１，７２の温度が徐々に低下していく状態を示している。第１及び第２の磁歪膜７１，７２の加熱温度が約４００℃であるから、それ以下の温度に第１及び第２の磁歪膜７１，７２を冷却すればよい。

このように、本発明の製造方法では、先ず、磁歪膜７１，７２が外周面に施された第１及び第２の中空軸６２，６３に対し、作用軸６１を嵌合し且つ固定する、例えば、圧入して互いに連結することにより、トルク伝達軸２４を製造する。圧入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、本発明の製造方法では、次に、作用軸６１に所定の付加トルクを加えた状態で、磁歪膜７１，７２を所定の時間にわたって加熱処理する。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、作用軸６１に加えられていた付加トルクを除く。

このように、磁歪膜７１，７２に付加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、付加トルクを加えながら磁歪膜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に付加された歪みを抜くことができる。そして、冷却後、この付加トルクを除去すると、磁歪膜７１，７２に、ピニオン軸６１とそれぞれの中空軸６２，６３の弾性復元トルク（自己の弾性によって元に戻ろうとするトルク）により弾性歪みが付与される（歪みが付与される）。つまり、付加トルクを除去したことによって、ピニオン軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３が自己の弾性によって元に戻るので、磁歪膜７１，７２に歪みが付与される。この結果、磁歪膜７１，７２における磁歪の方向を、付加トルクを加えた方向と反対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の磁歪膜７１と第２の磁歪膜７２との、磁歪異方性を設定することができる。

このように、本発明の製造方法では、トルク伝達軸２４に磁歪膜７１，７２及びトルク伝達部分３２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。

さらにまた、作用軸６１と第１及び第２の中空軸６２，６３という３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、次の２つの処理を同時に行うことができる。
第１の処理は、第１及び第２の中空軸６２，６３に作用軸６１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である。
第２の処理は、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である。

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、少ないステップによって簡単に製造することができる。この結果、磁歪式トルクセンサ４１の生産性を高めることができる。

次に、トルク伝達軸２４の変形例について、図９及び図１０に基づき説明する。なお、上記図１〜図８に示す実施例と同様の構成や製造方法については、同一符号を付し、その説明を省略する。
変形例のトルク伝達軸１２４は、上記図１〜図８に示すトルク伝達軸２４と、実質的に同等品である。つまり、変形例のトルク伝達軸１２４は、トルク伝達軸２４と置き換えて用いられる。

図９（ａ）は、分解した状態の変形例のトルク伝達軸１２４を示しており、上記図４（ａ）に示すトルク伝達軸２４に対応させて表した。図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面構造を示している。図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面構造を示している。

図９（ａ）に示すように、トルク伝達軸１２４は、ピニオン軸１６１（作用軸１６１）と第１の中空軸１６２と第２の中空軸６３（上記図４（ａ）に示す第２の中空軸６３と同一品）とからなる。ピニオン軸１６１と第１の中空軸１６２と第２の中空軸６３は、互いに別部材で構成されており、互いに同軸に配列される（トルク伝達軸１２４の軸線ＣＬに配列される）。

さらに、ピニオン軸１６１と第１の中空軸１６２と第２の中空軸６３は、互いに嵌合し合い且つ固定し合う（連結し合う）ことによって、一体的に組み立てられる。例えば、ピニオン軸１６１と第１及び第２の中空軸１６２，６３は、圧入することによって、一体的に組み立てられる。
ピニオン軸１６１と第１及び第２の中空軸１６２，６３は、強磁性の材料等の磁性体からなる。強磁性の材料としては、例えば、鉄鋼（ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材を含む）がある。

詳しく説明すると、図９（ａ）に示すように、ピニオン軸１６１は中実軸であり、軸長手方向の一端１６１ａから他端１６１ｂへ向かって、連結部１６１ｃ、小径部１６１ｄ、嵌合軸部１６１ｅ、治具掛け部１６１ｆ、中間被支持部１６１ｇ、止め輪嵌合溝１６１ｈ、上記ピニオン３２、下側被支持部１６１ｉを、この順に配列するとともに、軸線ＣＬに配列したものである。
これらの連結部１６１ｃ、小径部１６１ｄ、嵌合軸部１６１ｅ、治具掛け部１６１ｆ、中間被支持部１６１ｇ、止め輪嵌合溝１６１ｈ、上記ピニオン３２、下側被支持部１６１ｉは、全てピニオン軸１６１に一体に形成されている。

ピニオン軸１６１の各部について、図４（ａ）〜（ｃ）に示すピニオン軸６１と対比させて説明すると、次の通りである。
連結部１６１ｃは、連結部６１ｃと同一構成である。小径部１６１ｄは、第１嵌合軸部６１ｄと同様に真円状（円柱状）を呈した軸である。嵌合軸部１６１ｅは、第２嵌合軸部６１ｅと同様に真円状（円柱状）を呈した軸である。嵌合軸部１６１ｅの径Ｄ２は、第２嵌合軸部６１ｅの径と同一であり、小径部１６１ｄの径Ｄ１よりも若干大径に設定されている。小径部１６１ｄは、ピニオン軸１６１の一端１６１ａに近い位置に設けられている。大径の嵌合軸部１６１ｅは、ピニオン軸１６１の一端１６１ａから遠い位置に設けられている。

さらに、嵌合軸部１６１ｅは、軸長手方向の中央部に治具掛け部１６１ｋが形成されている。治具掛け部１６１ｋは、治具を掛ける部分であり、図９ａ及び図９ｂに示すように、ピニオン軸１６１の一端１６１ａ側から見たときに、軸断面が非円形状に形成されている。より具体的には、治具掛け部１６１ｋは、嵌合軸部１６１ｅの外周面を２面取り又は４面取りすることによって形成された平坦面１６１ｌを有した部分である。断面が非円形状に形成された治具掛け部１６１ｋに、工具を確実に且つ安定的に掛けることができる。

治具掛け部１６１ｆは、嵌合軸部１６１ｅと中間被支持部１６１ｇとの間に形成されている。治具掛け部１６１ｆは、図９ａ及び図９ｃに示すように、ピニオン軸１６１の一端１６１ａ側から見たときに、軸断面が非円形状に形成されている。より具体的には、治具掛け部１６１ｆは、外周面が２面取り又は４面取りされることによって形成された平坦面１６１ｍを有している。断面が非円形状に形成された治具掛け部１６１ｍに、工具を確実に且つ安定的に掛けることができる。

中間被支持部１６１ｇは、中間被支持部６１ｇと同一構成である。止め輪嵌合溝１６１ｈは、止め輪嵌合溝６１ｈと同一構成である。下側被支持部１６１ｉは、下側被支持部６１ｉと同一構成である。

一方、変形例の第１の中空軸１６２は、図４（ａ）に示す第１の中空軸６２と実質的に同じ構成であり、外周面の全体にわたって第１の磁歪膜７１が施されている。第２の中空軸６３は、図４（ａ）に示す第２の中空軸６３と全く同一の構成であり、外周面の全体にわたって第２の磁歪膜７２が施されている。
このように、外部から外部トルクが作用するトルク側軸１６１は、表面に磁歪式トルクセンサ４１（図３参照）の第１の磁歪膜７１及び第２の磁歪膜７２を有している。

第１の中空軸１６２の各寸法は、第２の中空軸６３の各寸法と同一に設定されている。例えば、第１の中空軸１６２における嵌合孔１６２ａ（第１の嵌合孔１６２ａ）の径は、第２の中空軸６３における嵌合孔６３ａ（第２の嵌合孔６３ａ）の径ｄ２と同一に設定されている。

第１の嵌合孔１６２ａに対する嵌合軸部１６１ｅの嵌め合い方式と、第２の嵌合孔６３ａに対する嵌合軸部１６１ｅの嵌め合い方式は、共に「しまりばめ」である。
第１の嵌合孔１６２ａに嵌合軸部１６１ｅを嵌め込むことにより、第１の中空軸１６２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、第１の磁歪膜７１の磁歪特性の、ばらつきを調整することができる。同様に、第２の嵌合孔６３ａに嵌合軸部１６１ｅを嵌め込むことにより、第２の中空軸６３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、第２の磁歪膜７２の磁歪特性の、ばらつきを調整することができる。

ピニオン軸１６１と第１及び第２の中空軸１６２，６３の組立手順は、次の通りである。先ず、ピニオン軸１６１の一端１６１ａ側から嵌合軸部１６１ｅの一端部分を第１の中空軸１６２に嵌合する（圧入することによって固定する）。次に、ピニオン軸１６１の他端１６１ｂ側から嵌合軸部１６１ｅの他端部分を第２の中空軸６３に嵌合する（圧入することによって固定する）。これで、トルク伝達軸２４の組立作業を完了する。この結果を図１０に示す。

図１０（ａ）は、組み立てた状態の変形例のトルク伝達軸１２４の断面構造を示しており、上記図５（ａ）に示すトルク伝達軸２４に対応させて表した。図１０（ｂ）は、組み立てた状態のトルク伝達軸１２４の外観を示しており、上記図５（ｂ）に示すトルク伝達軸２４に対応させて表した。

第１の中空軸１６２と第２の中空軸６３とは、ピニオン軸１６１の軸長手方向に所定の間隔Ｌ２を有している。トルク伝達軸１２４は、第１の磁歪膜７１と第２の磁歪膜７２との間には、磁歪膜が全く存在しない、間隔Ｌ２の非磁歪部分を有している。

このように、２つの中空軸１６２，６３の各嵌合孔１６２ａ，６３ａに対して、ピニオン軸１６１における同一部分が嵌合されることはない。従って、嵌合軸部１６１ｅの嵌合面や各嵌合孔１６２ａ，６３ａの嵌合面が荒れることはない。各嵌合孔１６２ａ，６３ａに対して嵌合軸部１６１ｅを安定して嵌合することができ、トルク伝達軸１２４の組立精度を高めることができる。

このように組み立てられた、ピニオン軸１６１と第１及び第２の中空軸１６２，６３とは、相対的な回転と相対的な軸方向移動を、互いに規制し合う。ステアリングホイール２１（図１参照）から連結部１６１ｃを介してピニオン軸１６１に伝わった操舵トルクは、ピニオン軸１６１から第１及び第２の中空軸１６２，６３にも伝達される。
なお、ピニオン軸１６１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。

変形例のトルク伝達軸１２４の製造方法については、上記図４、図５及び図６に示す製造方法と同じなので、説明を省略する。

なお、本発明では、トルク伝達軸２４，１２４を製造する工程において、第１及び第２の中空軸６２（１６２を含む），６３の中に作用軸６１，１６１を嵌合するとともに、互いに固定させることによって、トルク伝達軸２４，１２４を製造するものであればよく、圧入だけによる連結の他に、第１及び第２の中空軸６２（１６２を含む），６３の中に作用軸６１，１６１を嵌合した後に、「ピン」や「ねじ」によって互いに固定させる方法であってもよい。

本発明の磁歪式トルクセンサ４１は、車両用電動パワーステアリング装置に備えたトルクセンサとして用いるのに、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分解した状態を説明する図である。 本発明に係るトルク伝達軸の組立状態を説明する図である。 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製造方法を示す説明図である。 本発明に係る加熱工程と冷却工程における磁歪膜の温度変化の一例を示す説明図である。 本発明に係る変形例のトルク伝達軸の分解した状態を説明する図である。 本発明に係る変形例のトルク伝達軸の組立状態を説明する図である。

符号の説明

２４，１２４…トルク伝達軸、４１…磁歪式トルクセンサ、６１，１６１…作用軸、６２，１６２…第１の中空軸、６３…第２の中空軸、７１…第１の磁歪膜、７２…第２の磁歪膜。

Claims (3)

1. 外部から外部トルクが作用するトルク伝達軸の表面に第１の磁歪膜及び第２の磁歪膜を有している、磁歪式トルクセンサの製造方法において、
   前記第１の磁歪膜が外周面に施された第１の中空軸と、前記第２の磁歪膜が外周面に施された第２の中空軸と、これら第１及び第２の中空軸に嵌合される作用軸とを準備する工程と、
   前記第１及び第２の中空軸を前記作用軸のそれぞれ第１嵌合軸部及び第２嵌合軸部に固定することによって、前記トルク伝達軸を製造する工程と、
   前記作用軸に所定の付加トルクを加えることによって、前記第１及び第２の磁歪膜に前記付加トルクを加える工程と、
   この付加トルクを加えた状態で、前記第１及び第２の磁歪膜を所定の時間にわたって加熱する工程と、
   加熱された前記第１及び第２の磁歪膜を冷却する工程と、
   加えていた前記付加トルクを除く工程とを、
   有し、
   前記第１及び第２の中空軸と作用軸を準備するときに、
   前記第１中空軸の内径と前記作用軸のうち前記第１嵌合軸部の外径とを、前記第１の中空軸を挿入する側の端部と前記第１嵌合軸部との間の前記作用軸の外径よりも大径に設定し、
   前記第２の中空軸の内径と前記作用軸のうち前記第２嵌合軸部の外径とを、前記第２の中空軸を挿入する側の端部と前記第２嵌合軸部との間の前記作用軸の外径よりも大径に設定したことを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。
2. 外部から外部トルクが作用するトルク伝達軸の表面に第１の磁歪膜及び第２の磁歪膜を有している、磁歪式トルクセンサの製造方法において、
   前記第１の磁歪膜が外周面に施された第１の中空軸と、前記第２の磁歪膜が外周面に施された第２の中空軸と、これら第１及び第２の中空軸に嵌合される作用軸とを準備する工程と、
   前記第１及び第２の中空軸の中に前記作用軸を固定することによって、前記トルク伝達軸を製造する工程と、
   前記作用軸に所定の付加トルクを加えることによって、前記第１及び第２の磁歪膜に前記付加トルクを加える工程と、
   この付加トルクを加えた状態で、前記第１及び第２の磁歪膜を所定の時間にわたって加熱する工程と、
   加熱された前記第１及び第２の磁歪膜を冷却する工程と、
   加えていた前記付加トルクを除く工程とを、
   有し、
   前記第１及び第２の中空軸と作用軸を準備するときに、
   前記第１の中空軸における嵌合孔の径を、前記第２の中空軸における嵌合孔の径よりも小径に設定し、
   前記第１の中空軸の嵌合孔に固定される小径の第１嵌合軸部を、前記作用軸の一端に近い位置に設けるとともに、
   前記第２の中空軸の嵌合孔に固定される大径の第２嵌合軸部を、前記作用軸の一端から遠い位置に設ける、
   ことを特徴とした磁歪式トルクセンサの製造方法。
3. 前記第１及び第２の中空軸の中に前記作用軸を固定するときに、前記作用軸を軸長手方向の両端から別々に前記第１及び第２の中空軸に固定することを特徴とした請求項１記載の磁歪式トルクセンサの製造方法。

Images